Dasar Ilmu Listrik
Chapter 1 – Direct Current
Oleh: ADE IRFANSYAH, ST, MT
Ade Irfansyah, ST, MTHp. +62 821 2328 6914
Line: irfansyah.adeInstagram: ade_pancah
Email: [email protected]
Contents
Structure of Atom
Free Electron, Conductor, Isolator, Semiconductor
Electric Charge, Coulomb and Electrostatic Field
Potensial Difference
Current Flow
Source of Electricity
Direct and Alternating Current
TNU Air Navigation Engineering
Contents – (Continue)
Practice: Battery Series Adding and Serries Opposing
Practice: battery Serial and Parallel Juction
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom-> Teori Atom
Teori Atom Dalton Teori Atom Thomson Teori Atom Rutherford Teori Atom Bohr Teori Mekanika Kuantum
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom→ Teori Atom→ Teori Atom Dalton
Atom seperti bola pejal, sangat kecil, tidak dapat di belah, diciptakan maupun dimusnahkan
Atom bagian terkecil dari unsur Atom suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom lain Unsur yang sama mengandung atom-atom yang sama Unsur yang berbeda mengandung atom-atom yang berbeda
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom→ Teori Atom→ Teori Atom Thomson
Atom berbentuk bola yang bermuatan positif dan elektron yang tersebar merata dalam bola tersebut
Dikenal dengan model ataom roti kismis
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom→ Teori Atom→ Teori Atom Rutherford
Inti atom yang bermuatan positif desebut PROTON yangdikelilingi oleh ELEKTRON bermuatan negatif
Atom bersifat netral jika jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom
Masa inti tidak seimbang dengan masa proton dikarenakan ada partikel lain dalam inti yang dikenal dengan NEUTRON
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom→ Teori Atom→ Teori Atom Bohr
Elektron mengelilingi inti atom pada tingkat-tingkat energi (kulit) tertentu
Elektron dapat berpindah dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi tinggi (eksitasi) dan sebaliknya disebut dengan deksitasi
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom→ Teori Atom→ Teori Mekanika Kuantum
Berdasarkan sifat dualism electron: partikel dan gelombang Tidaklah mungkin menentukan posisi serta momentum yang
pasti dari elektron dalam atom Yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan
elektron di suatu titik pada jarak tertentu
TNU Air Navigation Engineering
TNU Air Navigation Engineering
Perbandingan karakter 3 partikel subatomik
Partikel Muatan Massa Lokasi dalam Atom
Proton (p+) +1.6 x 10-19 1.6 x 10-24 Inti atom
Neutron (n0) 0 1.6 x 10-24 Inti atom
Elektron (e-) -1.6 x 10-19 1.6 x 10-28 Luar inti atom
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom-> Konfigurasi Elektron
Elektron-electron mengelilingi inti pada jalur-jalur lintasan tertentu (tingkat energi tertentu; kulit elektron)
Rules: Dimulai lintasan terdekat dengan inti yaitu kulit ke-1 (kulit K), kemudian berurutan L, M, N, O dan jumlah elektron maksimum tiap kulit = 2n2
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom-> Konfigurasi Elektron (Cont’)
K → n = 1, jumlah e max adalah 2n2 = 2 . 12 = 2 L → n = 2, jumlah e max adalah 2n2 = 2 . 22 = 8 M → n = 3, jumlah e max adalah 2n2 = 2 . 32 = 18 N → n = 4, jumlah e max adalah 2n2 = 2 . 42 = 32 O → n = 5, jumlah e max adalah 2n2 = 2 . 52 = 50
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom-> Konfigurasi Elektron (Cont’)
Contoh 1:
12x → K L M2 8 2 → disebut elektron valensi (ev) =
Elektron terakhir = Golongan (max 8)
TNU Air Navigation Engineering
Structure of Atom-> Konfigurasi Elektron (Cont’)
Contoh 2:20Y → K L M N
2 8 8 2→ ev
Contoh 3:55Z → K L M N O P
2 8 18 18 8 1→ ev
TNU Air Navigation Engineering
Elektron Bebas
Inti atom bermuatan positif sedangkan elektron-elektronnya
bermuatan negative yang selalu berputar mengelilingi inti
atom tersebut.
Muatan positif dengan muatan negatif seharusnya saling tarik
menarik, sehingga seharusnya elektron-elektron tersebut
jatuh tertarik ke dalam inti atom, kemudian saling
bertabrakan, lalu hancur dan musnah.
TNU Air Navigation Engineering
Keseimbangan Atom
Inti atom bermuatan positif sedangkan elektron-
elektronnya bermuatan negative yang selalu berputar
mengelilingi inti atom tersebut.
Elektron-elektron tsb bergerak berputar dengan
kecepatan tertentu dan tetap pada lintasannya, maka
atom berada dalam keadaan STABIL
STABIL karena kesetimbangan antara gaya sentrifugal
(tolak keluar) dan gaya sentripetal (tarik kedalam)
TNU Air Navigation Engineering
Jika gaya sentrifugal > gaya sentripetal, maka elektron akan
terlempar keluar,
Sebaliknya jika gaya sentripetal > gaya sentrifugal maka
elektron akan tertarik kedalam inti atom
Untuk menjaga kestabilan maka kecepatan gerak melingkar
elektron-elektron harus tetap dengan jarak lintasan tertentu.
TNU Air Navigation Engineering
Apa yang terjadi jika Atom menjadi
tidak stabil?
Jika elektron pada suatu atom keluar dari lintasannya
maka keseimbangannya pun akan hilang.
Jika suatu atom kehilangan keseimbangan maka
elektron akan tertarik kedalam inti atom, kemudian
akan bertabrakan dengan proton dan saling meniadakan.
TNU Air Navigation Engineering
Energi ikatan inti
Dalam inti atom antara proton dan neutron terdapat
energi ikat inti yang cukup besar
Jika atom musnah, energi ikat inti ini akan menjadi
energi panas yang sangat besar seperti pada reaksi fisi
atau reaksi pembelahan unsur-unsur radio aktif yang
dikenal dengan energi nuklir
TNU Air Navigation Engineering
Elektron bebas
Elektron bebas berada di luar ikatan, dapat beredar bebas
dikarenakan adanya gaya luar, seperti pergerakan melalui
medan magnet, friksi maupun reaksi kimia.
Elektron bebas dapat meninggalkan garis edarnya, dimana
dapat diisi oleh elektron yang memaksa keluar dari garis
edar pada atom yang lain
TNU Air Navigation Engineering
TNU Air Navigation Engineering
Elektron bebas dapat berpindah dari satu atom ke atom
berikutnya, dikarenakan adanya gaya luar, maka terjadilah
arus elektron
TNU Air Navigation Engineering
Konduktor
Konduktor adalah zat atau bahan yang dapat
menghantarkan energi, baik listrik maupun kalor.
Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan listrik
yang kecil
Pada umumnya logam bersifat konduktif, Contoh: Emas,
perak, Tembaga, Alumunium, Zink, dan besi yang
berturut-turut memiliki tahanan jenis semakin besar
TNU Air Navigation Engineering
Isolator
Isolator adalah bahan yang elektronnya tidak bisa
melakukan perpindahan (valensi elektronnya terikat
kuat pada atom-atomnya)
Contoh: kaca, kertas, teflon, plastik maupun karet
TNU Air Navigation Engineering
Semikonduktor
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas
listrik yang berada di antara insulator dan konduktor.
Bersifat isolator pada suhu sangat rendah dan dapat menjadi
konduktor pada suhu ruangan
Contoh: silicon, germanium dan galium arsenide
TNU Air Navigation Engineering
Diskusi
Jelaskan apa kegunaan dari konduktor, isolator dan
semikonduktor dalam dunia kelistrikan!
TNU Air Navigation Engineering
Gaya Gerak Listrik (GGL)
GGL adalah beda potensial antara ujung-ujung
penghantar sebelum dialiri arus listrik, satuannya volt
GGL merupakan energy yang diberikan pada setiap
muatan listrik untuk bergerak antar dua kutub baterai
atau generator
Sebuah electron-electron bermuatan negative yang
bergerak dari kutub negative ke kutub positif melalui
konduktor di luar baterai akibat adanya GGL yang
memiliki beda potensial
TNU Air Navigation Engineering
GGL itu adalah suatu alat yang muatan positif dan negatifnya
terpisah
Kedua ujung alat tersebut disebut terminal
Muatan positif di terminal positif dan muatan negatif di
terminal negatif
Terminal positif disebut anoda dan terminal negatif disebut
katoda
TNU Air Navigation Engineering
Medan listrik VS medan non listrik
Terdapat medan listrik diantar dua terminal anoda dan katoda
Arah medan listrik menunjuk dari anoda ke katoda
Medan listrik memaksa, mendorong muatan positif dalam alat
ini menuju katoda, juga memaksa muatan negatif ke anoda
Agar muatan positif tetap di terminal positif (anoda) dan
muatan negatif tatap di katoda, alat ini menghasilkan gaya non
listrik yang melawan gaya listrik dan terus mendorong muatan
positif ke anoda dan muatan negatif ke katoda
TNU Air Navigation Engineering
Dianalogikan GGL seperti air yang berada dalam pipa
tegak, air akan didorong naik hingga ke puncak pipa
oleh suatu gaya non gravitasi.
Saat air sudah berada di puncak (dianalogikan anoda)
suatu gaya gravitasi akan membuat air turun kembali
menuju (katoda), agar air tetap berada di atas, harus
ada gaya non gravitasi, seperti analogi pada pompa
misalnya, yang mendorong air melawan gravitasi.
TNU Air Navigation Engineering
TNU Air Navigation Engineering
M
e
e
e
e
e
ee
e
e
e
e
ee
emf
e Electron flow
Proton flow
Anoda
Katodaemf
Water flow
caused by
gravity
Water flow
caused by
pump
Dalam kasus GGL, gaya dari mesin pompa ini bisa
berasal dari reaksi kimia, sperti baterai, dan bisa juga
berasal dari gaya magnet, seperti generator listrik.
Seperti kasus air tadi, dimana energi potensial
gravitasi air bertambah saat air di dorong semakin
tinggi, gaya lain ini menyebabkan muatan mengalir ke
anoda, meningkatnya energi potensial listrik ,
akibatnya terjadi beda potensial antara anoda dan
katoda
TNU Air Navigation Engineering
TNU Air Navigation Engineering
Merujuk gambar, arus listrik akan mengalir saat anoda
terhubung oleh suatu kawat penghantar melalui suatu tahanan
listrik, dan tegangan kerja akan dapat di ukur menggunakan
AVO meter.
TNU Air Navigation Engineering
Saat arus mengalir maka pada sumber tegangan akan terjadi
pelepasan kalor yang besarnya sebanding dengan arus yang
terjadi, sehingga GGL = V – I.r
r disini adalah tetapan proporsionalitas, karena dimensinya
sama dengan hambatan, jadi dia lebih sering disebut
“hambatan dalam” atau R int
TNU Air Navigation Engineering
Jika tidak ada arus mengalir melewati hambatan dalam pada
sumber tegangan, maka beda potensial sama dengan GGL pada
rangkaian terbuka
Namun jika arus mengalir di rangkaian luar, arus yang sama
juga akan mengalir di dalam sumber sehingga tegangan akan
drop sebesar Vin = I . R Int
TNU Air Navigation Engineering
Contoh sumber dari GGL adalah baterai.
Baterai memakai gaya kimia yang digunakan untuk mendorong
arus agar melewati hambatan dalam baterai dari katoda
(terminal negative) menuju ke anoda (terminal positif)
TNU Air Navigation Engineering
Thanks for your attention..
Please continue to Next Chapter
TNU Air Navigation Engineering
Top Related