Pengenalan Listrik dan Rangkaian Listrik

Listrik Tutorial

Tutorial ini adalah pengenalan singkat terhadap konsep biaya , tegangan , dan arus . Tutorial ini tidak panjang dan membosankan seperti buku sekolah , namun berisi informasi dari siswa yang kemungkinan akan menemukan di sebuah sekolah dasar .

The Atom

Di sebelah kiri adalah gambar konseptual dari sebuah atom . Atom adalah blok bangunan materi . Semuanya dibuat dari atom , dari batu , pohon , bintang-bintang , bahkan untuk diri sendiri . Sebuah atom terdiri dari inti ketat dikemas berisi satu atau lebih proton ( berwarna merah dalam gambar ) , dan biasanya jumlah yang sama neutron ( abu-abu ) . Elektron ( biru ) mengelilingi inti , membentuk awan elektron . Jumlah elektron dalam sebuah atom elektrik stabil selalu sama dengan jumlah proton dalam inti .
 

Electric Charge

  Suatu hal yang aneh terjadi antara proton dan elektron : proton dan elektron yang selalu tertarik untuk satu sama lain , sementara proton akan mengingkari proton lain , dan elektron akan menolak elektron lainnya . Perilaku ini disebabkan oleh sesuatu yang disebut kekuatan listrik . Proton dikatakan memiliki muatan listrik positif, sedangkan elektron memiliki muatan listrik negatif . Dua objek dengan tipe yang sama muatan mendorong menjauh dari satu sama lain , sementara dua objek berlawanan dengan menarik biaya untuk satu sama lain . Karena proton dan elektron memiliki muatan listrik yang berlawanan , mereka tertarik satu sama lain . Dua proton , bagaimanapun, menjauh dari satu sama lain karena mereka sama biaya listrik . Hal yang sama berlaku dari dua elektron , yang mendorong menjauh dari satu sama lain karena mereka sama biaya negatif .

Electric Balance

Sebagian besar berisi hal yang sama jumlah proton dan elektron . Elektron negatif mengimbangi proton positif , dan hal ini tidak memiliki muatan listrik secara keseluruhan. Kata keseluruhan sangat penting , karena masih ada biaya , terpental sekitar dalam hal ini . Biaya listrik di mana-mana , tapi kita tidak bisa merasakan mereka karena mereka berada dalam keseimbangan . Bahkan , jika Anda mengambil kimia , Anda akan belajar bahwa kekuatan listrik adalah hal yang sangat berpendapat hal sama . Lain kali Anda mengambil sesuatu , hanya berpikir bahwa apapun yang Anda memegang secara harfiah penuh dengan muatan listrik . Ini adalah fakta penting bahwa banyak orang ketika mereka tidak belajar listrik .

Static Electricity

Katakanlah kita mencuri elektron dari satu atom dan memberikan elektron ke atom lain. Satu atom akan memiliki muatan positif secara keseluruhan dan yang lain akan memiliki muatan negatif secara keseluruhan. Ketika ini terjadi, dua atom disebut ion. Karena ion memiliki muatan listrik secara keseluruhan, mereka dapat berinteraksi dengan objek lainnya yang dikenakan. Sejak seperti biaya dan mengusir berlawanan biaya menarik, ion positif akan menarik benda bermuatan negatif, seperti elektron atau ion lain, dan akan mengusir benda bermuatan positif. Ion bermuatan negatif akan menarik benda bermuatan positif, dan akan mengusir benda bermuatan negatif lainnya.

Hal yang sama berlaku untuk objek yang lebih besar. Jika Anda mengambil elektron dari satu objek dan menempatkannya pada objek lain, objek pertama akan memiliki biaya keseluruhan positif sedangkan yang kedua akan memiliki muatan negatif secara keseluruhan. Tergantung pada jenis obyek dan jumlah biaya yang terlibat, gaya listrik mungkin cukup untuk menyebabkan objek untuk tetap bersatu. Fenomena ini sering disebut sebagai "listrik statis."

Ada beberapa cara untuk mencuri elektron dari satu objek dan memberikannya kepada yang lain. Beberapa cara termasuk reaksi kimia, gerakan mekanis, cahaya, dan bahkan panas. Jika Anda menggosok batang kaca dengan sutra, elektron dalam batang kaca akan terlempar dan dikumpulkan pada sutra. Batang kaca keuntungan positif keseluruhan biaya, dan sutra memperoleh keseluruhan biaya negatif. Dalam baterai, reaksi kimia yang digunakan untuk memaksa elektron dari terminal positif dan menempatkannya pada terminal negatif.

Measuring Charges

Jumlah keseluruhan biaya listrik dimiliki oleh obyek diukur dalam coulomb . Satu coulomb adalah kira-kira sama dengan jumlah muatan yang dimiliki oleh 6,000,000,000,000,000,000 ( enam miliar miliar ) elektron . Meskipun hal ini mungkin tampak seperti jumlah besar pada awalnya , itu tidak benar-benar banyak, karena elektron sangat kecil . Hanya untuk memberikan ide , satu coulomb adalah kira-kira jumlah biaya yang mengalir melalui 12 - watt otomotif dop dalam satu detik .
Jika jumlah biaya dimiliki oleh dua benda dan jarak antara mereka diketahui , adalah mungkin untuk menghitung jumlah angkatan antara objek dengan menggunakan rumus yang dikenal sebagai hukum Coulomb . Hukum ini ditemukan oleh Charles Augustin de Coulomb pada tahun 1784 , dan menyatakan bahwa gaya antara dua benda bermuatan bervariasi secara langsung sebagai tuntutan dari objek dan berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak antara mereka . Hukum Coulomb diberikan di bawah ini dalam bentuk rumus :

^{F adalah gaya , dalam Newton .
q dan q ' merupakan tagihan dari dua benda , dalam coulomb .
r adalah jarak antara benda-benda , dalam meter .
k adalah konstanta sama dengan 8,98755 × 109 N m2 C - 2}

Voltage

Setiap kali elektron yang diambil dari satu objek dan ditempatkan pada objek lain , yang menyebabkan ketidakseimbangan biaya , kami katakan bahwa voltageexists . Itulah yang berarti seseorang ketika mereka mengatakan bahwa sesuatu memiliki begitu banyak volt listrik . Mereka menjelaskan perbedaan biaya di dua tempat yang berbeda . Baterai standar AA memiliki perbedaan dari 1,5 volt antara terminal positif dan negatif , sementara mobil baterai memiliki perbedaan dari 12 volt antara dua terminal , dan jenis sehari-hari listrik statis yang menyebabkan hal untuk tetap bersatu dan kadang-kadang memberikan tersentak saat Anda menyentuh benda logam yang biasanya diukur dalam ribuan volt.

Cara lain untuk memahami tegangan adalah untuk memikirkan sebuah "medan listrik." Bayangkan sebuah piring dengan muatan positif di samping piring dengan muatan negatif. Jika saya menempatkan muatan positif antara lempeng-lempeng ini, medan listrik piring 'akan menarik biaya ke sisi negatif. Bayangkan bahwa saya menempatkan muatan positif 1 coulomb sebelah plat negatif, dan kemudian tarik ke arah plat positif. Karena medan listrik menciptakan kekuatan dalam arah yang berlawanan, bergerak, memerlukan biaya energi. Jumlah energi tergantung pada jarak antara piring dan kekuatan medan listrik diciptakan oleh piring. Kami menyebutnya energi ini "tegangan." Medan listrik yang Satu volt adalah jumlah energi dalam joule diperlukan untuk memindahkan 1 coulomb biaya listrik melalui lapangan. Secara matematis, 1Volt = 1Joule / 1Coulomb.
Volt berguna, karena mereka rapi menjelaskan ukuran dan kekuatan dari segala bidang listrik. Memvisualisasikan medan listrik antara dua pelat sederhana mudah, tetapi memvisualisasikan lapangan di sirkuit yang rumit dengan baterai, motor, lampu, dan switch sangat sulit. Sirkuit seperti ini dengan menggambarkan medan listrik seluruh dengan satu nomor.

Electric Current

Kata saat ini berasal dari bahasa Latin kata currere, yang berarti untuk menjalankan atau mengalir. Arus listrik tidak lebih dari aliran muatan listrik. Biaya listrik hanya dapat mengalir melalui bahan-bahan tertentu, yang disebut konduktor. Meskipun elektron dalam kebanyakan bahan terbatas pada orbit tetap, beberapa bahan, termasuk sebagian besar logam, memiliki banyak elektron longgar yang bebas untuk berkeliaran di sekitar melalui materi. Bahan dengan properti ini bertindak sebagai konduktor. Ketika konduktor ditempatkan di antara dua benda bermuatan, elektron longgar didorong pergi oleh benda bermuatan negatif dan tersedot ke dalam obyek bermuatan positif. Hasilnya adalah bahwa ada aliran muatan, yang disebut arus, dan biaya dua objek menjadi seimbang. Jumlah arus yang mengalir melalui konduktor pada waktu tertentu dalam diukur dalam ampere, atau ampli untuk pendek. Ketika Anda membaca bahwa sesuatu menggunakan begitu banyak ampli, apa yang Anda diberitahu adalah jumlah arus yang mengalir melalui perangkat. Satu ampere sama dengan aliran satu coulomb biaya dalam satu detik.

Batteries and Current

Dalam ayat sebelumnya , kita melihat bagaimana arus arus dari satu objek ke tagihan lainnya , membatalkan tuntutan keluar dari dua benda . Setelah tuntutan itu dibatalkan , saat ini berhenti . Jika saat ini selalu berumur pendek , itu akan sangat tidak praktis . Bayangkan senter yang hanya berlangsung sepersekian detik sebelum perlu diisi ulang ! Sementara saat ini cenderung menghapuskan biaya pada dua benda, kemudian berhenti mengalir , jika biaya dapat ditempatkan pada objek lebih cepat dari saat ini dapat menguras biaya , adalah mungkin untuk menjaga arus yang mengalir tanpa batas . Itulah yang terjadi di baterai . Reaksi kimia dalam baterai pompa elektron dari terminal positif ke terminal negatif lebih cepat daripada perangkat yang terhubung ke baterai dapat menguras mereka . Baterai akan terus memasok sebanyak sekarang sebagai perangkat membutuhkan sampai kimia dalam baterai yang digunakan, di mana titik baterai sudah mati dan harus diganti .

Resistance

Semua konduktor menawarkan beberapa derajat perlawanan terhadap aliran arus listrik . Apa yang terjadi adalah ini : Seperti elektron melalui konduktor , mereka bertemu atom , mereka kehilangan beberapa gerakan mereka dalam bergoyang atom . Hasilnya adalah bahwa saat ini mengalir melalui konduktor melambat , dan konduktor dipanaskan . Jumlah yang diberikan sebuah konduktor menolak aliran arus listrik diukur dalam ohm .

Power

Setiap kali arus mengalir , pekerjaan dilakukan . Sebuah konduktor mungkin dipanaskan , motor dapat berputar , bola mungkin mengeluarkan cahaya , atau bentuk lain energi dapat dilepaskan . Ada hukum sederhana yang memberitahu persis berapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan oleh arus yang mengalir . Jumlah kerja yang dilakukan adalah sama dengan tegangan dari pasokan kali ini mengalir melalui kawat . Hukum ini dinyatakan dalam bentuk P = IV , di mana P adalah kekuatan dalam watt , I adalah arus dalam ampli , dan V adalah tegangan dalam volt . Sebagai contoh , jika kita menemukan bahwa dop mengacu setengah dari amp di 120 volt , kita hanya kalikan 120 volt dengan setengah amp untuk menemukan bahwa mengacu bohlam 60 watt .

Ohm's Law

Katakanlah Anda memiliki enam volt baterai dan anda harus mengambil dua amps dari sekarang . Perlawanan Apa yang harus Anda lakukan konduktor ? Atau katakanlah Anda memiliki tiga volt listrik dan seribu ohm resistor . Berapa banyak saat ini akan mengalir melalui resistor jika Anda menghubungkan resistor ke catu daya ? Dalam rangka untuk mencari jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini , semua yang perlu Anda lakukan adalah dengan menggunakan rumus matematika sederhana yang disebut hukum ohm . Hukum Ohm menyatakan bahwa jumlah arus yang mengalir melalui konduktor kali perlawanan dari konduktor sama dengan tegangan dari catu daya . Hukum ini seringkali dinyatakan dalam bentuk V = IR , dimana V adalah tegangan diukur dalam volt , I adalah arus diukur dalam ampli , dan R adalah resistansi yang diukur dalam ohm ..

sirkuit listrik , jalan tak terputus sepanjang yang arus listrik ada atau dimaksudkan atau dapat mengalir . Sebuah rangkaian sederhana mungkin terdiri dari sel listrik ( sumber daya) , dua kawat melakukan ( salah satu ujung masing-masing yang melekat pada setiap terminal sel ) , dan lampu kecil ( beban ) yang ujung bebas dari kabel terkemuka dari sel yang terpasang . Ketika koneksi yang dibuat benar , arus mengalir , sirkuit yang dikatakan " tertutup ", dan lampu akan menyala . Arus mengalir dari sel sepanjang satu kawat ke lampu , melalui lampu , dan di sepanjang kawat kembali ke sel . Bila kabel yang terputus , sirkuit yang dikatakan " terbuka " atau " rusak . " Dalam prakteknya , sirkuit yang dibuka oleh perangkat seperti switch, sekering , dan pemutus sirkuit (lihat sekering , listrik , pemutus sirkuit , sirkuit pendek) . Dua klasifikasi yang umum sirkuit seri dan paralel . Unsur-unsur dari rangkaian seri yang terhubung ujung ke ujung ; arus yang sama mengalir melalui bagian-bagiannya satu demi satu . Unsur-unsur dari rangkaian paralel yang terhubung sehingga masing-masing komponen memiliki tegangan yang sama di terminal; aliran arus dibagi di antara bagian-bagiannya . Ketika dua elemen sirkuit yang terhubung dalam seri, effectiveresistance mereka ( impedansi sirkuit jika sedang makan alternating current ) adalah sama dengan jumlah dari resistansi terpisah ; yang saat ini adalah sama di setiap komponen sepanjang sirkuit . Ketika elemen sirkuit yang terhubung secara paralel , total perlawanan kurang dari itu dari elemen yang memiliki ketahanan paling , dan arus total adalah sama dengan jumlah arus di cabang-cabang individu. Sebuah sirkuit bertenaga baterai adalah contoh dari rangkaian arus searah ; tegangan dan arus yang konstan dalam besar dan tidak berbeda dengan waktu . Dalam rangkaian bolak - saat ini, tegangan dan arus arah sebaliknya secara berkala dengan waktu. Sebuah pasokan stopkontak listrik standar alternating current . Pencahayaan sirkuit dan penggunaan mesin listrik bolak sirkuit saat ini. Banyak perangkat lain , termasuk komputer , sistem stereo , dan set televisi , harus terlebih dahulu mengubah arus bolak-balik ke arus searah . Itu dilakukan oleh sirkuit internal khusus biasanya disebut power supply . Sebuah rangkaian digital adalah jenis khusus dari sirkuit elektronik yang digunakan dalam komputer dan perangkat lainnya . Sirkuit magnetik analog dengan rangkaian listrik , di mana bahan magnetik dianggap sebagai konduktor fluks magnetik . Sirkuit magnetis dapat menjadi bagian dari sirkuit listrik ; transformator adalah contoh . Setara sirkuit yang digunakan dalam analisis rangkaian sebagai alat pemodelan ; rangkaian sederhana yang terdiri dari resistor , dan induktor dapat digunakan untuk mewakili elektrik . Rangkaian listrik juga dapat digunakan dalam bidang studi lainnya. Dalam studi aliran panas , misalnya , resistor digunakan untuk mewakili isolasi termal . Operasi sirkuit listrik dapat digunakan untuk pemecahan masalah umum ( seperti dalam sebuah komputer analog ) .
Hukum Kirchhoff [ untuk Gustav R. Kirchhoff ] , sepasang hukum yang menyatakan pembatasan umum pada arus dan tegangan dalam sebuah sirkuit listrik . Yang pertama dari negara-negara ini yang pada suatu saat tertentu jumlah dari tegangan sekitar jalan yang ditutup , atau lingkaran , di jaringan nol . Yang kedua menyatakan bahwa pada setiap persimpangan jalan , atau node, dalam sebuah jaringan dengan jumlah arus yang cepat tiba di manapun adalah sama dengan jumlah arus yang mengalir jauh .

induktansi , kuantitas yang mengukur induksi elektromagnetik dari komponen sirkuit listrik ; itu adalah properti dari komponen itu sendiri daripada dari sirkuit secara keseluruhan . Diri induktansi , L , dari komponen sirkuit menentukan besarnya gaya elektromagnetik ( emf ) yang diinduksi di dalamnya sebagai akibat dari suatu tingkat perubahan arus melalui komponen . Demikian pula, induktansi , M , dari dua komponen , satu di masing-masing dua sirkuit terpisah tetapi terletak dekat , menentukan bahwa setiap emf dapat mendorong yang lain untuk perubahan arus yang diberikan . Induktansi dinyatakan dalam henrys ( untuk Joseph Henry ) . Induktor adalah perangkat yang dirancang untuk menghasilkan induktansi , misalnya , sebuah kumparan ; induktor ideal, yaitu, satu yang tidak memiliki resistensi atau kapasitansi (lihat impedansi ) , sering disebut induktansi .

Hukum Ohm menyatakan bahwa besar arus yang mengalir pada suatu konduktor pada suhu tetap sebanding dengan beda potensial antara kedua ujung-ujung konduktor   I = V / R   HUKUM OHM UNTUK RANGKAIAN TERTUTUP   I =     n E            R + n rd I =      n           R + rd/p n = banyak elemen yang disusun seri E = ggl (volt) rd = hambatan dalam elemen R = hambatan luar p = banyaknya elemen yang disusun paralel RANGKAIAN HAMBATAN DISUSUN SERI DAN PARALEL   SERI R = R1 + R2 + R3 + ... V = V1 + V2 + V3 + ... I = I1 = I2 = I3 = ... PARALEL 1 = 1 + 1 + 1R    R1  R2   R3 V = V1 = V2 = V3 = ... I = I1 + I2 + I3 + ...   ENERGI DAN DAYA LISTRIK ENERGI LISTRIK (W)  adalah energi yang dipakai (terserap) oleh hambatan R. W = V I t = V²t/R = I²Rt   Joule = Watt.detik KWH = Kilo.Watt.jam DAYA LISTRIK (P) adalah energi listrik yang terpakai setiap detik. P = W/t = V I = V²/R = I²R

HUKUM KIRCHOFF I : jumlah arus menuju suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang meninggalkannya.

S Iin = Iout

HUKUM KIRCHOFF II : dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (e) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.

Se = S IR = 0

ALAT UKUR LISTRIK TERDIRI DARI

 

1. JEMBATAN WHEATSTONE	digunakan untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara mengusahakan arus yang mengalir pada galvanometer = nol (karena potensial di ujung-ujung galvanometer sama besar). Jadi berlaku rumus perkalian silang hambatan : R1 R3 = R2 Rx
2. AMPERMETER	untuk memperbesar batas ukur ampermeter dapat digunakan hambatan Shunt(Rs) yang dipasang sejajar/paralel pada suatu rangkaian. Rs = rd 1/(n-1) n = pembesaran pengukuran
3. VOLTMETER	untuk memperbesar batas ukur voltmeter dapat digunakan hambatan multiplier(R-) yang dipasang seri pada suatu rangkaian. Dalam hal ini R. harus dipasang di depan voltmeter dipandang dari datangnya arus listrik. Rm = (n-1) rd n = pembesaran pengukuran

TEGANGAN JEPIT (V.b) :

adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber atau antara dua titik yang diukur.

1. Bila batere mengalirkan arus maka tegangan jepitnya adalah:

Vab = e - I rd

2. Bila batere menerima arus maka tegangan jepitnya adalah:

Vab = e + I rd

3. Bila batere tidak mengalirkan atau tidak menerima arus maka 

    tegangan jepitnya adalah .

Vab = e

Dalam menyelesaian soal rangkaian listrik, perlu diperhatikan :

1. Hambatan R yang dialiri arus listrik. Hambatan R diabaikan jika tidak 

    dilalui arus listrik.

2. Hambatan R umumnya tetap, sehingga lebih cepat menggunakan 

    rumus yang berhubungan dengan hambatan R tersebut.

3. Rumus yang sering digunakan: hukum Ohm, hukum Kirchoff, sifat 

    rangkaian, energi dan daya listrik.

Contoh 1 :

Untuk rangkaian seperti pada gambar, bila saklar S1 dan S2 ditutup maka hitunglah penunjukkan jarum voltmeter !

Jawab :

Karena saklar S1 dan S2 ditutup maka R1, R2, dan R3 dilalui arus listrik, sehingga :

1    =  1  +  1  Rp       R2    R3 Rp = R2 R3 = 2W       R2 + R1 V = I R = I (R1 + Rp)I = 24/(3+2) = 4.8 A

Voltmeter mengukur tegangan di R2 di R3, dan di gabungkan R2 // R3, jadi :

V = I2 R2 = I3 R3 = I Rp

V = I Rp = 0,8 V

Contoh 2:

Pada lampu A dan B masing-masing tertulis 100 watt, 100 volt. Mula-mula lampu A den B dihubungkan seri dan dipasang pada tegangan 100 volt, kemudian kedua lampu dihubungkan paralel dan dipasang pada tegangan 100 volt. Tentukan perbandingan daya yang dipakai pada hubungan paralel terhadap seri !

Hambatan lampu dapat dihitung dari data yang tertulis dilampu : RA = RB = V²/P = 100²/100 = 100 W Untuk lampu seri : RS = RA + RB = 200 W Untuk lampu paralel : Rp = RA × RB = 50 W                                     RA + RB

Karena tegangan yang terpasang pada masing-masing rangkaian sama maka gunakan rumus : P = V²/R

Jadi perbandingan daya paralel terhadap seri adalah :

Pp = V² : V² = Rs = 4

Ps    Rp    Rs    Rp    1

Contoh 3:

Dua buah batere ujung-ujungnya yang sejenis dihubungkan, sehingga membentuik hubungan paralel. Masing-masing batere memiliki GGL 1,5 V; 0,3 ohm dan 1 V; 0,3 ohm.Hitunglah tegangan bersama kedua batere tersebut !

Jawab :

Tentakan arah loop dan arah arus listrik (lihat gambar), dan terapkan hukum Kirchoff II,

Se + S I R = 0 e1 + e2 = I (r1 + r2) I = (1,5 - 1) = 5  A     0,3 + 0,3    6

Tegangan bersama kedua batere adalah tegangan jepit a - b, jadi :

Vab = e1 - I r1 = 1,5 - 0,3 5/6 = 1,25 V

1= e2 + I R2 = 1 + 0,3 5/6 = 1,25 V

Contoh 4:

Sebuah sumber dengan ggl = E den hambatan dalam r dihubungkan ke sebuah potensiometer yang hambatannya R. Buktikan bahwa daya disipasi pada potensiometer mencapai maksimum jika R = r.

Jawab :

Dari Hukum Ohm : I = V/R =       e                                          R+r Daya disipasi pada R : P = I²R =        e  ²R                                              (R+r)²

Agar P maks maka turunan pertama dari P harus nol: dP/dR = 0 (diferensial parsial)

Jadi e² (R+r)² - E² R.2(R+r) = 0

               (R+r)4

e² (R+r)² = e² 2R (R+r) Þ R + r = 2R

                                        R = r (terbukti)

ARUS/TEGANGAN BOLAK-BALIK

Arus/tegangan bolak-balik adalah arus/tegangan yang besarnya selalu berubah-ubah secara periodik.  Simbol tegangan bolak-balik adalah ~ dan dapat diukur dengan Osiloskop (mengukur tegangan maksimumnya).

NILAI EFEKTIF KUAT ARUS/TEGANGAN AC

Nilai efektif kuat arus/tegangan AC adalah arus/tegangan AC yang dianggap setara dengan kuat arus/tegangan AC yang menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu penghantar dalam waktu yang sama.

Kuat arus efektif :          Ief = Imaks / Ö2

Tegangan efektif :         Vef = Vmaks / Ö2

Besaran yang ditunjukkan oleh voltmeter/amperemeter DC adalah tegangan/kuat arus DC yang sesungguhnya,sedangkan yang ditunjukan oleh voltmeter/amperemeter AC adalah tegangan/kuat arus efektif, bukan tegangan/kuat arus sesungguhnya.