FISIKA

1. Definisi Listrik AC

Arus dan tegangan listrik AC (Alternating Current) adalah arus listrik yang arahnya selalu berbalika arah secara teratur (periodik). Dalam selang waktu tertentu bagian atas sumber AC berpolaritas positif sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif sehingga arus listrik dalam rangkaian AC mengalir berlawanan arah jarum jam dan berulang secara periodik.

Untuk mengetahui kuat arus dan beda potensial dalam listrik AC digunakan amperemeter dan voltmeter. Amperemeter dan voltmeter yang dipasang dalam rangkaian AC tidak perlu memperhatikan polaritas ujung mana yang positif atau negatif karena arus AC selalu berubah-ubah arahnya.

2. Definisi Listrik DC

Arus dan tegangan listrik DC (Direct Current) adalah arus listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. Jika arus DC dihasilkan oleh sumber teganganya (V) tetap dan disalurkan pada penghantar yang memiliki hambatan (R) yang tetap, maka besar kuat arusnya (I) juga akan tetap. Berdasarkan perjanjian yang masih digunakan saat sampai saat ini, arah kuat arus DC selalu keluar dari kutub positif ke kutub negatif sumber tegangan DC.

Arus DC hanya mengalir satu arah sehingga pada pemasangan amperemeter dan voltmeter pada rangkaian DC harus memerhatikan polaritas ujung-ujung rangkaian yang hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter. Pemasangan yang benar adalah kutub yang potensialnya lebih rendah (positif) harus dipasang ke kutub positif meter dan begitu juga sebaliknya.

3. Perbedaan Tegangan Listrik AC dan DC

Setelah mempelajari kedua definisi di atas, kita dapat dengan mudah membedakan tegangan listrik AC dengan tegangan listrik DC, yakni dengan melihat bentuk kurva tegangan keduanya yang dihasilkan oleh osiloskop. Osiloskop dapat langsung menampilkan bentuk grafik arus dan tegangan terhadap waktu.

4. Penerapan Listrik AC dan DC

Telah kita ketahui bahwa listrik DC dapat dihasilkan oleh reaksi kimia seperti pada elemen basah (contohnya accumulator) atau elemen kering (contohnya baterai). Listrik DC juga dapat dihasilkan dari dinamo DC (dinamo juga dilengkapi dengan komutator). Keuntungan listrik DC dibanding AC adalah sumber arus listrik DC mudah untuk dibawa kemana-mana sehingga listrik DC lebih banyak digunakan untuk peralatan elektronika.

Karena sifat listrik DC yang mengalir satu arah, maka hanya listrik DC yang dapat mengisi muatan accumulator (aki). Listrik DC pun dapat digunakan untuk melapisi logam dengan logam lainnya secara kimia dan menjadi sumber daya bagi mainan anak-anak yang menggunakan motor.

Seperti penjelasan di atas, hampir semua peralatan elektronika menggunakan arus DC. Jika input peralatan elektronik seperti televisi menggunakan listrik rumah (yang tergolong arus AC), maka terdapat suatu alat yang disebut penyearah (rectifier) untuk mengubah arus AC menjadi DC.

Listrik AC memberikan banyak keuntungan daripada DC, karena saat ini energi listrik banyak di bangkitkan, di transmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC. Semua peralatan listrik di rumah-rumah seperti kulkas, pendingin ruangan dan lain-lain, menggunakan listrik AC yang di suplai oleh PLN ke rumah-rumah.

Ada tiga keuntungan utama sistem AC yang mengungguli sistem DC. Pertama, tegangan AC dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh sebuah trafo. Ini memungkinkan energi listrik pada tegangan tinggi dan mendistribusikan daya listrik sesuai dengan tegangan yang dikehendaki. Kedua, motor AC (motor induksi) berharga lebih murah dan lebih sederhana konstruksinya daripada motor DC. Ketiga, switchgear- misalnya, saklar-saklar, pemutus daya (circuit breaker) untuk sistem AC lebih sederhana daripada sistem DC.

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat menemukan besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian gabungan seri-paralel. Meskipun demikian, kadang-kadang kita menjumpai rangkaian yang sulit untuk dianalisis. Sebagai suatu contoh, kita tidak dapat menemukan aliran arus pada setiap bagian rangkaian sederhana dengan kombinasi hambatan seri dan paralel.

Menghadapi rangkaian yang sulit seperti ini, kita menggunakan hukum-hukum yang ditemukan oleh G. R. Kirchhoff (1824-1887) pada pertengahan abad 19. Terdapat dua hukum Kirchoff, dan hukum-hukum ini adalah aplikasi sederhana yang baik sekali dari hukum-hukum kekekalan muatan dan energi. Hukum pertama Kirchoff atau Hukum Persambungan (junction rule) didasarkan atas hukum kekekalan muatan, dan kita telah menggunakannya pada kaidah untuk hambatan paralel.

Hukum II Kirchoff
Hukum II Kirchoff atau aturan loop (loop rule) didasarkan atas kekekalan energi. Hukum II Kirchoff berbunyi: Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik dengan penurunan tegangan adalah sama dengan nol.

Secara matematis:

Perjanjian tenda untuk ggl ε dan kuat arus I dalam persamaan di atas adalah sbb.

Beda potensial (tegangan jepit) antara dua titik pada suatu cabang, misalnya antara titik a dan b, dihitung dengan persamaan:

Dengan menggunakan hukum Ohm kita dapat menemukan besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian gabungan seri-paralel. Meskipun demikian, kadang-kadang kita menjumpai rangkaian yang sulit untuk dianalisis. Sebagai suatu contoh, kita tidak dapat menemukan aliran arus pada setiap bagian rangkaian sederhana dengan kombinasi hambatan seri dan paralel.

Menghadapi rangkaian yang sulit seperti ini, kita menggunakan hukum-hukum yang ditemukan oleh G. R. Kirchhoff (1824-1887) pada pertengahan abad 19. Terdapat dua hukum Kirchoff, dan hukum-hukum ini adalah aplikasi sederhana yang baik sekali dari hukum-hukum kekekalan muatan dan energi. Hukum pertama Kirchoff atau Hukum Persambungan (junction rule) didasarkan atas hukum kekekalan muatan, dan kita telah menggunakannya pada kaidah untuk hambatan paralel.

Hukum I Kirchoff
Hukum I Kirchoff berbunyi: Pada suatu titik cabang, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah kuat arus yang keluar.

Misalkan pada titik cabang P

 Maka sesuai dengan Hk I Khircoff adalah I1 + I2 = I3 + I4

 

Hasil eksperimen George Simon Ohm pada tahun 1827 menunjukkan bahwa arus listrik I yang mengalir pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial V yang diberikan pada ujung-ujungnya. 

Jika beda potensial diperbesar maka arus yang mengalir juga semakin besar. Hasil eksperimen ini dikenal dengan hukum Ohm. Hubungan antara V dan I secara grafik adalah

 

Dari gambar tampak bahwa kuat arus listrik sebanding dengan tegangan yaitu

Sehingga 

Konduktansi dari konduktor yang merupakan kebalikan dari Resistansi, maka 

Sehingga 

Dengan: 

R = hambatan listrik (ohm, Ω) 

V = beda potensial atau tegangan (volt, V) 

I = kuat arus listrik (ampere, A) 

Perumusan di atas untuk kasus R konstan dikenal sebagai Hukum Ohm yang berbunyi: kuat arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar listrik sebanding dengan tegangan (beda potensial) antara dua titik pada penghantar tersebut, asalkan R konstan. Melihat grafik hubungan I-V, maka semakin miring (curam) grafik I-V maka hambatannya makin besar dan begitu juga sebaliknya.