Arus, Tegangan, dan Daya

Arus listrik

Besaran satuan untuk arus listrik adalah ampere. Simbol besaran ini adalah A. Hanya sedikit orang yang menggunakan kata “ampere”. Umumnya yang digunakan adalah amp. Sebuah lampu listrik yang dipasok dari sumber listrik (mains) membutuhkan kurang lebih sepertiga amp untuk menjadikannya bersinar terang. Sebuah pemanas ruangan dua-batangan membutuhkan kurang lebih 8 amp.

Arus listrik dengan jumlah (atau magnitudo) yang lebih kecil diukur dengan satuan miliamp. satu miliamp, yang simbolnya mA, adalah seperseribu dari satu amp. Sebuah bohlam lampu senter membutuhkan 60 mA atau kurang.

Satuannya arus listrik yang lebih kecil lagi mikroamp, yang simbolnya adalah µA. satu mikroamp adalah seperseribu dari satu miliamp, atau sepersejuta dari satu amp. Jam-jam dinding listrik dan jam-jam tangan listrik hanya membutuhkan beberapa mikroamp. Itu sebabnya sebuah baterai AAA tunggal mampu menghidupkan sebuah jam dinding digital selama berbulan-bulan.

Arus mengalir disepanjang jalur rangkaian listrik. Arus mengalir dari terminal posotif baterai, melewati lampu dan kembali ke baterai melalui terminal negatif. Besarnya arus yang mengalir disemua bagian rangkaian lsitrik adalah sama.

Tegangan listrik

Tegangan listrik adalah gaya listrik yang menggerakkan arus untuk mengalir di sepanjang sebuah rangkaian listrik. Besaran satuan untuk tegangan listrik adalah volt, dengan simbol V. kebanyakan sel listrik menghasilkan tegangan sebesar kurang lebih-lebih 1,5 V. Tegangan sumber listrik PLN adalah 230 V.

Disebuah stasiun pembangkitan listrik, tegangan yang dibangkitkannya lebih besar dan diukur dalam satuan kilo-volt, yang simbolnya adalah kV. Satu kilovolt setara dengan seribu volt. Pada saluran-saluran transmisi tegangan-tinggi  tegangan yang ada dapat mencapai 400 kV.

Tegangan-tegangan yang lebih rendah diukur dalam satuan milivolt, dengan simbol mV. Satu milivolt adalah seper seribu dari satu volt. Tegangan-tegangan yang lebih rendah lagi diekspresikan dalam satuan mikrovolt, dengan simbol µV. Satu mikrovolt adalah seperseribu dari satu milivolt atau sepersejuta dari satu volt. Sinyal-sinyal listrik yang datang dari sebuah mikrofon atau perangkat-perangkat sensor lain pada umumnya terukur dalam bilangan milivolt atau mikrovolt.

Arus digerakkan untuk mengalir di sepanjang rangkaian oleh gaya gerak listrik (tegangan) yang timbul antara terminal positif dan terminal negatif.

Daya listrik

Daya listrik merepresentasikan laju perubahan energi yang dihasikakan oleh sebuah perangkat listrik, dari satu bentuk energi ke bentuk lainnya. Sebagai contoh, sebuah pemanas ruangan mengubah energi listrik menjadi energi panas. Laju perubahan ini dinyatakan dalam satuan watt. Simbol untuk besaran watt adalah W.

Sebuah listrik kelas menengah bekerja pada daya 75 W. sebuah alat pemanas dua-batangan memiliki rating daya 2000W, atau 2 kilowatt. Daya yang dihasilkan oleh sebuah stasiun pembangkit tenaga listrik (yang mengkonversikan energi yang tersimpan di dalam batu bara menjadi energi listrik) terukur dalam bilangan megawatt.

Dapat diperlihatkan bahwa daya yang dibangkitkan sebuah perangkat listrik sebanding dengan besarnya arus yang mengalir melewatinya. Daya juga sebanding dengan tegangan yang menggerakkan arus tersebut. Semakin besar arus dan semakin besar gaya kelistrikannya, semakin besar pulalah daya yang dihasilkan. Apabila kita menuliskannya dalam bentuk persamaan :

daya= arus x tegangan

• daya dinyatakan dalam satuan watt
• arus dalam satuan amp
• tegangan dalam satuan volt

contoh 1

Sebuah setrika listrik bekerja dengan tegangan sumber 230 V dan arus yang mengalir didalamnya adalah 5,65 A. Berapakah daya yang dihasilkannya?

Jawab  :

daya= 230 x 5,65 = 1299,5 W

nilai ini mendekati 1300 W, atau 1,3 kW

Contoh 2

Sebuah lampu 100 W bekerja dengan tegangan sumber PLN 230 V. Berapakah arus yang mengalir melewati lampu?

Jawab  :

Arus = daya/tegangan

Menggunakan versi persamaan ini :

arus =100/230= 0,435 A

Arus yang mengalir adalah 0,435 A = 435 mA.

Rangkuman

Satuan-satuan dasarnya dituliskan dengan cetakan tebal. Satuan-satuan kelipatan atau sub-kelipatan yang dicantumkan disini adalah yang paling sering dipergunakan dalam elektronika.

Tegangan bolak-balik

Tegangan pada terminal positif sebuah baterai akan bertahan konstan hingga sel kehabisan muatannya. Apabila kita memplot sebuah grafik yang menggambarkan perubahan tegangan terhadap waktu, grafik untuk sebuah baterai yang masih baru adalah sebagai berikut :

Grafik ini berwujud sebuah garis lurus horisontal. Grafik memperlihatkan bahwa tegangan baterai akan bertahan konstan pada nilai 6 V.

Apabila kita menyambungkan baterai ke sebuah lampu, kita dapat menggunakan multimeter untuk mengukur arus yang mengalir melewatinya. Karena tegangan bernilai konstan, arus yang digerakkannya juga konstan. Grafik arus terhadap waktu juga merupakan sebuah garis lurus horisontal, sebagaimana halnya grafik diatas. Arus konstan semacam ini disebut sebagai arus searah (direct current). Sebutan ini seringkali disingkat arus DC.

DC selalu mengalir ke satu arah yang sama, dari positif ke negatif.

Catatan : sebagaimana biasanya, kita mengansumsikan bahwa ‘arus’ adalah arus konvensional.

Arus yang kita dapatkan dari beberapa jenis generator (termasuk juga generator listrik PLN) berbeda dengan arus DC ini. Arus generator-generator ini secara terus-menerus berubah arahnya.

Arus semacam itu disebut sebagai arus bolak-balik (alternating current). Sebutan ini seringkali disingkat menjadi AC.

Tegangan pada salah satu terminal sebuah generator AC yang tipikal digambarkan pada grafik dibawah ini:

Pada satu titik waktu tertentu, tegangan pada terminal tersebut bernilai 1V positif terhadap terminal lawannya. Selanjutnya, tegangan akan semakin bekurang hingga menjadi 1V negatif terhadap terminal lawannya. Berikutnya, tegangan akan berubah lagi hingga menjadi 1 V positif. Siklus ini akan berulang terus tanpa ada akhirnya. Pengaruh dari perubahan bolak-balik tegangan ini terhadap arus di dalam rangkaian diperlihatkan pada gambar berikut:

 

Seiring dengan berubah-ubahnya tegangan pada kedua terminal, dari positif ke negatif dan sebaliknya, arus secara terus-menerus juga akan mengalami perubahan arah aliran, arus ini adalah arus bolak-balik.

Menjabarkan arus bolak-balik

Arus searah sangat mudah untuk dijabarkan. Kita hanya perlu menyebutkan besarnya, dalam satuan amp. Untuk menjabarkan arus bolak-balik kita harus menyatakan dalam tiga hal :

• Amplitudo : nilai maksimum arus, dalam satuan amp.
• Perioda : waktu yang dibutuhkan gelombang arus untuk menyelesaikan satu siklus, dari positif kembali ke positif lagi.
• Bentuk gelombang : bentuk grafik arus

 

Tegangan AC yang diplot diatas memiliki amplitudo A=1V. Tegangan ini memiliki periode P=1s.

Apabila kita memplot grafik sebuah gelombang sinus pada sudut 0° hingga 360°, gelombang ini memiliki bentuk yang sama persis dengan satu siklus gelombang AC. Grafik tegangan atau arus AC memiliki bentuk gelombang sinus. Tidak semua gelombang AC memiliki wujud semacam ini, namun bentuk ini adalah yang paling umum dijumpai. Gelombang AC dari sumber PLN dan trafo-trafo pembangkit listrik lainnya berbentuk gelombang sinus.

Frekuensi

Satuan frekuensi adalah hertz. Simbol untuk satuan semacam ini adalah Hz. Satu hertz didefinisikan sebagai frekuensi satu siklus (atau putaran) per detik. Gelombang AC yang diperlihatkan pada grafik diatas memiliki frekuensi 1 siklus per detik, atau 1 Hz.

Apabila perioda sebuah gelombang adalah P detik, akan terdapat 1/P siklus dalam satu detik. Oleh karena itu, frekuensi gelombang tersebut adalah 1/P Hz.

frekuensi =1/perioda

Sekian artikel tentang Arus, Tegangan, dan Daya, Silahkan baca artikel kami lainnya di peralatanelektromedik.com terima kasih sobat elektromedis yang sudah membaca artikel kami semoga bermanfaat.