Transformator

Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.


Prinsip kerja Transformator
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).
Kumparan yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik disebut kumparan primer (input) dan kumparan yang lainnya disebut kumparan sekunder (output). Perubahan kuat arus dalam kumparan primer menimbulkan perubahan flux magnetik dalam inti besi. Perubahan flux magnetik dalam inti besi membangkitkan GGL induksi pada kumparan sekunder.

——————

E_s = Ns/Np . E_p

E_p : E_s = N_p : N_s

Jadi jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan kumparan primer, tegangan sekunder lebih besar dari tegangan primer (step-up transformer).
Kita anggap tidak ada energi listrik yang hilang pada perpindahannya dari kumparan primer ke kumparan sekunder maka :

E_s .I_s . t = E_p . I_p . t

I_s = E_p / Es . I_p

I_s = Np / Ns  . I_p

I_p : I_s = N_s : N_p

Dari hubungan itu dapat dilihat bahwa jika jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih banyak, kuat arus pada kumparan sekunder lebih kecil daripada kuat arus dalam kumparan primer. Pada alat las listrik kumparan sekunder hanya terdiri atas beberapa lilitan saja, karenanya I-nya sangat besar. Arus yang besar mampu menghasilkan panas yang sangat besar.

Jembatan Wheatstone

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 . jembatan wheatstone digunakan untuk mengukur suatu hambatan yang tidak diketahui berapa besar nilai hambatan listrik tersebut. Jembatan wheatstone merupakan susunan komponen-komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya seperti tampak pada gambar berikut :

 

Hasil kali antara hambatan hambatan berhadapan yang satu akan sama dengan hasil kai hambatan hambatan berhadapan lainnya jika beda potensial antara c dan d bernilai nol. Persamaanya :

R1 . R3 = R2 . R4
dapat diturunkan dengan menerapkan Hukum Kirchoff dalam rangkaian tersebut.

Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone :
1. Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-larus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”.

Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.

Rumus Hukum Ohm
Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan

V = I.R
atau
I = V / R

dimana
I  = arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)
V = tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (Volt)
R = hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (Ohm)

2. Hukum Kirchoff I

Dipertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff berbunyi “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.”

Jumlah I masuk = I keluar

3. Hukum Kirchoff II

Hukum Kirchoff II berbunyi, “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.”

Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak adanya energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa digunakan atau diserap.

Berikut adalah penerapan hukum Kirchoff untuk memperoleh persamaan R₁ . R₃ = R₂ . R₄.

Pertama-tama perhatikanlah dengan cermat rangkaian jembatan wheatston

kita anggap R4 adalah Rx.

Carilah persamaan di loop I dan persamaan di loop II, yaitu

Persamaan di loop II

I₂ . R₂ + I₃ . R₅ - I₁ . R₄ = 0
 

Persamaan di loop III

I₄ . R₁ - I₅ . R₃ - I₃ . R₅ = 0

Jika tidak ada arus yang mengalir ke R₅ (I₃ = 0), maka ;

Persamaan loop II
I₂ . R₂ - I₁ . R₄ = 0

Persamaan loop III
I₄ . R₁ - I₅ . R₃ = 0

Bagi persamaan di loop II dengan persamaan di loop III, maka akan di peroleh bentuk berikut

Pada saat I₃ = 0, maka I₂ = I₄ dan I₁ = I₅, sehinnga bentuk ini akan menjadi

 

Bagaimana Jika I3 tidak sama dengan nol 

Pada kasus I₃ ≠ 0, maka analisis rangkaian akan menjadi lebih rumit, di mana variabel kuat arus listrik (I) akan muncul dalam persamaan. Untuk lebih jelasny, ikutilah langkah-langkah berikut

Persamaan di loop III
I₄ . R₁ - I₅ . R₃ - I₃ . R₅ = 0

Perhatikanlah arah arus listrik pada rangkaian, dengan menerapkan hukum I Kirchoff akan didapat persamaan

I = I₁ + I₂
I₂ = I₄ + I₃
I₅ = I₃ + I₁
Oleh karena itu, persamaan di loop III akan menjadi
(I₂ - I₃)R₁ - (I₃ + I₁)R₃ - I₃R₅ = 0
I₃R₅ = (I₂ - I₃)R₁ - (I₃ + I₁)R_{3............................1)}
Persamaan di loop II
I₂ . R₂ + I₃ . R₅ - I₁ . R₄ = 0
I₃ . R₅ = I₁ . R₄ - I₂ . R_{2..............................2)}
Substitusi persamaan 1) ke persamaan 2), maka akan didapat bentuk seperti berikut
(I₂ - I₃)R₁ - (I₃ + I₁)R₃ = I₁ . R₄ - I₂ . R₂
I₂ . R₁ - I₃ . R₁ - I₃ . R₃ - I₁ . R₃ = I₁ . R₄ - I₂ . R₂
I₂(R₁ + R₂) - I₁(R₃ + R₄) = I₃ (R₁ + R₃)

Jadi persamaan akhir apabila I₃ ≠ 0, dalam artian ada beda potensial antara ujung-ujung R₅, maka akan berlaku persamaan berikut

I₂(R₁ + R₂) - I₁(R₃ + R₄) = I₃ (R₁ + R₃)

Besaranya hambatan total rangkaian dapat dicari dengan persamaan
R_total = E/I

 

Rangkaian Hambatan Listrik

Landasan Teori

Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi rangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya. Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun paralel minimal diperlukan dua hambatan. Adapun, untuk membuat rangkaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya. Hambatan seri Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri (Rs). Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke tiga hambatan masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku: V = V1 + V2 + V3 Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak bercabang) berlaku: I = I1 = I2 = I3 Hambatan Paralel Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti paralel (Rp). Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus listrik. Tiga buah lampu masing masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun paralel dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3. sesuai Hukum Ohm dirumuskan: I1 = V/R1       I2 = V/R2    I3 = V/R3 Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama, sehingga berlaku: V = V1 = V2 = V3 Besar kuat arus I dihitung dengan rumus: I = V/Rp rumus hambatan pengganti paralel: 1/Rp = 1/R1 + 1/R2  + 1/R3 Pada dasarnya hambatan listrik (resistor) dapatt di rangkai menjadi 2 (dua) macam yaitu rangkaian memanjang (SERI) dan rangkaian bercabang (PARALEL). 2 buah hambatan atau lebih yang dirangkai secara memanjang berarti kaki resistor sesudahnya disambung dengan kaki resistor sebelumnya (kaki kiri resistor 2 nyambung dengan kaki kanan resistor 1) dan seterusnya. untuk hambatan totalnya tinggal kita jumlahkan nilai tiap hambatan yang ada. Yang namanya cabang berarti tidak dalam 1 jalur.  2 resistor yang dirangkai secara bercabang (paralel) berarti 2 resistor tersebut di buat dalam 2 jalur/cabang. Jika ada 3 resistor maka cabangnya juga ada 3. Nilai hambatan totalnya adalah : dari persamaan-persamaan di atas terlihat bahwa resistor yang dirangkai secara SERI maka hambatan totalnya akan semakin besar sedangkan yang dirangkai secara PARALEL hambatannya semakin kecil. Rangkaian Hambatan Listrik Agar arus listrik dan tegangan listrik dalam rangkian dapat diperoleh sesuai dengan yang kita butuhkan maka perlu di atur dengan menambahkan hambatan dalam rangkaian. Namun demikian terkadang kita tidak mendapatkan nilai hambatan yang sesuai, dengan demikian kita perlu merangkai dua atau lebih hambatan agar mendapatkan nilai hambatan yang sesuai. Setidaknya ada dua jenis cara menyusun hambatan dalam rangkaian, yaitu secara seri dan paralel. Apakah perbedaan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel?  Rangkaian manakah yang menghasilkan hambatan pengganti lebih besar, dan rangkaian jenis apakah yang menghasilkan hambatan pengganti lebih kecil. Berikut ini adalah jenis-jenis rangkaian listrik. A.    Rangkaian hambatan Seri Rangkaian hambatan seri adalah rangkaian hambatan yang disusun berderet (tidak bercabang). Jika pada setiap titik dipasang amperemeter, maka besarnya arus listrik yang melalui setiap hambatan adalah sama besar. I1 =  I2 = I Sedangkan tegangan diantara a-b (Va-b), diantara b-c (Vb-c) dan diantara a-c (Va-c) memiliki hubungan : Va-c = Va-b + Vb-c,       berdasarkan hal tersebut jika hukum ohm dimasukkan dalam perhitungan maka I Rs = I1R1 + I2R2,             karena I1 = I2 = I maka Rs = R1 + R2 Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besarnya hambatan pengganti dalam rangkaian seri sama dengan hasil penjumlahan aljabar semua hambatan. Sehingga nilai hambatan pengganti selalu lebih besar daripada nilai hambatan yang disusunnya. Contoh, Dua buah hambatan masing-masing 4 ohm, jika dua bauah hambatan di rangkai dalam bentuk seri, maka hitunglah besarnya rangkaian pengganti. Diketahui R1 = R2 = 4 ohm Jawab: Rs = R1 + R2 Rs = 4 ohm + 4 ohm Rs = 8 ohm B.     Rangkaian hambatan Paralel Rangkaian hambatan paralel adalah rangkaian hambatan yang bercabang. Jika pada setiap cabang di pasang amperemeter maka jumlah arus listrik yang menuju titik cabang sama dengan jumlah arus listrik yang meninggalkan titik cabang. Pernyataan ini di kenal dengan hukum I Kirchhoff. Dengan demikian dapat dituliskan :   I = I1 + I2,  Jika volt meter dipasang pada tiap-tiap ujung hambatan dalam rangkaian, maka beda potensial masing-masing hambatan besarnya sama. Dengan demikian dapat dituliskan : V1 = V2 = V Dari hukum ohm: I = V/R  maka persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi: karena V1 = V2 = V    maka      , atau  Rp = (R1.R2)/(R1+R2) Contoh, Dua buah hambatan masing-masing 4 ohm, jika dua bauah hambatan di rangkai dalam bentuk paralel, maka hitunglah besarnya rangkaian pengganti. Diketahui R1 = R2 = 4 ohm Jawab: Rp = (R1.R2)/(R1+R2) Rp = (4x4)/(4+4) Rp = 16/8 Rp = 2 ohm

Hukum Ohm

PRAKTIKUM

A. Judul                                     : Hukum Ohm

B. Tujuan Percobaan                : Mempelajari hubungan antara tegagan dan kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian.

 

C. Landasan Teori                      : Dalam arus listrik terdapat hambatan listrik yang menentukan besar kecilnya arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya, dan sebaliknya. George Simon Ohm (1787-1854), melalui eksperimennya menyimpulkan bahwa arus I pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial Vyang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut.
Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan.
Dengan demikian, arus I yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatannya.Pernyataan ini dikenal dengan HukumOhm, dan dinyatakan dengan persamaan

D. Alat Dan Bahan     :

Ø  Meter Dasar

Ø  Kabel penghubung merah

Ø  Kabel penghubung hitam

Ø  Papan rangkaian

Ø  Skalar satu kutub

Ø  Jembatan penghubung

Ø  Catu daya

Ø  Potensioner

Ø  Voltmeter 10V DC, 1 buah

Ø  Amperemeter 100mA, 1 buah

E. Langkah - langkah percobaan         :

Ø  Menyiapkan peralatan atau komponen sesuai dengan daftar alat dan bahan.

Ø  Membuat rangkaian

1. saklar dalam posisi terbuka (posisi 0)

2. Sebuah meter dasar 90 sebagai ampermeter dengan batas ukur 100 mA.

3. Meter dasar  90 lainya sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 volt

Ø  Menghubungkan catu daya kesumber tegangan.

Ø  Menghubungkan rangkaian kecatu daya dengan mengunakan kabel penghubung.

Ø  Menghidupkan kecatu daya.

Ø  Mengatur potensioner sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sekitar 2 volt. Kemudian baca dan catat hasilnya kedalam tabel.

Ø  Mengulangi langkah ke 5 sebanyak 3 kali, kemudian catat hasilnya kedalam tabel pada hasil pengamatan.

F. Tabel pengamatan :

No.	Tegangan (Volt)	Kuat arus (Ampermeter)	V/I
1.	1	4	0,25 Ω
2.	1,2	6	0,2 Ω
3.	2	10	0,2 Ω
4.	2,6	18	0,14 Ω
5.	3	12,5	0,24 Ω
6.	4	20	0,2 Ω
7.	5	24	0,2 Ω

G. Analisis data :

·         Dari percobaan pertama jarum pada voltmeter menunjukkan tegangan sebesar 1V, sedangkan kuat arus sebesar 4 A, dan menghasilkan hambatan sebesar 0,25Ω.

·         Percobaan kedua jarum pada voltmeter menunjukkan tengangan sebesar 1,2 V, pada percobaan jarum ketiga pada voltmeter menunjukkan hambatan sebesar 2V sedangkan kuat arus sebesar 6 A, pada percobaan ketiga menunjukkan kuat arus sebesar 10 A dan sama-sama menghasilkan hambatan sebesar 0,2Ω.

·         Pada percobaan yang ke empat tegangan sebesar 2,6 V  dan kuat arus sebesar 18 A sehingga menghasilkan hambatan sebesar 0,14Ω.

·         Pada percobaan ke lima, ke enam dan ke tujuh tegangan yang bermula 3V menjadi 4V dan 5 sedangkan kuat arus yang bermula 12,5A menjadi 20A dan 24A. Dan menghasilkan hambatan sebesar 0,24Ω dan 0,2Ω menjadi 0,21Ω.

 

H. Kesimpulan :

Ø  Jadi dapat disimpulakan semakin besar sumber tegangan maka semakin kuat arus yang dihasilkan.

Alat Ukur Listrik

Seorang teknisi elektronik biasanya memiliki alat pengukur wajib yang mereka gunakan untuk berbagai keperluan teknis yaitu avometer yang merupakan gabungan dari fungsi alat ukur amperemeter untuk mengukur ampere (kuat arus listrik), voltmeter untuk mengukur volt (besar tegangan listrik) dan ohmmeter untuk mengukur ohm (hambatan listrik).

a.  Amperemeter 

Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter. Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk arus yang besar ditambhan dengan hambatan shunt. Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.

                    Alat untuk mengukur besarnya kuat arus listrik dalam suatu rangkaian. Amperemeter dipasang secara seri pada komponen yang diukur.

Untuk mengukur arus yang besar maka arus harus disimpangkan melalui hambatan yang diparalel dengan Galvanometer

b.      Voltmeter

Voltmeter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat multiplier akan dapat meningkatkan kemampuan pengukuran alat voltmeter berkali-kali lipat. Gaya magnetik akan timbul dari interaksi antar medan magnet dan kuat arus. Gaya magnetic tersebut akan mampu membuat jarum alat pengukur voltmeter bergerak saat ada arus listrik. Semakin besar arus listrik yang mengelir maka semakin besar penyimpangan jarum yang terjadi.

Alat untuk mengukur beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian. Voltmeter dipasang secara pararel dengan komponen yang diukur.

Untuk mengukur beda potensial yang besar caranya dengan menambahkan hambatan yang dipasang seri dengan galvanometer. Hambatan ini dinamakan hambatan depan (R_S). Nilainya lebih besar daripada hambatan galvanometer (R_G), sehingga beda potensial hambatan depan (V_S) lebih besar dari pada beda potensial galvanometer (V_G)

b.      Ohmmeter

Ohm meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang merupakan suatu daya yang mampu menahan aliran listrik pada konduktor. Alat tersebut menggunakan galvanometer untuk melihat besarnya arus listrik yang kemudian dikalibrasi ke satuan ohm.

Alat untuk mengukur besarnya hambatan antara dua titik dalam suatu rangkaian. Komponen yang diperlukan pada ohmmeter adalah baterai, resistor dan galvanometer disusun secara seri dan besar  tegangan pada baterai telah diketahui, sedangkan hambatan yang diukur menutup rangkaian tersebut