Hukum-Hukum Dalam Elektronika

1. Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.

I = Q/T

Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.

Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).

2. Hambatan
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

R = V/I

atau

di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.

Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).

3. Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

V= I .R

Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).

4. Hukum OHm
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.

Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.

Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).

Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.

Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

HUKUM OHM

E = I R
I = E / R
R = I / E

Kesimpulan :
• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
• Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R
• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I

Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :

P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R

Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere

Contoh Soal Latihan:
Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?

JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 10 Amper
Dit : hambatan…………….?

JAWAB
R = V/R

R = 220/10 = 22 ohm

Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm

Contoh Soal Latihan:
Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu tersebut ?

JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 2 Amper
Dit : Daya…………….?

JAWAB
P = V.I

P = 220. 2 = 440 Watt


HUKUM KIRCHOFF

hukum kirchoff ditemukan oleh seorang ahli fisika asal jerman bernama Gustav Robert Kirchoff pada tahun 1862. Hukum kirchoff ini menerangkan tentang arus listrik dan tegangan. Hukum kirchoff dibagi menjadi 2 macam yaitu :

1. hukum kirchoff I, dan

2. hukum kirchoff II

Hukum Kirchhoff I / Kirchhoff Current Law

kata si gustav hukum kirchoff I itu berbunyi “ Jumlah Aljabar semua arus dalam titik percabangan itu sama dengan nol”

kalo ditulis dalam bentuk matematik seperti ini :

∑ I = 0

Hukum kirchoff ini menerangkan tentang hukum arus kirchoff. Emang orang jaman dulu kalo nerangin rumus itu bahasanya rumit2, sekarang biar saya permudah kalimat dari hukum kirchoff I. Agar lebih mudah dipahami melalui contoh kejadian saja…


Hukum Kirchhoff 1

Mari kita lihat rangkaian sederhana di bawah ini, sebuah rangkaian resistor yang dipasang secara paralel. (Kenapa dipasang paralel? Seperti yang saya terangkan di postingan sebelumnya tentang resistor, kalo resistor dipasang paralel maka akan menjadi pembagi tegangan bukan pembagi arus dan percabangan rangkaian hanya terjadi di rangkaian paralel).


Nah, rangkaian di atas itu jalur arus listriknya seperti ini :


Tidak usah bingung kenapa jalurnya seperti itu, cukup liat tanda panah dari arusnya, itulah arah dari arusnya, hanya saja saya bagi dua bagian, arus masuk dan arus keluar. Baiklah, sesuai dengan hukum kirchoff 1, maka pada titik A, I1 – I2 – I3 – I4 = 0, atau I1 = I2 + I3 + I4, begitu juga pada titik B terjadi hal yang sama.

Itulah yang dimaksud dengan hukum kirchoff 1, berapapun jumlah arus yang masuk dari percabangan A akan sama dengan arus yang keluar dari percabangan B. Mengerti?

Agar lebih paham lagi mari kita lihat contoh soal dibawah :

4 buah lampu dipasang paralel dengan sumber tegangan dari sebuah adaptor. Jika arus yang masuk dari tiap-tiap lampu adalah : lampu 1 = 5A lampu 2 = 20A lampu 3 = 15A, maka tentukanlah arus yang dbutuhkan oleh lampu 4?

Jawaban :

Sesuai dengan data yang diberikan, I lampu 1 = 5A; I lampu 2 = 20A; I lampu 3 = 15A.

Maka, kata si kirchoff semua arus jika dikurangkan harus sama dengan nol di setiap percabangan. Karena rangkaian berbentuk paralel untuk semua lampu maka rangkaian ini memiliki percabangan dan memenuhi syarat buat pakai hukum kirchoff 1.

I1 – I2 – I3 – I4 = 0

5A – 20A – 15A – I4 = 0

I4 = 5A + 20A + 15A

I4 = 40A
Hukum Kirchhoff 2 / Kirchhoff Voltage Law

Pada hukukm Kirchhoff 2 sebenarnya bunyinya hampir sama dengan hk. Kirchhoff 1, yang membedakan adalah kalo hk. Kirchoff 1 itu digunakan untuk arus dalam percabangan sedangkan hukum Kirchhoff 2 digunakan untuk menghitung jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup.

Hukum kirchoff 2 berbunyi “ Penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusun yang membentuk satu lintasan tertutup akan bernilai Nol”. Atau dalam bentuk matematiknya sebagai berikut :

∑V = 0

Mari kita langsung lihat contoh soalnya saja …

Pertanyaan : tentukanlah V2 rangkaian tersebut!

Jawaban :

sekarang kita lihat tanda plus minus dari rangkaiannya dan ingat rumus dari hukum kirchhoff 2 ΣV = 0

jika arah tegangannya dihitung searah dengan jarum jam maka,

+V2+10+2-15 = 0

V2 = 3 volt

dan jika berlawanan arah jarum jam maka,

-V2-10-2+15 = 0

V1 = 3 volt