Rangkaian Arus Searah
Rangkaian arus searah atau direct current
(DC) adalah aliran elektron dari suatu
titik yang energi potensialnya tinggi ke
titik lain yang energi potensialnya lebih
rendah. Pada dasarnya dalam kawat
penghantar terdapat aliran elektron dalam
jumlah yang sangat besar, jika jumlah
elektron yang bergerak ke kanan dan ke
kiri sama besar maka seolah-olah tidak
terjadi apa- apa. Namun jika ujung
sebelah kanan kawat menarik elektron
sedangkan ujung sebelah kiri
melepaskannya maka akan terjadi aliran
elektron ke kanan (tapi ingat, dalam hal
ini disepakati bahwa arah arus ke kiri).
Aliran elektron inilah yang selanjutnya
disebut arus listrik.
Sumber arus listrik searah biasanya
adalah baterai (termasuk aki dan Elemen
Volta) dan panel surya. Arus searah
biasanya mengalir pada sebuah konduktor
walaupun mungkin saja arus searah
mengalir pada semi-konduktor, isolator,
dan ruang hampa udara.
Arus searah dulu dianggap sebagai
arus positif yang mengalir dari ujung
positif sumber arus listrik ke ujung
negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang
lebih baru menemukan bahwa
sebenarnya arus searah merupakan arus
negatif (elektron) yang mengalir dari
kutub negatif ke kutub positif. Aliran
elektron ini menyebabkan terjadinya
lubang-lubang bermuatan positif, yang
"tampak" mengalir dari kutub positif ke
kutub negatif.
Gaya Gerak Listrik
Di dalam medan listrik muatan
bebas positif dalam konduktor mendapat
gaya listrik searah dengan Ê dan bergerak
dari potensial tinggi ke potensial rendah,
akan tetapi hal ini tidak dapat terus-
menerus terjadi karena dalam konduktor
akan terjadi penumpukan muatan
(induksi) yang menghasilkan medan
induksi yang melawan medan semula dan
akhirnya menghentikan proses
perpindahan ini.
Untuk memperoleh aliran yang
berkesinambungan maka muatan positif
yang tertumpuk di ujung berpotensial
rendah tersebut dibawa kembali semula
di ujung berpotensial tinggi. Jelas sekali
hal ini tidak dapat dilakukan oleh medan
listrik. Pengaruh yang dapat
memindahkan muatan positif dari
potensial rendah ke potensial yang lebih
tinggi disebut gaya gerak listrik (ggl).
Setiap rangkaian lengkap dimana terdapat
arus listrik yang mantap harus
mengandung alat yang memberinya gaya
gerak listrik diantaranya baterai,
generator, sel fotovoltaik, thermokopel,
dan sebagainya. Alat-alat semacam ini
mampu memberikan energi pada
rangkaian yang dihubungkan dengannya,
karena itu disebut sebagai sumber daya,
sedangkan sebenarnya alat tersebut hanya
mengubah energi bentuk lain menjadi
energi listrik.
Di dalam sumber ggl yang terbuka
(kutub positif dan negatifnya tidak
berhubungan di luar sumber) maka
resultan = 0 di setiap titik, jadi +
=0 Jadi pada rangkaian terbuka:
Vab = Ԑ
Meskipun demikian gaya gerak listrik Ԑ
bukanlah beda potensial. Beda potensial
Vab adalah usaha per muatan oleh medan
elektrostatik (besarnay tergantung arus)
sedangkan ggl adalah usaha per satuan
muatan oleh medan non elektrostatik
(tidak bergantung pada arus).
Arus Listrik
Jika arus mengalir dalam sebuah
konduktor maka yang dimaksud adalah di
setiap titik, arus akan melintasi
penampang lintang konduktor tersebut.
Bila ada resultan aliran muatan positif
yang melintasi permukaan tersebut per
satuan waktu. Jika jumlahmuatan yang
melintasi permukaan tersebut dalam
selang waktu Δt adalah Δq maka arus
rata-rata yang melintasi permukaan
tersebut adalah:
I rata-rata =
Hambatan
Jika kita memakai perbedaan
potensial yang sama di antara ujung-ujung
tembaga yang mempunyai geometri yang
serupa, maka dihasilkan arus-arus yang
sangat berbeda. Karakteristik penghantar
yang menyebabkan hal ini adalah
hambatan (resistance). Hambatan dari
sebuah penghantar di anatara dua titik
dengan perbedaan potensial V diantara
titik-titik tersebut, dan dengan mengukur
arus i, dan kemudian melakukan
pembagian:
R =
Jika V dinyatakan dalam volt dan i
dinyatakan dalam ampere, maka
hambatan dinyatakan dalam ohm.
Hukum Kirchoff
Ada dua hukum yang berlaku bagi
rangkaian yang memiliki arus tetap, yakni
hukum kirchoff.
1. Pada setiap rangkaian tertutup, jumlah
aljabar dari beda potensialnya harus sama
dengan nol.
2. Pada setiap titik percabangan jumlah arus
yang masuk melalui titik tersebut sama
dengan jumlah arus yang keluar dari titik
tersebut.
Hukum pertama kirchoff disebut
juga hukum simpal, karena beda potensial
di antara dua titik dalam suatu rangkaian
pada keadaan tunak selalu konstan.
Hukum kedua kichoff dikenal
dengan hukum percabangan, karena
hukum ini memenuhi hukum keekkalah
muatan. Hukum ini diperlukan untuk
rangkaian multisimpal yang mengandung
titik-titik percabangan ketika arus mulai
terbagi. Pada keadaan tunak, tidak ada
akumulasi muatan listrik pada setiap
rangkaian, dengan demikian jumlah
muatan yang masuk di setiap titik akan
meninggalkan titik tersebut dengan
jumlah yang sama.
Kapasitor dalam Rangkaian Arus Searah
1. Pengisian kapasitor
Sebuah kapasitor kosong pada
proses pengisian dihubungkan dengan
baterai melalui hambatan. Kapasitor yang
ideal tidak melewatkan muatan tetapi
mengumpulkan atau menyimpan muatan.
Ketika saklar ditutup, kapasitor masih
belum bermuatan dan beda potensialnya
masih nol. Beda potensial melintang
hambatan sama dengan beda potensial
antara kutub-kutub baterai dan arus yang
melalui i = .
Dengan adanya arus ini maka
keping kapasitor mulai bermuatan, bedaa
potensialnya naik sedangkan beda
potensial melintang hambatan menurun.
Dengan demikian demikian arus yang
melalui hambatan pun menurun. Lama
kelamaan muatan kapasitor menajdi
penuh dan potensialnya sama dengan
potensial baterai.
2. Pengosongan Kapasitor
Apabila suatu kapasitor yang telah
berisi penuh muatan Q (dengan beda
potensial V) dihubungkan kedua
kepingnya dengan kawat penghantar
melalui hambatan R, maka elektron dari
keping negatif akan mengalir ke keping
positif. Dengan demikian arus mengalir
melalui R dari keping positif ke keping
negatif. Maka muatan kapasitor akan
berkurang terus sampai nol.
Penerapan Rangkaian Arus Searah pada
Generator DC
Generator ialah suatu mesin yang
mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga
listrik.
Energi Mekanis GENERATOR
Energi Listrik
Tenaga mekanis : memutar
kumparan kawat penghantar dalam
medan magnet ataupun sebaliknya
memutar magnet diantara kumparan
kawat penghantar.
Tenaga listrik yang dihasilkan
oleh generator tersebut adalah arus
searah (DC) atau arus bolak-balik (AC),
hal ini tergantung dari susunan atau
konstruksi dari generator, serta
tergantung dari sistem pengambilan
arusnya.
Prinsir Kerja Generator Arus Searah
Prinsip kerja suatu generator arus searah
berdasarkan hukum Faraday :
e = - N df / dt
dimana : N : jumlah lilitan
f : fluksi magnetik
e : Tegangan imbas, ggl(gaya
gerak listrik)
Dengan lain perkataan, apabila
suau konduktor memotong garis-garis
fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka
ggl akan dibangkitkan dalam konduktor
itu.
Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan gg l
adalah :
- harus ada konduktor ( hantaran kawat )
- harus ada medan magnetik
- harus ada gerak atau perputaran dari
konduktor dalam medan, atau ada fluksi
yang berubah yang memotong konduktor
itu.
Untuk menentukan arah arus
pada setiap saat, berlaku pada kaidah
tangan kanan :
- ibu jari : gerak perputaran
- jari telunjuk : medan magnetik kutub u
dan s
- jari tengah : besaran galvanis tegangan
U dan arus I
Untuk perolehan arus searah dari
tegangan bolak balik, meskipun tujuan
utamanya adalah pembangkitan tegangan
searah, tampak bahwa tegangan
kecepatan yang dibangkitkan pada
kumparan jangkar merupakan tegangan
bolak-balik. Bentuk gelombang yang
berubah-ubah tersebut karenanya harus
disearahkan.
Untuk mendapatkan arus searah dari arus
bolak balik dengan menggunakan:
saklar,komutator,dioda.
0 komentar:
Posting Komentar