Kelistrikan

A.  PENGERTIAN KELISTRIKAN, ARUS LISTRIK, HAMBATAN DAN TEGANGAN LISTRIK

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik dapat juga diartikan sebagai kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. 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 di dalam 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

Sehingga bisa disimpulkan bahwa di dalam listrik dikenal adanya arus listrik yaitu banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

I = Q/T

Satuan SI untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang bila dipertahankan akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10^-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

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

di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R). 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).

Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang hambatannya kecil, maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.

Hukum I Kirchoff berbunyi:

Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.

Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik.

Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:

Hukum II Kirchoff

Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel.

Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:

Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.

Hukum Kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:

B.  SUMBER-SUMBER ENERGI LISTRIK

Sumber energi listrik adalah benda yang dapat menimbulkan arus listrik. Sumber energi listrik ada yang kecil dan ada yang besar. Beberapa contoh sumber energi listrik adalah:

1.    Baterai

Baterai mudah diperoleh di warung-warung, toko atau supermarket. Pada bungkus baterai biasanya tertulis 1,5 V 1 A, tulisan itu berarti baterai tersebut mempunyai tegangan 1,5 volt dan arus listrik 1 ampere.

Pelopor pembuatan baterai sebagai sumber energi listrik adalah seorang fisikawan Italia bernama Alesandro Volta. Pada tahun 1800, Alesandro Volta membuat suatu elemen yang terdiri dari lempeng seng, lempeng tembaga, dan larutan asam sulfat. Elemen tersebut diberi nama elemen volta. Elemen volta disempurnakan lagi oleh seorang kimiawan Perancis bernama Georges Leclanche. Pada tahun 1860an Goerges membuat rancangan elemen dari seng, karbon dan larutan yang dibuat dari campuran salamoniak dan seng klorida berbentuk pasta.  Elemen leclanche mirip dengan baterai yang kita kenal sekarang.

2.    Aki (akumulator)

Aki terbuat dari plastik tebal dan kuat. Di dalam aki terdapat dua lempeng timbal yang berfungsi sebagai kutub positif (+) dan kutub negatif (-). Aki juga berisi zat kimia berupa cairan sehingga aki disebut elemen basah. Aki tidak dapat dipakai sebagai sumber energi terus-menerus. Oleh karena itu, aki harus di isi kembali, kadang-kadang aki juga perlu ditambah air murni.

Aki banyak dipakai sebagai sumber energi listrik pada kendaraan bermotor. Aki dipakai untuk menyalakan lampu, klakson dan menghidupkan mesin. Ada beberapa macam ukuran aki misalnya 6V, 12V dan 50V. Ukuran aki ini menunjukkan besarnya tegangan listrik yang dimiliki oleh aki tersebut.

3.    Generator

Umumnya listrik diperoleh dari mengubah energi kinetik melalui generator menjadi listrik. Generator adalah sumber energi listrik yang lebih besar dibanding dinamo. Generator dipakai pada pusat pembangkit listrik sebagai sumber energi, generator dihubungkan dengan turbin. Turbin adalah roda besar yang berputar cepat sekali.

Energi kinetik untuk menggerakkan generator bisa diperoleh dari uap yang dihasilkan dari pembakaran sumber energi fosil, seperti minyak, batubara dan gas atau bisa juga dari aliran air atau dari aliran udara. Intinya adalah energi listrik dihasilkan dari pengubahan sumber energi lain.

Sumber-sumber energi untuk listrik memiliki kelebihan dan kekurangan. Sumber energi fosil mudah diperoleh namun bersifat polutif dan cadangannya terbatas. Sementara sumber energi aliran air atau angin relatif bersih, tak terbatas (renewable) namun tidak selalu ada.

C.  KONDUKTOR DAN ISOLATOR LISTRIK

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menggunakan alat-alat yang terbuat dari kertas, plastik, karet, lilin, kayu, alumunium, bahkan bahan yang terbuat dari besi dan baja. Ada benda yang bersifat konduktor dan ada pula yang bersifat isolator. Benda-benda yang termasuk konduktor misalnya: aluminium, besi, dan baja. Sedangkan benda-benda yang termasuk isolator misalnya: kertas, plastik, karet, lilin, dan kayu. Memasak air akan lebih cepat mendidih bila menggunakan alat/ wadah yang terbuat dari logam, karena logam merupakan penghantar panas (konduktor) yang baik. Bandingkan jika menggunakan alat/ wadah yang terbuat dari tanah liat. Begitu pula tangkai atau pegangan alat masak atau alat penggorengan, biasanya menggunakan kayu atau karet. Sebab, kayu dan karet merupakan benda penyekat panas (isolator) yang baik atau penghantar panas yang kurang baik.

Dari uraian di atas dapat kita simpulkan bahwa:

1.    Konduktor adalah bahan-bahan yang mudah mengalirkan arus listrik jika dihubungkan dengan sumber tegangan. Misalnya: tembaga, besi, emas, dll.

Dari bahan - bahan yang paling bagus untuk mengalirkan arus listrik adalah emas.
Karena pada bahan konduktor mempunyai banyak sekali elektron bebas, dan yang paling banyak elektron bebasnya adalah emas.

2.    Isolator adalah bahan - bahan yang akan menghambat arus listrik bila dihubungkan dengan sumber tegangan. Misalnya: gelas, kaca, karet, kayu, dll.

Kenapa tidak dapat menghantarkan arus listrik? Karena dalam bahan yang bersifat isolator seluruh lintasan elektronnya memiliki ikatan yang kuat dengan intinya atau dengan kata lain pada bahan isolator tidak mempunyai elektron bebas walau diberi tegangan listrik.

Selain benda-benda konduktor dan isolator juga dikenal bahan-bahan yang bersifat semikonduktor, yaitu bahan - bahan yang pada kondisi tertentu akan bersifat sebagai isolator dan pada kondisi lain akan bersifat sebagai konduktor. Misalnya: germaniun, silicon, dll.

 Kapan bahan - bahan semikonduktor dapat bersifat isolator dan bersifat konduktor? Bahan-bahan tersebut akan bersifat isolator jika dalam temperatur yang rendah. Dan bahan-bahan tersebut akan bersifat konduktor jika ada dalam temperatur tinggi. Mengapa demikian? Karena dalam temperatur rendah seluruh lintasan elektron terisi penuh oleh elektron, dan ketika dalam temperatur tinggi karena pada temperatur yang tinggi akan ada ikatan - ikatan yang pecah sehingga menyebabkan adanya elektron - elektron bebas.

D.  BENTUK PERUBAHAN ENERGI LISTRIK

Saat ini kita sudah memanfaatkan berbagai energi listrik untuk keperluan sehari-hari. Pemanfaatan listrik tersebut ditandai dengan adanya perubahan energi listrik.

1.    Energi Listrik Menjadi Energi Panas

Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas atau kalor. Berbagai alat yang dapat merubah energi listrik menjadi energi panas, misalnya: pemanas, solder, setrika, dan kompor listrik. Alat yang mengubah energi listrik menjadi energi panas dilengkapi dengan elemen pemanas. listrik yang mengalir melalaui elemen pemanas diubah menjadi energi panas. Elemen pemanas terbuat dari bahan yang mempunyai tahanan tinggi, sehingga listrik yang mengalir melalui bahan tersebut berubah menjadi panas.

Bagian-bagian utama setrika listrik adalah sebagai berikut:

a.    elemen pemanas (elemen inilah yang mengubah energi listrik menjade energi panas);

b.    pemegang setrika, terbuat dari bahan isolator.

c.kabel penghubung;

d.   logam besi/ baja.

2.    Energi Listrik Menjadi Energi Gerak

Energi listrik dapat diubah menjadi energi gerak, misalnya pada: kipas angin, bor listrik, mixer, dan blender.

3.    Energi Listrik Menjadi Energi Bunyi

Energi listrik dapat diubah menjadi energi bunyi dengan menggunakan alat yang dirancang sedemikian rupa, misalnya pengeras suara. Di dalam pengeras suara, gerakan listrik frekuensi audio diubah menjadi gelombang bunyi. Jadi, pengeras suara merubah energi listrik menjadi energi bunyi.

Cara kerja pengeras suara

Mikrofon mengubah energi bunyi menjadi getaran listrik audio. Di dalam amplifier terjadi peningkatan suara yang lebih keras. Speaker mengubah energi listrik frekuensi audio menjadi bunyi (suara asli manusia).

Di dalam kehidupan sehari-hari, perubahan energi listrik menjadi energi lain bermanfaat, misalnya radio. Radio dapat kita gunakan untuk mendapatkan berbagai informasi, hiburan, dan lain-lain. Begitu juga dengan kipas angin yang dapat dipakai dalam suasana yang panas atau kegerahan sehingga menghasilkan angin buatan dan dapat mengurangi kegerahan.

4.    Energi Listrik Menjadi Energi Cahaya

Energi listrik juga dapat berubah menjadi energi cahaya contohnya adalah lampu pijar dan lampu TL.

Bagian-bagian utama lampu pijar adalah sebagai berikut:

a.    elemen pemanas, berupa filamen tungsten atau wolfram

b.    gas argon dan nitrogen.

Elemen pemanas mudah sekali terbakar. Untuk mengatasinya, bola lampu diisi dengan gas argon dan nitrogen. yaitu gas yang tidak bereaksi dengan logam sehingga filamen tidak terbakar. Ketika dialiri arus listrik, filamen dapat berpijar sampai suhu 1.000 . Pijaran filamen inilah yang menghasilkan panas dan cahaya.

Sedangkan untuk lampu TL

Bagian utama lampu neon adalah tabung kaca hampa udara yang diisi dengan uap raksa. Pada kedua ujung tabung, terdapat dua elektrode. Jika pada kedua elektrode ini diberi tegangan, terjadi aliran elektron. Aliran elektron ini menyebabkan uap raksa memancarkan sinar ultraviolet (tidak tampak oleh mata). Karena dinding tabung bagian dalam dilapisi dengan zat yang dapat berpendar maka ketika dinding tersebut terkena sinar ultraviolet akan memendarkan (memancarkan) cahaya, cahaya inilah yang rnenerangi ruangan di sekitarnya.

E.  PEMANFAATAN LISTRIK PADA LAMPU LALU LINTAS

Lampu lalu lintas adalah lampu yang mengendalikan arus lalu lintas yang terpasang di persimpangan jalan, tempat penyeberangan pejalan kaki (zebra cross), dan tempat arus lalu lintas lainnya. Lampu ini yang menandakan kapan kendaraan harus berjalan dan berhenti secara bergantian dari berbagai arah. Pengaturan lalu lintas di persimpangan jalan dimaksudkan untuk mengatur pergerakan kendaraan pada masing-masing kelompok pergerakan kendaraan agar dapat bergerak secara bergantian sehingga tidak saling mengganggu antar arus yang ada.

Lampu lalu lintas telah diadopsi di hampir semua kota di dunia ini. Lampu ini menggunakan warna yang diakui secara universal. Untuk menandakan berhenti adalah warna merah, hati-hati yang ditandai dengan warna kuning, dan hijau yang berarti dapat berjalan.

a.    Jenis lampu lalu lintas

a.    Berdasarkan cakupannya

1)   Lampu lalu lintas terpisah, pengoperasian lampu lalu lintas yang pemasangannya didasarkan pada suatu tempat persimpangan saja tanpa mempertimbangkan persimpangan lain.

2)   Lampu lalu lintas terkoordinasi, pengoperasian lampu lalu lintas yang pemasangannya mempertimbangakan beberapa persimpangan yang terdapat pada arah tertentu.

3)   Lampu lalu lintas jaringan, pengoperasian lampu lalu lintas yang pemasangannya mempertimbangkan beberapa persimpangan yang terdapat dalam suatu jaringan yang masih dalam satu kawasan.

4)      Jenis lampu lalu lintas

1)   Fixed time traffic signal, lampu lalu lintas yang pengoperasiaannya menggunakan waktu yang tepat dan tidak mengalami perubahan.

2)   Actuated traffic signal, lampu lalu lintas yang pengoperasiaannya dengan pengaturan waktu tertentu dan mengalami perubahan dari waktu ke waktu sesuai dengan kedatangan kendaraan dari berbagai persimpangan.

2.    Tujuan adanya lampu lalu lintas

a.    Menghindari hambatan karena adanya perbedaan arus jalan bagi pergerakan kendaraan.

b.    Memfasilitasi persimpangan antara jalan utama untuk kendaraan dan pejalan kaki dengan jalan sekunder sehingga kelancaran arus lalu lintas dapat terjamin.

c.    Mengurangi tingkat kecelakaan yang diakibatkan oleh tabrakan karena perbedaan arus jalan.

3.    Variasi lampu lalu lintas

Lampu lalu lintas memiliki banyak variasi, tergantung dari budaya negara yang menggunakannya dan kebutuhan khusus di perempatan tertentu. Contoh variasinya adalah lampu lalu lintas khusus pejalan kaki, lampu lalu lintas untuk pengguna sepeda, bus, kereta, dan lain-lain. Urutan lampu yang terpasang juga dapat berbeda-beda. Selain itu, ada banyak aturan dalam pengaturan lampu lalu lintas. Semua variasi lampu lalu lintas ini bisa saja dioperasikan bersamaan pada perempatan yang kompleks. Misalnya saja pada perempatan kompleks yang ramai dilewati para pejalan kaki dan kendaraan roda empat. Di sisi lain, jika lampu pejalan kaki berwarna hijau menyala, maka mobil harus berhenti, karena secara otomatis lampu lalu lintas untuk kendaraan akan berwarna merah jika lampu pejalan kaki berwarna hijau.

4.    Sistem lampu lalu lintas

Sistem pengendalian lampu lalu lintas dikatakan baik jika lampu-lampu lalu lintas yang terpasang dapat berjalan baik secara otomatis dan dapat menyesuaikan diri dengan kepadatan lalu lintas pada tiap-tiap jalur. Sistem ini disebut sebagai actuated controller. Namun, para akademisi Indonesia telah menemukan sistem baru untuk menjalankan lampu lalu lintas. Sistem ini dikenal sebagai Logika fuzzy. Metode logika fuzzy digunakan untuk menentukan lamanya waktu lampu lalu lintas menyala sesuai dengan volume kendaraan yang sedang mengantre pada sebuah persimpangan. Hasil pengujian sistem logika fuzzy ini menunjukkan bahwa sistem lampu dengan logika ini dapat menurunkan keterlambatan kendaraan sebesar 48,44% dan panjang antrean kendaraan sebesar 56,24% jika dibandingkan dengan sistem lampu konvensional. Lampu lalu lintas pada umumnya dioperasikan dengan menggunakan tenaga listrik. Namun, saat ini sudah perkembangan teknologi lampu lalu lintas dengan tenaga matahari.

F.   CARA MENGHEMAT LISTRIK

1.    Manfaatkan cahaya alami sebaik-baiknya untuk pencahayaan siang hari, gunakan lampu yang efisien, gunakan armature yang merefleksikan cahaya sebanyak mungkin.

2.    Gunakan kondensator untuk lampu fluorescent (TL), hendaknya menggunakan warna yang lebih muda/ terang untuk dinding ruangan dan langit-langit. Gunakan saklar yang lebih banyak untuk memungkinkan pengaturan penyalaan sesuai dengan kebutuhan pemakai, gunakan saklar waktu untuk mempermudah pengaturan penyalaan lampu taman/ halaman, teras, sudut atau koridor.

3.    Penerangan lampu jangan terlalu tinggi dan disesuaikan letaknya dengan objek atau tempat yang harus diterangi.

4.    Padamkan lampu-lampu listrik apabila ruangan tidak dipakai.

5.    Penghematan energi sistem tata udara:

a.    Gunakan kapasitas AC yang tepat dan efisien.

b.    Matikan AC bila ruangan kosong dalam jangka waktu relatif lama.

c.    Gunakan alat pengatur waktu (timer) agar AC beroperasi hanya pada saat yang dibutuhkan. Kontrol temperature dengan termostat.

d.   Gunakan gorden, krey ataupun awning pada bagian ruangan yang terkena sinar matahari langsung.

6.    Penghematan energi pada pompa air:

a.    Gunakan bak penampungan air (menyimpan air di posisi atas).

b.    Gunakan pelampung air di penampungan.

c.    Gunakan air secara hemat dan cegah kebocoran air pada kran dan pipa.

d.   Sering terjadi pompa bekerja terus menerus, padahal tidak ada pemakaian. Penyebabnya adalah sebagai berikut :

1)   Rele tekan (pressure switch) tidak bekerja.

2)   Instalasi pipa air di dalam bangunan ada  yang bocor.

3)   Kran air tidak ditutup sempurna atau rusak.

7.    Penghematan energi pada mesin cuci:

a.    Menggunakan mesin cuci sesuai dengan kapasitas.

b.    Kapasitas berlebih mengakibatkan perlambatan perputaran mesin dan menambah beban.

c.    Kapasitas yang kurang menyebabkan tidak efisien, karena mesin cuci tersebut menggunakan energi yang sama.

d.   Gunakan pengering hanya pada cuaca mendung/ hujan. Bila cuaca cerah, sebaiknya memanfaatkan sinar matahari

8.    Penghematan energi pada lemari es:

a.    Memilih lemari es dengan ukuran/ kapasitas yang sesuai.

b.    Pintu lemari es ketika menutup harus selalu tertutup rapat.

c.    Isi lemari es harus sesuai dengan kapasitas (jangan terlalu sesak).

d.   Tempatkan lemari es jauh dari sumber panas (kompor, sinar matahari langsung).

e.    Tempatkan lemari es min. 15 cm dari tembok, agar sirkulasi udara ke kondensor baik.

f.       Hindari penempatan bahan makanan/ minuman yang masih terlalu panas.

g.    Mengatur suhu lemari es sesuai kebutuhan. Karena semakin rendah temperatur, semakin banyak energi listrik yang digunakan.

h.    Ganti karet isolasi pada pintu/ kabinet secepatnya apabila rusak.

i.        Membersihkan kondensor (terletak dibelakang lemari es) secara teratur dari debu dan kotoran, agar proses pelepasan panas berjalan dengan baik.

j.        Mematikan lemari es bila tidak digunakan dalam waktu lama.

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik dapat juga diartikan sebagai kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya. Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus.

Di dalam listrik dikenal adanya arus listrik yaitu banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu.

Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya.

Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt.

Sumber energi listrik adalah benda yang dapat menimbulkan arus listrik. Sumber energy listrik ada yang kecil dan ada yang besar. Beberapa contoh sumber energi listrik adalah: baterai, aki, dan generator.