1. Molekul dan Atom

Benda padat, cair dan gas terdiri dari molekul-molekul. Molekul merupakan bagian yang terkecil dari bahan dan masih mempunyai sifat-sifat yang sama dengan bahannya. Molekul itu sendiri tersusun dari atom dan atom tersusun dari sebuah inti (nukleus) yang dikitari oleh elektron dengan kecepatan yang amat tinggi. Gambar 1-1 merupakan ilustrasi dari sebuah atom.

Gambar 1. Elektron-elektron yang bermuatan negatif mengitari inti yang bermuatan

positif. Dilintasan yang terluar terdapat elektron bebas.

Elektron merupakan suatu partikel listrik yang mengandung muatan negatif (-). Karena kecepatannya dalam mengitari inti, maka elektron mempunyai tenaga (energi) yang amat besar. Inti atom terdiri ari proton dan elektron. Proton memiliki massa ± 1836 kali massa elektron dan mempunyai muatan listrik positip (+) yang sama besarnya dengan muatan litrik seluruh elektron yang mengitarinya, tetapi arahnya berlawanan sifatnya. Neutron tidak bermuatan listrik (netral). Muatan listrik yang senama (positif dan positif atau negatif dan negatif) mempunyai sifat tolak menolak. Muatan listrik yang tidak senama (positif dan negatif) mempunyai sifat tarik menarik. Proton di dalam inti saling menolak, tetapi dengan elektron saling tarik menarik. Karena gaya tarikan yang kuat inilah elektron tidak terlepas dari lintasannya. Tetapi pada lintasan terluar yang terjauh jaraknya dari inti, tarikan antara elektron dan proton kurang kuat. Elektron pada lintasan terluar dapat keluar dari ikatan atomnya bila terpengaruh oleh suatu energi. Elektron yang keluar dari ikatan atomnya disebut elektron bebas. Jumlah proton di dalam atom sama dengan jumlah elektron yang mengitari inti, maka atom itu netral (tidak bermuatan). Susunan atom disegala macam zat itu sama. Perbedaannya hanya di dalam jumlah proton, neutron dan elektronnya. Misalnya atom zat air mempunyai satu proton dan tidak ada neutron didalam intinya. Hanya ada satu elektron yang mengitari inti (Gambar 2). Atom Helium mempunyai dua proton dan dua neutron didalam intinya, dikelilingi oleh dua elektron (Gambar 3). Sedangkan inti atom Lithium tersusun dari tiga proton dan empat neutron dikelilingi oleh tigaelektron (Gambar 4). Jumlah protonnya dan elektronnya menunjukkan urutan nomor atau zat. Jadi zat air mempunyai nomor atom satu, Helium dua, Lithium tiga, begitu seterusnya dengan zat lainnya.

Gambar 2. Atom Zat Air, Satu Proton, Satu Elektron

Gambar 3. Atom Helium, dua proton, dua neutron, dan dua elektron

Gambar 4. Atom Lithium, tiga proton, empat neutron, tiga elektron

2. Pengertian Tegangan (Beda Potensial) Listrik

Benda yang bermuatan listrik bila dihubungkan dengan tanah (bumi) akan menjadi netral kembali, karena memberikan kelebihan elektronnya kepada bumi atau mengambil elektron dari bumi untuk menutup kekurangan elektronnya. Jadi benda yang bermuatan itu dalam keadaan tidak seimbang muatannya atau tegang, maka benda yang bermuatan tersebut juga bertegangan atau berpotensial. Dua benda yang tidak sama muatannya mempunyai tegangan yang tidak sama. Antara dua benda yang tidak sama besar muatannya atau tidak sama sifat muatannya terdapat beda potensial listrik (biasa sebagai tegangan listrik). Ada beberapa cara membangkitkan beda potensial (tegangan) yaitu dengan cara:

1. Induksi

2. Tenaga kimiawi

3. Panas

4. Cahaya

5. Listrik piezo

3. Pengertian Arus Listrik

Perpindahan elektron bebas dalam suatu penghantar yang dihubungkan pada kutub positif (kekurangan elektron) sebuah batery dan kutub negatif (kelebihan elektron) sebuah baterai disebut arus elektron. Gambar 5 menunjukkan jalannya elektron bebas yang berpindah dari atom ke atom di dalam penghantar.

Gambar 5. Atom no 2 yang kekurangan elektron menarik elektron Bebas dari atom pertama.

Atom no 3 yang kekurangan elektron menarik elektron bebas tadi dari atom no 2, begitu seterusnya elektron bebas berpindah dari atom ke atom sepanjang penghantar, merupakan arus elektron

Jadi arus elektron terjadi bila ada proses perpindahan elektron. Arus listrik mengalir dari titik positif ke titik negatif. Arah arus listrik berlawanan dengan arah perpindahan elektron. Kuat arus listrik tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang dalam satu satuan waktu. Satuan untuk banyaknya elektron ialah coulomb. Satu coulomb sama dengan 6,28x10¹⁸ elektron. Kuat arus listrik mempunyai satuan amper (coulomb/second).

4. Pengertian hambatan listrik

Perjalanan elektron dalam penghantar (kawat penghantar) amat berliku-liku di antara berjuta-juta atom. Dalam perjalanannya elektron bertumbukan satu dengan yang lainnya dan juga bertumbukan dengan atom. Rintangan yang terdapat di dalam penghantar ini disebut tahanan penghantar itu. Satuan tahanan penghantar ialah ohm diberi lambang Ω (omega). Satu ohm ialah satu kolom air raksa yang panjangnya 1,063 m dan berpenampang 1 mm² pada suhu 0^o celcius. Penghantar yang mempunyai tahanan kecil amat mudah dialiri arus listrik, dikatakan mempunyai daya hantar listrik yang besar. Penghantar yang mempunyai tahanan besar, sulit dialiri arus listrik, dan dikatakan mempunyai daya hantar listrik yang kecil. Jadi kita katakan bahwa besarnya nilai tahanan berbaning terbalik dengan besarnya nilai arus yang mengalir. Tahanan suatu penghantar dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

R =L x p / q

Dimana : R = tahanan dalam satuan ohm

L = panjang penghantar dalam satuan meter

ρ = tahanan jenis penghantar dalam satuan ohm-mm²/m

q = luas penampang penghantar dalam satuan mm²

Contoh:

Kawat tembaga yang panjangnya 10 m dengan luas penampang 0,5 mm² dan tahan jenisnya 0,0175. Hitunglah besarnya tahanan kawat itu.

Jawab:

R =L x p / q

10 x 0,0175

R = -----------------  R= 0,035 ohm

0,5

5. Manfaat Dasar dari Kelistrikan

Listrik merupakan suatu bentuk tenaga atau energi seperti panas, cahaya, tenaga mekanik dan tenaga kimiawi. Energi listrik mempunyai kelebihan dibanding dengan energi lain diantaranya ialah:

• Energi listrik lebih mudah disalurkan

• Energi listrik lebih mudah didistribusikan kedaerah yang luas

• Energi listrik dapat lebih mudah diubah kedalam bentuk energi lain, misalnya menjadi energi panas, cahaya, tenaga mekanik, kimiawi.

Kita menggunakan istilah listrik apabila listrik itu digunakan untuk menjalankan motor listrik, menyalakan lampu, menghasilkan panas dan membuat maknit listrik. Sedangkan istilah elektronik pada umumnya kita pakai apabila listrik itu digunakan untuk menyalakan pesawat radio, televisi, amplifier, komputer dan lain-lain alat eletronik yang memakai transistor atau IC.

Penggunaan listrik:

• Dalam rumah tangga digunakan untuk menyalakan lampu, memanaskan seterika listrik, menyalakan kipas angin (Fan), menyalakan radio, TV, tape, amplifier, coolcas, pompa air, dll.

• Dalam dunia perdagangan dan inustri, listrik digunakan untuk pesawat telepon, alat-alat komunikasi radio, komputer, mesin-mesin produksi seperti mesin bubut, gerinda, yang menggunakan motor listrik sebagai penggeraknya.

• Untuk angkutan listrik digunakan untuk menjalankan kereta api listrik, mobil listrik.

1. Rangkuman

   1. Arus listrik sama dengan arus elektron tetapi berlawanan arahnya

   2. Hambatan kawat listrik dapat dihitung dengan rumus:

R =L x p /q

Dimana:

R = tahanan dalam satuanohm

L = panjang penghantar dalam satuan meter

ρ = tahanan jenis penghantar dalam satuan ohm-mm²/m

q = luas penampang penghantar dalam satuan mm

3. Kelebihan energi listrik dibanding dengan energi lain ialah:

   1. Energi listrik lebih mudah disalurkan

   2. Energi listrik lebih mudah didistribusikan ke daerah yang luas

   3. Energi listrik lebih mudah diubah kedalam bentuk energi lain, misalnya menjadi energi panas, cahaya, tenaga mekanik, kimiawi

KOMPONEN ELEKTRONIKA

KEGIATAN BELAJAR

Komponen elektronika merupakan piranti yang dikenal dengan istilah perangkat keras / hardware. Pada prinsipnya dibedakan menjadi dua yakni komponen pasif dan komponen aktif. Komponen pasif menggunakan bahan konduktor / penghantar sedang komponen aktif menggunakan bahan semikonduktor.

1. Hambatan

Ialah: suatu rintangan yang dimiliki oleh suatu penghantar listrik. Suatu kawat / logam akan bersifat penghantar apabila banyak mengandung electron bebas. Dari hasil percobaan nilai hambatan sebuah penghantar ditentukan oleh :

1. Hambatan jenis ( tergantung jenis bahan )

2. Panjang penghantar

3. Penampang penghantar

Hubungan antara ketiganya dapat dituliskan dalam bentuk

persamaan :R = p x R / A

keterangan :

• R = hambatan penghantar ( )

• p = hambatan jenis (  mm² / m )

• l = panjang penghantar ( m )

• A = penampang penghantar ( mm² )

Daftar perlawanan jenis ( ) beberapa bahan

Aluminium 0,03 Baja 0,1….0,25 Besi 0,13 Karbon 100 …1000 Konstantan 0,48

Nikelin 0,42 Seng 0,12 Tembaga 0,0175 Timah 0,13 Timah hitam 0,21

Daya Hantar

Ialah kemampuan sebuah penghantar dalam melewatkan arus listrik. Hubungan dengan hambatan saling berbanding terbalik.

G = I/R

G = daya hantar ( mho )
R = hambatan ( ohm )

2. RESISTOR

Ialah suatu hambatan yang nilai resistansinya sudah ditetapkan oleh pabrik. Resistor terbuat dari bahan karbon dan kawat. Menurut fungsinya resistor dibedakan menjadi dua yakni : resistor tetap dan resistor variable. Resistor tetap nilai resistansi dinyatakan dengan kode-kode warna. Bentuk phisik sebuah resistor tetap adalah :Resistor variable yang biasa juga dikenal dengan istilah potensiometer. Bentuk phisik dari resistor variable / potensiometer adalah :

Kode warna

Keterangan :

A merupakan angka signifikan pertama

B merupakan angka signifikan kedua

C merupakan faktor pengali

D merupakan toleransi ( longgaran )

Daftar hambatan yang disandikan dengan kode warna 4 gelang.

Warna	A	B	C	D
Hitam	0	0	100
Coklat	1	1	101	± 1 %
Merah	2	2	102	± 2 %
Jingga	3	3	103
Kuning	4	4	104
Hijau	5	5	105	± 0,5 %
Biru	6	6	106	± 0,25%
Ungu	7	7	107	± 0,1 %
Abu-abu	8	8	108
Putih	9	9	109
Emas			10-1	± 5 %
Perak			10-2	± 10 %
Tanpa warna				± 20 %

Keterangan :

A merupakan angka signifikan pertama

B merupakan angka signifikan kedua

C merupakan angka signifikan ketiga

D merupakan faktor pengali

E merupakan toleransi ( longgaran )

Daftar hambatan yang disandikan menggunakan 5 gelang warna

Warna	Angka signifikan			Pengali	Toleransi
	A	B	C	D	E
Perak	-	-	-	10-2	± 10 %
Emas	-	-	-	10-1	± 5 %
Hitam	0	0	0	100	-
Coklat	1	1	1	101	± 1 %
Merah	2	2	2	102	± 2 %
Jingga	3	3	3	103	-
Kuning	4	4	4	104	-
Hijau	5	5	5	105	±0,5 %
Biru	6	6	6	106	± 0,25 %
Ungu	7	7	7	107	± 0,1 %
Kelabu	8	8	8	108	-
Putih	9	9	9	109	-
Tanpa warna	-	-	-	-	± 20 %

Selain dinyatakan dengan kode warna ada pula resistor yang nilainya dinyatakan dengan angka dan toleransi dinyatakan dengan huruf . Resistor jenis ini terbuat dari kawat yang ditutup dengan porselin / keramik. Toleransi disandikan / dikodekan dengan huruf seperti di bawah ini :

F = ± 1 % G = ± 2 % J = ± 5 %

K = ± 10 % M = ± 20 %

Maksud dari gambar ini adalah :

Resistor memiliki hambatan : 22  ,

Toleransi : 5 %

Kemampuan daya : 5 watt.

Ada dua macam resistor yang dipakai pada teknik listrik dan elektronika, yaitu resistor tetap dan resistor variable.

1. Resistor Tetap

Resistor tetap adalah resistor yang mempunyai nilai hambatan yang tetap. Biasanya terbuat dari karbon, kawat atau paduan logam. Sebuah hambatan karbon dibentuk oleh pipa keramik dengan karbonnya diuapkan. Biasanya pada kedua ujungnya dipasang tutup, dimana kawat-kawat penghubungnya dipasang. Nilai hambatannya ditentukan oleh tebalnya dan panjangnya lintasan karbon. Panjang lintasan karbon tegantung dari kisarnya alur yang berbentuk spiral. Bentuk resistor karbon yang diuapkan aksial dan radial dapat dilihat pada gambar bawah ini.

Hambatan Karbon yang diuapkan secara Aksial dan Radial

Gambar di bawah ini memperlihatkan simbol resistor tetap

Simbol Resistor Tetap

2. Resistor Variabel

Resistor variable disebut juga dengan potensiometer ataupun rheostat, yaitu yang besarnya resistansi dapat diubah-ubah. Potensiometer mempunyai tiga sambungan, dua buah untuk ujung-ujungnya dan sebuah untuk pejalan. Gambar di bawah ini memperlihatkan sebuah potensiometer yang terbuat dari karbon beserta simbolnya.

Konstruksi dan Simbol Potentiometer Karbon

Konstruksi dari Potensiometer Kawat

Potensiometer Karbon dengan dan tanpa Saklar

Potensiometer kawat dipakai bila dikehendaki ketelitian yang tinggi dan untuk pemakaian daya yang besar. Pada waktu diputar hambatannya berubah secara bertahap. Selain resistor tetap dan resistor variable, masih ada lagi jenis resistor yang khusus yang dibuat untuk keperluan-keperluan tertentu, yaitu :

1. Resistor KSN (Koefisien Suhu Negatif)

Resistor KSN adalah resistor khusus yang nilai hambatannya tergantung dari suhu. Jika suhu yang mengenainya bertambah besar, maka nilai hambatannya akan mengecil. Resistor semacam ini sering disebut thermistor atau thernewid. Resistor-resistor KSN dipakai pada alat-alat elektronik untuk membatasi arus penghidup dan untuk membuat titik suai dari tangga-tangga akhir transistor tidak tergantung dari suhu sekitarnya. Gambar di bawah ini wujud dari resistor KSN.

Simbol dan Wujud Resistor KSN

2. Resistor LDR (Light Dependent Resistor = hambatan yang tergantung dari cahaya)

Nilai hambatan pada resistor LDR akan turun jika dikenai cahaya. Resistor LDR dipakai untuk mengemudikan sebuah rangkaian atas dasar pada perubahan kekuatan cahaya. Gambar di bawah ini adalah wujud dari resistor LDR

Simbol dan Wujud Resistor LDR

1. Kondensator

Kondensator atau kapasitor adalah suatu komponen listrik/elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Satuan kapasitas kondensator adalah Farad. Satu Farad = 10⁶ µF (mikro farad) = 10⁹ nF (nano farad) = 10¹² pF (piko farad). Pada dasarnya sebuah kondensator terdiri dari dua buah plat penghantar yang dipisahkan oleh sebuah isolator, seperti gambar di bawah ini.

Konstruksi sebuah Kondensator

Ada dua macam kondensator yaitu kondensator tetap dan kondensator variable. Kondensator tetap ialah kondensator yang nilai kapasitasnya tetap, sedangkan kondensator variable adalah kondensator yang nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah. Kondensator tetap dibuat berdasarkan bahannya atau dielektrikumnya, seperti kertas, keramik, milar, mika, tantalum dan elektrolit. Sedangkan kondensator variabel dielektrikumnya dari mika atau udara. Gambar di bawah ini memperlihatkan macam-macam bentuk kondensator dan simbolnya.

Kondensator Tetap Dibawah 0,5 µF beserta Simbolnya

Kondensator Tetap Elektrolit di atas 1 µF beserta Simbolnya

Kondensator Variable beserta Simbolnya

2. Induktor

Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor dapat ilihat pada gambar di bawah ini.

Simbol Induktor

Wujud induktor antara lain dapat berupa kumparan kawat yang harganya dapat dibuat tetap atau tidak tetap. Induktor yang harganya tidak tetap yaitu dekade inductor dan variabel inductor. Motor-motor listrik juga termasuk induktor karena memiliki kumparan kawat. Bentuk induktor yang lain adalah transformator. Nilai induktansi sebuah induktor dinyatakan dalam satuan Henry dan diberi simbol H (Henry). 1 Henry = 1000 mH. Pada inductor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (X_L) jika digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Reaktansi induktif sebuah inductor dapat dihitung dengan rumus:

X_L = 2..f.L

dimana: X_L = reaktansi induktif dalam satuan Ohm

= 3,14

f = frekuensi dalam satuan Hz

L = induktansi dalam satuan Henry

1. Rangkuman

   1. Resistor tetap adalah resistor yang nilai resistansinya relatif tetap, biasanya terbuat dari karbon, kawat atau paduan logam.

   2. Resistor variable disebut juga dengan potensiometer atau rheostat yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah, biasanya terbuat dari karbon atau kawat.

   3. Resistor KSN ( Koefisien Suhu Negatif) nilai resistansinya sangat tergantung pada suhu. Jika suhu yang mengenainya semakin besar, maka nilai resistansinya semakin kecil.

   4. Resistor LDR (Light Dependent Resistor) nilai resistansinya ditentukan oleh sinar yang mengenai permukaannya. Jika sinar yang mengenainya semakin kuat/terang, maka nilai resistansinya semakin kecil.

   5. Kondensator adalah komponen listrik/elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.

   6. Macam-macam kondensator: kondensator tetap, kondensator elektrolit dan kondensator variabel.

   7. Induktor adalah komponen listrik/elektronika yang digunakan sebagai beban induktif.

   8. Yang termasuk induktor adalah motor- motor listrik dan macam-macam transformator.

1. Hukum Ohm

Kalau antara dua kutub positif dan kutub negatif dari sebuah sumber tegangan kita hubungkan dengan sepotong kawat penghantar, maka akan mengalir arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif. Arus ini mendapat hambatan dalam penghantar itu. Dari peristiwa diatas dapat diketahui bahwa ada hubungan antara arus yang mengalir dalam hambatan kawat dan adanya sumber tegangan. Besarnya arus listrik yang mengalir tergantung dari besarnya hambatan kawat. Semakin besar hambatan kawat, maka semakin kecil arus yang mengalir. Apabila sumber listrik bertegangan 1 volt dihubungkan dengan hambatan sebesar 1 Ohm, maka arus yang mengalir sebesar 1 amper.

Dalam penyelidikannya George Simon Ohm (ahli ilmu fisika dari Jerman) menemukan bahwa arus listrik yang mengalir alam hambatan akan bertambah besar jika tegangan dinaikkan, sementara nilai hambatannya tetap. Dari uraian diatas dapat dituliskan rumus hukum Ohm, yaitu :

U = I x R dimana : U = tegangan dalam satuan volt

I = arus dalam satuan amper

R = hambatan dalam satuan Ohm

Contoh: Sebuah accu 12 volt dihubungkan dengan sebuah lampu yang mempunyai hambatan 24 ohm. Berapakah arus yang mengalir didalam lampu.

U 12

Jawab: U = I x R I = ------ I = ------ = 0,5 A

R 24

2. Daya Listrik

Daya listrik diberi simbol huruf P dan dalam satuan Watt. Dari rumus hukum Ohm dapat dituliskan persamaan untuk daya listrik, yaitu:

P = U x I dimana :

U = tegangan dalam satuan volt

I = arus dalam satuan amper

P = daya dalam satuan Watt

Dari contoh di atas dapat dihitung daya lampu adalah:

P = U x I P = 12 x 0,5 P = 6 watt

2. Rangkuman

   1. Menurut hukum Ohm besar arus yang mengalir akan sebesar 1 amper jika tegangan sumber adalah 1 volt dan hambatan yang terpasang 1 Ohm.

   2. Daya listrik dihitung dengan rumus:

P = U x I