Upload
mr-re-d-lc
View
2.551
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
dokumen ini di buat oleh dosen ARL
Citation preview
ANALISIS RANGKAIAN ANALISIS RANGKAIAN LISTRIKLISTRIK
(Hand Out)(Hand Out)
Pokok Bahasan 1Pokok Bahasan 1
Dasar-Dasar Rangkaian ListrikDasar-Dasar Rangkaian Listrik
Besaran-Besaran MendasarBesaran-Besaran MendasarMuatan Listrik
Konsep muatan didasarkan pada teori atom dan kekekalan zat
Zat didefinisikan sebagai sesuatu yang menempati ruang dan memiliki massa
Hukum kekekalan zat menyatakan bahwa setiap zat tidak dapat dibuat dan tidak dapat dihilangkan
Perkembangan lebih lanjut mengenai fisika atom menunjukkan bahwa massa dapat ditransformasi menjadi energi
Setiap zat terdiri ats molekul-molekul, dan selanjutnya molekul terdiri atas atom-atom.
Setiap atom terdiri atas inti yang bermuatan positif (terdapat satu atau lebih proton) dan sejumlah neutron yang tidak bermuatan
Dalam keadaan netral pada atom terdapat elektron (yang bermuatan negatif) sebanyak proton dan bergerak mengelilingi intinya
Elektron (e) memiliki muatan sebesar 1,6 x 10-19 coulomb Muatan sebuah proton sama dengan muatan elektron hanya
tandanya berlawanan. e = - 1,6 x 10-19 coulomb dan p = 1,6 x 10-19 coulomb
Arus ListrikKarena pembawa muatan berupa proton dan
elektron,maka muatan total terdiri atas sejumlah muatan positif dan muatan negatif yang ada
q = npp + nee (np = cacah proton; ne = cacah elektron)Kuat arus listrik menyatakan banyak muatan yang
melewati penampang konduktor
Kuat arus dinyatakan dalam ampere (A)
dt
dne
dt
dnp
dt
dqI ep
Gaya, Kerja, Energi, dan Potensial
Gaya interaksi antar muatan listrik dinyatakan dalam newton. Interaksi antar muatan berupa gaya tolak atau gaya tarik yang besarnya sebanding dengan muatan-muatan dan berbanding terbalik dengan jarak antar mautan yang berinteraksi
K = 40 dengan adalah permitivitas medium di mana muatan berada. Untuk ruang hampa besar permitivitas
0 = 8,854 x 10-12 farad/m
221
r
qqkF
Untuk2
21
r
qqkF
dengan q1= q dan q2=dq (muatan uji kecil), maka 2r
qdqkdF
Kuat medan listrik (E) didefinisikan sebagai besar gaya listrik persatuan muatan
EdqdF
r
qk
dq
dFE
2
Untuk muatan uji dq = q’, maka F = q’E atau'q
FE
Energi didefinisikan sebagai kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerjaHubungan antara energi dan kerja adalah: jika kerja dilakukan oleh sistem maka energi akan dilepaskan dan jika kerja dilakukan pada sistem, maka energi sistem akan bertambahKerja dan energi dinyatakan dalam satuan joule (J)
q
qara Sebuah muatan uji qa
berada pada titik A yang berjarak ra dari muatan sumber q
A
Jika kuat medan di titik A adalah Ea, maka muatan uji qa akan mendapat gaya listrik Fa = qa Ea
Kerja yang dilakukan untuk membawa muatan qa mendekati muatan q adalah
drEqW
drEqdrFdW
aa
aaa
Fa
Besar energi per satuan muatan disebut potensial listrik
drEq
WV a
a
yang dinyatakan dalam satuan volt
Potensial suatu titik merupakan energi per satuan muatan yang digunakan untuk menggerakkan muatan di dalam medan listrik dari posisi tak hingga ke titik tersebut
Kuat medan dan potensial di sekitar muatan listrik dinyatakan dalam persamaan berikut.
Untuk maka
Potensial
2r
qdqkF 2r
qk
dq
dFE
r
qkEdrV
VIdt
dq
dq
dWp
dq
dq
dt
dW
dt
dWp
Laju kerja yang dilakukan atau laju transfer energi disebut daya yang dinyatakan dalam satuan joule/sekon atau watt
Daya pada elemen rangkaianDaya sesaat yang diserap atau dilepaskan oleh elemen rangkaian bergantung pada arah arus yang melalui elemen dan beda potensial
NETWORK
ELEMEN
NETWORK
ELEMEN
+
V
_
_
V
+
Pada elemen rangkaian di atas, arah arus berlawanan dengan polaritas elemen rangkaian. Pada tipe rangkaian ini elemen menyerap daya dari jaringan
II
NETWORK
ELEMEN
NETWORK
ELEMEN
+
V
_
_
V
+
Pada elemen rangkaian di atas, arah arus searah dengan polaritas elemen rangkaian. Pada tipe rangkaian ini elemen memberikan daya dari jaringan
I I
Medan Magnetik
dl
r
P
I
Medan magnet statis dapat dihasilkan oleh magnet tetap maupun arus listrikDari kutub magnet dapat digambarkan “garis gaya” magnet yang melambangkan fluks magnetik () yang dinyatakan dalam weber atau volt sekonJika arus I mengalir pada elemen konduktor dl, maka kuat medan magnetik di titik P sebesar dH Kuat medan magnetik di titik P merupakan vektor yang besarnya
24
sin
r
dlIdH
dalam satuan ampere per meter
Besar medan magnetik di sekitar muatan bergerak bergantung pada muatan yang bergerak (kuat arus) dan medium di sekitar muatan yang bergerak
Kuat medan magnetik dapat dianalogikan dengan kuat medan listrik, dan keberadaan fluks magnetik dapat diamati secara eksperimen
Kerapatan fluks magnetik sebagai besaran vektor yang besarnya
24
sin
r
dlIdB
dalam satuan tesla (1 tesla = 1weber/m2)
Dari persamaan medan magnet dan kerapatan fluks magnetik diperoleh relasi B = H = permeabilitas medium (untuk ruang hampa= 4x10-7 H/m)
Kerapatan fluks magnetik merupakan besaran skalar yang menyatakan besar fluks per satuan luas. Besar fluks () total
BdA
Jika sebuah kumparan terdiri atas n lilit menghasilkan fluks sebesar pada nampang lilitan, maka cacah fluks yang berkaitan (flux linkages) untuk kumparan tersebut adalah
= n yang dinyatakan dalam weber lilit.
t
VIttRIdtIRW0
22
ELEMEN DASAR RANGKAIANELEMEN DASAR RANGKAIAN
I
V
Hubungan antara arus dan tegangan pada elemen jenis pertama adalah
Tegangan berbanding lurus dengan arus V ~ I
V = R IR = resistansi yang dinyatakan dalam ohm ()
Daya dan energi pada elemen jenis ini adalah
dtIRPdtW
R
VRIVIP
2
22
Untuk arus konstan, energi pada resistor dalam selang waktu t
Elemen rangkaian dengan ciri utama resistansi disebut
resistor
I
V
Jenis elemen kedua mempunyai hubungan antara arus dan tegangan sebagai berikut
Tegangan berbanding lurus dengan laju perubahan arus
dt
dIV ~
dt
dILV L = induktansi yang
dinyatakan dalam satuan henry (H)
Elemen rangkaian dengan ciri utama induktansi disebut
induktor
Daya dan energi pada elemen jenis ini
IdILPdtW
dt
dILIVIP Energi pada induktor dalam selang waktu t
2
21 LIW
I
V
Elemen jenis ketiga mempunyai hubungan arus dan tegangan sebagai berikut
Arus berbanding lurus dengan laju perubahan tegangan
dt
dVI ~
dt
dVCI C = kapasitansi yang
dinyatakan dalam farad (F)
Elemen dengan ciri utama kapasitansi
disebut kapasitor
Daya dan energi pada elemen jenis ini
VdVCPdtW
dt
dVVCVIP
2
2
1CVW
Energi pada kapasitor untuk perubahan tegangan dari 0 - V
JARINGAN (JARINGAN (NETWORKNETWORK) ATAU ) ATAU RANGKAIAN(RANGKAIAN(CIRCUITCIRCUIT))
Jaringan lengkap atau rangkaian setidak-tidaknya terdapat satu bagian tertutup dari gabungan beberapa elemen rangkaian yang membatasi aliran arus Rangkaian paling sederhana terdiri dari sebuah jaringan tertutup
1 2
Elemen dasar rangkaian• Resistor • Induktor• Kapasitor• Sumber tegangan ideal• Sumber arus ideal• Rangkaian terbuka (open circuit)• Rangkaian hubung singkat (short circuit)
1