Senin, 31 Desember 2012

Tipla daniati (tugas 4- gaya gerak listrik)

GAYA GERAK LISTRIK 

A. Definisi gaya gerak listrik 


Definisi gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujung-ujung penghantar sebelum dialiri arus listrik. Gaya gerak listrik disingkat dengan GGL, dengan satuan volt. 

Gaya gerak listrik merupakan energy yang diberikan pada setiap muatan listrik untuk bergerak antara dua kutub baterai atau generator. Sebuah electron-elektron bermuatan e yang bergerak dari kutub negative ke kutub positif melalui konduktor di luar baterai dengan gaya gerak listrik sebesar V, akan mendapat energy sebesar e x V joule. 

B. Gaya Gerak Listrik Induksi GGL, Medan Magnet menimbulkan Arus Listrik



Michael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat hipotesis (dugaan) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus listrik. Untuk membuktikan kebenaran hipotesis Faraday.
Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi.
Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut. Jika kutub utara magnet didekatkan ke kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak. Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanan dengan penyimpangan semula. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGL induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan.
Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Adapun yang dimaksud fluks nmgnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.
Generator
Generator atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanya dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang dapat berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubalian energi gerak menjadi energi listrik. Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.
Berkebalikan dengan motor listrik, generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
Generator AC 
Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Sebagaimana percobaan Faraday
GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara:
memperbanyak lilitan kumparan,
menggunakan magnet permanen yang lebih kuat.
mempercepat perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).
Generator DC 
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
Transformator
Agar tidak berbahaya tegangan yang tinggi itu harus diturunkan terlebih dahulu sebelum arus listrik disalurkan ke rumah-rumah penduduk. Pada umumnya tegangan listrik yang disalurkan ke rumah-rumah penduduk ada dua macam, yaitu 220 volt dan 1l0 volt. Alat yang digunakan untuk menurunkan tegangan disebut transformator.
Bagian utama transformator adalah dua buah kumparan yang keduanya dililitkan pada sebuah inti besi lunak. Kedua kumparan tersebut memiliki jumlah lilitan yang berbeda. Kumparan yang dihubungkan dengan sumber tegangan AC disebut kumparan primer, sedangkan kumparan yang lain disebut kumparan sekunder.
Jika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC (dialiri arus listrik AC), besi lunak akan menjadi elektromagnet. Karena arus yang mengalir tersebut adalah arus AC, garis-garis gaya elektromagnet selalu berubah-ubah. Oleh karena itu, garis-garis gaya yang dilingkupi oleh kumparan sekunder juga berubah-ubah. Perubahan garis gaya itu menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder. Hal itu menyebabkan pada kumparan sekunder mengalir arus AC (arus induksi).
Kita dapat rnembedakan transformator menjadi dua macam. yaitu transformator step up dan transformator step down. Transformator .step up adalah transformator yang jumlah lilitan primernya lebih kecil dari pada lilitan sekunder. Oleh karena itu, transformator step up dapat digunakun untuk menaikkan tegangan AC.




c. Rumus-rumus gaya geak listrik 
Rumus mendapatkan besar GGL :

   E = I (R + r)  

    dengan :
E = besar ggl (volt),
I = kuat arus listrik (ampere),
R = hambatan rangkaian (ohm)
r = hambatan dalam sumber tegangan (ohm) 


Rumus Lain  : 

 ∑ =It.Rek 

VJ = It.RT  

∑ =VJ=It.r
Rek=Rt+r

It= ∑:Rek

dengan :

V= tegangan/beda potensial  
∑= GGL (v)
VJ= Tegangan jepit (v)
r = hambatan dalam (ohm)
Rek= hambatan ekuivalen



 D. Rangkaian ggl seri dan paralel
a. rangkaian ggl seri
Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun seri, ternyata tegangan total merupakan jumlah aljabar dari tegangan masing-masing sumber ggl. Contohnya, jika dua buah baterai masing-masing 1,5 V dihubungkan seri, maka tegangan Vac adalah 3,0 V. Untuk lebih tepatnya, kita juga harus memperhitungkan hambatan dalam baterai.
img3
Gambar 7.12 Rangkaian Seri GGL
Apabila terdapat buah sumber tegangan (ggl) dirangkai secara seri, maka sumber tegangan pengganti akan memiliki ggl sebesar:
εs = ε1+ ε2 + ε3 + εn …………………………………… (7.25)
Sementara itu, hambatan dalam penggantinya adalah:
rs = r1 + r2 + … + rn ……………………………………… (7.26)
Untuk buah sumber tegangan sejenis yang memiliki ggl ε dan hambatan dalam r, bila dirangkai secara seri akan memiliki ggl pengganti dan hambatan dalam pengganti seri masing-masing:
εs = n . ε …………………………………………………… (7.27)
rs = n . r ……………………………………………………. (7.28)
Dengan demikian, nilai kuat arus yang mengalir melewati hambatan (resistor R) adalah:
I = (εs) / (R + rs) = (nε) / (R + nr)
dengan:
= arus yang mengalir (A)
εs = ggl pengganti seri dari sumber yang sejenis (V)
= hambatan resistor (Ω)
rs = hambatan dalam pengganti seri (Ω)
= jumlah sumber ggl yang sejenis
ε = ggl sumber/baterai (V)
= hambatan dalam baterai (Ω)
b. rangkaian ggl paralel
Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun paralel, ternyata membangkitkan arus yang lebih besar, perhatikan Gambar 7.13. Apabila terdapat buah sumber tegangan (ggl) dirangkai secara paralel, maka sumber tegangan pengganti akan memiliki ggl total sebesar:
V1 = V2 = Vn–1 = … = Vn …………………………. (7.30)
Sementara itu, hambatan dalam penggantinya adalah:
1/rp r1+ r2 + … rn ………………………………………. (7.31)
Untuk buah sumber tegangan sejenis yang memiliki ggl ε dan hambatan dalam r, bila dirangkai secara paralel akan memiliki ggl pengganti dan hambatan dalam pengganti paralel masing-masing:
εp = ε ……………………………………………………….. (7.32)
rp =r/n ………………………………………………………. (7.33)
Dengan demikian, nilai kuat arus yang mengalir melewati hambatan (resistor R) adalah:
img2 Gambar 7.13 Rangkaian paralel ggl
I = (εp) / (R + rp) = ε / (R + r/n)
dengan:
= arus yang mengalir (A)
εp = ggl pengganti paralel dari sumber yang sejenis (V)
= hambatan resistor (Ω)
rp = hambatan dalam pengganti paralel (Ω)
= jumlah sumber ggl yang sejenis
ε = ggl sumber/baterai (V)
= hambatan dalam baterai (Ω)
Contoh soal
Empat buah resistor masing-masing dengan hambatan 2Ω, 3Ω, 4Ω, dan 5Ω disusun seri. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan ggl 18 V dan hambatan dalam 1,5 ohm. Hitunglah kuat arusnya!
Penyelesaian:
Diketahui: R1 = 2 Ω R3= 4 Ω ε = 18 V
R2 = 3 Ω R4= 5 Ω = 1,5Ω
Ditanya: = … ?
Jawab:
Rs = (2 + 3 + 4 + 5)Ω = 14 Ω
I = ε / (Rs + r) = 18 / (14 + 1,5) = 1,2 A

Sabtu, 01 Desember 2012

tugas 3 (Tipla daniati)


http://airlangga25.files.wordpress.com/2011/08/teorema-14.jpg
 1. Baterai B1 dan B2 tersusun seri, bisa digantikan dengan sumber tegangan tunggal yaitu E = 28 – 7 V = 21 V.
Dengan pembagi tegangan
VR3 = (21 V) × (1 Ω / 1 Ω + 4 Ω) = 4.2 V, tegangan terminal terbuka ini paralel dengan B2 yang seri dengan R3, maka
Vthevenin = VR3  +  B2 = 4.2 V + 7 V = 11.2 V

2.  Ketika terminal baterai tidak dibebani, tegangan terminalnya haruslah Vab = 1.493 V. Ketika resistansi beban , RL = 10.6 Ω dihubungkan pada terminal baterai, tegangan yang terukur menjadi Vab = 1.430 V. Maka, dari dua pengukuran tegangan ini (saat tanpa beban dan saat diberi beban) dapat ditentukan nilai resistansi internal dari baterai.
Hasil pengukuran tegangan Saat tidak dibebani, berarti ini adalah nilai tegangan Thevenin
ETH = 1.493 V
Saat diberi beban, tegangan yang terukur menjadi 1.430 V. Maka nilai arus pada rangkaian tersebut
VRL = 1.430 V
I = VRL / RL = 1.430 V / 10.6 Ω = 0.135 A
Drop tegangan pada resistansi internal baterai adalah
VRTH = 1.493 V – 1.430 V = 0.063 V, maka resistansi internal baterai (atau resistansi Thevenin) adalah
RTH = VRTH / I = 0.063 V / 0.135 A = 0.467 Ω.
   

3.
 
diketahui: 
R1 =3Ω
R2= 4Ω
R3=6Ω 

berapakah nilai Ra, Rb, Rc?


Ra= (3.4 + 3.6 + 4.6 ) / 3 = 18Ω

 


Rb =  (3.4 + 3.6 + 4.6 ) / 4 =13, 5Ω

 

 Rc =  (3.4 + 3.6 + 4.6 ) / 6 = 9Ω 



4.
 
diketahui:
Ra= 10
Rb= 14
Rc= 18

berapakah R1,R2,R3?
 
 R1 = (14.18)/ (10 + 14 + 18) = 6

 
R2 = (10.18)/ (10 + 14 + 18) = 4,3

 
R3 = (10.14)/ (10 + 14 + 18) =3,34


5. 
Rangkaian pengganti ini terhubung dengan resistor beban (2 Ω) , kita dapat menghitung tegangan dan arus resistor beban ini. Perhitungan menjadi mudah, karena sekarang rangkaian sudah menjadi rangkaian seri yang sederhana.
Itotal = Ibeban = Ethevenin / Rthevenin + Rbeban =  11.2 V / (0.8 Ω + 2 Ω) = 4 A
Vbeban = Itotal × Rbeban = (4 A) (2 Ω) = 8 V