Bahan Ajar Komponan Elektronika

30 Agu

PENGHANTAR / KONDUKTOR

 

I. Kegunaan kawat penghantar

            Kegunaan kawat penghantar adalah untuk menyambungkan sumber tegangan dengan beban sehingga kerugian tegangan jatuhnya kecil sekali. Dengan demikian tegangan sumber ini bisa menghasilkan arus listrik pada tahanan beban.

o   Konduktor yang baik umumnya logam

o   Biasanya kawat penghantar mempunyai tahanan rendah

o   Besarnya resitansi dari suatu konduktor bergantung pada jenis logamnya, luas penampang dan panjangnya.  R  =  ρ L/A, 

Dimana      ρ  =  tahanan jenis 

L  =  panjang                           A  =   luas penampang

Suatu penghantar dikatakan baik, sedang dan buruk bergantung pasa susunan atomnya. Tepatnya besar resistansi tersebut bergantung sejauh mana mudahnya elektron bs dipindahkan dari orbit terluar suatu atom ke atom yang lainnya. Dua buah logam yang merupakan penghantar yang baik adalah tembaga dan perak.

Contoh yang sangat umum ditunjukkan gambar di bawah ini  :

 

Gambar 1.1. Lampu 60 W dengan kabelnya

 

Dua buah kawat dalam tali menyalurkan daya dari kontak-kontak yang dipasang pada dinding / sumber ke beban dengan kerugian yang minimum.

Soal  :

1.      Sebuah lampu 60 W bekerja pada tegangan 120 V dan arusnya 0,5  Ampere. Berapa besarnya tahanan beban atau lampu  ?

Jawab  :

Dik   :   E  =  120 V          ;    I   =   0,5  A

Dit    :   R  =      ?,     E    =   I  .   R,        

R   =    E/I =   120 V/0,5 A   =  240  W

2.      Jika soal 1 di atas penghantarnya terdiri dari dua kawat tembaga yang panjangnya 1,5 m dan no 20. Hitunglah daya yang hilang pada penghantar ini  !

Jawab   :

Dik  :         r  ( tahanan jenis tembaga no 20)  =  0,033/m

L  (panjang kawat dari sumber ke beban)  =  2 x 1,5 = 3m

Tahanan total penghantar   (Rw)   =   3 x 0,033  =  0,1  W

I  =  0,5  A

Dit  :  Pw  (daya yang hilang pada penghantar)

Pw   =    I2  .  Rw  =   (0,5)2  .  0,1            =          0,025  Watt

Gambar skema rangkaian  :

Dari contoh di atas daya yang hilang pada penghantar kecil sekali. Dengan menggunakan gambar skema dari rangkaian lampu di atas, maka tegangan jatuh pada kawat penghantar  :

ERW   =   I  .  RW         =          0,5  x  0,1         =         0,05  V

 

Karena tegangan sumber  =  120 V, maka tegangan yang muncul pada lampu

=   120 – 0,05    =    119,5 Volt, dimana tegangan ini hampir sama dengan tegangan sumbernya. Dengan demikian tegangan jatuh pada konduktor dapat diabaikan, begitu juga dengan daya yang hilang pada konduktor.

Catatan  :

Sekalipun resistansi konduktor sangant kecil, dalam beberapa hal misalnya akibat terjadinya arus yang mengalir berlebihan, maka tegangan jatuh pun akan menjadi besar. Salah satu contoh yang sering merupakan keluhan di masyarakat  :

o   Terjadinya penurunan tegangan pada pesawat TV, sehingga ukuran gambar tidak normal, hal ini terjadi terutama di malam hari, di mana pemakaian arus beban lebih tinggi sehingga tegangan jatuh pada kawat distorsi menjadi lebih besar.

o   Motor-motor listrik yang tidak bisa bekerja dengan normal.

o   Pekerjaan pembuatan program (software) pada komputer bisa terhapus akibat penurunan tegangan jala-jala atau arus yang berlebihan.

1.2.  Ukuran Kawat

          Diameter kawat diukur dalam mm, luas penampang diukur dalam mm2. ukuran kawat standar dibuat berdasarkan sistem standar internasional. Nomor AWG (American Wire Gauge) menunjukkan ukuran dari suatu kawat bulat dalam bentuk diameternya dan juga luas penampangnya.

 

Catatan  :

1.      Bila nomor AWG nya membesar dari 0.000.000 sampai 20, maka diameter dan luas penampangnya semakin kecil. Jadi no AWG yang besar menunjukkan ukuran kawat yang lebih tipis

2.      Luas penampang menjadi dua kali lipat untuk setiap tiga ukuran AWG. Contoh AWG no. 10 kira-kira luasnya 2x luas penampang AWG no.13

3.      Semakin besar no. AWG dan semakin tipis kawat, maka tahanan kawat tersebut akan semakin besar untuk panjang berapapun.

1.3.    Jenis-jenis kawat penghantar

Hampir seluruh kawat penghantar yang digunakan dalam peralatan elektronik adalah kawat tembaga. Penghantar bisa dalam bentuk pejal atau serabut untuk menambah ketidak kakuan.

 

Berdasarkan konstruksinya, penghantar diklasifikasikan sebagai berikut:

1.        Penghantar pejal (solid); yaitu penghantar yang berbentuk kawat pejal yang berukuran sampai 10 mm². Tidak dibuat lebih besar lagi dengan maksud untuk memudahkan penggulungan maupun pemasangannya.

2.        Penghantar berlilit (stranded); penghantarnya terdiri dari beberapa urat kawat yang terlilit dengan ukuran 1 mm² – 500 mm².

3.        Penghantar serabut (fleksibel); banyak digunakan untuk tempat tempat yang sulit dan sempit, alat-alat portabel, alat-alat ukur listrik dan pada kendaraan bermotor. Ukuran kabel ini antara 0,5 mm² – 400 mm².

4.        Penghantar persegi (busbar); penampang penghantar ini berbentuk persegi empat yang biasanya digunakan pada PHB (Papan Hubung Bagi) sebagai rel-rel pembagi atau rel penghubung. Penghantar ini tidak berisolasi.

Bila ditinjau dari jumlah penghantar dalam satu kabel, penghantar dapat diklasifikasikan menjadi:

1.          Penghantar simplex; ialah kabel yang dapat berfungsi untuk satu macam penghantar saja (misal: untuk fasa atau netral saja). Contoh penghantar simplex ini antara lain: NYA 1,5 mm²; NYAF 2,5 mm² dan sebagainya.

2.          Penghantar duplex; ialah kabel yang dapat menghantarkan dua aliran (dua fasa yang berbeda atau fasa dengan netral). Setiap penghantarnya diisolasi kemudian diikat menjadi satu menggunakan selubung. Penghantar jenis ini contohnya NYM 2×2,5 mm², NYY 2×2,5mm².

3.          Penghantar triplex; yaitu kabel dengan tiga pengantar yang dapat menghantarkan aliran 3 fasa (R, S dan T) atau fasa, netral dan arde. Contoh kabel jenis ini: NYM 3×2,5 mm², NYY 3×2,5 mm² dan sebagainya.

4.          Penghantar quadruplex; kabel dengan empat penghantar untuk mengalirkan arus 3 fasa dan netral atau 3 fasa dan pentanahan. Susunan hantarannya ada yang pejal, berlilit ataupun serabut. Contoh penghantar quadruplex misalnya NYM 4×2,5 mm², NYMHY 4×2,5mm² dan sebagainya.

Jenis penghantar yang paling banyak digunakan pada instalasi rumah tinggal yang dibangun permanen saat ini adalah kabel rumah NYA dan kabel NYM.

4.3.    Karakteristik Konduktor

Dalam berbagai pemakaian alat-alat listrik, dibutuhkan suatu kawat dengan resistansi yang tinggi, dimana kawat ini digunakan untuk merubah energi listrik menjadi energi panas. Penghantar yang demikian disebut elemen pemanas atau ”heating element”. Contohnya pada pembakar roti listrik, filamen pada bola lampu. Beberapa contoh logam yang digunakan sebagai element pemanas : tungsten, nikel, nichrome, dan besi.

a) Daya Hantar Listrik

Arus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar hambatan tersebut tergantung dari bahannya. Besar hambatan tiap meternya dengan luas penampang 1mm2 pada temperatur200C dinamakan hambatan jenis. Besarnya hambatan jenis suatu bahan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

R  =         =         

Di mana  :           R  :  Resistansi total yang kita inginkan  ( W )

                           r   :  Tahanan jenis penghantar      ( W mm2 / m )

                           L   :  Panjang penghantar  (m)

                           A  :  Luas penampang   (mm2 )

Contoh  :

Berapakah resistansi kawat tembaga sepanjang 1000 m yang luas penampangnya 10 mm2 ?

Jawab  :

Dari tabel 1.2,   r dari kawat tembaga  :  0,0175,  maka  :       

R  =            =          0,0175 x 1000/10  =  1,75 W

Tabel 1.2.  Tahanan jenis berbagai penghantar

Bahan

r

Koefisien Temperatur

Perak

0,35 – 0,41

0,0002

Tembaga

0,0175

0,004

Aluminium

0,032

0,004

Besi

0,12

0,005

Seng

0,06

0,004

Konstantan

0,5

0,8 . 10-15

 

Manganin

0,42

0,00002

Timah hitam

0,204

0,004

Merkuri

0,954

0,0009

Platinnid

0,10 – 0,11

0,0038

b) Koefisien Temperatur Hambatan

Telah kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalami perubahan volume bila terjadi perubahan temperatur. Bahan akan memuai jika temperatur suhu naik dan akan menyusut jika temperatur suhu turun. Besarnya perubahan hambatan akibat perubahan suhu dapat diketahui dengan persamaan ;

R = R0 { 1 + α (t – t0)},

dimana :

R : besar hambatan setelah terjadinya perubahan suhu

R0 : besar hambatan awal, sebelum terjadinya perubahan suhu.

T : temperatur suhu akhir, dalam 0C

t0 : temperatur suhu awal, dalam 0C

α : koefisien temperatur tahanan

c) Daya Hantar Panas

Daya hantar panas menunjukkan jumlah panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuan Kkal/jam 0C. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta perlengkapanya. Pada umumnya logam mempunyai daya hantar panas yang tinggi.

d) Daya Tegangan Tarik

Sifat mekanis bahan sangat penting, terutama untuk hantaran diatas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk keperluan tersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkut penggunaan dalam pendistribusian tegangan tinggi.

e) Timbulnya daya Elektro-motoris Termo

Sifat ini sangat penting sekali terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.

Daya elektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturan arus dan tegangan dapat menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkan tergantung pada sifat-sifat kedua bahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.

About these ads

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: