Judul : ANALISIS JARINGAN LISTRIK
Bab : Perkembangan Konsepsi Rangkaian
Pengarang : M.E. VAN VALKENBURG
S.H.NASUTION
Salah satu ciri metode ilmiah adalah secara terus menerus menyatukan berbagai ragam fakta dalam suatu teori sederhana dan dapat dimengerti. Teori atau gambaran yang dihasilkan, seorang ahli kimia dan pendidik amerika James Conant, dinamai skema conseptual (conceptual scheme), teorinya yang sangat terkenal adalah teori atom. Teori konseptual lainnya adalah kekekalan energi (conservation of energi) dan kekekalan muatan (consevation of charge). Pada abad kesembilan belas terjadi kemajuan yang berarti dalam mengembangkan skema konseptual. Penemuan Galvani dan Volta sekitar tahun 1800 bahwa listrik dapat dihasilkan secara kimia, pada tahun 1820, Oersted medan magnet pada arus, dan ampere mengukur gaya yang disebabkan oleh arus. Pada tahun 1831 Faraday dan secara terpisah, Henry menemukan induksi listrik. Dari semua penemuan ini disatukan oleh seorang ahli fisika dari inggris yang bernama James Clerk Max-Well pada tahun 1873, yaitu untuk membentuk suatu skema konseptual yang berhasil. Keberhasilan skema konseptual Maxwell dibuktikan oleh asanya kesesuaian yang terus berlaku antara hasil yang dijabarkan dari persamaan Maxwell dengan pengamatan selama lebih dari 100 tahun.
MUATAN DAN ENERGI
Thales dari yunani adalah yang menemukan, sekitar tahun 600 S.M., bahwa bila digosok-gosok dengan cepat dengan sehelai sutra atau kulit, batu ambar menjadi ”listrik” dan mampu menarik potongan-potongan kecil benang. Teknik yang sama dipakai berabad-abad oleh Coulomb diperancis (dan Cavendish di Inggris secara terpisah) untuk membangun hukum berbanding terbalik kuadrat dari benda yang bermuatan. Hakikat muatan didasarkan atas skema konseptual dari teori atom. Digambarkan bahwa atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelililngi oleh elektron bermuatan negatif. Pda atom yang netral, muatan total inti sama dengan muatan total elektron-elektron. Bila elektron dibuang dari substansi itu menjadi bermuatn positif. Suatu substansi yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Satuan MKS muatan adalah coulomb. Elektron mempunyai muatan sebesar 1,6021X10-19 coulomb. Gejala pengalihan muatan dari satu titik ketitik lainnya pada rangkaian dilukiskan oleh istilah arus listrik (elektrikc current). Gerkan acak elektron pada sebuah logam tidak membentuk arus, kecualoi terdapat suatu pengalih netto muatan dalam waktu. Dalam bentuk persamaan arus-arus adalah i=dq/dt .Bila muatan q diberiakan pada coulomb dan waktu t diukur dalam detik, maka arus diukur dalam ampere (menurut ahli fisika perancis, andre ampere), karena elektron mempunyai muatan sebesar 1,602X10-19 coulomb, maka arus 1 ampere berpadan dengan gerakan 1/(1,6021X10-19 )=6,24X1019 elektron melewati penampang sebuah jalan dalam waktu 1 detik. Suatu arus listrik adalah laju aliran elektron bebas, dari suatu aton keatom lainnya. Bahan yang terdapat banyak elektron bebas dinamai penghantar atau konduktor. Bahan yang secara relatif mempunyai sedikit elektron bebas dinamai isolator.. Bahan isolasi yang umum adalah kaca,mika,plastik, dan sebagainya. Bahan semi konduktor memegang peranan penting dalam elektronika. Dua semikonduktir yang umum adalah germaniun dan silikon. Energi listrik adalah energi yang dapat diubah dari satu atau lain bentuk. Ada banyak cara dengan mana hal ini dapat diselenggarakan. Beberapa diantaranya adalah:
1. pengubahan energi secara elektromekanis. Generator berputar, yang mengikuti pola penemuan faraday pada tahun 1831. Menghasilkan energi listrik dari energi mekanik perputaran, biasanya energi mekanik diubah dari energi panas oleh sebuah turbin dan,selanjutnya, energi panas diubah dari energi kimia dengan membakar bahan bakar fosil atau dari bahan nuklir. Kadang-kadang pengubahan terjadi dari energi hidralik oleh pembangkit hidroelektrik.
2. Pengubahan energi secara elektrokimia. Batere listrik menghasilkan energi listrik dengan jalan pengubahan energi kimia. Penggunaan yang potensial dari batere demikian adalah penting bagi kendaraan listrik. Sel bahan bakar (fuel ell) termasuk dalam klasifikasi umum ini.
3. Pengubahan energi secara magnetobidrodinamik (MHD). Alat MHD membangkitkan energi listrik dari energi mekanis suatu gas terionisasi berkecepatan tinggi.
4. pengubahan energi secara fotovoltaik.Sekelompok alat mampu mengubah energi cahaya langsung menjadi energi listrik. Alat yang paling terkenal dari jeniis ini adalah sel matahari (solar cell)
Fungsi dari masing-masing energi listrik yang berbeda ini adalah sama dari segi energi dan muatan. Misal, 2 elektroda logam, satu dari seng dan satu dari tembaga dicelupkan kedalam larutan asam belerang. Pembentukan ion-ion seng dan tembaga menyebabkan muatan negatif berkumpul pada elektroda. Energi diberikan kepada muatan oleh perbedaan dalam energi ionisasi dari dan tembaga dalam reaksi kimia.
HUBUNGAN ANTARA KONSEPSI RANGKAIAN DAN MEDAN
Dalam mengembangkan skema konseptual rangkain, kita akan mengikuti 3 langkah yang sama bagi masing-masing dari 3 parameter. Langkah-langkah ini adalah:
1) Gejala fisis.
2) Tafsiran medan (field interpretation).
3) Tafsiran rangkaian.
PARAMETER KAPASITANSI
1. Gejala fisis. Adanya muatan pada substansi yang terpisah dalam ruang. Bila muatan tersebut sama maka akan saling tolak menolak dan sealiknya bila kedua muatan tak sama maka akan tarik menarik.
2. Tafsiran medan. Gaya pada suatu satuan muatan yang ditempatkan antara dua benda bermuatan. Besaran vektor karena gaya adalah besaran vektor, disebut medan listrik(electric field)
3. Tafsiran rangkaian (circuit interpretation). Bila kita membahas idealisasi matematis dari fungsi yang berlangsung sangat singkat dan sangat besar yang dinamai dengan fungsi impuls. Bahwa tegangan sebuah sistem kapasitif tidak dapat berubah dalam sekejap mata.
PARAMETETER TAHANAN
I. Gejala fisis. Lewatnya elektron-elektron melelui suatu bahan bukanlah berlangsungtanpa tabrakan antara elektron-elektron dan partikel-partikel atomik lainnya. Tabrakan ini tidak elastis, dan energi hilang pada tip tabrakan. Kehilangan energi ini persatuan muatan ditafsirkan sebagai penurunan potensial melintasi bahan.
II. Tafsiran medan. Ahli fisika jerman George Simon Ohm secara experimental menemukan bahwa ada hubungan antara arus dalam sebuah substansi dan penurunan potensial. Dari segi konsep medan, perubahan energi persatuan muatan menyebabkab sebuah gaya persatuan muatan atau medan listrik.
III. Tafsiran rangkaian. Besaran yangmerupakan konstanta bagi bentuk konstan penghantar diberi namai parameter tahanan atau singkatnya tahanan (resistance).
SATUAN DAN PENSKALAAN
Satuan-satuan ini adalah bagian dari sebuah sistem yang diberi nama Sistem Satuan Internasional (International System of Yunit), dan merupakn konversi yang dipakai dalam rekayasa listrik, satuan lain yang merupakan perkalian atau pembagian disatuan-satuan ini dipakai dengan menambahkan awalan . Misalnya, dalam rangkaian elektronik, harga kapasitor biasanya dinyatakan dalam mikrofarad (µF) atau dalam pikofarad (pF), induktor dalam milihenry (mH) dan sebagainya.
Penskakaan (scaling) yaitu mengubah harga praktis menjadi daerah harga bilangan bualat yang kecil untuk pelaksanaan analisis dan desain (rancangan).
APROKSIMASISEBUAH SISTEM FISIS SEBAGAI SUATU RANGKAIAN
Telah kita bahas bagaimana tiga gejala listrik yang diamati secara eksperimental bisa dipaparkan dalam parameter rangkaian. Sebuah masalah yang harus kita hadapi nantinya dalam menggunakan konsep rangkaian adalah bagaimana mewakili attau menggambarkan suatu sistem fisis dalam parameter-parameter ini. Missal, bisakah kita melukiskan sebuah rangkaian yang akan mewakili motor listrik, kristal piezoelektrik, kumparan kawat, antena, atau, rangkaian terpadu pada serpih silikon. Telah kita temukan bahwa ada efek kapasitifmuatan, menghasilkan medan listrik yang tinggi, daerahnya luas untuk menyimpan muatan dan berjarak kecil dari satu bagian ke bagian lain, maka kapasitansi bagian sistem tersebut adalah besar. Akhirnya terdapat suatu efek induktif yang tergabung dengan setiap penghantar yang mengalirkan arus, dan suatu efek induksi bersama terdapat antara setiap pasangan penghantar, bila paling tidak salah satu diantaranya mengalirkan arus. Bila penghantar terletak dalam ruang sedemikian rupa sehingga medan magnet saling memperkuat, maka induktansi baik induktansi diri maupun bersama, dari bagian sistem tersebut adalah besar.
Pada umumnya, tujuan kita adalah menggantikan alat fisis atau sistem fisis dengan model rangkaiannya yang sesuai, dan kemudian melengkapi analisis sistem dengan model yang menyeluruh. Model tertentu kita pakai untuk sebuah alatatau sistem, tergantung dari banyak hal, seperti tersedianya program simulasi komputer digital untuk melakukan analisis, ketelitian yang diperlukan, dan kepekaan menyeluruh (overall sensitivity) dari hasil terdapat bentuk model yang diambil.
Bab : Perkembangan Konsepsi Rangkaian
Pengarang : M.E. VAN VALKENBURG
S.H.NASUTION
Salah satu ciri metode ilmiah adalah secara terus menerus menyatukan berbagai ragam fakta dalam suatu teori sederhana dan dapat dimengerti. Teori atau gambaran yang dihasilkan, seorang ahli kimia dan pendidik amerika James Conant, dinamai skema conseptual (conceptual scheme), teorinya yang sangat terkenal adalah teori atom. Teori konseptual lainnya adalah kekekalan energi (conservation of energi) dan kekekalan muatan (consevation of charge). Pada abad kesembilan belas terjadi kemajuan yang berarti dalam mengembangkan skema konseptual. Penemuan Galvani dan Volta sekitar tahun 1800 bahwa listrik dapat dihasilkan secara kimia, pada tahun 1820, Oersted medan magnet pada arus, dan ampere mengukur gaya yang disebabkan oleh arus. Pada tahun 1831 Faraday dan secara terpisah, Henry menemukan induksi listrik. Dari semua penemuan ini disatukan oleh seorang ahli fisika dari inggris yang bernama James Clerk Max-Well pada tahun 1873, yaitu untuk membentuk suatu skema konseptual yang berhasil. Keberhasilan skema konseptual Maxwell dibuktikan oleh asanya kesesuaian yang terus berlaku antara hasil yang dijabarkan dari persamaan Maxwell dengan pengamatan selama lebih dari 100 tahun.
MUATAN DAN ENERGI
Thales dari yunani adalah yang menemukan, sekitar tahun 600 S.M., bahwa bila digosok-gosok dengan cepat dengan sehelai sutra atau kulit, batu ambar menjadi ”listrik” dan mampu menarik potongan-potongan kecil benang. Teknik yang sama dipakai berabad-abad oleh Coulomb diperancis (dan Cavendish di Inggris secara terpisah) untuk membangun hukum berbanding terbalik kuadrat dari benda yang bermuatan. Hakikat muatan didasarkan atas skema konseptual dari teori atom. Digambarkan bahwa atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelililngi oleh elektron bermuatan negatif. Pda atom yang netral, muatan total inti sama dengan muatan total elektron-elektron. Bila elektron dibuang dari substansi itu menjadi bermuatn positif. Suatu substansi yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Satuan MKS muatan adalah coulomb. Elektron mempunyai muatan sebesar 1,6021X10-19 coulomb. Gejala pengalihan muatan dari satu titik ketitik lainnya pada rangkaian dilukiskan oleh istilah arus listrik (elektrikc current). Gerkan acak elektron pada sebuah logam tidak membentuk arus, kecualoi terdapat suatu pengalih netto muatan dalam waktu. Dalam bentuk persamaan arus-arus adalah i=dq/dt .Bila muatan q diberiakan pada coulomb dan waktu t diukur dalam detik, maka arus diukur dalam ampere (menurut ahli fisika perancis, andre ampere), karena elektron mempunyai muatan sebesar 1,602X10-19 coulomb, maka arus 1 ampere berpadan dengan gerakan 1/(1,6021X10-19 )=6,24X1019 elektron melewati penampang sebuah jalan dalam waktu 1 detik. Suatu arus listrik adalah laju aliran elektron bebas, dari suatu aton keatom lainnya. Bahan yang terdapat banyak elektron bebas dinamai penghantar atau konduktor. Bahan yang secara relatif mempunyai sedikit elektron bebas dinamai isolator.. Bahan isolasi yang umum adalah kaca,mika,plastik, dan sebagainya. Bahan semi konduktor memegang peranan penting dalam elektronika. Dua semikonduktir yang umum adalah germaniun dan silikon. Energi listrik adalah energi yang dapat diubah dari satu atau lain bentuk. Ada banyak cara dengan mana hal ini dapat diselenggarakan. Beberapa diantaranya adalah:
1. pengubahan energi secara elektromekanis. Generator berputar, yang mengikuti pola penemuan faraday pada tahun 1831. Menghasilkan energi listrik dari energi mekanik perputaran, biasanya energi mekanik diubah dari energi panas oleh sebuah turbin dan,selanjutnya, energi panas diubah dari energi kimia dengan membakar bahan bakar fosil atau dari bahan nuklir. Kadang-kadang pengubahan terjadi dari energi hidralik oleh pembangkit hidroelektrik.
2. Pengubahan energi secara elektrokimia. Batere listrik menghasilkan energi listrik dengan jalan pengubahan energi kimia. Penggunaan yang potensial dari batere demikian adalah penting bagi kendaraan listrik. Sel bahan bakar (fuel ell) termasuk dalam klasifikasi umum ini.
3. Pengubahan energi secara magnetobidrodinamik (MHD). Alat MHD membangkitkan energi listrik dari energi mekanis suatu gas terionisasi berkecepatan tinggi.
4. pengubahan energi secara fotovoltaik.Sekelompok alat mampu mengubah energi cahaya langsung menjadi energi listrik. Alat yang paling terkenal dari jeniis ini adalah sel matahari (solar cell)
Fungsi dari masing-masing energi listrik yang berbeda ini adalah sama dari segi energi dan muatan. Misal, 2 elektroda logam, satu dari seng dan satu dari tembaga dicelupkan kedalam larutan asam belerang. Pembentukan ion-ion seng dan tembaga menyebabkan muatan negatif berkumpul pada elektroda. Energi diberikan kepada muatan oleh perbedaan dalam energi ionisasi dari dan tembaga dalam reaksi kimia.
HUBUNGAN ANTARA KONSEPSI RANGKAIAN DAN MEDAN
Dalam mengembangkan skema konseptual rangkain, kita akan mengikuti 3 langkah yang sama bagi masing-masing dari 3 parameter. Langkah-langkah ini adalah:
1) Gejala fisis.
2) Tafsiran medan (field interpretation).
3) Tafsiran rangkaian.
PARAMETER KAPASITANSI
1. Gejala fisis. Adanya muatan pada substansi yang terpisah dalam ruang. Bila muatan tersebut sama maka akan saling tolak menolak dan sealiknya bila kedua muatan tak sama maka akan tarik menarik.
2. Tafsiran medan. Gaya pada suatu satuan muatan yang ditempatkan antara dua benda bermuatan. Besaran vektor karena gaya adalah besaran vektor, disebut medan listrik(electric field)
3. Tafsiran rangkaian (circuit interpretation). Bila kita membahas idealisasi matematis dari fungsi yang berlangsung sangat singkat dan sangat besar yang dinamai dengan fungsi impuls. Bahwa tegangan sebuah sistem kapasitif tidak dapat berubah dalam sekejap mata.
PARAMETETER TAHANAN
I. Gejala fisis. Lewatnya elektron-elektron melelui suatu bahan bukanlah berlangsungtanpa tabrakan antara elektron-elektron dan partikel-partikel atomik lainnya. Tabrakan ini tidak elastis, dan energi hilang pada tip tabrakan. Kehilangan energi ini persatuan muatan ditafsirkan sebagai penurunan potensial melintasi bahan.
II. Tafsiran medan. Ahli fisika jerman George Simon Ohm secara experimental menemukan bahwa ada hubungan antara arus dalam sebuah substansi dan penurunan potensial. Dari segi konsep medan, perubahan energi persatuan muatan menyebabkab sebuah gaya persatuan muatan atau medan listrik.
III. Tafsiran rangkaian. Besaran yangmerupakan konstanta bagi bentuk konstan penghantar diberi namai parameter tahanan atau singkatnya tahanan (resistance).
SATUAN DAN PENSKALAAN
Satuan-satuan ini adalah bagian dari sebuah sistem yang diberi nama Sistem Satuan Internasional (International System of Yunit), dan merupakn konversi yang dipakai dalam rekayasa listrik, satuan lain yang merupakan perkalian atau pembagian disatuan-satuan ini dipakai dengan menambahkan awalan . Misalnya, dalam rangkaian elektronik, harga kapasitor biasanya dinyatakan dalam mikrofarad (µF) atau dalam pikofarad (pF), induktor dalam milihenry (mH) dan sebagainya.
Penskakaan (scaling) yaitu mengubah harga praktis menjadi daerah harga bilangan bualat yang kecil untuk pelaksanaan analisis dan desain (rancangan).
APROKSIMASISEBUAH SISTEM FISIS SEBAGAI SUATU RANGKAIAN
Telah kita bahas bagaimana tiga gejala listrik yang diamati secara eksperimental bisa dipaparkan dalam parameter rangkaian. Sebuah masalah yang harus kita hadapi nantinya dalam menggunakan konsep rangkaian adalah bagaimana mewakili attau menggambarkan suatu sistem fisis dalam parameter-parameter ini. Missal, bisakah kita melukiskan sebuah rangkaian yang akan mewakili motor listrik, kristal piezoelektrik, kumparan kawat, antena, atau, rangkaian terpadu pada serpih silikon. Telah kita temukan bahwa ada efek kapasitifmuatan, menghasilkan medan listrik yang tinggi, daerahnya luas untuk menyimpan muatan dan berjarak kecil dari satu bagian ke bagian lain, maka kapasitansi bagian sistem tersebut adalah besar. Akhirnya terdapat suatu efek induktif yang tergabung dengan setiap penghantar yang mengalirkan arus, dan suatu efek induksi bersama terdapat antara setiap pasangan penghantar, bila paling tidak salah satu diantaranya mengalirkan arus. Bila penghantar terletak dalam ruang sedemikian rupa sehingga medan magnet saling memperkuat, maka induktansi baik induktansi diri maupun bersama, dari bagian sistem tersebut adalah besar.
Pada umumnya, tujuan kita adalah menggantikan alat fisis atau sistem fisis dengan model rangkaiannya yang sesuai, dan kemudian melengkapi analisis sistem dengan model yang menyeluruh. Model tertentu kita pakai untuk sebuah alatatau sistem, tergantung dari banyak hal, seperti tersedianya program simulasi komputer digital untuk melakukan analisis, ketelitian yang diperlukan, dan kepekaan menyeluruh (overall sensitivity) dari hasil terdapat bentuk model yang diambil.
Postingan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar