Gejala Foto Listrik

            Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.

Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

1. Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
2. Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
3. Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

E = h . f

E	=	Energi tiap foton dalam Joule.
f	=	Frekwensi cahaya.
h	=	Tetapan Planck yang besarnya          h = 6,625 .10 –34 J.det

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

E = a + Ek h . f = a + 1/2 mv2

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

                                                                                      

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.

Bila frekwensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekwensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

Komponen Linier dan Komponen Non Linier

            Di dalam elektronika analog akan selalu melibatkan komponen elektronika baik yang linier maupun yang non linier. Sebuah komponen linier adalah komponen yang penambahan arusnya proporsional dengan penambahan tegangan yang diterapkan padanya. Contoh komponen linier adalah resistansi. Sedangkan komponen non linier adalah perubahan (baik penambahan maupun pengurangan) arusnya tidak proporsional dengan perubahan tegangan yang diterapkan kepadanya. Contoh komponen non linier adalah dioda dan transistor.

            Akibat dari adanya komponen linier dan non linier adalah adanya tahanan dc dan ac. Tahanan dc adalah nilai tahanan suatu komponen yang harganya relatif tetap. Sedangkan tahanan ac adalah tahanan yang nilainya berubah tergantung pada saat dimana kita melakukan pengukuran. Tahanan ac dari sebuah dioda biasa dinamakan tahanan bulk (bulk resistance). Jika tahanan dc dilambangkan dengan R, maka

 R =V/I

dan tahanan ac dilambangkan dengan r, sehingga

 r =deltaV/delta I

            Ada juga beberapa buku yang mendefinisikan besaran konduktansi (G). Dimana konduktansi adalah hasil perbandingan antara arus dengan tegangan. Satuannya adalah Siemen (S). Jika dinyatakan dalam persamaan maka

                        G =I/V

Dimana G = konduktansi (S)

              V = tegangan (V)

               I = arus (A)

Konversi Wye ke Delta

    Konversi Wye ke Delta

Untuk menentukan formula konversi dari wye ke delta, kita catat dari persamaan (2.53) hingga (2.55) bahwa

R₁R₂ + R₂R₃ + R₃R₁ = RaRbRc/Ra+Rb+Rc ……………...   (2.56)

Pembagian persamaan (2.56) dengan masing-masing persamaan (2.53) hingga (2.55) menghasilkan persamaan-persamaan berikut :

R_a =(R1R2+R2R3+R3R1)/R1           ……………...   (2.57)

R_b =(R1R2+R2R3+R3R1)/R2           ……………...   (2.58)

R_c =(R1R2+R2R3+R3R1)/R3           ……………...   (2.59)

Dari persamaan (2.57) hingga (2.59) dan Gambar 2.30, aturan konversi untuk Y ke D adalah sebagai berikut : Tiap resistor dalam jaringan D adalah jumlah dari semua hasilkali dua resistor yang mungkin, dari resistor-resistor pada jaringan Y,

dibagi dengan resistor pada jaringan Y yang didepannya

Jaringan Y dan D dikatakan seimbang (balanced) bila

R₁ = R₂ = R₃ = R_Y,                  R_a = R_b = R_c = R_D                   ………..  (2.60)

Pada kondisi ini, formula konversi menjadi

R_Y =   atau  R_D = 3R_{Y        .........................} (2.61)

Tegangan Listrik elektronika

Tegangan Listrik       

Seperti telah dijelaskan dimuka, untuk menggerakkan elektron dalam suatu konduktor diperlukan usaha atau perpindahan energi. Usaha ini dilakukan oleh gaya gerak listrik (electromotive force; emf), yang biasanya direpresentasikan oleh baterai seperti Gambar 1.5. Gaya gerak listrik; ggl ini juga dikenal sebagai tegangan (voltage) atau beda potensial (potential difference). Gaya gerak listrik ini ada karena adanya ketidak-seimbangan muatan listrik.

Jika kita ambil contoh lilin dan kain wol yang telah digosok bersamaan, kita menemukan bahwa kelebihan elektron pada lilin (muatan negatif) dan kekurangan elektron pada kain wol (muatan positif) menciptakan ketidak-seimbangan muatan antara keduanya. Ketidak-seimbangan ini menjelma menjadi gaya tarik antara kedua objek tersebut, lihat Gambar 1.10(a).

Jika sebuah kawat konduktif ditempatkan di antara lilin dan wool yang bermuatan, elektron-elektron akan mengalir melaluinya, sehingga kelebihan elektron dalam lilin akan kembali ke wool untuk mengisi kekurangan elektron di sana, lihat Gambar 1.10(b). Elektron-elektron ini akan terus mengalir untuk sesaat, hingga kedua area menjadi netral dan gaya antara lilin dan wol dikurangi.

                                                                      (a)                                                               (b)

Gambar 1.10  Fenomena pada lilin dan kain wol yang bermuatan listrik

Energi potensial, yang tersimpan dalam bentuk ketidak-seimbangan muatan, dan mampu menyebabkan elektron mengalir melalui konduktor, dinyatakan sebagai tegangan, yang secara teknis adalah ukuran energi potensial per unit muatan elektron. Dalam konteks listrik statis, tegangan adalah ukuran kerja yang dibutuhkan untuk menggerakkan unit muatan dari satu lokasi ke lokasi lainnya, berlawanan dengan gaya yang mempertahankan muatan listrik agar tetap seimbang. Dalam konteks sumber daya listrik, tegangan adalah jumlah energi potensial yang tersedia (usaha yang akan dikerjakan) per unit muatan, untuk menggerakkan elektron melalui konduktor.

Karena tegangan dinyatakan sebagai energi potensial, menggambarkan kemungkinan atau potensi untuk pelepasan energi sebagaimana elektron-elektron bergerak dari satu level ke level lainnya, ini selalu mengacu antara dua titik. Tinjau analogi bak penampungan air :

Gambar 1.11 Analogi energi potensial pada bak penampung air

Karena perbedaan dari ketinggian jatuh, terdapat energi potensial yang jauh lebih besar, untuk melepaskan energi dari bak penampungan melalui pipa ke lokasi 2 daripada ke lokasi 1.

Demikian juga, energi potensial yang tersedia untuk menggerakkan elektron dari satu titik ke titik lainnya adalah relatif terhadap dua titik. Oleh karena itu, tegangan selalu dinyatakan sebagai suatu besaran (quantity) antara dua titik.

vab = dw/dq

Tegangan v_ab antara dua titik a dan b dalam suatu rangkaian listrik adalah energi atau usaha yang diperlukan untuk menggerakkan satu unit muatan dari a ke b. Secara matematis,

               

                                                                        ……………………………….. (1.3)

dimana w adalah energi dalam joule (J) dan q adalah muatan dalam coulomb (C). Tegangan v_ab atau singkatnya v saja diukur dalam volt (V), diambil dari nama seorang fisikawan Italia, Alessandro Antonio Volta (1745-1827), yang pertama kali menemukan voltaic baterai.

Dari Persamaan 1.3,  jelas bahwa

1 volt = 1 joule/coulomb = 1 newton meter/coulomb

Dengan demikian, Tegangan (beda potensial) adalah energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan satu unit muatan melalui suatu elemen,

diukur dalam volt (V)

Gambar 1.12 menunjukkan tegangan pada sebuah elemen (digambarkan oleh blok persegi-panjang) yang dihubungkan pada titik a dan b. Tanda plus (+) dan minus (-) digunakan untuk mendefinisikan arah acuan atau polaritas tegangan. Tegangan v_ab  dapat dinyatakan dalam dua cara seperti diperlihatkan Gambar 1.12.

Gambar 1.12 Polaritas dari tegangan v_ab

Pada Gambar 1.13(a), titik a adalah +9 V diatas titik b; pada Gambar 1.13(b), titik b  -9 V diatas titik a. Kita dapat mengatakan bahwa pada Gambar 1.13(a), ada jatuh tegangan (voltage drop) 9 V dari a ke b atau setara dengan -9 V naik tegangan (voltage rise) dari b ke a. Dengan kata lain, voltage drop dari a ke b adalah sama dengan voltage rise dari b ke a.

v_{ab = -Vba}

                                        ……………………………….. (1.4)

Gambar 1.13 Dua representasi ekivalen dari tegangan v_ab : (a) titik a adalah 9 V di atas titik b

                                                                                                        (b) titik b adalah -9 V di atas titik a

Arus dan tegangan adalah dua variabel dasar dalam rangkaian listrik. Seperti halnya arus, tegangan konstan disebut tegangan dc dan disimbolkan dengan V (dalam huruf besar), sedangkan tegangan sinusoidal atau berubah terhadap waktu disebut tegangan ac dan disimbolkan dengan v (dalam huruf kecil). Tegangan dc umumnya dihasilkan oleh baterai, sedangkan tegangan ac dihasilkan oleh generator listrik.

Rangkaian Listrik

 Pengertian Rangkaian Listrik

Pada bidang ilmu teknik elektro, kita sering tertarik dalam hal komunikasi atau penyaluran energi dari satu titik ke titik lainnya. Untuk melakukan ini dibutuhkan sambungan antar peralatan listrik. Setiap antar sambungan tersebut dikenal sebagai rangkaian listrik (electric circuit), dan setiap komponen pada rangkaian dikenal sebagai elemen (element).

Suatu rangkaian listrik (electric circuits) adalah suatu

antar-sambungan dari elemen-elemen listrik.

Sebuah rangkaian listrik sederhana diperlihatkan pada Gambar 1.1. Ia terdiri dari tiga elemen dasar, yaitu : sebuah baterai, sebuah lampu dan kawat-kawat penghubung.

 

Gambar 1.1  Sebuah rangkaian listrik sederhana

Analisis rangkaian adalah proses untuk menentukan besar tegangan pada elemen-elemen rangkaian atau besar arus yang melewatinya.

Ada dua tipe elemen, yaitu : elemen pasif (passive elements) dan elemen aktif (active elements). Elemen aktif berkemampuan menghasilkan energi sedangkan elemen pasif tidak. Contoh elemen pasif adalah resistor, induktor dan kapasitor. Elemen aktif tipikal contohnya generator, baterai dan penguat operasional (operational amplifier).

Elemen-elemen aktif yang paling penting adalah sumber-sumber tegangan dan arus yang secara umum memberikan daya kepada rangkaian yang terhubung kepadanya. Ada dua jenis sumber yaitu sumber bebas (independent sources) dan sumber tak bebas / terkendali (dependent or controlled sources).

Suatu sumber bebas ideal (ideal independent source) adalah suatu elemen aktif yang memberikan tegangan atau arus tertentu yang  sepenuhnya tidak terikat pada elemen rangkaian yang lain

Sumber-sumber seperti baterai dan generator bisa dianggap mendekati sumber tegangan ideal. Gambar 1.2 menunjukkan simbol sumber tegangan bebas. Perhatikan bahwa kedua simbol pada Gambar 1.2(a) dan (b) bisa digunakan untuk  menyatakan sumber tegangan dc, tapi hanya simbol pada gambar 1.2(a) yang bisa digunakan untuk sumber tegangan yang berubah terhadap waktu (time-varying voltage source).

                                                                       (a)                                 (b)

Gambar 1.2  Simbol sumber tegangan bebas (independent voltage sources)

(a) digunakan untuk tegangan konstan atau berubah terhadap waktu 

(b) digunakan hanya untuk tegangan konstan (dc)

Simbol untuk sumber arus bebas diperlihatkan pada Gambar 1.3. Tanda panah menunjukkan arah arus.

Gambar 1.3  Simbol sumber arus bebas (independent current sources)

Suatu sumber tak bebas / terkendali ideal (ideal dependent or controlled source) adalah suatu elemen aktif dimana kuantitas dari sumber tersebut dikendalikan oleh tegangan atau arus yang lain

Sumber-sumber tak bebas, biasanya disimbolkan dengan bentuk belah ketupat (diamond-shaped) seperti diperlihatkan pada Gambar 1.4.

 

(a)                                                      (b)

Gambar 1.4  Simbol sumber-sumber tak bebas (dependent sources)

(a) sumber tegangan tak bebas  (b) sumber arus tak bebas

Ada 4 tipe yang mungkin untuk sumber-sumber tak bebas, yaitu :

1.      Sumber tegangan terkendali-tegangan (voltage-controlled voltage source; VCVS)

2.      Sumber tegangan terkendali-arus  (current-controlled voltage source; CCVS)

3.      Sumber arus terkendali-tegangan (voltage-controlled current source; VCCS)

4.      Sumber arus terkendali-arus (current-controlled current source; CCCS)

Sumber-sumber tak bebas berguna untuk memodelkan elemen-elemen seperti transistor, penguat operasi (operational amplifier) dan IC (integrated circuits).