nyunyun physics

Senin, 29 Juni 2015

Hukum Gauss, Potensial Listrik, dan Energi Potensial Listrik Hukum

Hukum Gauss

Gauss Hukum Gauss menyatakan bahwa jumlah seluruh garis medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang di lingkupi permukaan tersebut. Secara matematis, hukum Gauss ditulis dengan persamaan berikut:

Energi Potensial listrik

Energi Potensial Listrik Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki oleh suatu muatan listrik di dalam medan listrik. Apabila sebuah muatan berpindah terhadap muatan sumber, muatan tersebut dikatakan melakukan usaha. Usaha yang dilakukan oleh muatan itu sebesar selisih energi potensial pada kedudukan asal muatan terhadap kedudukan akhir muatan.

Atau

Suatu muatan yang dipengaruhi oleh medan listrik dengan beberapa muatan, energi potensial pada muatan tersebut sebanding dengan jumlah aljabar dan energi potensial masing-masing sumber.

Potensial Listrik

Potensial Listrik Potensial listrik disuatu titik adalah besarnya energi petensial tiap satuan muatan positif (+) yang berada dititik tersebut. Potensial listrik disuatu titik dirumuskan sebagai berikut:
1. Medan listrik homogen

2. Medan listrik tak homogen
Potensial muatan suatu titik yang berjarak r dari sumber muatan q adalah

3. Hukum kekekalan energi mekanik
Gerak partikel bermuatan dalam medan listrik dapat dianggap memenuhi hukum kekekalan energi mekanik.

4. Konduktor dua keping sejajar

Pada konduktor dua keping sejajar berlaku:

5. Konduktor bola
Besarnya potensial listrik di permukaan dan di dalam bola konduktor dirumuskan sebagai berikut:

Sabtu, 27 Juni 2015

nyunyun physics: Aplikasi Jembatan Wheatstone

nyunyun physics: Aplikasi Jembatan Wheatstone: Aplikasi Jembatan Wheatstone pada Sensor Resistif Secara teori, kita bisa saja tidak menggunakan jembatan Wheatstone untuk...

nyunyun physics: Jenis-jenis Kapasitor

nyunyun physics: Jenis-jenis Kapasitor: Terdapat dua jenis kapasitor secara mendasar, yaitu: 1. kapasitor/kondensator polar, kapasitor polar memiliki kutub positif dan...

nyunyun physics: KAPASITOR

nyunyun physics: KAPASITOR: Kapasitor adalah perangkat k omponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dan terdiri dari dua konduktor yang dipis...

Jumat, 26 Juni 2015

Jenis-jenis Kapasitor

Terdapat dua jenis kapasitor secara mendasar, yaitu:

1. kapasitor/kondensator polar,

kapasitor polar memiliki kutub positif dan negatif yang pada pemasangannya tidak boleh terbalik karena dapat menyebabkan kerusakan bahkan ledakan.

2. kapasitor/kondensator non polar,

kapasitor ini dapat dipasang secara bolak-balik pada suatu rangkaian elektronik tanpa memperhatikan kutub-kutubnya.

Jenis-jenis dielektrikum untuk pembuatan kapasitor/kondensator antara lain:

1. kapasitor elektrolit/ electrolite condensator (ELCO)

merupakan jenis kapasitor polar yang memiliki dua kutub yaitu kutub positif dan kutub negatif. Tanda untuk kutub negatif adalah sebuah garis tanda putih di sepanjang badan kapasitor. Nilai untuk jenis kapasitor elektrolit dapat dilihat pada bodi kapasitor.

2. kapasitor keramik

nilai kapasitor keramik sangat kecil dan bagus digunakan pada jangkauan tegangan yang luas hingga 1000 volt. Bentuk dari kapasitor keramik beragam, karena sifatnya yang stabil maka kapasitor jenis keramik ini sangat bagus digunakan pada freekuensi tinggi. Kapasitor keramik termasuk ke dalam jenis non-polar, sehingga pemasangannya dapat di bolak-balik.

3. kapasitor mika

kapasitor ini memiliki karakter yang hampir sama dengan kapasitor keramik. Sifatnya yang stabil memungkinkan cocok digunakan pada frekuensi tinggi.

4. kapasitor polyester

memiliki kapasitansi cukup stabil. Nilai kapasitor polyester anatara 100pF hingga 2F dengan toleransi 5% , tegangan maksimum kerjanya hingga 400 volt.

5. kapasitor kertas

sama seperti kapasitor polyester, memiliki kestabilan kerja yang cukup dan bagus di gunakan pada frekuensi tinggi. Nilai kapasitansi kapasitor berkisar antara 10nF sampai dengan 10uF, dengan toleransi rata-rata 10%. Mampu bekerja dengan tegangan hingga 600 volt.

6. kapasitor variable

sesuai dengan namanya yaitu kapasitor variable, nilai kapasitansinya dapat berubah-ubah. Dengan memutar poros pada kapasitor maka akan didapatkan nilai kapasitansi yang berubah-ubah. Kapasitor ini memiliki kapasitansi 100pF hingga 500pF.

7. kapasitor trimmer

Memiliki kapasitansi hingga 100pF dan biasanya dipasang pararel dengan variable kapasitor untuk mendapatkan nilai lebih akurat pada pengatur gelombang frekuensi

Fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronik antara lain:

sebagai kopling antar rangkaian
penghematan daya listrik
penyaring dalam rangkaian catu daya (power supply)
meredan nois atau ripple
menghindari loncatan api saat sakelar beban listrik dihubungkan (peredam kejut)

Kamis, 25 Juni 2015

KAPASITOR

Kapasitor adalah perangkat komponen elektronika yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dan terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (dielektrik) pada tiap konduktor atau yang disebut keping. Kapasitor biasanya disebut dengan sebutan kondensator yang merupakan komponen listrik dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik.

Prinsip kerja kapasitor pada umunya hampir sama dengan resistor yang juga termasuk ke dalam komponen pasif. Komponen pasif adalah jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar. Kapasitor sendiri terdiri dari dua lempeng logam (konduktor) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Penyekat atau isolator banyak disebut sebagai bahan zat dielektrik.

Gambar Kapasitor

Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua komponen tersebut berguna untuk membedakan jenis-jenis kapasitor. Di dunia ini terdapat beberapa kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik, antara lain kertas, mika, plastik cairan dan masih banyak lagi bahan dielektrik lainnya. Dalam rangkaian elektronika, kapasitor sangat diperlukan terutama untuk mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan. Selain itu, kapasitor juga dapat menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian, dapat memilih panjang gelombang pada radio penerima dan sebagai filter dalam catu daya (Power Supply).

Fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronik sebagai penyimpan arus atau tegangan listrik. Untuk arus DC, kapasitor dapat berfungsi sebagai isulator (penahan arus listrik), sedangkan untuk arus AC, kapasitor berfungsi sebagai konduktor (melewatkan arus listrik). Dalam penerapannya, kapasitor banyak di manfaatkan sebagai filter atau penyaring, perata tegangan yang digunakan untuk mengubah AC ke DC, pembangkit gelombang AC (Isolator) dan masih banyak lagi penerapan lainnya.

Jenis-Jenis Kapasitor dalam rangkaian elektronika terbagi menjadi 2 macam, yaitu kapasitor polar dan kapasitor non polar. Yang di maksud kapasitor polar adalah jenis kapasitor yang memiliki dua kutub dan mempunyai polaritas positif/negatif. Kapasitor ini terbuat dari bahan elektrolit yang mempunyai nilai kapasitansi yang besar di bandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik.

Sedangkan yang di maksud kapasitor non polar adalah jenis kapasitor tidak memiliki polaritas postif dan negatif pada kedua kutubnya. Kapasitor ini juga dapat kita gunakan secara berbalik. Kapasitor ini biasanya memiliki nilai kapasitansi yang kecil karena terbuat dari bahan keramik dan mika. Meskipun kedua jenis kapasitor ini banyak digunakan untuk menyimpan muatan listrik, tapi masih banyak perbedaan dari kedua jenis tersebut, di antaranya adalah bahan yang digunakan dan juga fungsi kegunaannya dalam sehari-hari.

Gambar Jenis-Jenis Kapasitor

Jenis kapasitor juga dapat kita bedakan menjadi beberapa bagian, yaitu jenis kapasitor keramik, kapasitor elektrolit (elco), kapasitor tantalum, kapasitor multilayer, kapasitor polyester film, elekctric double, super kapasitor, trimer dan kapasitor tuning.

Sifat dasar kapasitor adalah menyimpan muatan listrik dan tidak dapat dilalui arus DC (Direct Current) tetapi dapat dilalui arus AC (Alternating Current) dan juga dapat berfungsi sebagai impedansi (Resistansi yang nilainya tergantung dari frekuensi). Berdasarkan nilai kapasitansinya, kapasitor di bagi menjadi 2 bagian, yaitu kapasitor tetap dan kapasitor variable.

Untuk jenis-jenis kapasitor multilayer adalah kapasitor yang terbuat dari bahan material. Kapasitor ini hampir sama dengan kapasitor keramik, perbedaannya hanya terdapat pada jumlah lapisan yang menyusun dielektriknya. Bahan dielektrik disusun dengan banyak lapisan dengan ketebalan 10 sampai 20 μm dan pelat elektrodanya dibuat dari logam yang murni. Selain itu, bentuk dari jenis kapasitor ini juga kecil dan memiliki karakteristik suhu yang bagus di bandingkan dengan kapasitor lainnya.

Fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronika adalah sebagai penghubung pada masing-masing bagian dalam rangkaian, memisahkan arus bolak-balik dari arus searah, sebagai filter pada rangkaian catu daya, sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian elektronik pemancar dan juga menghemat daya listrik pada rangkaian lampu TL.

Aplikasi Jembatan Wheatstone

Aplikasi Jembatan Wheatstone pada Sensor Resistif

Secara teori, kita bisa saja tidak menggunakan jembatan Wheatstone untuk salah satu pengondisi sensor strain gauge layaknya gambar di atas; maksudnya, kita bisa saja membuat rangkaian sederhana dengan sebuah baterai dan sebuah strain gauge; namun rangkaian sederhana seperti itu tidak dapat merespon perubahan resistansi yang sangat kecil seperti jembatan Wheatstone. Dengan jembatan Wheatstone, perubahan kecil resistansi strain gauge dapat terdeteksi.

Sensor adalah piranti yang dapat mendeteksi/merasa perubahan suatu besaran fisika (misalnya tekanan atau gaya) dan kemudian melaporkannya sebagai besaran listrik. Transduser adalah piranti yang dapat meng-konversi suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya (biasanya energi listrik) untuk keperluan pengukuran. Sensor resistif adalah sensor yang bilamana ada suatu besaran fisika yang mengenainya, maka resistansinya akan berubah (R-nya berubah). Contoh di artikel ini adalah sensor strain-gauge, sensor ini adalah sensor gaya dan tekanan; apabila dikenai gaya atau tekanan maka bentuknya akan berubah, perubahan bentuknya ini menyebabkan resistansinya berubah pula.

Ingat kembali dasar resistansi berikut ini

Jika panjang (l) suatu bahan berubah maka resitansi bahan tersebut akan berubah, begitu pula jika luas permukaan (A) yang dilalui arus listriknya berubah.

Jembatan Wheatstone yang diaplikasikan pada sensor bekerja dengan prinsip yang berkebalikan dengan jembatan Wheatstone yang diaplikasikan untuk mengetahui besarnya hambatan suatu resistor. Maksudnya, jembatan Wheatstone yang diaplikasikan untuk mengetahui besarnya R_x, pada mulanya Galvanometer belum seimbang, tidak menunjukkan skala nol; dan kita mengubah-ubah besarnya hambatan resistor yang dipakai (dengan menggeser-geser kabel penghubung) sampai Galvanometer menunjukkan skala nol atau seimbang. Berkebalikan dengan hal tersebut, jembatan Wheatstone yang diaplikasikan pada sensor strain gauge pada mulanya sudah dibuat seimbang, jika ada gaya yang mengenainya maka bentuk strain gauge ini akan berubah dan menyebabkan resistansinya berubah pula, karena jembatan Wheatstone yang diaplikasikan pada sensor tersebut pada mulanya seimbang, maka karena perubahan resistansi sensor strain gauge, akhirnya jembatan Wheatstone sudah tidak dalam keadaan seimbang lagi, ada tegangan yang muncul pada kabel AB (atau Galvanometer). Nah besarnya tegangan pada kabel AB ini sebanding dengan besarnya gaya yang diterima oleh sensor strain gauge; dengan faktor konversi tertentu, kita bisa mengetahui besarnya gaya yang bekerja pada sensor tersebut.

Jika kita telusuri dari awal:

Tekanan atau gaya à Perubahan bentuk sensor strain gauge à Perubahan resistansi sensor strain gauge à Jembatan Wheatstone tidak seimbang à Tegangan muncul

Tegangan yang muncul dari ketidakseimbangan jembatan Wheatstone oleh karena perubahan resistansi sensorstrain gauge sangatlah kecil karena perubahan resistansinya juga kecil; hanya dalam orde milivolt dengan tegangan input E = 12 Volt. Pada rangkaian listrik sensor, selain menggunakan jembatan Wheatstone pastilah menggunakan penguat tegangan agar tegangan yang kecil ini diperbesar beberapa ratus kali dan kemudian dapat lebih mudah dibaca oleh alat ukur.

Adapun persamaan sederhana tegangan pada kabel AB jika jembatan Wheatstone tidak seimbang adalah sebagai berikut

Untuk aplikasinya pada sensor tentu saja tidak sesederhana seperti persamaan di atas, namun persamaan di atas secara sederhana menunjukkan jika resitansi sensor (R_x) berubah maka tegangan pada kabel AB juga berubah.

Berikut gambar yang dapat membantu memahami prinsip jembatan Wheatstone pada sensor resistif secara lebih gamblang.

Contoh kasus sederhana:

Jika suatu batang dengan modulus Young Y, resistansi mula-mulanya R, resistivitas ρ dan panjang mula-mula Ldijadikan strain gauge maka berapakah tegangan yang terbaca jika strain gauge tersebut dikenai gaya tarik sebesar F? Berapa pula faktor konversi strain gauge tersebut?

Asumsi: kita menggunakan jembatan Wheatstone dengan R₁, R₂, dan R₃ sebesar R. Tidak ada perubahan luas penampang strain gauge selama dikenai gaya. Tegangan input sebesar E.