Dasar-Dasar Kelistrikan

Memahami Teori Dasar Kelistrikan

Teknologi otomotif merupakan salah satu bidang ilmu yang sangat berkembang pesat. Sekarang mobil-mobil sudah banyak menerapkan teknologi canggih untuk mendapatkan mobil yang lebih bertenaga, hemat bahan bakar dan ramah lingkungan serta aman untuk dikendarai.

Kalau dulu mobil masih menggunakan komponen mekanikal, namun seiring perkembangan teknologi bermunculan komponen-komponen elektronika untuk mengatur kinerja mesin mobil.

Seiring dengan perkembangan tersebut teknisi otomotif dituntut harus mempunyai pengetahuan tentang kelistrikan dan elektronika yang mumpuni agar mampu memperbaiki mobil-mobil teknologi terkini yang sarat dengan komponen elektronika yang digerakkan oleh tenaga listrik.

Trend di dunia otomotif pun sekarang mengarah kepada pengembangan mobil listrik, mulai dari konsep mobil hybrid yang menggabungkan antara mesin konvensional dengan motor listrik sampai dengan mobil yang murni menggunakan motor listrik saja.

Artinya apa...??

Teknisi otomotif wajib menguasai tentang kelistrikan

Listrik merupakan hal yang tidak asing lagi bagi kehidupan manusia saat ini, bisa dikatakan sangat mustahil bagi masyarakat perkotaan dapat hidup tanpa listrik saat ini, karena hampir seluruh kegiatan dan hidupnya membutuhkan tenaga listrik. Sebut saja mulai dari bekerja menggunakan komputer pasti membutuhkan listrik, air untuk mandi mengandalkan pompa air yang digerakkan listrik dan banyak hal yang lain.

Walaupun sudah begitu melekatnya kehidupan manusia dengan listrik namun masih banyak orang yang belum mengetahui apakah sebenarnya listrik itu..?

Jika ada yang bertanya kepada anda, apakah listrik itu...??

Bagaimana jawaban anda...??

Dengan mengetahui dan mempelajari tentang dasar kelistrikan diharapkan para teknisi otomotif dapat memperbaiki kerusakan mobil dengan lebih cepat dan tepat.

Kita akan coba mempelajari tentang kelistrikan secara mendasar..

Apa yang dimaksud dengan Listrik..?
Kenapa bisa ada listrik...??
Kenapa ada listrik AC dan Listrik DC...?
Mana yang lebih bahaya listrik AC atau listrik DC...??

Apakah yang dimaksud dengan listrik

Secara sederhana listrik atau electricity dapat diartikan sebagai elektron yang mengalir.

Listrik merupakan salah satu energi yang dihasilkan saat elektron berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya di dalam suatu penghantar atau konduktor.

Aliran elektron di dalam konduktor

Pertanyaan selanjutnya adalah :

Apakah yang dimaksud dengan Elektron.. ?
Kenapa elektron bisa mengalir atau berpindah dari satu atom ke atom yang lain...?

Untuk memahami tentang kelistrikan kita harus mempelajari tentang atom atau teori elektron

Teori Elektron

Semua benda yang mengisi dan membentuk dunia ini yang dapat dilihat dengan panca indera disebut Materi atau Zat. Secara umum materi dikelompokkan menjadi tiga yaitu :

PADAT
CAIR
GAS

Benda terdiri dari Padat, Cair dan Gas

Sebuah benda bila dibagi atau di pecah menjadi bagian yang kecil akan didapatkan yang namanya Molekul.

Sebuah Molekul kalau dipecah-pecah kembali sampai bagian yang terkecil akan didapatkan Atom.

Atom adalah bagian terkecil dari suatu benda yang sudah tidak dapat dibagi lagi.

Seluruh benda yang ada di dunia ini terdiri dari atom atau gabungan beberapa atom, menurut penelitian para ahli fisika terdapat 101 jenis atom yang membentuk segala unsur di dunia.

Contoh atom : Oksigen (O2), Hidrogen (H), Carbon (C) dll..

Dikatakan atom adalah bagian terkecil dari suatu benda yang sudah tidak dapat dibagi lagi,

A = Tidak
Tomos = Dibagi

Ketika sebuah atom diperiksa menggunakan mikroskop yang super canggih ternyata atom mempunyai beberapa bagian yaitu :

Inti Atom terdiri dari : PROTON dan NEUTRON dalam jumlah yang sama.
Elektron : Berputar mengelilingi inti atom.

Atom terdiri dari Proton, Neutron dan Elektron

Elektron berputar mengelilingi proton sama seperti planet mengelilingi matahari dalam system tata surya. Selama elektron tidak terlepas dari orbitnya dan berpindah ke atom lainnya maka tidak akan terjadi aliran listrik.

Elektron berputar pada orbitnya mengelilingi Inti atom

Pertanyaannya :

Mengapa elektron dapat terus berputar dalam orbitnya mengelilingi inti atom dan tidak terlempar keluar dari orbitnya..??

Bumi berputar pada orbitnya mengelilingi Inti tata surya (matahari)

Pertanyaan yang sama dapat juga kita berikan, kenapa bumi dapat terus berputar dalam orbitnya mengelilingi matahari.

Jawabannya adalah : Gravitasi

Bumi dapat berputar terus didalam orbitnya saat mengelilingi matahari karena adanya gaya gravitasi dari matahari yang selalu menarik bumi kearah matahari

Jawaban yang sama berlaku untuk proton dan elektron. Elektron mampu untuk terus berputar mengelilingi inti atom di dalam orbitnya tanpa ada kecenderungan untuk terlepas karena elektron akan selalu tertarik kearah proton karena adanya gaya tarik yang disebabkan perbedaan muatan listrik antara Proton dan elektron.

Muatan Listrik

Secara alamiah proton dan elektron mempunyai muatan listrik yang berbeda, sesuai dengan hukum alam, akan terjadi tarik menarik antara Proton dan Elektron sehingga elektron akan tetap berada dalam orbitnya masing-masing.

PROTON = Bermuatan Listrik POSITIF maka diberi tanda + .
NEUTRON = Tidak bermuatan atau netral, maka tidak diberi tanda.
ELEKTRON = Bermuatan Listrik NEGATIF, maka diberi tanda -

Sesuai hukum alam jika unsur atom yang sejenis didekatkan akan terjadi reaksi tolak menolak, sedangkan jika unsur yang berbeda didekatkan akan tarik menarik.

PROTON + PROTON = Tolak-menolak

ELEKTRON + ELEKTRON = Tolak-menolak

PROTON + ELEKTRON = Tarik Menarik

Hal ini yang harus dipahami karena gaya tarik menarik antara proton dan elektron inilah yang menjadi dasar adanya aliran listrik.

Elektron akan selalu tertarik kearah Proton

Teori elektron mengatakan listrik atau elektron akan mengalir dari Negatif (Elektron) ke Positif (Proton)

Ionisasi

Jumlah elektron dan proton yang membentuk partikel-partikel atom bisanya jumlahnya akan

sama. Persamaan jumlah ini akan membentuk gaya tarik-menarik antara muatan positif dan negatif.

Contoh :
Atom Hidrogen mempunyai 1 Proton, maka elektronnya juga 1
Tembaga mempunyai 29 proton, maka elektronnya juga 29

Atom Seimbang , Jumlah Proton = Jumlah Elektron

Biasanya suatu atom akan tetap pada keadaanan normalnya kecuali atom mendapat gaya atau energi dari luar misalnya seperti panas, gesekan, atau desakan dari elektron lainnya.

Bila suatu atom mendapat energi, atom tersebut akan bereaksi, bilamana gaya dari luar tersebut

cukup kuat, maka elektron-elektron yang ada, akan berada diluar lingkaran atom dan kehilangan

orbitnya. Elektron yang mempunyai orbit paling jauh, akan keluar dari orbitnya.

Bila elektron keluar dari orbitnya, maka atom tersebut menjadi tidak seimbang secara kelistrikan. Ketika elektron meninggalkan orbitnya, atom tersebut akan diionisasi. Suatu atom yang kehilangan elektron dari orbitnya maka mempunyai proton yang lebih. Atom tersebut akan menjadi ion positif dan disebut sebagai aliran bermuatan posisif. Jika atom elektronnya lebih banyak, maka ionnya akan menjadi negatif dan disebut sebagai aliran yang bermuatan negatif .

Saat Atom mendapatkan gaya dari luar elektronnya akan berpindah ke atom yang lain

Elektron valensi

Elektron Valensi adalah elektron bebas yang orbitnya paling jauh. Elektron yang paling jauh dari inti gaya tariknya lemah, maka cenderung mudah berpindah ke atom yang lain. Elektron-elektron ini bila terkena gaya dari luar, misalnya panas, gesekan atau reaksi kimia akan cenderung lepas dari ikatannya dan pindah ke atom lain. Elektron-elektron yang mudah berpindah ini disebut elektron bebas (free electron), gerakan dari elektron bebas inilah yang menghasilkan bermacam-macam fenomena kelistrikan (seperti loncatan bunga api, cahaya, pembangkitan panas, pembangkitan magnet dan reaksi kimia).

Elektron valensi beada di orbit paling luar

Bila elektron keluar dari orbitnya, maka atom tersebut menjadi tidak seimbang secara kelistrikan.

Ketika elektron terlepas dari orbitnya, atom tersebut akan Diionisasi.

Elektron terlepas dari orbitnya

Atom Ion Positif

Atom yang kehilangan elektron akan mempunyai proton yang lebih banyak, sehingga Atom tersebut dikatakan Ion Positif dan disebut sebagai aliran bermuatan posisif.

Atom Ion Positif

Atom Ion Negatif

Atom yang menerima elektron akan mempunyai jumlah elektron yang lebih banyak, sehingga dikatakan sebagai atom Ion Negatif, dan disebut sebagai aliran yang bermuatan negatif .

Atom Ion Negatif

Pergerakan Elektron

Aliran sebenarnya dari suatu arus yang melalui sirkuit adalah berdasarkan dari prinsip yang baru

saja kita pelajari. Seperti yang anda lihat sebelumnya, atom normal mempunyai proton dan

elektron dalam jumlah yang sama, sehingga atom menjadi netral.

Namun, ada kemungkinan bagi suatu atom untuk mendapat atau kehilangan elektronnya. Bila atom normal kehilangan satu elektron berarti atom tersebut kelebihan satu proton. Dan jika muatan positifnya lebih besar dari muatan negatifnya, maka atom tersebut bermuatan positif. Bila protonnya lebih banyak, muatan atomnya adalah negatif.

Jika suatu atom diberikan gaya dari luar maka elektronnya akan segera berpindah ke atom sebelahnya, atom yang menerima elektron akan menjadi ion negatif karena kelebihan elektron dan kemudian elektron ini akan ditarik oleh atom sebelahnya yang kelebihan proton karena elektron akan selalu tertarik ke arah atom yang bermuatan positif, dan begitu seterusnya elektron akan terus bergerak karena gaya tarik tersebut.

Gerakan perpindahan elektron dari atom ke atom inilah yang disebut dengan aliran listrik.

Elektron berpindah dari satu atom ke atom yang lain

Jadi saat kita mengukur arus listrik yang kita ukur sebenarnya adalah berapa banyak elektron yang mengalir pada satu titik selama 1 detik (Ampere).

Penghantar Listrik

Seperti disebutkan diatas agar listrik dapat dibangkitkan maka elektron harus mengalir, walaupun semua benda mempunyai elektron ternyata tidak semua benda dapat mengalirkan listrik.

Ada benda-benda yang dapat mengalirkan arus listrik dengan mudah, adapula benda yang tidak dapat mengalirkan arus listrik sama sekali.

Lalu apa yang membedakan benda-benda tersebut...?

Jawabannya adalah pada struktur atom benda-benda tersebut

Atom Hydrogen merupakan atom yang paling sederhana, karena hanya mempunyai

1 proton,

1 neutron dan

1 elektron.

Elemen yang lebih rumit tersusun dari proton, neutron dan elektron dengan jumlah yang lebih banyak.

Benda-benda yang mudah mengalirkan listrik mempunyai lintasan atau orbit yang sangat banyak dan elektron yang berada dikulit paling luar jumlahnya sedikit atau satu. Atom dengan struktur seperti ini akan mudah sekali terlepas elektronnya karena jaraknya yang sangat jauh dari intinya, otomatis gaya tarik elektron ke intinya sangat lemah.

Sedangkan benda-benda yang tidak dapat dialiri arus listrik mempunyai lintasan atau orbit elektron yang sangat sedikit dan elektron yang berada dikulit paling luar jumlahnya banyak, daya tarik elektron ke inti atom sangat kuat karena jaraknya sangat dekat sehingga walaupun diberikan gaya atau tekanan dari luar elektron-elektron dikulit paling luar benda-benda tersebut tidak dapat terlepas.
Ketika elektron tidak dapat terlepas maka listrik tidak dapat mengalir.

Struktur Atom

Sifat Konduktivitas Benda

Konduktor

Konduktor adalah bahan yang sangat mudah dialiri listrik.

Merupakan elemen yang mempunyai 1 – 3 elektron pada lintasan yang paling luar.

Elektron - elektron kulit terluar dari sebuah konduktor dapat dengan mudah berpindah ke atom-atom yang bersebelahan dalam susunan atom-atom yang membentuk substansi konduktor tersebut. Sehingga konduktor mampu menghantarkan listrik,

Contoh : Logam seperti Tembaga, Perak, Besi dan Aluminium.

Tembaga merupakan konduktor yang sangat baik dikarenakan hanya mempunyai 1 elektron pada lintasan yang paling luar.

Sehingga sangat mudah terlepas dan berpindah ke atom sebelahnya ketika mendapatkan gaya dari luar

Atom Tembaga

Isolator

Isolator adalah bahan yang tidak bisa menghantarkan arus listrik

Merupakan elemen yang mempunyai 5 – 8 elektron pada lintasan yang paling luar sehingga daya tariknya sangat kuat.

Contoh :

Plastik, Kayu, Keramik dll

Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator) dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik, merupakan elemen yang mempunyai 4 elektron di lintasan paling luar.

Contoh : Germanium

Air, Konduktor atau Isolator...??

Air murni adalah insulator, namun jika terdapat material didalam air seperti : garam, mineral atau kotoran, air akan berubah menjadi konduktor. Karena sangat sulit untuk menjaga air agar tidak terkontaminasi oleh material lain sehingga air sering dianggap sebagai konduktor yang mampu menghantarkan arus listrik, khususnya listrik tegangan tinggi 110 – 220 Volt dari PLN.

Bagaimana elektron dapat mengalir …..????

Agar listrik dapat mengalir maka elektron yang berada pada lintasannya harus terlepas dan berpindah ke atom yang lain. Semakin banyak elektron yang terlepas dan mengalir semakin besar arus listrik yang dihasilkan.

Lalu bagaimana agar elektron tersebut terlepas dari lintasannya...??

Induksi magnet, cahaya, panas, reaksi kimia dan tekanan merupakan berbagai macam metode yang digunakan pembangkit listrik untuk membuat elektron terlepas dari orbitnya dan mengalir pada konduktor.

Pembangkit listrik tenaga panas bumi merupakan salah satu contoh pembangkit listrik yang memanfaatkan energi panas untuk menghasilkan listrik.

Prinsip Pembangkit Listrik

Sumber listrik pada otomotif

Mobil memerlukan sumber listrik untuk mengaktifkan berbagai sistem dan komponen yang digunakan agar mobil dapat berfungsi dengan baik.

Pada mobil ada dua jenis pembangkit listrik yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listriknya yaitu :

Baterai : Menghasilkan listrik berdasarkan reaksi kimia yang menghasilkan Listrik DC

Alternator : Menghasilkan listrik memanfaatkan induksi magnet dan menghasilka listrik AC yang kemudian dirubah menjadi listrik DC.

Baterai

Bagaimana baterai dapat menghasilkan listrik...?

Prinsip dasar baterai adalah adanya dua buah plat yang berbeda muatan dan direndam di dalam cairan elektrolit.

Plat positif (PbO2) merupakan plat yang kelebihan proton atau atom ion positif
Plat negatif (Pb) merupakan plat yang kelebihan elektron atau atom ion negatif

Sel Baterai terdiri dari Ion Positif dan Ion Negatif

Saat kedua plat dengan muatan yang berbeda tersebut direndam di dalam cairan elektrolit, kemudian dihubungkan dengan kabel dan beban seperti lampu, maka elektron-elektron yang berada di plat negatif akan segera bergerak tertarik kearah plat positif yang merupakan atom ion positif yang kelebihan proton, dan lampu akan menyala.

Ingat !! Elektron akan selalu tertarik kearah proton

Elektron tertarik kearah Proton

Alternator

Alternator pada mobil berfungsi untuk menghasilkan listrik dan bekerja dengan menggunakan prinsip induksi magnet.

Induksi magnet

Saat sebuah magnet didekatkan pada sebuah kawat tembaga, maka garis-garis gaya magnet akan memotong kawat tembaga dan membuat elektron-elektron yang berada di lintasan paling luar atom-atom tembaga akan terlepas dan berpindah ke atom yang lain. Elektron akan mengalir dan menghasilkan arus listrik yang membuat lampu menyala.
Besarnya arus listrik yang dihasilkan tergantung pada besarnya kemagnetan, banyaknya kawat tembaga yang terpotong garis gaya magnet dan kecepatan pemotongan garis gaya magnet.

Bersambung artikel berikutnya : Arus listrik, Listrik DC dan Listrik AC, Hukum Ohm..

Keep In Learning Because Car Never Stop Rolling.....