Teori Dasar Kelistrikan Teknik Mesin (Sesi Satu)

Kelistrikan mempunyai fungsi dan peranan yang penting dalam dunia alat-alat berat. Listrik menyediakan:
-Memutar engine pada starting.
-Mengoperasikan lampu-lampu.
-Mengoperasikan gauge-gauge dan aksesoris.
-Menjaga tingkat pengisian battery.
Untuk mengetahui lebih jauh sistem kelistrikan tersebut, bisa dimualai dengan mempelajari teori electron. Teory ini mencakup hampir semua penjelasan-penjelasan mengenai kelistrikan.

I.Teory Elektron

Seperti diketahui setiap elemen terbuat dari jutaan atom, atom-atom tersebut terdiri dari partikel-partikel elektron yang mengelilingi orbitnya dan partikel proton pada intinya.

Ada dua gaya yang bekerja pada setiap atom, pada saat kondisi normal dua gaya ini berada dalam keadaan keseimbangan. Proton dan elektron mempunyai gaya terhadap satu dan yang lainnya, lebih dan diatas gaya gravitasi dan atau sentrifugal.

Gaya tersebut ditentukan oleh muatan yang terdapat pada elektron dan proton dimana elektron bermuatan negatif sementara proton bermuatan positif. Jika terdapat perbedaan muatan maka akan timbul gaya saling tarik menarik antara atom, sementara jika atom mempunyai muatan yang sama akan saling tolak menolak.

Arah dari pergerakan elektrik yang berdasarkan muatan disebut polaritas, contoh atom yang sederhana yaitu hydrogen yang mempunyai satu elektron diorbitnya dan satu proton diintinya. Sementara uranium adalah contoh elemen yang sangat komplek yaitu mempunyai 92 elektron diorbitnya dan 92 proton diintinya.

Tembaga adalah elemen yang banyak digunakan dalam sistem kelistrikan, karena tembaga adalah konduktor atau penghantar listrik yang bagus, hal ini bisa terjadi karena struktur dari atom tembaga mempunyai 29 elektron diorbitnya dan mempunyai hanya satu elektron pada lingkaran orbit terjauhnya.

Alasan itulah yang membuat tembaga menjadi konduktor yang baik, karena hanya mempunyai satu elektron dilingkaran orbit paling luarnya dan juga paling jauh dari intinya, sehingga atom tersebut tidak mampu menahan elektron lebih kuat lagi dan dengan mudah melepas elektron tersebut keatom yang lainnya.

Catatan:

Atom pada orbit terjauhnya mempunyai elektron kurang dari 4 disebut konduktor, sedangkan yang mempunyai elektron sama dengan 4 disebut semikonduktor, sedangkan yang mempunyai elektron lebih dari 4 disebut isolator.
Listrik adalah mengalirnya elektron-elektron dari atom keatom dalam sebuah konduktor dari negative ke positive.

II. Faktor - faktor kelistrikan

Ada 3 faktor dasar kelistrikan yaitu:
1.Tegangan (voltage)
2.Arus (Current)
3.Tahanan (Resistance).

*Tegangan (Voltage)

Disebabkan adanya gaya dari medan elektrostatiknya, muatan elektron mempu menggerakkan muatan lainnya dengan cara menarik atau menolak yang disebut dengan tegangan potensial.

Ketika suatu muatan berbeda dari yang lainnya maka akan timbul perbedaan potensial antara muatan tersebut. Nilai dari perbedaan muatan potensial tersebut didalam medan elektrostatik dikenal dengan nama elektromotif forece (EMF).

Satuan dari perbedaan itu adalah volt, untuk menghormati penemunya Alesandro volta seorang ilmuwan Italy. Karena volt digunakan sebagai satuan perbedaan potensial maka sering disebut dengan voltage.

*Arus (Current)

Dalam pengembangannya untuk menyelidiki hukum dari gaya antara atom yang bermuatan seorang ilmuan yang bernama charles coulomb mengadopsi sebuah satuan pengukuran yang disebut dengan coulomb. Satuan tersebut ditulis dalam notasi ilmiah yang diekspresikan sebagai satu coulomb=6,28x1018 proton atau elektron.

Secara sederhana kita kenal jika didalam konduktor tembaga mengalir satu ampere, berarti ada 6,28 juta-juta elektron yang mengalir dalam satu detik. Intensitas dari arus tersebut dinyatakan dalam Ampere (A).  

Ada dua cara untuk menggambarkan arus listrik yang mengalir melalui konduktor, pertama dengan menggunakan teori atom untuk menerangkan komposisi dari cara ilmuwan menentukan arus sebagai pergerakan dari muatan positif didalam konduktor dari polaritas positif ke polaritas negatif, kesimpulan ini tetap digunakan oleh beberapa standarisasi engineer atau teks book, beberapa contoh dipakai untuk mengukur aliran cairan, gas dan semi konduktor, cara ini disebut dengan teori konvensional.

Dalam menemukan teori atom tersebut untuk menerangkan komposisi dari cara dan penentuan arus yang mengalir yang berdasarkan atas aliran elektron (muatan negaif) menuju keproton atau muatan positif (berlawanan arahnya dari teori konvensional) teori ini diebut dengan teori elektron.

* Tahanan (Resistance)

George simon ohm menemukan bahwa tegangan yang tetap jumlah arus yang mengalir melalui material tergantung dari tipe material dan ukurannya. Dengan kata lain semua material terdapat perlawanan terhadap, aliran dari elektron yang disebut dengan resistance.

Jika perlawanan itu kecil, material tersebut dinamakan konduktor, jika perlawanannya besar disebut isolator. Satuan untuk mengukur resistance tersebut diekspresikan dalam ohm dan dilambangkan dengan huruf yunani Omega.

Dapat juga dikatakan bahwa satuan ohm adalah gaya yang menahan tegangan arus satu volt yang menghailkan satu Ampere. Tahanan pada konduktor dipengaruhi oleh 4 faktor yaitu:

1.Bahan atau struktur atom ditentukan oleh berapa banyak elektron bebas yang terkandung didalamnya. Makin banyak jumlah elektron bebasnya makin kecil nilai tahanannya.

2.Panjang konduktornya yaitu makin panjang konduktor tersebut makin besar tahanannya.

3.Penampang atau ukuran AWGnya makin bear penampangnya makin kecil nilai tahanannya.

4.Temperatur pada beberapa material konduktor makin tinggi nilai temperaturnya makin tinggi juga nilai tahanannya.