Tegangan listrik atau beda potensial adalah tegangan yang bekerja pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya yang dapat menggerakkan muatan listrik. Secara matematis, kerja yang dilakukan untuk menggerakkan suatu muatan sebesar satu coulomb dapat didefinisikan sebagai perubahan energi yang dikeluarkan(dalam Joule) terhadap perubahan muatan listrik(dalam Coulomb) dengan satuan Volt. Kemungkinan yang bisa terjadi pada tegangan listrik adalah tegangan jatuh atau tegangan naik.Tegangan jatuh terjadi apabila potensial dipandang dari terminal lebih rendah ke tinggi, dan tegangan naik terjadi apabila potensial dipandang dari terminal lebih tinggi ke terminal lebih rendah. Rangkaian listrik sederhana dapat dibuat bila sebuah lampu yang dihubungkan dengan sumber potensial listrik berupa baterai . Selain baterai, sumber tegangan juga dapat dihasilkan oleh aki atau sel surya. Pada titik yang berbeda perbedaan potensial dapat terjadi apabila sumber potensial listrik terpasang pada suatu rangkaian listrik yang mengalami gaya gerak listrik. Arus listrik akan mengalir dari titik yang memiliki potensial tinggi (kutub positif) ke titik yang memiliki potensial rendah (kutub negatif).
| Tegangan listrik | |
|---|---|
Baterai adalah sumber tegangan di banyak sirkuit listrik. | |
| Simbol umum | V , ∆V U , ∆U |
| Satuan SI | volt |
| Dimensi SI | M L2 T−3 I−1 |
| Turunan dari besaran lainnya | Tegangan listrik = Energi / muatan |
Analogi
Secara sederhana, sirkuit elektronik dapat dipermisalkan dengan suatu bejana air yang menghasilkan aliran air dalam pipa yang didorong oleh pompa air. Tekanan air dari satu titik yang berada di dekat pompa dan titik lain di ujung pipa yang memiliki perbedaan dapat dianalogikan dengan potensial tegangan listrik. Jika pompa mulai bekerja tekanan air dalam pipa pada titik di dekat pompa menjadi lebih tinggi sehingga air dalam pipa mulai terdorong dari satu titik di dekat pompa menuju titik yang lain di ujung pipa. Pergerakan air ini disebabkan adanya perbedaan tekanan sehingga mampu melakukan usaha, misalnya dapat memutar turbin. Begitu pula dalam rangkaian elektronik, perbedaan potensial yang dihasilkan misal oleh baterai mampu melakukan usaha dengan memutar motor listrik. Jika dalam analogi, air pompa tidak bekerja, maka tidak ada perbedaan tekanan dan air tidak mengalir. Begitu rangkaian elektronik, jika baterai habis, maka tidak ada perbedaan potensial tegangan listrik dan motor listrik tidak akan berputar.
Alat ukur
Voltmeter
Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik dari dua titik potensial listrik. Pada peralatan elektronik, voltmeter digunakan sebagai pengawasan nilai tegangan kerja. Voltmeter tersusun atas beberapa bagian yaitu terminal positif dan negatif, batas ukur, setup pengatur fungsi, jarum penunjuk serta skala tinggi dan skala rendah.
Potensiometer
Potensiometer adalah suatu alat elektronika yang digunakan untuk merancang dan mengatur sebuah pembagi tegangan yang nantinya dapat diatur tegangan outputnya. Pembagi tegangan ini dapat digunakan jika tegangan yang realtif besar memberikan bias terhadap komponen elektronika aktif, rangkaian penguat dan sebagainya.
Rangkaian
Rangkaian seri tegangan
Sumber tegangan yang dirangkai secara seri akan menghasilkan gaya gerak listrik total yang besar. Rumus dari rangkaian seri tegangan yaitu:
E total = E1 + E2 + E3 + ……..+ En
r total = 1 r + 2 r + 3 r + ……… + n
E total = gaya gerak listrik total (Volt).
r total = hambatan dalam total dari seluruh sumber tegangan (ohm).
Rangkaian paralel tegangan
Berbeda dengan rangkaian seri, rangkaian paralel pada sumber tegangan jika dirangkai paralel akan menghasilkan ggl total yang lebih kecil. Jika gaya gerak listrik. Bila masing-masing sumber teganganya sama, maka besar ggl totalnya sama dengan ggl masing-masing sumber tegangan tersebut. adapun rumus dari rangkaian paralel tegangan:
Etotal = E1 = E2 = E3 = ……En = E
Rumusan
Medan listrik yang terletak di antara dua titik pada beda potensial V akan menimbulkan usaha untuk membawa satu satuan muatan listrik dari suatu titik menuju ke titik yang lain. Dengan kata lain, satuan beda potensial adalah Volt. Dimana 1 Volt adalah 1 joule/coulomb. Di dalam medan listrik homogen (E), beda potensi memiliki jarak (s) antara titik-titik dengan arah yang sejajar. Jadi besarnya beda potensial (V) dirumuskan; V = E x s.
Jenis
Benda yang memiliki muatan listrik bila dihubungkan dengan tanah (Bumi), maka akan menjadi netral kembali. Ini dikarenakan muatan listriknya memberikan kelebihan elektron ke Bumi atau mengambil elektron dari Bumi untuk menutup kekurangan elektronnya. Jadi benda yang bermuatan dengan kondisi muatan listrik atau tegangan listrik yang tidak seimbang maka benda yang bermuatan tersebut juga bertegangan atau berpotensial. Dua benda yang tidak sama muatannya mempunyai tegangan yang tidak sama. Antara dua benda yang tidak sama besar muatannya atau tidak sama sifat muatannya terdapat beda potensial listrik. Tegangan listrik ini merupakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu unit muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain, satuan tegangan dinyatakan dalam Volt yang diberi simbol “V”, 1 Volt didefinisikan sebagai tegangan listrik yang dibutuhkan untuk memindahkan 1 Ampere arus listrik melalui konduktor yang bersistansi 1 Ohm. Alessandro Volta memberikan sebuah istilah Volt yang berasal dari namanya sendiri. Ilmuwan yang berasal dari Italia ini awalnya menemukankan baterai Volt. Gaya yang mendorong perpindahan elektron melalui penghantar (konduktor) sering kali dianggap sebagai suatu gaya tegangan listrik. Besar tegangan berbanding lurus dengan kemampuan untuk mendorong elektron melalui rangkaian. Muatan listrik ini diumpamakan seperti tekanan air pada suatu bejana air. Sebuah tegangan listrik konstan disebut tegangan searah dan sumber tegangan yang berubah-ubah secara berkala dengan waktu tertentu disebut tegangan bolak-balik.
Sumber
Pembangkitan potensial tegangan dilakukan dengan beberapa cara yaitu dengan cara induksi elektromagnetik, kimiawi, panas, cahaya dan piezoelektrik. Sumber tegangan dan arus searah adalah suatu energi listrik yang mengalir secara merata setiap saat. Elemen-elemen seperti volta, baterai, dan akumulator merupakan suatu sumber energi dalam membangkitkan tegangan listrik.
Pengukuran
Satuan pengukuran tegangan listrik yang digunakan secara internasional adalah Volt. Standar satuan ini pertama kali ditetapkan pada tahun 1893 bersama dengan satuan Ampere dan satuan Ohm. Hasil akhir dari pertemuan internasional tersebut adalah penetapan nilai dari satuan Volt internasional. Volt internasional dijelaskan sebagai sel Clark pada 15 oC dengan gaya gerak listrik sebesar 1,434 Volt. Pada tanggal 1 Januari 1948 ditetapkan sebuah standar baru yang menjadi standar absolut hingga saat ini. Dalam standar absolut ditetapkan bahwa satu Volt internasional sama dengan nilai dari 1,000330 Volt absolut.
Penerapan praktis
Pengecatan mobil secara elektrostatis
Pemanfaatan elektrostatik telah diterapkan pada pengecatan mobil. Proses pengecatan ini dilakukan dengan bantuan robot sehingga proses penngerjaan dapat selesai dengan sangat cepat serta hasil pengecatan sangat rata dan dapat dikendalikan kontras warnanya. Pengecatan dengan memanfaatkan elektrostatik mampu memberikan penghematan pada jumlah cat yang digunakan serta sangat akurat. Metode pengecatan elektrostatik merupakan pengecatan yang ekonomis dan ramah lingkungan karena limbah yang diproduksi sangat sedikit. Prinsip yang digunakan adalah gaya tarik antara muatan positif dan negatif. Muatan listrik yang terletak pada nosel memberikan dorongan udara dan menghasilkan tegangan listrik yang sangat tinggi sehingga partikel yang keluar dari nosel mengikat sebagian muatan tersebut dan menyebabkan keluar dari nosel sebagai partikel bermuatan. Umumnya benda yang dicat merupakan logam atau bahan konduktor yang telah dilapisi dan diberi muatan listrik dengan jenis yang berlawanan. Karena bahan tersebut adalah logam maka muatan akan tersebar di permukaan logam. Partikel akan ditarik oleh muatan yang berada di permukaan sehingga keluar dari nosel dan bergerak menuju ke arah benda yang akan dicat. Muatan yang ada di permukaan bahan tersebar secara merata di seluruh permukaan sehingga partikel pelapis akan menuju bahan juga secara merata. Penyebaran partikel secara merata membuat cat tersebar secara merata pula.
Penyaring udara
Penyaring pembersih udara merupakan salah satu aplikasi dari gaya elektrostatik. Kegunaan penyaring ini adalah untuk menyaring partikel-partikel dari udara yang mengandung debu atau asap. Penyaring udara umumnya dipasang pada cerobong asap pabrik. Penyaring udara yang digunakan di dalam ruangan juga menerapkan prinsip kerja yang sama. Setelah melewati sejumlah penyaringan, udara kotor berubah menjadi udara bersih. Sistem penyaringan terdiri dari penyaringan awal yang menyaring secara langsung partikel-partikel kasar yang memiliki ukuran besar. Partikel ukuran yang lebih kecil dapat lolos dari saringan. Partikel ini kemudian melalui elektroda dengan tegangan listrik yang tinggi. Pemberian tegangan tinggi menyebabkan partikel yang meninggalkan elektroda menjadi bermuatan listrik. Partikel yang melewati elektroda memiliki muatan yang berlawanan sehingga dapat melekat di elektroda. Hasil penyaringan menghasilkan penumpukan partikel yang dibersihkan secara periodik. Partikel yang lolos dari elektroda pengumpul memiliki jumlah yang tidak terlalu banyak dan umumnya dilewatkan lagi pada penyaringan akhir dengan ukuran pori yang lebih kecil. Setelah keluar dari penyaringan, udara yang lolos menjadi udara bersih.
Referensi
- Safitri, N., Suryati, dan Rachmawati (2017). Analisis Rangkaian Listrik: Teori Dasar, Penyelesaian Soal dan Soal-Soal Latihan (PDF). Lhokseumawe: Penerbit Politeknik Negeri Lhokseumawe. hlm. 5. ISBN 978-602-17282-5-3.
- Siswanto, Susantini, dan Jatmiko 2018, hlm. 6.
- ^ Ponto 2018, hlm. 39.
- Siswanto, J., Susantini, E., dan Jatmiko, B. (2018). Fisika Dasar, Seri: Listrik Arus Searah dan Kemagnetan (PDF). Semarang: UPGRIS Press. hlm. 29. ISBN 978-602-5784-14-9.
- Ponto 2018, hlm. 142.
- Faradiba 2020, hlm. 100.
- Ponto 2018, hlm. 218.
- Soebyakto 2017, hlm. 28.
- Soebyakto 2017, hlm. 28-29.
- Aji, S. D., dan Hudha, M. N. (2019). Fisika Dasar II. Malang: Kanjuruhan Press. hlm. 66. ISBN 978-602-19859-9-1.
- Ponto 2018, hlm. 39-40.
- Ponto 2018, hlm. 40-41.
- Poerwanto, Hidayati, J., dan Anizar (2012). Instrumen dan Alat Ukur. Yogyakarta: Graha Ilmu. hlm. 7. ISBN 978-979-756-360-8.
- Abdullah 2017, hlm. 103.
- Abdullah 2017, hlm. 103-104.
- Abdullah 2017, hlm. 105.
- Abdullah 2017, hlm. 106.
- Abdullah 2017, hlm. 107.
Daftar pustaka
- Abdullah, Mikrajuddin (2017). Fisika Dasar II (PDF). Bandung: Institut Teknologi Bandung.
- Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0.
- Siswanto, J., Susantini, E., dan Jatmiko, B. (2018). Fisika Dasar, Seri: Listrik Arus Searah dan Kemagnetan (PDF). Semarang: UPGRIS Press. ISBN 978-602-5784-14-9.
- Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2.
Lihat pula
Pranala luar
- (Inggris) Penjelasan dasar tegangan listrik pada NDT Resource Center 2013-06-10 di Wayback Machine.
- (Inggris)Electrical Voltage V, amperage I, resistivity R, impedance Z, wattage P
- (Inggris)Elementary explanation of Voltage at NDT Resource Center 2013-06-10 di Wayback Machine.