Teori Dasar Elektronika

1. Molekul dan Atom

Benda padat, cair dan gas terdiri dari molekul-molekul. Molekul adalah bagian terkecil dan tidak terpecah dari suatu senyawa kimia murni yang masih mempertahankan sifat kimia dan fisika yang unik. Suatu molekul terdiri dari dua atau lebih atom yang terikat satu sama lain. Sebagai contoh, molekul air merupakan kombinasi dari 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen. Molekul itu sendiri tersusun dari atom. Atom adalah satuan terkecil dari suatu materi yang terdiri atas inti, yang biasanya mengandung proton (muatan+) dan neutron (netral), dan kulit yang berisi muatan negatif yaitu elektron. Ada juga yang menyebutkan bahwa atom adalah partikel penyusun unsur. Berikut merupakan gambar ilustrasi dari sebuah atom.

• Elektron adalah subatom yang memilki muatan yang bersifat negatif dan partikel ini tidak mempunyai substruktur apapun sehingga dipercayai dengan partikel ementer.
• Proton adalah sebuah partikel subatomik yang memiliki muatan yang bersifat positif.
• Neutron adalah partikel subatomik yang memilki muatan yang bersifat netral dan agak lebih berat dari pada proton.

Elektron merupakan suatu partikel listrik yang mengandung muata negatif (-). Karena kecepatannya dalam mengitari inti, maka elektron mempunyai tenaga (energi) yang amat besar. Inti atom terdiri dari proton dan elektron. Proton memiliki massa ± 1836 kali massa elektron dan mempunyai muatan listrik positip (+) yang sama besarnya dengan muatan litrik seluruh elektron yang mengitarinya, tetapi arahnya berlawanan sifatnya. Neutron tidak bermuatan listrik (netral). 

Muatan listrik yang senama (positif dan positif atau negatif dan negatif) mempunyai sifat tolak menolak. Muatan listrik yang tidak senama (positif dan negatif) mempunyai sifat tarik menarik. Proton di dalam inti saling menolak, tetapi dengan elektron saling tarik menarik. Karena gaya tarikan yang kuat inilah elektron tidak terlepas dari lintasannya. Tetapi pada lintasan terluar yang terjauh jaraknya dari inti, tarikan antara elektron dan proton kurang kuat. Elektron pada lintasan terluar dapat keluar dari ikatan atomnya bila terpengaruh oleh suatu energi. Elektron yang keluar dari ikatan atomnya disebut elektron bebas. Jumlah proton di dalam atom sama dengan jumlah elektron yang mengitari inti, maka atom itu netral (tidak bermuatan). Susunan atom disegala macam zat itu sama. Perbedaannya hanya di dalam jumlah proton, neutron dan elektronnya.

2. Pengertian Tegangan (Beda Potensial) Listrik

Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Benda yang bermuatan listrik bila dihubungkan dengan tanah (bumi) akan menjadi netral kembali, karena memberikan kelebihan elektronnya kepada bumi atau mengambil elektron dari bumi untuk menutup kekurangan elektronnya. Jadi benda yang bermuatan itu dalam keadaan tidak seimbang muatannya atau tegang, 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 (biasa sebagai tegangan listrik).

Ada beberapa cara membangkitkan beda potensial (tegangan) yaitu dengan cara:

a. Induksi

b. Tenaga kimiawi

c. Panas

d. Cahaya

e. Listrik piezo

3. Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Perpindahan elektron bebas dalam suatu penghantar yang dihubungkan pada kutub positif (kekurangan elektron) sebuah batery dan kutub negatif (kelebihan elektron) sebuah baterai disebut arus elektron. Gambar dibawah menunjukkan jalannya elektron bebas yang berpindah dari atom ke atom di dalam penghantar.

Dari gambar di atas menunjukkan bahwa Atom no 2 yang kekurangan elektron menarik elektron Bebas dari atom pertama. Atom no 3 yang kekurangan elektron menarik elektron bebas tadi dari atom no 2, begitu seterusnya elektron bebas berpindah dari atom ke atom sepanjang penghantar, merupakan arus elektron.

Jadi arus elektron terjadi bila ada proses perpindahan elektron. Aruslistrik mengalir dari titik positif ke titik negatif. Arah arus listrik berlawanan dengan arah perpindahan elektron. Kuat arus listrik tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang dalam satu satuan waktu. Satuan untuk banyaknya elektron ialah coulomb. Satu coulomb sama dengan 6,28x1018 elektron. Kuat arus listrik mempunyai satuan amper (coulomb/second).

4. Hambatan Listrik

Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm dapat dirumuskan sebagai berikut: 

R = V / I 

Perjalanan elektron dalam penghantar (kawat penghantar) amat berliku-liku di antara berjuta-juta atom. Dalam perjalanannya elektron bertumbukan satu dengan yang lainnya dan juga bertumbukan dengan atom. Rintangan yang terdapat di dalam penghantar ini disebut tahanan penghantar itu. Satuan tahanan penghantar ialah ohm diberi lambang Ω (omega).

Besar hambatan suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis :

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.

5. Manfaat Dasar dari Kelistrikan

Listrik merupakan suatu bentuk tenaga atau energi seperti panas, cahaya, tenaga mekanik dan tenaga kimiawi. Energi listrik mempunyai kelebihan dibanding dengan energi lain diantaranya ialah:

• Energi listrik lebih mudah disalurkan
• Energi listrik lebih mudah didistribusikan kedaerah yang luas
• Energi listrik dapat lebih mudah diubah kedalam bentuk energi lain, misalnya menjadi energi panas, cahaya, tenaga mekanik, kimiawi.

Kita menggunakan istilah listrik apabila listrik itu digunakan untuk menjalankan motor listrik, menyalakan lampu, menghasilkan panas dan membuat maknit listrik. Sedangkan istilah elektronik pada umumnya kita pakai apabila listrik itu digunakan untuk menyalakan pesawat radio, televisi, amplifier, komputer dan lain-lain alat eletronik yang memakai transistor atau IC.

Penggunaan listrik :

• Dalam rumah tangga digunakan untuk menyalakan lampu, memanaskan seterika listrik, menyalakan kipas angin (Fan), menyalakan radio, TV, tape, amplifier, coolcas, pompa air, dll.
• Dalam dunia perdagangan dan inustri, listrik digunakan untuk pesawat telepon, alat-alat komunikasi radio, komputer, mesin-mesin produksi seperti mesin bubut, gerinda, yang menggunakan motor listrik sebagai penggeraknya.
• Untuk angkutan listrik digunakan untuk menjalankan kereta api listrik, mobil listrik.