Subyek:
- Inleiding
- Inti atom dengan elektron
- Aliran elektron
- Arus, tegangan dan hambatan
Perkenalan:
Setiap teknisi mobil, mulai dari asisten hingga spesialis teknis, harus berurusan dengan elektronik. Selain sistem elektronik kenyamanan dan keselamatan seperti penerangan, motor wiper kaca depan dan sistem ABS, elektronik juga kita temukan dalam kendali sistem manajemen mesin dan dalam bentuk jaringan komunikasi (termasuk CAN bus). Semakin banyak kendaraan juga mendapatkan drivetrain listrik. Siapapun yang ingin memahami elektronika harus memulai dengan dasar-dasarnya. Pada bagian ini kita mulai dengan penjelasan singkat tentang elektron yang mengelilingi atom dan kita segera beralih ke diagram kelistrikan di mana konsep dasar elektronik kendaraan dijelaskan secara praktis.
Inti atom dengan elektron:
Menurut model atom Bohr, atom terdiri dari inti yang mengandung proton dan neutron, dengan elektron yang mengorbit di sekelilingnya dalam beberapa kulit. Atom tembaga mengandung 29 proton dan 35 neutron pada intinya.
Elektron terletak di empat kulit. Distribusi elektron pada kulit-kulit tersebut disebut konfigurasi elektron. Setiap kulit mempunyai jumlah maksimum tempat untuk elektron. Kulit pertama (K) mempunyai ruang untuk dua elektron, kulit kedua (L) untuk delapan elektron, kulit ketiga (M) untuk delapan belas dan kulit lainnya untuk 32 elektron.
Elektron pada tiga kulit terdalam adalah elektron terikat. Elektron pada kulit terluar berpartisipasi dalam ikatan dan reaksi kimia dan juga disebut “elektron valensi”. Atom tembaga mengandung satu elektron valensi. Elektron ini dapat bergerak bebas dan berpindah ke atom lain. Dalam kasus kawat tembaga, kulit terluarnya tumpang tindih dan elektron tunggal dapat bergerak melintasi kulit atom tetangganya.
Menyumbangkan elektron valensi penting untuk topik ini. Lompatan elektron dari satu atom ke atom lainnya memungkinkan suatu bahan dapat menghantarkan listrik. Bahan seperti tembaga, emas dan aluminium memiliki elektron valensi di kulit terluarnya. Sebaliknya isolator seperti plastik, kaca dan udara tidak memiliki elektron valensi. Oleh karena itu, bahan ini juga non-konduktif.
Aliran elektron:
Pada gambar berikutnya kita melihat baterai, lampu, konduktor (kabel tembaga) dan saklar. Tergantung pada posisi sakelar, arus mungkin mengalir atau tidak melalui rangkaian. Persegi panjang berwarna biru muda melambangkan konduktor tembaga dengan atom tembaga (kuning) dan elektron valensi yang melompat (hijau).
- Saklar terbuka: elektron mengelilingi atom tembaga, namun tidak ada aliran elektron melalui konsumen (lampu). Lampunya tidak menyala;
- Saklar tertutup: karena baterai menimbulkan perbedaan tegangan, terjadi aliran elektron dari minus ke plus. Arus mengalir melalui lampu dan menyala karena aliran elektron dan perbedaan tegangan.
Arus berpindah dari – (minus) ke + (plus). Ini adalah arah aliran sebenarnya. Dulu ada anggapan bahwa arus akan berpindah dari plus ke minus, tapi itu tidak benar. Namun, demi kenyamanan, kami tetap berpegang pada teori ini dan menyebutnya “arah aliran teknis”. Berikut ini kita akan mempertahankan arah aliran teknis ini, dengan asumsi aliran mengalir dari plus ke minus.
Arus, tegangan dan hambatan:
Pada bagian ini kita memperbesar tiga konsep: arus, tegangan dan hambatan. Kami selalu menemukan konsep ini dalam teknologi otomotif. Arus, tegangan dan hambatan masing-masing mempunyai besaran, satuan dan simbol tersendiri.
- I = Arus = Ampere (A)
- U = Tegangan = Volt (V)
- R = Resistansi = Ohm (Ω)
Mengalir: Pada bagian sebelumnya kita melihat aliran elektron melalui suatu rangkaian. Banyaknya elektron yang mengalir melalui luas penampang tertentu suatu penghantar listrik dalam waktu satu detik disebut arus. Satuan arus adalah ampere (A). Arus sebesar 1 A dicapai ketika 6,24 triliun (6.240.000.000.000.000.000) elektron telah mengalir melalui suatu penampang dalam waktu satu detik. Semakin banyak elektron yang mengalir dalam periode waktu tertentu, semakin tinggi arusnya.
Untuk mengetahui seberapa besar daya yang dibutuhkan konsumen listrik dalam teknologi otomotif, berikut daftar perkiraan arus pada tegangan pengisian 14 volt:
- Motor starter mesin bensin : 40 – 80 A;
- Starter mesin diesel: 100 – 300 A;
- Koil pengapian: 3 hingga 6 A, tergantung jenisnya;
- Injektor bahan bakar mesin bensin: 4 – 6 A;
- Pompa bahan bakar listrik: 4 – 12 A, tergantung tekanan dan aliran;
- Kipas pendingin listrik: 10 – 50 A;
- Lampu H7 (halogen dipped beam) 55 Watt : 3,9 A;
- Lampu xenon 35 Watt: 2,5 A;
- Lampu LED (dikontrol PWM dan tidak melalui resistor seri): 0,6 – 1 A;
- Pemanasan jendela belakang: 10 – 15 A;
- Pemanasan kursi: 3 – 5 A per kursi;
- Radio mobil standar tanpa komputer terpasang: ~5 A;
- Motor wiper: 2 -5 A tergantung daya;
- Motor kipas interior: 2 – 30 A tergantung kecepatan;
- Power steering elektrik: 2 – 40 A, tergantung tenaga.
tegangan: Tegangan adalah gaya yang membuat elektron bergerak. Tegangan adalah ukuran perbedaan gaya antara elektron pada dua titik. Tegangan diukur dalam volt, disingkat V. Dalam teknologi otomotif kami bekerja dengan “tegangan nominal” 12 volt. Artinya baterai dan seluruh konsumen listrik didasarkan pada 12 volt. Namun, dalam praktiknya kita melihat bahwa tegangan tidak pernah tepat 12 volt, namun selalu sedikit lebih rendah, namun sering kali lebih tinggi. Selain itu, tegangan dengan penggerak listrik berkali-kali lipat lebih tinggi. Konsumen di dalam mobil mengkonsumsi tegangan. Mari kita ambil contoh pemanas jendela belakang: menggunakan arus sekitar 10 amp pada tegangan 14 volt. Alirannya menjadi niet dikonsumsi dan kembali ke baterai. Tegangan 14 volt digunakan pada pemanas jendela belakang untuk memanaskan. Di ujung (sisi tanah) masih tersisa 0 volt.
Untuk mendapatkan gambaran tentang kemungkinan level tegangan pada mobil penumpang, berikut adalah daftar singkat tegangan yang mungkin kita temui:
- Tegangan baterai: 11 – 14,8 v (baterai hampir kosong hingga tegangan pengisian maksimum alternator);
- Tegangan bukaan injektor piezo: sebentar 60 – 200 volt;
- Tegangan sistem kendaraan dengan penggerak listrik (hibrida atau BEV): 200 – 800 volt.
Perlawanan: setiap komponen listrik mempunyai hambatan dalam. Nilai resistansi ini menentukan seberapa besar arus yang akan mengalir. Semakin tinggi resistansinya, semakin rendah arusnya. Resistor mempunyai huruf R dan satuannya Ohm. Sebagai satuan kami menggunakan tanda omega dari alfabet Yunani: Ω. Kita bisa menggunakannya di rangkaian listrik resistensi ekstra tambahkan untuk membatasi arus.
Ketika terjadi hubungan pendek, misalnya ketika kabel positif menyentuh bodywork, resistansinya sangat rendah. Arus segera meningkat hingga sekring putus untuk mencegah kerusakan. Berikut ini kita lihat seberapa besar hambatan yang dimiliki komponen-komponen yang kita jumpai dalam teknologi otomotif:
- Kawat tembaga panjang 2 meter dan penampang 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Lampu (bola lampu 21 Watt): 1,25 Ω;
- Injektor bahan bakar mesin bensin (varian impedansi tinggi): 16 Ω;
- Bagian arus kontrol relai: ~ 60 Ω;
- Bagian daya utama relai: <0,1 Ω.
Resistansi suatu komponen sering kali bergantung pada suhu: misalnya, resistansi lampu saat menyala jauh lebih tinggi dibandingkan saat pengukuran saat dingin, di mana arus berkurang seiring dengan semakin hangatnya.
Kesimpulan: hambatan suatu komponen listrik menentukan seberapa besar arus yang akan mengalir. Hambatan yang kecil berarti arus yang mengalir banyak. Tegangan yang diberikan (seringkali sekitar 12 volt) dikonsumsi oleh komponen listrik, sehingga menghasilkan 0 volt pada sisi ground. Daya tidak dikonsumsi, sehingga sisi positifnya sama tingginya dengan sisi dasar.
Untuk lebih memahami konsepnya, ada baiknya kita melihat contoh tong air. Tong diisi dengan air dan ditutup bagian bawahnya dengan keran. Tegangan dan aliran air melalui keran yang memungkinkan sejumlah air melewatinya, memberikan gambaran bagus tentang apa yang terjadi pada listrik pada konsumen dengan hambatan internal.
tegangan:
Ketika tong diisi air, tekanan air di keran meningkat. Tekanan air dapat dibandingkan dengan konsep tegangan listrik. Sistem harus ditutup, jika tidak air akan terkuras dan tidak ada lagi tekanan air.
Mengalir:
Saat kita membuka keran, air mulai 'mengalir' melalui keran. Aliran air dapat dibandingkan dengan konsep arus listrik.
Perlawanan:
Keran mengatur ketahanan terhadap lewatnya aliran air. Saat keran dibuka lebih jauh, resistansi berkurang dan arus meningkat.
Hal yang sama berlaku untuk listrik. Semakin besar hambatan pada suatu rangkaian listrik maka arus yang dihasilkan semakin kecil dan sebaliknya. Resistansi tidak berpengaruh pada tegangan.
