PENGERTIAN ARUS LISTRIK DAN BEDA POTENSIAL di 02.44 Diposkan oleh oke coy 1. PENGERTIA PENGERTIAN N ARUS ARUS LISTR LISTRIK IK DAN BEDA POTENSIAL POTENSIAL
Ada beberapa asas penting yang perlu Anda ingat dan pahami kembali, yaitu sebagai berikut : • •
•
• •
Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu positif dan muatan negatif Muatan positif ada pada inti atom, sedangkan muatan negatif ada pada elektron Elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, sedangkan inti tidak dapat berpindah Atom-atom penghantar ke tempat lain di dalam penghantar itu Muatan listrik dapat bergerak (mengalir) jika ada beda potensial (tegangan)
Dari beberapa asas tersebut, kita dapat mengatakan bahwa arus listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang berpindah atau muatan listrik yang bergerak. Bila dalam suatu penghantar terus-menerus terjadi perpindahan muatan atau elektron, maka berarti dalam penghantar itu terjadi arus listrik Apa yang menyebabkan arus listrik mengalir? Mengalirnya arus listrik kejadiannya serupa dengan mengalirnya air. Air selalu mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah. Jadi, agar terjadi arus listrik pada suatu penghantar maka ujung-ujung kawat kawat penghantar itu harus dibuat potensial yang menyebabkan terjadinya arus listrik, sering disebut tegangan listrik.
1. Ku Kuat at Arus Arus List Listri rik k
Kuat arus listrik (sering hanya disebut arus saja) didefinisikan sebagai jumlah muatan yang mengalir melalui penampang suatu kawat penghantar persatuan waktu. Jadi, bila sejumlah muatan q mengalir melalui panampang penghantar dalam waktu t, maka kuat arus i yang mengalir besarnya dengan : q = jumlat muatan yang mengalir (coulomb)
t = waktu (detik) i = kuat arus listrik (ampere, disingkat A) I ampere = 1 coulumb/detik
2. Hukum Ohm dan hambatan listrik
Pada tahun 1827, seorang ahli fisika bangsa Jerman bernama George Simon Ohm (1789-1854), menemukan hubungan antara arus dan tegangan listrik. Kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya. Pernyataan ini disebut hukum Ohm. Dalam bentuk persamaan, hukum ini ditulis:
Dalam persamaan tersebut, R dapat dianggap sebagai tetapan kesebandingan. Tetapan ini selanjutnya disebut hambatan listrik (resistor). Persamaan (2.2a) dapat juga ditulis: Dengan : i = kuat arus (ampere) V = tegangan atau beda potensial (volt) R = hambatan (ohm atau Ω) Dari persamaan hukum Ohm ini, dapat disimpulkan sebagai berikut : Kuat arus yang menglair dalam suatu kawat penghantar (yang tidak mengalami perubahan suhu) besarnya: • •
Sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya Berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar
1. Hambatan listrik
Percobaan-percobaan yang teliti menunjukkan bahwa hambatan suatu penghantar besarnya : o
o
o
Sebanding dengan panjang penghantar (I). artinya, semakin panjang kawat maka hambatannya semakin besar Berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar (A). Artinya, semakin luas penampang penghantar maka hambatannya semakin kecil Sebanding dengan hambatan jenis dari bahan kawat (p). Artinya, jika bahan kawat penghantar memiliki hambatan jenis yang besar maka hambatan penghantar dari bahan itu besar
Ketentuan tersebut dinyatakan dengan persamaan : Dengan : ρ = hambatan jenis kawat penghantar (ohm.m)
I = panjang kawat penghantar (m) A = luas penampang kawat (m 2) R = hambatan kawat penghantar (ohm atau Ω)
2. Pengaruh suhu terhadap Hambatan suatu penghantar ternyata dipengaruhi juga oleh suhu pengantar. Hal itu disebabkan hambatan jenis suatu kawat penghantar akan berubah jika suhunya berubah. Hambatan jenis penghantar akan berubah secara linear jika terjadi perubahan suhu, yang ditunjukkan dengan persamaan: Dengan : ρo = hambatan jenis penghantar mula-mula (ohm.m) ρt = hambatan jenis penghantar setelah suhunya berubah (ohm.m) o
o
-1
α = koefisien suhu (per C atau C ) ∆t
= perubahan suhu ( oC)
Karena hambatan penghantar ditentukan oleh besarnya hambatan jenis, maka besarnya hambatan selain ditentukan oleh panjang dan luas
penampang, juga ditentukan oleh suhu. Hubungan antara hambatan dan suhu dinyatakan dengan persamaan. Semakin tinggi suhu suatu penghantar, hambatannya s emakin besar. Hal itu disebabkan, hambat jenis suatu penghantar akan bertambah besar apabila suhunya meningkat.
2. ALAT UKUR LISTRIK (MATERI PENGAYAAN) 1. Macam-macam alat ukur listrik
Alat ukur yang biasa digunakan dalam pengukuran besaran besaran listrik, yaitu : ampermeter, voltmeter, meter dasar, multitester, dan osiloskop. 1. Amperemeter, voltmeter, dan meter dasar Amperemeter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, sedangkan voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik. Pada masa sekarang, kedua alat tersebut sudah dirangkum dalam satu alat yang disebut meter dasar (basic meter). Jadi, meter dasar dapat berfungsi sebagai amperemeter atau voltmeter. Bagian-bagian sebagai berikut : 1. Binding post untuk memilih batas ukur maksimum; 2. Sakelar pemilih fungsi (voltmeter atau amperemeter) 3. Ground (nol) 4. Penyetel nol 5. Petunjuk fungsi alat (A atau V) 6. Skala pengukuran Waktu digunakan untuk mengukur, amperemeter dirangkai seri sedangkan voltmeter dirangkai paralel dengan rangkaian listrik yang diukur arus dan tegangannya.
2. Multitester Multitester, yang sering disebut juga multimeter atau avometer, adalah alat ukur yang berfungsi sekaligus sebagai amperemeter, voltmeter, dan ohmeter (pengukur hambatan lisrik). Disamping itu, multimter dapat digunakan dalam pengukuran arus listrik searah maupun arus listrik bolak-balik.
2. Penggunaan multimeter
Seperti telah dijelaskan di muka bahwa, berikut ini marilah kita lihat lagi lebih seksama bagian-bagian multimeter beserta fungsinya masing-masing. 1. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada waktu menggunakan multimeter. 1. Sebelum melakukan pengukuran, pastikan bahwa sakelar pengatur batas ukur maksimum sudah tepat, sesuai dengan perkiraan besar arus, besar tegangan atau besar hambatan yang akan diukur. Biasanya ditentukan batas ukur maksimum = 2 x besar nilai besaran yang diukur. 2. Jika besar arus, tegangan, atau hambatan yang akan diukur tidak dapat diperkirakan, cobalah mengubah sakelar pengatur dari yang batas tertinggi ke batas ukurnya terendah secara bertahap. 3. Untuk melakukan pengukuran arus searah (DC), perhatikan titik (+) dan (-) kawat yang diukur harus sesuai dengan jarum peraba (+) dan (-). Jangan sampai terbalik 4. Bila saat mengukur kita akan memindahkan sakelar pengatur dari satu batas ukur ke ukur yang lain, pastikan bahwa jarum peraba (+) dan (-) sudah terlepas dari kawat yang diukur
3. RANGKAIAN LISTRIK ARUS SEARAH
Arus listrik yang mengalir ke satu arah disebut arus searah (direct current, disingkat DC). Arus listrik yang lebih banyak dipakai orang ialah arus bolak-balik (alternating current, disingkat AC). 1. Rangkaian Hambatan seri dan paralel
Komponen-komponen listrik seperti lampu, radio, TV, setrika, dan sebagainya dapat dirangkai (disusun) seri, paralel, atau gabungan seri-paralel. 1. Rangkaian hambatan seri
Pada rangkaian hambatan yang disusun seri, besar kuat arus listrik yang mengalir pada tiap-tiap hambatan adalah sama, yaitu dengan memakai hukum ohm, V = iR, Untuk tiga buah hambatan atau lebih yang disusun seri, maka hambatan pengganti seri memenuhi persamaan : Dari persamaan dapat disimpulkan bahwa hambatan pengganti dari susunan seri selalu lebih besar daripada salah satu hambatan yang terbesar.
2. Rangkaian hambatan paralel Pada rangkaian hambatan yang disusun paralel tegangan (beda potensial) pada tiap-tiap hambatan sama besar yaitu sama dengan tegangan pada hambatan penggantinya. Dengan demikian : V1 = V2 = Vab Untuk tiga buah hambatan atau lebih yang disusun paralel, hambatan pengganti paralel memenuhi persamaan Dari persamaan dapat disimpulkan bahwa hambatan pengganti susunan paralel selalu lebih kecil daripada salah satu hambatan yang terkecil.
3. Rangkaian hambatan seri-paralel Dalam gambar rangkaian tersebut, berlaku ketentuan berikut:
Kuat arus yang melalui hambatan R 1 adalah i Di titik cabang b kuat arus I bercabang menjadi dua, yaitu i 1 dan i2, dengan :
i = i1 + 12 (Hukum Kirchoff I)
Hambatan pengganti paralel R 2 dn R 3 adalah R 23. Yang diperoleh dengan persamaan :
Hambatan pengganti total dari rangkaian ini diperoleh dengan cara menjumlahkan R1 dengan R 23 secara seri
Rt = R 1 + R 23
Untuk menentukan besar i 1 dan i2, harus dicari duku besar V bc, dengan V bc = i. R 23 setelah itu, dihitung.
i1 = i2 =
2. Rangkaian sumber tegangan
Untuk keperluan tertentu, beberapa sumber tegangan (misalnya baterai) sering harus dirangkai secara seri atau paralel Setiap sumber tegangan mempunyai nilai gaya gerak listrik (ggl) yang dinyatakan dengan lambang E, dan di dalamnya terdapat hambatan dalam dengan lambang r. 1. Rangkaian seri sumber tegangan Beberapa sumber tegangan yang dirangkai seri menghasilkan gaya gerak listrik (ggl) total yang lebih besar.
2. Rangkaian paralel sumber tegangan Beberapa sumber tegangan yang dirangkai paralel, menghasilkan ggl total yang lebih kecil dibanding jika rangkaian seri. Bila besaran ggl masing-masing sumber tegangan sama, maka besar ggl totalnya sama dengan ggl masing-masing sumber tegangan tersebut.
4. HUKUM KIRCHHOFF II PADA RANGKAIAN MAJEMUK (MATERI PENGAYAAN) 1. Hukum Kirchhoff II
Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar ggl (E) sama dengan jumlah aljabar penurunan potensial listriknya (iR)
2. Rangkaian Majemuk Rangkaian majemuk memiliki dua atau lebih loop (putaran arus)/
5. SUMBER ARUS SEARAH (MATERI PENGAYAAN)
Sumber arus searah adalah sumber energi listrik yang dapat menimbulkan arus listrik yang besar dan arahnya selalu tetapi (konstan). Sumber arus searah ini dapat berasal dari hasil proses kimia atau dari proses lainnya. Sumber-sumber arus searah yang berasal dari proses kimia disebut elemen-elemen elektrokimia. Sumber arus searah lainnya yang akan kita tinjau di sini adalah generator arus searah. 1. Elemen-elemen elektrokimia
Prinsip dasar dari suatu elemen elektrokimia ialah dua lempeng logam berbeda jenis dicelupkan ke dalam larutan elektrolit dan lempeng yang satu tidak bersentuhan dengan lempeng lainnya. Suatu reaksi kimia menyebabkan kedua logam melepaskan elektron-elektron ke larutan. Salah satu lempeng melepaskan elektron lebih banyak daripada lempeng lain, sehingga lempeng itu potensialnya menjadi lebih rendah daripada lempeng lain tadi. Beda potensial antara kedua lempeng tersebut dapat menimbulkan arus listrik dalam satu rangkaian. Elemen elektrokimia dapat digolongkan menjadi dua golongan, yaitu elemen primen dan elemen sekunder. 1. Elemen primer Pada elemen primer, reaksi kimianya tidak dapat dibalikkan, sehingga elemen jenis ini hanya dapat dipakai selama reaksi di dalamnya berlangsung. Jika reaksi kimia selesai, maka bahan kimia di dalamnya tidak dapat dikembalikan menjadi bahan kimia semula. Contoh sumber arus yang termasuk elemen primer yaitu elemen
Volta, elemen Leclance, elemen kering, elemen alkalin, dan elemen raksa. 1. 2. 3. 4. 5.
Elemen Volta Elemen Leclanca Elemen kering (batu baterai) Elemen alkalin (baterai alkalin) Elemen raksa (mercury)
2. Elemen sekunder Dalam kehidupan sehari-hari, elemen sekunder ini dikenal dengan sebutan akumulator atau aki. Akumulator merupakan elemen elektrokimia bahan-bahan pereaksinya dapat diperbaharui kembali. Artinya, apabila bahan-bahan pereaksinya sudah tidak berfungsi lagi maka dapat diperbaiki kembali dengan cara mengalirkan arus listrik dari sumber luar yang arahnya berlawanan dengan arus yang dihasilkan akumulator. 1. Macam-macam akumulator 2. Pemeliharaan akumulator 3. Pengisian akumulator Akumulator diisi dengan mengalirkan arus searah dari sumber arus luar (catu daya) dengan ketentuan: •
•
Arah arus pengisi berlawanan dengan arah arus yang dikeluarkan aki. Berarti, kutub positif sumber (pengisi) dihubungkan dengan kutub aki Sumber arus pengisi harus memiliki ggl yang lebih tinggi,
2. Generator arus searah
Generator adalah alat yang dapat mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listrik. Energi listrik pada generator timbul karena adanya peristiwa induksi. Generator ada yang menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan ada yang menghasilkan arus searah (DC). Prinsip kerja dari kedua jenis generator ini pada dasarnya sama. Perbedaannya terletak pada bentuk komutatornya. Generator AC memiliki dua cincin yang terpisah, sedangkan generator DC memiliki satu cincin yang terbelah dua.
Prinsip kerja generator
Apabila kumparan kawat penghantar digerakkan di dalam medan magnet dan memotong garis gaya medan magnetnya, maka pada kumparan itu akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi. Ggl induksi menyebabkan terjadinya arus listrik. Pada generator AC, arus yang dihasilkan berupa arus bolak-balik, sedangkan pada genarator DC, arus yang dihasilkannya berupa arus searah.
6. ENERGI DAN DAYA LISTRIK 1. Perhitungan energi listrik
Untuk memindahkan atau mengalirkan muatan q dari suatu titik ke titik lain yang memiliki beda potensial V, diperlukan energi listrik. Besarnya usaha atau energi untuk pemindahan muatan, dirumuskan sebagai berikut W=qV Karena muatan q = i.t, maka persamaan dapat kita tulis W=itV Atau W=Vit Ketika muatan listrik bergerak dari a ke b melalui sebuah hambatan R, muatan kehilangan energi potensial listriknya akibat terjadinya tumbukan dengan atom-atom dalam hambatan R. Hal itu akan menimbulkan energi kalor (dalam bentuk panas). Besarnya energi listrik yang hilang (berubah menjadi panas) ketika arus i melewati hambatan R. Atau karena harga i = , maka diperoleh:
2. Perubahan energi listrik menjadi kalor
Energi listrik dapat diubah menjadi kalor, misalnya dalam setrika listrik, solder listrik, kompor listrik, dan sebagainya. Pada waktu mempelajari kalor, kita telah mengenal bahwa besarnya kalor yang diserap atau diberikan oleh sebuah benda memenuhi persamaan: Q = m c ∆T
Satuan energi listrik dan kalor ternyata setara, bisa dalam satuan joule dapat juga dalam satuan kalori. Dari percobaan yang telah dilakukan James Joule, diperoleh: 1 joule = 0,24 kalori Atau 1 kalori = 4,18 joule
3. Perhitungan daya listrik
Di tingkat 1 Anda sudah mempelajari definisi daya. Daya (P) adalah kecepatan melakukan usaha (W) atau usaha yang dilakukan per satuan waktu (t)
P= Satuan daya listrik sering juga dinyatakan dalam horse power (HP) atau daya kuda, konversinya ialah: 1 HP = 746 watt Dalam hubungannya dengan daya, energi listrik dapat juga dinyatakan sebagai daya x waktu, yaitu: W = P. t
