IPA 9 : LISTRIK DINAMIS

LISTRIK DINAMIS

Listrik dinamis adalah aliran partikel bermuatan dalam bentuk arus listrik yang dapat menghasilkan energi listrik.

Listrik dapat mengalir dari titik berpotensi lebih tinggi ke titik berpotensi lebih rendah apabila kedua titik tersebut terhubung dalam suatu rangkaian tertutup.

Arus listrik berasal dari aliran elektron yang mengalir terus-menerus dari kutub negatif menuju kutub positif, dari potensial tinggi menuju potensial rendah dari sumber beda potensial (tegangan).

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:

Gambar di atas dikatakan A lebih berpontensial lebih tinggi daripada B. Arus listrik terjadi berasal dari A menuju ke B, hal ini karena adanya usaha penyeimbangan potensial antara A dan B.

Pada analisis rangkaian listrik dinamis yang perlu diperhatikan adalah komponen-komponen rangkaian seperti sumber listrik dan tahanan, susunan rangkaian, dan hukum-hukum yang berlaku pada rangkaian tersebut.

Hambatan Listrik

Hambatan atau resistor (R) adalah komponen yang berfungsi untuk mengatur besarnya arus listrik yang mengalir melalui rangkaian.

Besaran resistor disebut dengan resistansi yang memiliki satuan Ohm (Ω). Alat ukur yang digunakan untuk mengukur resistansi adalah ohmmeter.

Setiap bahan memiliki nilai resistansi yang berbeda-beda. Berdasar sifat resistivitas bahan, suatu bahan dibagi menjadi tiga, yaitu

1. Konduktor memiliki hambatan yang kecil, sehingga dapat menghantarkan listrik dengan baik. 

   Contohnya material-material logam seperti besi, tembaga, aluminium, dan perak.

2. Isolator memiliki hambatan yang besar, sehingga tidak dapat menghantarkan listrik. 

    Contohnya kayu dan plastik.

3. Sedangkan semikonduktor adalah material yang dapat bersifat sebagai konduktor, juga isolator.

    Contohnya karbon, silikon, dan germanium.

Dari sifat-sifat bahan tersebut, yang sering digunakan sebagai hambatan penghantar adalah konduktor.

Nilai hambatan bahan konduktor sebanding dengan panjang kawat (l), dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat (A). Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut:

Dimana  adalah rho = hambatan jenis, L adalah panjang penghantar, dan A adalah penampang penghantar.

Rumus Listrik Dinamis

Rumus Kuat Arus Listrik (I)

Arus listrik terjadi jika ada perpindahan elektron seperti uraian diatas. Kedua benda bermuatan, jika dihubungkan dengan penghantar akan menghasilkan arus listrik.

Kuat arus listrik disimbolkan dengan huruf I, memiliki satuan Ampere (A), sehingga rumus kuat arus pada listrik dinamis adalah:

I = Q / t

Keterangan:

I = kuat arus listrik (A)

Q = jumlah muatan listrik (Coulomb)

t = selang waktu (s)

Contoh : 

* Didalam suatu penghantar dialiri muatan listrik sebesar 360 C dalam waktu 1 menit. Berapakah besar arus listrik yang mengalir dalam penghantar tersebut !

Diket : Q = 360 C

             t = 1 menit = 60 sekon

Ditanya I ...... ?

Jawab :

I = Q/t

I = 360 / 60

I = 6 A

Mengukur Kuat Arus Listrik

Alat yang dipakai untuk mengukur besarnya kuat arus listrik pada suatu rangkaian disebut sebagai amperemeter. Oleh sebab yang diukur adalah arus listrik atau aliran elektron pada suatu rangkaian, maka amperemeter dipasang secara seri karena dipakai sebagai jalan aliran elektron. Sebelum melakukan pengukuran dengan menggunakan amperemeter, teman - teman sebaiknya mengenal terlebih dahulu cara kerja amperemeter.

Amperemeter ada yang berdiri sendiri dan ada juga yang tergabung sama alat yang lainnya, seperti avometer. Pada waktu sekarang ini, terdapat avometer analog dan digital. Pada avometer analog, cara pembacaan skala adalah berdasarkan pada jarum yang menunjuk angka pada panel. Sedangkan pada avometer digital, kita cukup melihat angka saja yang tertera di panel. Avometer analog ataupun digital mempunyai ketelitian tertentu. Semakin besar ketelitiannya, semakin tepat pengukuran yang bisa dilakukan avometer tersebut. Rumus menghitung besarnya arus listrik adalah sebagai berikut:

Rumus Beda Potensial atau Sumber Tegangan (V)

Berdasarkan uraian diatas, arus listrik mempunyai definisi banyaknya elektron yang berpindah dalam waktu tertentu.

Perbedaan potensial akan menyebabkan perpindahan elektron, banyaknya energi listrik yang dibutuhkan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung penghantar disebut tegangan listrik atau beda potensial.

Sumber tegangan atau beda potensial mempunyai simbol V, dengan satuan Volt. Secara matematik mempunyai rumus beda potensial listrik dinamis adalah:

V = W / Q

Keterangan:

V = beda potensial atau sumber tegangan listrik (Volt)

W = energi (Joule)

Q = muatan (Coulomb)

Mengukur Tegangan Listrik

Alat yang dipakai untuk mengukur tegangan listrik disebut voltmeter. Seperti halnya pada amperemeter, voltmeter pun ada yang berdiri sendiri dan ada yang bergabung dengan alat ukur yang lain. Pembacaan skala pada voltmeter mirip dengan amperemeter dan satuan yang digunakan adalah volt. Cara membaca skala voltmeter yaitu

Cara pemasangan alat ukur tegangan listrik pada rangkaian, berbeda dengan cara pemasangan alat ukur arus listrik. Sebab beda potensial terjadi antara dua titik yang berbeda, yaitu potensial tinggi dan potensial rendah, maka pemasangan alat ukur voltmeter harus dipasang pada dua titik tersebut atau dipasang paralel pada rangkaian.

Rumus Hambatan Listrik (R)

Hambatan atau resistor disimbolkan dengan R, dengan satuan ohm, mempunyai rumus:

R = ρ . l / A

Keterangan:

R = hambatan listrik (ohm)

ρ = hambatan jenis (ohm.mm2/m)

A = luas penampang kawat (m2)

Rumus Hukum Ohm (Ω).

Hukum Ohm adalah hukum yang menyatakan bahwa perbedaan tegangan pada penghantar akan sebanding dengan arus yang melewatinya.

Hukum ohm menghubungkan antara kuat arus listrik, beda potensial, dan hambatan. Dengan rumus:

I = V / R atau R = V / I, atau V = I . R

Keterangan:

I = kuat arus listrik (A)

V = beda potensia atau sumber tegangan listrik (Volt)

R = hambatan listrik (ohm)

Untuk mempermudah mengingat rumus ini, hubungan ketiga  variabel tersebut dapat digambarkan dengan sebuah segitiga berikut:

RANGKAIAN HAMBATAN

Fungsi hambatan atau sering disebut resistor yaitu untuk mengatur besar atau kecilnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian tertutup. Hambatan dalam suatu rangkaian bisa dipasang secara seri, paralel, atau dipasang kombinasi keduanya.

a. Rangkaian Seri

Pada saat dua atau lebih hambatan dipasang dari ujung ke ujung maka dikatakan hambatan dihubungkan secara seri. Berikut gambarnya

Muatan yang melewati R1 akan melewati R2 dan R3, oleh karenanya arus I yang sama melewati setiap hambatan.

Apabila dilihat dari rangkaian, tegangan sumber akan sama dengan jumlah tegangan dalam setiap hambatan.

Berdasarkan hukum ohm maka tegangan untuk tiap - tiap hambatan adalah seperti yang berikut ini:

Untuk contohnya yaitu apabila baterai 12 V dihubungkan dengan resistor 4 Ω, arus akan menjadi 3 A. Namun apabila baterai 12 V dihubungkan dengan tiga buah resistor 4 Ω yang dirangkai seri, hambatan totalnya 12 Ω dan arus yang mengalir hanya sebesar 1 A

Ciri - ciri Hambatan Seri :

a) Hambatan disusun berderet

b) Terdapat satu lintasan arus listrik

c) Kuat Arus listrik yang mengalir di setiap hambatan sama besar

d) Hambatan pengganti seri Rs

2. Rangkaian Paralel

Pada rangkaian paralel, arus total I yang meninggalkan baterai terbagi menjadi 3 cabang. Oleh sebab muatan listrik tetap, maka arus yang masuk ke dalam titik cabang harus sama dengan arus yang keluar dari titik cabang.

Sehingga pada saat hambatan terhubung paralel, masing-masing mengalami tegangan yang sama.

Olehkarenanya, tegangan sumber diberikan pada setiap hambatan. Untuk mengetahui hambatan pengganti pada rangkaian paralel maka:

Ciri - ciri Hambatan Paralel :

a) Hambatan disusun berdampingan

b) Terdapat lebih dari satu lintasan arus listrik

c) Beda potensial disetiap ujung hambatan sama besar

d) hambatan pengganti paralel Rp selalu lebih kecil dari hambatan terkecil yang disusun paralel

Hukum Kirchoff

Hukum kirchoff adalah hukum yang menyatakan fenomena arus dan tegangan dalam rangkaian listrik. Hukum Kirchoff 1 berkaitan dengan aliran arus ke titik rangkaian, dan Hukum Sirkuit Kirchoff 2 berkaitan dengan perbedaan tegangan.

Hukum Kirchoff 1

Bunyi dari hukum  kirchoff 1 adalah “Pada setiap titik percabangan dalam  listrik, jumlah dari arus yang masuk kedalam titik itu sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut atau jumlah total arus pada sebuah titik adalah 0”

Secara matematis Hukum kirchoff 1 dinyatakan dengan persamaan berikut:

atau

Nilai arus yang keluar diberikan tanda negatif, sedangkan nilai arus masuk diberikan tanda positif.

Lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:

Gambar diatas menunjukkan aplikasi Kirchoff 1 pada analisis rangkaian listrik, dimana jumlah arus masuk i2 dan i3 akan sama dengan jumlah arus keluar i1 dan i4.

Berbagi :