FISIKA : ARUS LISTRIK SEARAH (DC)

A. ALAT UKUR LISTRIK

Alat-alat ukur dasar listrik yang sering digunakan adalah Voltmeter, Ampermeter, Ohmeter. namun ketiga alat ukur itu sering dijadikan satu dengan nama Multimeter baik yang analog maupun digital dan Osiloskop

B. PENGERTIAN ARUS LISTRIK SEARAH

Arus listrik searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah.

Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Contoh Soal

Arus listrik sebesar 5 A mengalir melalui seutas kawat penghantar selama 1,5 menit. Hitunglah banyaknya muatan listrik yang melalui kawat tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui: I = 5 A

t = 1,5 menit = 90 sekon

Ditanya: Q = ... ?

Jawab : Q = I.t = (5A) (90 s) = 450 C

C. HAMBATAN LISTRIK DAN BEDAPOTENSIAL

HUKUM OHM

Bunyi Hukum Ohm

Pada dasarnya, bunyi dari Hukum Ohm adalah :

“Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau Konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)”.

Dimana :
V = Volt (beda potensial atau tegangan listrik dengan satuan Volt (V))
I = Kuat arus listrik dengan satuan Ampere (A))
R = Hambatan listrik dengan satuan Ohm (Ω))

Contoh Soal

Setting DC Generator atau Power Supply untuk menghasilkan Output Tegangan 10V, kemudian atur nilai Potensiometer ke 1 kiloOhm. Berapakah nilai Arus Listrik (I)?

Penyelesaian:

Diketahui: V = 10 V

R = 1 KΩ = 1000 Ω

Ditanya: I = ... ?

Jawab : I = V / R
I = 10 / 10
I = 1 Ampere
Maka hasilnya adalah 1 Ampere.

Dengan R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya, V adalah beda potensial antara kedua ujung penghantar, dan I adalah arus yang mengalir. Hubungan ini (persamaan (7.2)) sering dituliskan:

V = I . R .................................................................................................................... (1.3)

Contoh Soal

Sebuah pemanas listrik memiliki hambatan listrik 5 Ω dan kuat arus listrik 4 A. Berapakah bedapotensial yang dibutuhkan pemanas tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: R = 5 Ω

I = 4 A

Ditanya: V = ... ? Jawab:

Jawab : V = I x R

= 4 x 5

= 20 Volt

D. HAMBATAN JENIS

Kita mungkin menduga bahwa hambatan yang di- miliki kawat yang tebal lebih kecil daripada kawat yang tipis, karena kawat yang lebih tebal memiliki area yang lebih luas untuk aliran elektron. Kita tentunya juga mem- perkirakan bahwa semakin panjang suatu penghantar, maka hambatannya juga semakin besar, karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron.

Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut. Secara matematis dituliskan:

dengan:

R = hambatan kawat penghantar ( Ω )

l = panjang kawat penghantar (m)

A = luas penampang lintang penghantar (m2)

ρ = hambatan jenis kawat penghantar ( Ω .m)

Contoh Soal

Berapakah hambatan seutas kawat aluminium (hambatan jenis 2,65 x 10-8 Ωm) yang memiliki panjang 40 m dan diameter 4,2 mm?

Penyelesaian:

Diketahui: ρ = 2,65 x 10-8 Ω .m

l = 40 m

d = 4,2 mm r = 2,1 mm = 2,1 x 10-3 m

Ditanya: R = ... ?

Jawab:

Jenis-jenis Hambatan Listrik

Berbagai jenis hambatan listrik (Resistor)yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya sebagai berikut :

1. Resistor Variabel

Variable Resistor adalah jenis Resistor yang nilai resistansinya dapat berubah dan diatursesuai dengan keinginan. Pada umumnya Variable Resistor terbagi menjadi Potensiometer, Rheostat dan Trimpot.

Rheostat

Rheostat merupakan jenis Variable Resistor yang dapat beroperasi pada Tegangan dan Arus yang tinggi. Rheostat terbuat dari lilitan kawat resistif dan pengaturan Nilai Resistansi dilakukan dengan penyapu yang bergerak pada bagian atas Toroid

2. Resistor tetap

Perhatikan gambar disamping! Pada resistor tetap, nilai hambatannya disimbolkan dengan warna-warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya atau disebut cincin, nilai resistansi dihitung berdasarkan warna cincin pada kulit resistor.

TABEL WARNA RESISTOR

Rangkaian Hambatan

Pada rangkaian resistor terdiri dari dua rangkaian yaitu :

a. Rangkaian Seri

b. Rangkaian Paralel

A. Rangkaian Seri

Rangkaian seri dapat digambarkan sebagai beriku :

B. Rangkaian Paralel

Rankaian paralel dapat digambarkan sebagai berikut:

E. GAYA GERAK LISTRIK

Gaya Gerak Listrik dapat timbul dari alat yang memiliki kutub negatif dan kutub positif yang terpisah. Dua kutub ini disebut terminal. Muatan listrik positif akan berkumpul di terminal positif. Muatan listrik positif akan berkumpul di terminal positif. Terminal positif disebut juga dengan anoda, sedangkan terminal negatif disebut juga dengan katoda.

Baterai dapat dianggap sebagai sebuah baterai ideal dengan gaya gerak listrik (E) disusun seri terhadap hambatan dalam (r). Tegangan jepit yang merupakan tegangan luar iR disimbolkan dengan V_AB.

Contoh Soal

1. Empat (4) buah baterai yang masing-masing memiliki GGL 3V dan mempunyai hambatan dalam 1 Ω dirangkai dengan sebuah lampu yang berhambatan 8 Ω. Hitunglah kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian jika baterai dirangkai secara seri!

Jawaban:
Diketahui:
– Jumlah baterai (n) = 4
– Hambatan dalam baterai (r) = 1 Ω
– Gaya Gerak Listrik (ε) = 3 V
– Hambatan Lampu (R) = 8 Ω

Ditanyakan
– Kuat Arus Listrik (i) jika disusun secara seri

F. DAYA DAN ENERGI LISTRIK

1. ENERGI LISTRIK

Peralatan yang kita gunakan seperti setrika, pemanas listrik, pengering rambut, pemanggang roti dan bola lampu jika dialiri listrik akan mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain, misalnya energi panas, atau cahaya pada lampu. Karena setiap alat-alat listrik mempunyai hambatan, dan arus yang melewatinya merupakan elektron yang bergerak dan kemudian akan bertumbukan dengan atom pada hambatan kawat, maka hambatan kawat pada alat tersebut menjadi panas.
Besarnya energi (W) ketika muatan (elektron) mengalir dengan beda potensial (V) adalah sebagai berikut

energi listrik menjadi cahaya

1. DAYA LISTRIK

Energi yang diubah oleh peralatan listrik bila muatan q bergerak melintasi beda potensial sebesar V adalah qV. Daya P merupakan kecepatan perubahan energi atau energi persatuan waktu dan dirumuskan sebagai berikut :

Contoh Soal

Sebuah lampu bertuliskan 40 W/110 V dinyalakan selama 10 menit. Berapakah arus listrik dan energi listrik yang diperlukan?

G. HUKUM KIRCHOFF

Hukum Kirchhoff adalah dua persamaan yang berhubungan dengan arus dan beda potensial (umumnya dikenal dengan tegangan) dalam rangkaian listrik. Hukum ini pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845.

1. Hukum 1 Kirchhoff

Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa:

“Jumlah arus listrik yang masuk melalui titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan jumlah arus yang keluar melalui titik percabangan tersebut”

1. Hukum 2 Kirchhoff

Jika hukum kirchoff pertama mengulas tentang arus listrik (pada percabangan) maka hukum kedua mengulas tentang hubungan tegangan dalam sebuah rangkaian tertutup kemudian disebut dengan “loop“.

Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa:

“Di dalam suatu rangkaian tertutup (loop) jumlah aljabar dari gaya gerak listrik dengan besarnya penurunan tegangan adalah sama dengan nol”