MATERI GEJALA KEMAGNETAN

 GEJALA KEMAGNETAN DAN CARA MEMBUAT MAGNET

GEJALA KEMAGNETAN DAN CARA MEMBUAT MAGNET
Mengenal Magnet & Cara membuatnya

 Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang dapat menimbulkan gejala gaya. baik gaya tari maupun gaya tolak terhadap jenis logam tertentu), besi, baja, seng dll.. Istilah Magnet berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.
Kekuatan sebuah magnet terpusat pada kedua kutubnya yaitu kutub Utara dan kutub Selatan.

Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub. Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada International System of Units (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber. 1 weber/m2 = 1 tesla, yang mempengaruhi satu meter persegi.
Membuat Magnet
Sebuah kapur jika dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil. setiap bagian itu masih mempunyai sifat kapur. Demikian pula magnet, jika dibagi-bagi, setiap bagian magnet masih mempunyai dua jenis kutub magnet, yaitu kutub utara magnet (U) dan kutub selatan magnet (S). Berdasarkan kenyataan itu, dikembangkanlah teori magnet yang disebut teori magnet elementer.
Dalam teori ini dikatakan bahwa sifat magnet suatu benda (besi atau baja) ditimbulkan oleh magnet-magnet kecil dalam benda tersebut yang disebut magnet elementer. Suatu benda akan bersifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah yang cenderung sama dan tidak mempunyai sifat magnet jika magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak (sembarang). Pada besi magnet, elementernya menunjuk arah yang sama. Antar magnet elementer tersebut terdapat gaya tolak-menolak dan gaya tarik-menarik. Akan tetapi, di bagian ujung magnet hanya terdapat gaya tolak-menolak. Itulah sebabnya pada ujung-ujung magnet terdapat gaya magnet paling kuat, sedangkan bagian tengahnya lemah.
Pada besi bukan magnet, magnet-magnet elementernya mempunyai arah acak atau sembarang Karena arahnya acak, gaya tarik-menarik dan tolak-menolak antarmagnet elementer saling meniadakan. Itulah sebabnya pada besi bukan magnet tidak terdapat gaya magnet (sifat magnet).
Benda-benda yang magnet elementernya mudah diatur arahnya dapat dibuat menjadi magnet. Namun, magnet ini kemagnetannya tidak awet. Magnet yang demikian disebut magnet lunak. Sebaliknya, ada benda yang sulit dijadikan magnet. Namun, setelah menjadi magnet. kemagnetannya awet. Magnet yang demikian disebut magnet keras. Magnet dapat dibuat dengan cara digosok, dialiri arus listrik, dan induksi.
 Membuat Magnet dengan Cara Digosok
Besi atau baja akan menjadi magnet jika arah menggosoknya teratur dalam satu arah, misalnya berlawanan arah dengan gerakan jarum jam. Setelah menjadi magnet, pada baja terbentuk kutub-kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet penggosoknya. Pada ujung terakhir bagian yang digosok menjadi kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet yang disosokkan.
 Membuat Magnet dengan Cara Induksi
Pembuatan magnet secara induksi pada dasarnya memengaruhi bahan f'erromagnetik dengan suatu magnet. Untuk memahami hal itu, dapat dibayangkan ketika berada di dekat api unggun. Makin dekat api unggun, maka akan merasakan makin panas. Begitu pula bahan ferromagnetik. Makin dekat ke magnet, bahan itu akan mempunyai gaya magnet yang makin kuat.
Jika sebatang besi didekatkan (tidak sampai menyentuh) pada magnet yang kuat. batang besi tersebut akan menjadi magnet. Pembuatan magnet seperti ini disebut pembuatan magnet dengan cara induksi. Jika paku yang cukup besar didekatkan magnet yang cukup kuat, paku tersebut menjadi magnet. Hal ini terbukti paku dapat menarik jarum Kemagnetan paku disebut magnet induksi. Magnet induksi termasuk magnet sementara. Jika bahan magnet induksi terbuat dari bahan besi, sifat magnetnya langsung hilang begitu magnet utama dijauhkan. Akan tetapi, jika bahan magnet induksi terbuat dari baja, sifat kemagnetannya masih tetap ada (kecil) meskipun magnet utama telah dijauhkan.
 Membuat Magnet dengan Cara Dialiri Arus Listrik
Untuk membuat magnet yang memanfaatkan arus listrik. Diperlukan sumber tegangan DC (baterai atau aki), kabel, dan batang besi atau baja. Jika sebatang baja atau besi dililit kawat yang dialiri arus listrik searah, baja atau besi tersebut akan menjadi magnet. Magnet yang dibuat dengan cara seperti itu disebut elektromagnet atau magnet listrik.

Berkaitan dengan pola garis gaya magnet dapat dinyatakan sebasai berikut.
1. Garis-garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan.
2. Garis-garis gaya magnet didefinisikan keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
3. Medan magnet kuat ditunjukkan oleh raris-garis gaya rapat dan medan magnet lemah ditun.jukkan oleh garis-garis gara renggang.

Kemagnetan Bumi
Jika magnet batang dapat bergerak bebas, magnet tersebut cenderung menunjukkan arah utara-selatan. Ujung magnet yang menunjuk ke arah utara disebut kutub utara magnet (U) dan ujung magnet yang menunjuk ke arah selatan disebut kutub selatan magnet (S). Hal itu menunjukkan bahwa ada medan magnet luar yang mempengaruhi jarum kompas. Medan magnet luar tersebut tidak lain adalah medan magnet yang berasal dari bumi. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa bumi mempunyai sifat magnet dengan kutub utara bumi merupakan kutub selatan magnet dan kutub selatan bumi merupakan kutub utara magnet. Karena bentuk bumi bulat, sumbu bumi dapat kita anggap sebagai magnet batang yang besar. Sampai sekarang, tidak ada seorang pun yang tahu mengapa bumi bersifat magnet. Kenyataannya, arah yang ditunjuk oleh jarum kompas tidak tepat arah utara-selatan. Akan tetapi, jarum kompas tersebut agak menyimpang dari arah utara-selatan. Sudut yang dibentuk oleh kutub utara magnet jarum kompas dengan arah utara bumi disebut deklinasi.
Seiain membentuk sudut dengan arah utara-selatan bumi, jarum kompas juga membentuk sudut dengan garis horizontal. Artinya, jarum kompas tidak sejajar dengan bidang datar di bawahnya. Hal ini menunjukkan bahwa garis-garis gaya magnet bumi tidak sejajar dengan permukaan bumi. Sudut kemiringan yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap garis horizontal disebut inklinasi. Besar inklinasi di setiap tempat tidak sama.
Medan Magnet Di Sekitar Arus Listrik
Selama abad ke- 18, para peneliti sudah mengenal magnet dan listrik. Namun, keduanya dianggap berbeda. Hingga pada tahun 1820, secara tidak sengaja Hans Christian Oersted menemukan bahwa di sekitar kawat berarus terdapat medan magnet. Medan magnet di sekitar penghantar berarus listrik disebut Induksi Magnetik. Pada awalnya dia heran ketika melihat jarum kompas selalu menyimpang jika didekatkan ke kawat berarus listrik. Peristiwa itulah yang mendorong Oersted untuk melakukan penelitian lebih lanjut tentang hubungan antara arus listrik dan medan magnet.
Medan Magnet dalam Kumparan
Pada saat mempelajari elektromagnet (magnet listrik), kita menggunakan kumparan. Kumparan merupakan gulungan kawat penghantar yang terdiri atas beberapa lilitan. Kumparan seperti itu juga disebut solenoida. Medan magnet yang ditimbulkan oleh kumparan berarus jauh lebih besar daripada yang ditimbulkan oleh sebuah kawat penghantar. Sebabnya ialah medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuah lilitan pada kumparan diperkuat oleh lilitan yang lain.
Jika kita memasukkan inti besi lunak dalam kumparan berarus listrik, kemudian pada salah satu ujungnya kita sentuhkan beberapa paku kecil, paku-paku tersebut dapat menempel pada ujung inti besi. Menempelnya paku pada ujung inti besi akan makin kuat jika kuat arus yang mengalir melalui kumparan diperbesar. Hal itu menunjukkan bahwa inti besi bersifat magnet. Meskipun tidak disisipi inti besi. Kumparan sebenarnya juga sudah bersifat magnet jika dialiri arus listrik. Namun, sifat kemagnetannya lemah. Jadi. adanya inti besi dalam kumparan memperkuat sifat magnet elektromagnet. Selain dipengaruhi kuat arus listrik. kemagnetan elektromagnet juga dipengaruhi oleh jumlah lilitan kumparan. Makin banyak lilitan, makin kuat kemagnetannya.  

MATERI HUKUM-HUKUM KEMAGNETAN

hukum hukum kemagnetan

Bunyi-Bunyi Hukum Listrik dan Magnet

.      1.    BUNYI HUKUM COULOMB

“gaya yang dilakukan oleh suatu muatan pada titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatantesebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat jaarak keduanya, berbanding lurus dengan perkalian kedua muatan”.

2.  2.     BUNYI HUKUM GAUSS

“jumlah garis-garis medan listrik (fluks listrik) yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara ”.

3.    3.   BUNYI HUKUM OHM

“Besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya”. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya.

4.   4.    BUNYI HUKUM KIRCHOFF

a.      Hukum Kirchoff I

“jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.

b.    5.   Hukum Kirchoff II

“dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial adalah nol”.

5.    6. BUNYI HUKUM BIOT dan SAVART

“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suattu penghantar yang berada diantara medan magnetik”.

6.   7.    BUNYI HUKUM AMPERE

“Intergral garis induksi magnetik B melalui lintasan tertutup sama dengan  kali jumlah yang terlingkupi oleh lintasan itu”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.

7.     8.  BUNYI HUKUM FARADAY

“GGL induksi yang timbul antara ujung-ujung loop suatu penghantar berbanding lurus denngan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh loop penghantar tersebut”.

Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.


Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.

8.    9.   BUNYI HUKUM LENZ

“Arah arus induksi pada suatu rangkaian adalah sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik ( arus induksi berusaha mempertahankan agar fluks magnetik total adalah konstan )”.

Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.


Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.

Konversi Energi Elektromekanik

Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:

“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”

Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:

“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”

Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:


Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.

Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).

Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.

Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.

Fluksi Medan Magnet

Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.

Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.

Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:

”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”

Weber = Volt x detik

[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb

Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.

Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.

Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.

θ = I . N

[θ] = Amper-turn

dimana;

θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat

Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.


Kuat Medan Magnet

Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.

Persamaan kuat medan magnet adalah:



Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat

Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m

Kerapatan Fluksi Magnet

Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.

Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:

“fluksi persatuan luas penampang”

Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:



Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti

Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.

Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb

RANGKAIAN MAGNET (bag.2)

Permeabilitas Magnet

Daya hantar atau permeabilitas magnet μ merupakan parameter bahan yang menentukan besarnya fluks magnetik. 

Permeabilitas ruang kosong μ_o  telah terpilih sebagai konstanta referensi.

μ_o = 1,256 . 10^-6  [Weber/ampere x meter]  (Wb/Am  atau  H/m)

Dalam sistem satuan elektromagnet yang lama μ_o bernilai

μ_o = 1,256  [Gauss x sentimeter/ampere]  (G•cm/A)

Permeabilitas μ dari setiap bahan yang lain dinyatakan sebagai kelipatan μ_{o .}

Pengganda dinamakan permeabilitas relatif  μ_r, sehingga 

          μ = μ_o • μ_r

 

Untuk kebanyakan bahan μ_r, harganya mendekati satu, hingga permeabilitasnya praktis sama dengan μ_o .

Pengecualian terhadap keadaan ini ialah bahan feromagnetik; permeabilitas relatif μ_r jenis bahan tersebut jauh lebih besar daripada satu.

Bahan-bahan feromagnetik adalah

          Kobalt                                                μ_r       sampai                            70

          Nikel                                        μ_r       sampai                            200

          Besi dan besi paduan                 μ_r`      sampai                            100.000

Disebabkan oleh nilai permeabilitasnya yang tinggi, bahan feromagnetik dipergunakan untuk rangkaian magnet, umpamanya untuk magnet listrik (elektromagnet) dalam mesin listrik dan transformator.

Rangkaian Magnet

Jejak tertutup arus listrik dinamakan “ Rangkaian Listrik “  (Gambar 16)

Sehubungan dengan itu jejak tertutup untuk fluks magnetik 

dinamakan “ Rangkaian Magnet “  (Gambar 17)

 

Parameter-parameter berikut ini adalah ekuivalen (setara):

Tahanan Ohm R                                                      Reluktansi magnet  R_M

Arua Listrik I                                                       Fluks Magnetik Φ

Gaya Gerak Listrik  atau                                        Gaya Gerak Magnetis atau

GGL E yang menggerakkan                                      GGM θ yang menimbulkan

arus melalui rangkaian                                            fluks magnetik

Perbandingan Rangkaian Magnet dan Rangkaian Listrik

Kita telah melihat bahwa “rangkaian listrik” dan “rangkaian magnet” adalah ekuivalen (setara). Oleh sebab itu hubungan matematika dalam kedua rangkaian harus serupa.

Marilah kita pergunakan diagram rangkaian yang sama untuk kedua rangkaian:

Rangkaian Listrik                                     Rangkaian Magnet

GGL E menggerakkan arus I                          GGM θ menghasilkan fluks magnetik

melalui tahanan Ohm R.                                 melalui reluktansi magnet R_M.

Kita memiliki Hukum Ohm untuk                    Kita memiliki Hukum Ohm untuk

Rangkaian Listrik:                                        Rangkaian Magnet:

MATERI ARUS LISTRIK SEARAH

1. Pengertian Listrik Arus Searah

Listrik Arus Searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik yang lebih rendah. Pada umumnya sumber arus listrik searah adalah baterai seperti aki dan elemen volta dan juga panel surya. Selain dari aki sumber arus searah didapat juga melalui arus bolak balik yang yang dirubah menjadi arus searah yaitu dengan menggunakan penyearah (Rectifier).

Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor. Dahulunya arus listrik searah dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung sumber positif ke ujung sumber negatif. 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. Arus listrik searah banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga, hal ini karena komponen elelktonika sebagian besar adalah menggunakan arus searah.

- Besaran – Besaran Listrik Arus Searah

Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan brmuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

Ketika dua benda yang berbeda jumlah muatannya ( positif dan negative ) dihubungkan dengan sebuah konduktor, sebagian muatan (positif dan negatif ) salah satu dari kedua benda akan saling mengalir menuju benda lainnya melalui konduktorsehingga dicapai keadaan seimbang yakni muatan listrik kedua benda menjadi sama. Terjadinya aliran arus listrik karena perbedaan potensial listrik yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif in disebut arus listrik. Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat ( potensial gravitasi ) tinggi ke tempat ( potensial gravitasi) rendah.

- Kuat Arus LIstrik

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar tiap satuan waktu. Simbol kuat arus listrik adalah I.

Secara sistematis kuat arus listrik dituliskan dengan persamaan sebagai berikut.

Ket : I = kuat arus listrik (A)

q = muatan listrik (C)

t = waktu (s)

Banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama dengan kelipatan besar muatan sebuah electron – 1,6. C Jika pada konduktor mengalir n buah , maka total muatan yang mengalir memenuhi persamaan sebagai berikut.

Rapat arus (J) adalah besar kuat arus listrik per satuan luas penampang. Satuan rapat arus dalam system SI adalah ampere / atau A.

Contoh :

Sebuah kawat penghantar mempunyai penampang berbentuk lingkaran dengan diameternya 2 mm, dialiri arus sebesar 2 A selama 2 menit. Hitunglah jumlah muatan yang mengalir melewati, suatu penampang tertentu dan besar rapat arusnya ?

Penyelesaian :

Diketahui : I = 2 A

T = 2 menit

d = 2mm = 2.

Ditanya : a. q ?

b. J ?

Jawab :

1. q = I . t

= 2 . 120 = 240 C

1. J

= =

Jadi jumlah muatan yang mengalir adalah 240 C dan besar rapat muatannya adalah

- Potensial Listrik

Arus Listrik dapat mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah menggunakan sumber energy, mislanya baterai. Potensial listrik ini yang akan menimbulkan perbedaan tegangan antara kedua kutub positif dan negative pada suatu penghantar listrik.

Beda Potensial adalah besarnya energy yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari suatu titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Beda potensial listrik ( tegangan ) timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihuungkan oleh suatu penghantar. Beda potensialini berfungsi untuk mengaliran muatan dari satu titik ke titik lainnya dalam suatu penghantar listrik. Besarnya beda potensial dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ket :    V = beda potensial ( volt )

W = usaha ( joule )

q = muatan listrik ( coulomb )

- Hambatan Listrik

Hambatan listrik dapat berupa resistor tetap dan variable. Resistor tetap dibuat dari karbo atau kawat nikrom tipis. Sedangkan resistor variable dapat dibedakan menjadi resistor variable tipe berputar dan tipe bergeser. Hambatan listrik erat kaitannya dengan hokum Ohm, yaitu hokum yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus , danhambatan listrik pada sebuah penghantar listrik ( konduktor ).

1. Hukum Ohm

Arus Listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dari hasil percobaan George Simon Ohm ( 1787 – 1854 ) beliau menyimpulkan bahwa “Besarnya beda potensial listrik ujung – ujung penghantar yang berhambatan tetap sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar tersebut selama suhu penghantar tersebut dijaga tetap”. Karena beda potensial sebanding dengan kuat arus, maka perbandingan tegangan dengan kuat arus adalah konstan.

Dari percobaan lebih lanjut dengan menggunakan penghantar yang berhambatan R, ternyata diperoleh huungan sebagai berikut.

Ket : V = beda potensial ( volt )

I = kuat arus ( ampere )

R = hambatan kawat penghantar ( Ω )

1. Hambatan pada kawat penghantar

Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar,dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangangnya kecil, hambatan jenisnya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Apabila hambatan dapat berupa sebuah kawat penghantar yang lurus.

Penghantar ( , luas penampang kawat penghantar (A), dan penghantar jenis penghantar ( ). Besarnya hambatan sebanding dengan panjang kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, sehingga dapat dituliskan dalam persamaan :

Ket : R = hambatan ( Ω )

= panjang kawat ( m )

= hambatan jenis kawat ( Ω.m )

A = luas penampang kawat ()

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

Ket : R = hambatan konduktor pada suhu C (

= hambatan konduktor pada suhu  ( Ω )

α = koefisien suhu hambatan jenis (/)

= t – selisih suhu (

2. Rangkaian hambatan listrik

Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi rangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya. Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun paralel minimal diperlukan dua hambatan. Adapun, untuk membuat rangkaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya.

Hambatan seri

Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri (Rs).

(Image From: yourdictionary.com)

Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke tiga hambatan masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku:

V = V1 + V2 + V3

Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak bercabang) berlaku:

I = I1 = I2 = I3

Hambatan Paralel

Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti paralel (Rp).

(Image From: gstatic.com)

Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus listrik. Tiga buah lampu masing masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun paralel dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3. sesuai Hukum Ohm dirumuskan:

I1 = V/R1       I2 = V/R2    I3 = V/R3

Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama, sehingga berlaku:

V = V1 = V2 = V3

Besar kuat arus I dihitung dengan rumus:

I = V/Rp

rumus hambatan pengganti paralel:

1/Rp = 1/R1 + 1/R2  + 1/R3

1. Hukum Kirchhoff

Rangkaian sederhana dapat terdiri dari lampu, sakelar, dan baterai yang satu sama lain terhubung oleh kawat / kabel. Ketika sakelar masih terbuka, arus listrik b`elum mengalir shingga lampu menjadi padam. Sebaliknya ketika sakelar dismbungkan, arus mengalir dari kutub positif baterai ke kutub negative baterai melalui kabel dan lampu sehingga lampu menyala. Sebelum sakelar dihubungkan, rangkaian listrik disebut rangkaian listrik terbuka, sedangkan setelah dihubungkan dengan sakelar, disebut rangkaian listrik tertutup. Rangkaianseperti ini secara umum disebut rangkaian listrik arus searah.Rangkaian listrik arus searah yang terdiri dari sebuah baterai dan beban disebut rangkaian listrik sederhana.

1. GGL, hambatan dalam dan tegangan jepit

Beda potensial dari sumber tegangan dapat diketahui jika dihubungkan dengan hambatan, misalnya lampu dan alat elektronik lainnya.Baterai merupakan sumber enegri arus searah.Selain baterai, sumber energi listrik lainnya adalah generator.Alat yang dapat mengubah suatu bentuk energy lain menjadi energy listrik disebut sumber gerak gaya listrik (GGL). GGL adalah beda potensial antarterminal sumber tegangan

( baterai atau generator ) ketika tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian luar.Simbol GGL adalah E.

2. Hukum I Kirchhoff

Kuat arus listrik dalam suatu rangkain tak bercabang, besarnya selalu sama. Lampu – Lampu dirumah kita pada umumnya terpasang secara pararel.Rangkaian listrik biasanya terdiri banyak hubugan sehingga akan terdapat banya cabang atau lebih. Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk pada titik percbangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Ilustrasi hokum I Kirchhoff seperti pada gambar berikut ini.

Secara sistematis, hokum Kirchhoff dituliskan dengan persamaan sebagai berikut.

+ =

3. Hukum II Kirchhoff

Menjelaskan tentang beda potensial mengitari suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirhhoff menyatakan di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( E ) dengan penurunan tegangan ( I.R ) sama dengan 0.Secara sistematis, hokum II Kirchhoff memenuhi persamaan :

Beberapa langkah untuk menganalisis rangkaian tertutup dengan loop tungal sesuai hukum II kirchhoff menggunakan ketentuan – ketentuan sebagai berikut.

1. Pilih rmasing rangkaian untuk msing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.pemilihan loop bebas,talpi jika memungkinkan di usahakan searah dengan arah arus listrik ,
2. Jika lpada suatu cabang,arah loop sama dengan arah arus,maka penurunan tegangan (IR) betanda positif,sedangkan bila arah loop brlawanan arah dengan arah arus,maka penurunan tegangan (I, R) bertanda negatif
3. Bila saat mengikuti arah loop, kutulp sumber tegangan yang lllebih dahulu di jumpai adalah kutup positif ,maka gaya gerak listrik bertanda positif,sebalik nya bila kutup negatif.maka penurunan tegangan (I , R) bertanda negatif,

1. Energi Listrik

Besarnya energy listrik adalah besar muatan ( dalam coulomb ) dikalikan bedapotensial yang dialaminya. Satuan energy listrik dalam SI adalah joule ( J ). Energi listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

Ket :

W = energy listrik (J)

V = beda potensial listrik (V)

q = muatan listrik (C)

I = arus listrik (A)

R = hambatan (Ω)

t = waktu arus mengalir (s)

2. Daya Listrik

Daya Listrik adalah energy yang dihasilkan atau diperlukan per satuan waktu. Daya listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

P = daya listrik (watt)

W = energy yang dibebaskan (joule)

t = selang waktu (sekon)

I = arus yang mengalir (A)

- Perhitungan Energi dan Daya Listrik

Jika pada sebuah baterai bertuliskan 220 V, 60 W, maka berarti lampu tersebut bekerja normal, menyerap daya 60 W ketika diberi teganggan 220 V. Nilai 220 V merupakan nilai tegangan maksimum yang boleh diberikan pada lampu tersebut. Jika teganggan yang diberikan lebih besar dari 220 V, maka lampu akan rusak. Sebaliknya, jika teganggan yang diberikan lampu kurang dari 220 V, maka lampu akan menyala redup. Daya yang diserap beban listrik ketika dihubungkan dengan teganggan sumber tertentu memenuhi persamaan :

Keterangan :

Biaya sewa energi listrik dihitung berdasarkan jumlah energi listrik yang digunakan dalam satuan kWh.Dihitung berdasarkan persamaan W = P.t, dengan P dalam satuan watt dan t dalam satuan jam. Biaya sewa sama dengan jumlah energi listrik dalam kWh dikalikan dengan tarif 1 kWh. Satuan dari energi listrik adalah kilowatt jam (kWh) dimana 1 kWh adalah energi yang dihasilkan oleh daya satuan kilowatt yang bekerja selama satu jam.