- 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.
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 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 :
- q = I . t
= 2 . 120 =
240 C
- J
= =
Jadi jumlah
muatan yang mengalir adalah 240 C dan besar rapat muatannya adalah
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 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
).
- 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 )
- 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 (
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
+ =
- 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.
- Pilih rmasing rangkaian untuk msing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.pemilihan loop bebas,talpi jika memungkinkan di usahakan searah dengan arah arus listrik ,
- 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
- 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,
- 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)
- 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)
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar