Listrik Dinamis [LD-1] 

 

Sebelumnya telah pelajari sifat muatan listrik dalam keadaan diam (listrik statik). Untuk sekarang akan mempelajari kebanyakan pemakaian listrik atau pencegahan hal negatif yang berhubungan dengan muatan listrik yang bergerak (Listrik Dinamis).

Untuk memulai pembahasan kita, perhatikan video dan gambar di bawah ini:

 

 

Foto dan video memperlihatkan burung bertengger pada suatu kawat listrik tegangan tinggi tanpa terkena kejutan listrik (Kesetrum)? Jelaskan menurut pengetahuan anda.

 

 

Untuk bisa menjawab dengan tepat hal diatas simak materi dibawah ini:

Rangkaian Listrik terbuka dan tertutup

Gambar 1 menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik tersebut merupakan susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat penghantar, lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar 1.a saklar dalam keadaan terbuka dan  rangkaian tersebut disebut rangkaian terbuka (Open circuit) . Pada rangkaian terbuka maka arus listrik tidak dapat mengalir sehingga lampu tidak menyala. Pada gambar 1.b saklar dalam keadaan tertutup dan rangkaian tersebut disebut rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup  maka arus listrik mengalir melalui rangkaian sehingga lampu menyala

Arus Listrik dan Gerak Muatan

Seperti telah dijelaskan bahwa lampu (pada gambar 1.b) dapat menyala karena adanya arus listrik. Arus listrik adalah   aliran muatan-muatan   listrik (dianggap sebagai muatan positif) sepanjang rangkaian melalui suatu luasan penampang lintang.

Gambar 2. memperlihatkan kawat pembawa muatan bergerak dengan keepatan rata-rata kecil. 

Jika ΔQ adalah muatan yang mengalir melalui penampang lintang A dalam waktu tertentu, maka kuat arus dapat diformulasikan sebagai berikut:

                               

Satuan SI untuk arus adalah Ampere (A). 1A = 1 C/s

partikel-partikel yang sebenarnya bergerak dan sebenarnya menghasilkan arus pada kawat adalah muatan negatif /elektron (e). Dalam suatu  penampang kawat konduktor, satu elektoron bergerak lambat dan menumbuk elektron lain sehingga saling betumbukan dalam arah yang sama membuat semua elektron bergerak bersama dalam sebuah group seperti pada gambar 3. Tempat yang sesaat yang ditinggalkan elektron yang disebut hole, kekuranagn jumlah elektron sehingga lebih positif atau kita sebut sebagai muatan positif yang arahnya secara konvensi berlawanan dengan arah elektron, arah ini sering kita sebut sebagai arah arus listrik. Untuk lebih jelanya dapat dilihat seperti pada gambar 4

Jadi, elektron – elektron bergerak dalam arah yang berlawanan dengan arah arus seperti pada animasi di bawah ini:

Proses aliran arus listrik mirip dengan aliran panas dari panas bersuhu tinggi ke panas yang bersuhu rendah. Aliran panas akan berhenti jika suhu antara kedua sisi benda sama (kesetimbangan termal). Dalam aliran listrik juga demikian Arah arus listrik adalah dari potensial tinggi (positif) ke potensial  yang  lebih  rendah  (negative), jika kedua titik talah memiliki tegangan yang sama, aliran muatan akan berhenti

untuk memahami lebih tentang arah arus litrik, silahkan eksplore Simulation Berkut ini:

setelah anda mengeksplore simulasi diatas, jawablah pertanyaan berikut ini:

 

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

Alat ukur Listrik

Suatu rangkan sederhana tesusun seperti pada gambar 5. yang dipasang oleh alat ukur arus dan tegangan.

Ampermeter merupakan alat ukur untuk mengukur kuat arus pada suatu rangkaian listrik yang dipasang seri pada rangkaian tersebut. Seperti pada gambar 5.a. Voltmeter merupakan alat ukut untuk mengukur bedapotensial/tegangan pada suatu rangkaian listrik yang dipasang pararel pada rangkaian tersebut, seperti pada gambar 5.b

                                                     

                                                    

Adapun cara membaca alat ukur pada ampermeter atau voltmeter analog sebagai berikut:

                                        

keterangan :

 X   : Sekala yang terbaca oleh jarum

NM : Sekala mkasimum yang tertera di alat

 

 

Hukum Ohm

mari kita melakukan percobaan terkait hukum Ohm berikut:

 

Berdasarkan eksperiment yang dilakukan Georg Simon Ohm didapat kesimpulan bahwa kuat arus listrik yang mengalir melalui pengantar sebanding dengan tegangan atau beda potensial suatu pengantar listrik tersebut, perbandingannya selalu konstan yang disebut sebagai hambatan. Pernyataan ini sering disebut Hukum Ohm. 

Material ohmik (kebanyakan logam) memiliki kurva linier antara arus terhadap bedapotensial, untuk material ohmik hambatan tidak bergantung pada arus  (I), dan nilainya selalu konstan. Untuk material nonohmik, perbandingan V/I bergantung terhadap arus, sehingga arus tidak sebanding dengan beda potensial, sehingga kurva arus terhadap bedapotensial tidak linier. Perbedaan kurva ohmik dan non ohmik dapat dilihat pada gambar 6 di samping:

Untuk persamaan material ohmik, berdasarkan kurva ohmik sebagai berikut:

                                                                      

keterangan : 

V         : Beda potensial (Volt) atau V

I           : Kuat arus (Ampere) atau A

R         : Hambatan (Ohm) atau Ω, dengan R konstan untuk material ohmik.

Banyak fisikawan yang akan mengatakan bahwa ini bukan merupakan hukum, tetapi lebih berupa definisi hambatan. jika kita ingin menyebut sesuatu sebagai hukum Ohm, hal tersebut berupa pernyataan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan V, (I ≈ V) sehingga R konstan, tidak bergantung arus. Tetapi hubungan ini tidak berlaku umum untuk  bahan dan alat lain seperti dioda, transistor, dsb

untuk lebih bisa memahami silahkan eksplore simulasi Phet Simulation berikut:

 

untuk berikutnya silahkan lihat contoh soal terkait hukum Ohm, berikut

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

pembahasan dalam video

 

 

Referensi

5 Modul Terakhir

  • follow us on