Langsung ke konten utama

Arus listrik

1. Pengertian Arus Listrik

Apabila sebuah penggaris dari plastik digosokkan pada rambut kering, penggaris tersebut mampu menarik potongan-potongan  kertas kecil. ini berarti penggaris tersebut bermuatan listik. Mengapa sebuah benda dapat bermuatan listrik? Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan bermuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Oleh karena elektron bermuatan negatif, benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

Gambar berikut memperlihatkan dua buah bola bermuatan listrik. 




Bola A memiliki jumlah muatan positif lebih banyak daripada bola B. Ketika bola A dan bola B dihubungkan dengan sebuah paku (konduktor), sebagian muatan positif dari bola A akan mengalir melalui paku menuju bola B sehingga dicapai keadaan setimbang, yakni muatan listrik bola A dan B menjadi sama. Bola A dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi daripada bola B. Perbedaan potensial listrik inilah yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif ini 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.




2. Kuat Arus Listrik

Anda telah mengetahui tentang pengertian arus listrik, yaitu aliran muatan listrik positif pada suatu penghantar dari potensial tinggi ke potensial rendah. Agar lebih memahami tentang arus listrik, lakukanlah Kegiatan berikut

Kegiatan  Siswa
A. Tujuan : Anda dapat memahami kuat arus listrik.
B.  Alat dan Bahan
     Tiga buah baterai, 1 buah lampu, kabel, papan kayu, paku payung, dan alas bola lampu.
C.  Langkah Kerja




  1. Rangkailah bola lampu dan sebuah baterai dengan menggunakan kabel di atas papan kayu seperti pada gambar di samping!
  2. Amatilah nyala bola lampu!
  3. Lakukan kegiatan di atas dengan menggunakan 2 baterai dan 3 baterai!
  4. Bandingkan nyala bola lampu!
  5. Apa kesimpulan Anda?

Pada baterai terdapat dua kutub yang potensialnya berbeda. Jika kedua kutub tersebut dihubungkan dengan lampu melalui kabel, maka akan terjadi perpindahan elektron dari kutub negatif ke kutub positif atau terjadi arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif, sehingga lampu dapat menyala.
Selanjutnya, jika baterai yang digunakan dua buah, maka lampu akan menyala lebih terang. Jika baterai yang digunakan tiga buah, maka lampu menyala makin terang. Mengapa demikian? Hal ini disebabkan beda potensial kutub positif dan kutub negatifnya makin besar sehingga muatan-muatan listrik yang mengalir pada penghantar makin banyak atau arus listriknya makin besar. Besarnya arus listrik (disebut kuat arus listrik) sebanding dengan banyaknya muatan listrik yang mengalir. Kuat arus listrik merupakan kecepatan aliran muatan listrik. Dengan demikian, yang dimaksud dengan kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang melalui penampang (A) suatu penghantar setiap satuan waktu. Bila jumlah muatan q melalui penampang penghantar dalam waktu  t, maka kuat arus I secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.



Keterangan:
I : kuat arus listrik (A)
q : muatan listrik yang mengalir (C)
t : waktu yang diperlukan (s)

Berdasarkan persamaan tersebut, dapat disimpulkan bahwa  satu coulomb adalah muatan listrik yang melalui sebuah titik dalam suatu penghantar dengan arus listrik tetap satu ampere dan mengalir selama satu sekon.
Mengingat muatan elektron sebesar -1,6 × 10-19  C, (tanda negatif (-) menunjukkan jenis muatan negatif), maka banyaknya elektron (n) yang menghasilkan muatan 1 coulomb dapat dihitung sebagai berikut.
1 C = n × besar muatan elektron
1 C = n × 1,6 × 10-19 C  atau  1 C = 6,25 × 1018  elektron.

Contoh Soal
Diketahui dalam waktu 1 menit, pada suatu penghantar mengalir muatan sebesar 150 coulomb. Berapa kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut?
Diketahui : t  = 1 menit = 60 s
q = 150 C
Ditanyakan: I  = ... ?
Jawab :


Jadi, kuat arus yang mengalir pada penghantar adalah 2,5 A.

Latihan soal
Muatan listrik sebesar 20 C mengalir pada penampang konduktor selama 5 sekon.
  • Berapakah kuat arus listrik yang melalui konduktor tersebut?
  • Berapakah jumlah elektron yang mengalir pada penampang konduktor tiap sekon, jika diketahui  e = 1,6 × 10–19 C?

3. Mengukur Kuat Arus Listrik

Alat yang dapat digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik adalah amperemeter.





Ampermeter mempunyai hambatan dalam yang lebih kecil dibandingkan dengan hambatan rangkaian ( yang ideal hambatan dalam ampermeter nol ). Ampemeter mempunyai skala penuh atau batas ukur maksimum, sementara kuat arus listrik yang akan diukur melebihi batas ukur maksimum ampermeter.  
Untuk mengukur arus listrik yang lebih besar, dipasang hambatan yang parallel yang disebut hambatan shunt ( Rsh ),  perhatikan gambar 



Misalkan arus maksimum yang terukur ampermeter semula I dan arus maksimum yang terukur setelah dipasang Rshunt adalah Ish, maka besar kenaikan batas ukur dapat dihitung dengan rumus

dengan      
n = pelipatan batas ukur maksimum
I = batas ukur maksimum pada ampermeter
Ish = arus  maksimum yang yang terukur dengan hambatan Rsh

Kuat arus total adalah

Tegangan pada hambatan shunt = tegangan ampermeter

dengan,                      
     Rsh = hambatan parallel yang diperlukan
      RA = hambatan dalam ampermeter

Contoh soal
Sebuah Ampermeter memiliki hambatan 15 Ohm. Saat arus sebesar 4x10-4A, ampermeter menunjukkan skala penuh. Agar ampermeter memberikan skala penuh ketika arusnya 5A, berapakah nilai hambatan shunt?
diketahui
IA = 4x10-4A ;  RA = 15 ohm
I = 5A
ditanya Rsh = ?
Jawab
Ish = I – IA
     =  5 - 4x10-4 
     = 5 (4x10-4  dapat diabaikan)
hambatan shunt
Rsh = ( IA /Ish) RA
      = (4x10-4 / 5). 15
      =  1,2x10-3 Ohm

Pada pengukuran kuat arus listrik, amperemeter disusun seri pada rangkaian listrik sehingga kuat arus yang mengalir melalui amperemeter sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar. Perhatikan Gambar

               
Cara memasang amperemeter pada rangkaian listrik adalah sebagai berikut.
a. Terminal positif amperemeter dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan (baterai).
b. Terminal negatif amperemeter dihubungkan dengan kutub negatif sumber tegangan (baterai).

Jika sakelar pada rangkaian dihubungkan, maka lampu pijar menyala dan jarum pada amperemeter menyimpang dari angka nol. Besar simpangan jarum penunjuk pada amperemeter tersebut  menunjukkan besar kuat arus yang mengalir.
Cara membaca skala  ampermeter adalah sebagai berikut



Jika sakelar dibuka, maka lampu pijar padam dan jarum penunjuk pada amperemeter kembali menunjuk angka nol. Artinya tidak ada aliran listrik pada rangkaian tersebut. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa arus listrik hanya mengalir pada rangkaian tertutup.

Latihan Soal

Pada suatu pengukuran arus listrik didapat data seperti ditunjukkan pada gambar. tentukan hasil pengukuran ampermeter tersebut!

Jawab
I = (1/3) x 0,6 = 0,2 ampere atau I = (0,2/0,6) x 0,6 = 0,2 ampere


4. Sakelar dan Sekering

Sakelar adalah alat yang berfungsi menghubungkan dan memutuskan arus listrik dalam waktu sementara. Dalam rangkaian listrik, sakelar dipasang secara seri. Ketika sakelar bekerja, rangkaian listrik tertutup dan arus listrik mengalir. Ketika sakelar tidak bekerja, maka rangkaian listrik menjadi terbuka, sehingga arus listrik tidak mengalir. Sakelar dalam rangkaian listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu sakelar satu kutub dan  sakelar tukar. Sakelar satu kutub digunakan untuk menyambung atau memutus arus pada satu cabang rangkaian, sedangkan sakelar tukar digunakan untuk menyambung dan memutus arus pada dua cabang rangkaian secara bergantian. Sekering mempunyai fungsi sebagai pemutus arus listrik secara otomatis. Sekering terbuat dari logam bertitik lebur rendah yang berupa kawat halus. Jika arus listrik yang lewat terlalu besar atau melebihi kapasitas, maka kawat ini akan meleleh dan putus sehingga aliran arus listrik akan berhenti. Misalnya, jika terjadi korsleting (hubungan pendek), maka kuat arus akan membesar. Arus yang besar ini dapat memanaskan kawat sekering sampai meleleh dan akhirnya putus.



Sekering tidak hanya dipasang pada instalasi listrik rumah tangga saja, tetapi juga dipasang pada alat-alat listrik yang lain, seperti televisi, komputer, dan radio.




Label:

Postingan populer dari blog ini

Gaya Pemulih pada Pegas

1.   Gaya Pemulih   Gaya pemulih dimiliki oleh setiap benda elastis yang terkena gaya sehingga benda elastis tersebut berubah bentuk. Gaya yang timbul pada benda elastis untuk menarik kembali benda yang melekat padanya disebut gaya pemulih. Akibat gaya pemulih tersebut, benda akan melakukan gerak harmonik sederhana. Dengan demikian, pada benda yang melakukan gerak harmonik sederhana bekerja gaya pemulih yang selalu mengarah pada titik kesetimbangan benda. a. Gaya Pemulih pada Pegas Pegas adalah salah satu contoh benda elastis. Oleh karena sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali ke keadaan setimbangnya mula-mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Perhatikan gambar, anggap mula-mula benda berada pada posisi y = 0 sehingga pegas tidak tertekan atau teregang. Posisi seperti ini dinamakan posisi keseimbangan. Ketika benda ditekan ke bawah (y = –) pegas akan menarik benda ke atas, menuju posisi keseimbangan. Sebal...
Baca selengkapnya

Gaya Ikat Inti

Dua muatan sejenis yang berdekatan akan mendapat gaya tolak listrik (gaya elektrostatis).    Bagaimana halnya dengan inti atom? Walaupun antara proton dan netron ada gaya tarik gravitasi tetapi gaya ini cukup kecil dibanding gaya tolak elektrostatis. Jika tidak ada gaya lain pastilah inti atom akan bercerai-berai. Gaya lain inilah yang kemudian dikenal dengan nama  gaya ikat inti  dan menimbulkan  energi ikat inti . Gaya inti akan tolak-menolak pada jarak yang lebih pendek dari jarak tertentu, hal ini agar nukleon dalam inti tidak menyatu. Mungkin kita dapat mengilustrasikan gaya inti ini sebagai dua buah bola yang dihubungkan dengan sebuah pegas. Pada jarak yang sangat dekat, kedua bola akan saling menolak, tetapi pada jarak yang jauh kedua bola akan saling menarik.   Energi ikat inti ini berasal dari massa yang hilang.  Adanya gaya ikat inti dan energi ikat inti ini dibuktikan pada kenyataan bahwa massa inti atom ...
Baca selengkapnya

Reaksi Inti

Reaksi inti merupakan peristiwa   perubahan suatu inti atom sehingga berubah menjadi inti atom lain dengan diserta munculnya energi yang sangat besar. Dalam reaksi inti juga berlaku hukum-hukum Fisika seperti yang terjadi pada peristiwa-peristiwa Fisika yang lainnya antara lain berlaku : kekekalan momentum, hukum kekekalan energi, hukum kekekalan nomor atom, dan hukum kekekalan nomor massa. Sehingga momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti sebelum reaksi dan sesudah reaksi harus sama. hukum kekekalan nomor atom Dari penjelasan di atas maka pada suatu reaksi inti akan memiliki jumlah nomor atom dan nomor massa sebelum dan sesudah reaksi sama besar. Perhatikan contoh   berikut. CONTOH Sebuah partikel a ditembakkan pada inti 7 N 14 . Jika setelah penembakan sebuah proton dapat dibebaskan maka inti apakah yang akan terbentuk! Latihan: Inti atom 7 N 14 ditembaki dengan partikel alfa, sehingga mel...
Baca selengkapnya