BAB I PENDAHULUAN
E. Tujuan Penelitian
9. Materi Pembelajaran Listrik Dinamis
Arus lsitrik merupakan muatan listrik (elektron) yang disebabkan oleh adanya perbedaan nilai potensial. Peralatan listrik yang mampu menghasilkan perbedaan nilai potensial pada kutub-kutubnya disebut sebagai sumber arus listrik. Arus listrik hanya mengalir ketika berada pada rangkaian tertutup dan ter beda potensial. Besaran yang menyatakan banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu penghantar setiap detik disebut kuat arus listrik yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
i = t q
Dalam hal ini i adalah kuat arus listrik dalam satuan ampere, q adalah muatan listrik dalam satuan coulomb, dan t adalah waktu dalam satuan detik. Besar arus yang mengalir pada suatu penghantar diukur menggunakan amperemeter. Cara pemasangan amperemeter adalah secara seri seperti pada gambar 2.4.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
V1 4.5
A
+
0A
Gambar 2.1 Cara pemasangan amperemeter
Beda potensial atau tegangan listrik merupakan kemampuan untuk memindahkan muatan lsitrik. Beda potensial sebanding dengan energi yang digunakan untuk memindahkan muatan dan berbanding terbalik dengan besar muatan yang dipindahkan. Secara matematis beda potensial dinyatakan dalam persamaan berikut:
V =
q W
V adalah beda potensial listrik dalam satuan volt, dan W adalah energi listrik dalam satuan joule.
Beda potensial diukur menggunakan voltmeter. Pemasangan voltmeter yang benar adalah secara paralel seperti pada gambar 2.2.
V1 4,5
V
+
4,5V
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
b. Hukum Ohm
Hukum Ohm menyatakn bahwa besar arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial pada ujung penghantar tersebut dengan ketentuan suhu tidak berubah. Hukum Ohm dinyatakan sebagai berikut:
V = iR
dengan R adalah hambatan penghantar dalam satuan ohm.
Garfik hubungan antara kuat arus (i) dan beda potensial (V) ditampilkan dalam gambar berikut:
20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 Kuat arus listrik
Gambar 2.3 Grafik hubungan kuat arus dan beda potensial listrik
Dari gambar tersebut terlihat bahwa perbandingan antara beda potensial dengan arus listrik pada tiap titik akan menghasilkan nilai yang sama, hal ini menunjukkan bahwa hambatan listrik yang dimiliki sebuah penghantar selalu bernilai tetap (konstan), hambatan yang dimiliki penghantar dipengaruhi oleh panjang penghantar (l), luas penampang (A), hambat jenis penghantar (ρ).
Besar hambatan sebanding dengan panjang dan hambat jenis penghantar dan berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar dan dinyatakan dengan:
B eda P ot ens ia l
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id R = A l r
Besar hambat jenis hanya dipengaruhi oleh jenis bahan penghantar, tidak dipengaruhi oleh panjang maupun luas penampang penghantar. Nilai hambat jenis beber bahan penghantar disajikan dalam tabel 2.3.
Tabel 2.2 Nilai hambat jenis beber bahan penghantar
No Nama Zat Hambat Jenis (ohm Meter)
1 Perak 1,59 x 10-8 2 Tembaga 1,67 x 10-8 3 Emas 2,35 x 10-8 4 Alumunium 2,65 x 10-8 5 Tungsten 5,40 x 10-8 6 Besi 9,71 x 10-8 7 Timbal 21,00 x 10-8 (Bob Foster, 2004)
c. Rangkaian Listrik Sederhana
Rangkaian listrik sederhana merupakan rangkaian yang hanya terdiri dari sebuah sumber tegangan dan sebuah resistor. Pada pembahasan ini hanya dibatasi pada rangkaian terbuka dan rangkaian tertutup.
Rangkaian terbuka adalah suatu rangkaian yang ujung-ujungnya merupakan titi-titik bebas dan tidak bersambungan, seperti pada contoh gambar berikut:
R1 100.0
Gambar 2.4 Rangkaian terbuka
Dari gambar 2.4 terlihat kutub positif baterai dan kaki kanan resistor merupakan titik bebas dan tidak bersambungan dengan komponen lain. Persamaan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
VAB = ε – iR
Dengan VAB adalah beda potensial pada ujung resistor dan ε adalah gaya
gerak listrik. Sesuai dengan gambar 2.7 karena ujung rangkaian dalam keadaan bebas, maka tidak ada arus listrik yang mengalir, akibatnya beda potensial pada ujung AB (VAB) sama besar dengan beda potensial dari baterai, sehingga dituliskan:
VAB = ε – iR,
karena i = 0, maka VAB = ε.
Rangkaian tertutup adalah rangkaian yang membentuk lintasan tertutup sehingga ada aliran arus listrik, seperti yang terlihat dalam gambar berikut ini:
V1 1.5 R1 100.0
Gambar 2.5 Rangkaian tertutup
Gambar tersebut memperlihatkan skema dari rangkaian tertutup dengan gaya gerak listrik 1,5 Volt yang dihubungkan pada kaki resistor 100 ohm dengan ujung AB. Beda potensial pada ujung resistor (VAB) dituliskan:
VAB = ε – ir , sehingga di
i = r R+
e
r adalah hambatan dalam baterai dengan satuan ohm. d. Rangkaian Listrik Majemuk
Hukum I Kirchoff menjelaskan bahwa pada rangkaian tertutup berlaku hukum kekekalan muatan. Bunyi hukum I Kirchoff adalah besar arus listrik yang masuk pada
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
percabangan sama besar dengan besar arus yang keluar meninggalkan percabangan tersebut. Hukum I Kirchoff dinyatakan dalam persamaan berikut:
S i masuk = S i keluar
Hukum II Kirchoff merupakan akibat dari hukum kekekalan energi pada rangkaian tertutup. V1 4,5 A + A + A + R1 R2 R3 A + R4 1,0 3,38A 1,13A 1,13A 1,13A
Gambar 2.6 Rangkaian Listrik Majemuk
Pada gambar di atas berlaku hokum II Kirchoff, sehingga:
Ε = iR + ir i =
r R+
e
e. Rangkaian Seri dan parallel
Rangkaian seri dikenal sebagai rangkaian tidak bercabang, arus listrik yang mengalir dimana-mana sama besar. Pada gambar 2.7, arus yang melalui R1, R2, dan
R3 sama besar, sedangkan beda potensial pada ujung rangkaian seri merupakan
jumlah beda potensial dari ujung-ujung tiap hambatan.
R1 100.0 R2 120.0 R3 140.0
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Jadi pada rangkaian hambatan seri berlaku: i = i1 = i2 = i3 = ……
V = V1 + V2 + V3 + ……
Berdasar pada persamaan di atas, jika V dinyatakan dalam iR , maka akan diperoleh:
iRs = iR1 + iR2 + iR3 + ……
iRs = i (R1 + R2 + R3 + ……)
Rs = R1 + R2 + R3 + ……
Rs adalah hambatan pengganti rangkaian seri yang besarnya merupakan
jumlah dari nilai tiap-tiap hambatan yang dirangkai.
Rangkaian paralel atau yang dikenal dengan rangkaian bercabang merupakan rangkaian dengan beda potensial pada ujung tiap hambatan yang dirangkai sama besar. Sesuai dengan hukum Kirchoff I, pada rangkaian paralel berlaku besar arus listrik yang masuk percabangan sama besar dengan besar arus yang meninggalkan percabangan tersebut. R1 R2 R3 V1 4,5
Gambar 2.8 Rangkaian Paralel
Secara matematis dituliskan: V = V1 = V2 = V3 = ……
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
Jika i dinyatakan dalam V/R, maka diperoleh hambatan pengganti paralel (Rp)
yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
... 3 2 1 + + + = R V R V R V R V p ÷÷ ø ö çç è æ + + + = 1 1 1 ... 3 2 1 R R R V R V p ... 1 1 1 1 3 2 1 + + + = R R R Rp
