Fisika: Arus Listrik

1

Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang

mengalir dalam suatu penghantar per satuan waktu.

Secara matematis dinyatakan sebagai : Secara matematis dinyatakan sebagai :

t I  Q

I= Kuat arus listrik (Coulomb / detik atau ampere(A)

Q= muatan listrik ( Coulomb )

t= waktu ( detik )

Arus listrik di dalam suatu rangkaian hanya Arus listrik di dalam suatu rangkaian hanya

dapat mengalir di dalam suatu rangkaian dapat mengalir di dalam suatu rangkaian

tertutup.

tertutup.

Diagram Rangkaian

Diagram Rangkaian

Arah arus listrik (sesuai konvensi) dari potensial tinggi (kutub + ) rendah ( kutub - ).

Arah aliran elektron dari potensial rendah (kutub - ) ke potensial tinggi ( kutub + ).

Potensial tinggi

Potensia l rendah Arus lis

Alir trik

an elektron

tegangan (beda p

otensial)

bila sebatang kawat tembaga kedua ujungnya

dihubungkan dengan baterei atau aki maka pada kawat timbul arus?

Aki/ baterei : mengubah energi kimia menjadi energi listrik ( sumber gaya gerak

listrik ε )

6

Bagaimana terjadinya arus listrik?

I

Aki/baterei

+ -

soal

ε

V_A V_B

7

• ΔV E= ΔV / d muatan listrik akan bergerak arus listrik I =Q/t

+ - - + - + - + - - + -

V_B

E E

+

- F

F Q

Q

F = Q E

Jawabannya :

V_A

8

Hambatan listrik dan Hukum Ohm

L

A

V_A R V_B

ρ = hambatan jenis (sangat

dipengaruhi temperatur)

I

• Sambungan hambatan Seri

- R

_total

= R

₁

+ R

₂

- I

₁

= I

₂

= I

_s

- V

₁

+ V

₂

= V

_s

= ε Paralel

- 1/R

_tot

= 1/R

₁

+ 1/R

2

- V

₁

= V

₂

= V

_s

= ε

- I

₁

+ I

₂

= I

_s

9

R₁ R₂

ε

R₁

R₂

ε I₁

I₂

I_s

V₁ V₂

I₁ I₂

I_s

V₁

V₂

• Daya listrik (P)

(yang didisipasikan segmen penghantar R)

P

_R

= V I =I

²

R = V

²

/R ( watt)

- Daya keluaran dari sumber gaya gerak listrik

P

_ε

= ε I (watt)

Pada gambar diatas P

_R

= P

_ε

( dengan syarat hambatan dalam

sumber diabaikan )

10

R

ε

A B

Hukum Kirchoff (I) ∑ I = 0

(II) ∑ ε - ∑ IR = 0

contoh penggunaan gabungan kedua pers diatas

11

ε₁

R₁ R₂ R₃

ε₂

I

₁

I

₂

Dari rangkaian diatas tentukan arus yang melewati masing masing hambatan

Penyelesaian

pilihlah arah arus pada masing masing loop I

₁

dan I

₂

spt di gbr

loop I : ∑ ε - ∑ I R =0

– ε

₁

– ε

₂

– I

₁

R

₁

– ( I

₁

+ I

₂

) R

₂

= 0 (1) loop II : – ε

₂

– ( I

₂

+ I

₁

) R

₂

– I

₂

R

₃

= 0 (2)

Dari kedua pers di atas dapat dicari I

₁

dan I

₂

jadi arus lewat R

₁

= I

₁

, R

₃

= I

₂

dan R

₂

= I

₁

+ I

₂

12

13

S

ε

C

R

Cε

t

Q I

t

14

Q_o

t ζ

I_o

t

Q I

15

Sebuah speaker terletak jauh dari recorder sehingga membutuhkan kabel yang panjangnya 20 meter. Bila resistivitas kabel tembaga tersebut adalah 1,68.10^-8 ohmmeter,berapakah diameter kabel agar didapat tahanan

R = 0,10 ohm ?

Jika arus yang lewat kabel itu adalah 4 A, berapakah penurunan tegangan karena kabel tersebut ?

Tahanan R =

A

 L

1 , 0

20 ) 10 . 68 , 1 ( R

A L

8

 



= 3,4.10

^-6

m

²

=  r

²

= d

²

/4

 

 4 A d

Diameter kabel = 2,1 mm

Penurunan tegangan V = I R = 4 ( 0,1 ) = 0,4 volt

Soal 1

16

i

R R

i _total

R

?

R

?

LEBIH TERANG LEBIH TERANG

SERI :

R _total = R + R = 2 R

Daya P = i² R =

 



 



 . R R

2 V

²

PARALEL :

R 2 R

1 R

1 R

1

tot







2

R

_tot

 R

i _tot =

R V 2 2

R

V 

i _atas = i _bawah =

R V

Daya P = i² R =

R V

²

R

V 3

2

• P paralel > P seri

• Lampu paralel lebih terang

• Paralel : satu lampu mati, lampu lain tetap menyala

• Seri : satu lampu mati, semua mati

Soal 2

17

A, R

C, R

B, R S

Jika saklar S ditutup,

bagaimana terangnya lampu A dan B dibandingkan lampu C ?

S tertutup

R 2 R

1 R

1 R

1

B A

AB







2

R

_AB

 R

R _tot = R _C + R _AB = R +

R 2 3 2

R 

ⁱC =

R 3

V 2 2 R

3

V 

R 9

V R 4

R . 9

V R 4

i P

2 2

2 2 C

C

  

R_A= R_B, sehingga i_A = i_B = ½ i_C

R 3

 V

B 2

2 2 2

A

A

P

R 9 R V

R 9 R V

i

P    

P

_C

>P

_A

dan P

_B

C lebih terang dari A dan B

Soal 3

18

A, R

C, R

B, R S

Apa yang terjadi bila Saklar S dibuka ?

S dibuka

Arus hanya lewat C dan B

R

_tot

= R

_C

+ R

_B

= 2 R

R 2 i V

i

_C



_B



R 4 R V

R . 4 R V

i P

P

2 2

2 2

B

C

   

• P

_C

< P

_C

ketika S ditutup, tetapi

• P

_B

> P

_B

ketika S ditutup

Soal 4

19

Pada sebuah setrika listrik tercantum 400 watt, 220 volt.

Berapa panas yang dihasilkan setrika tersebut dalam waktu 1 jam, bila setrika itu dipasang pada tegangan :

a. 220 volt b. 110 volt

Setrika 400 watt, 220 volt, berarti

   121  400

) 220 (

P R V

2 2

Bila dipasang pada 220 volt, maka

A

121 220 R

I  V 

Maka panas yang terjadi dalam 1 jam:

 



 



  . 121 . 1 x 3600 121

Rt 220 I

2

2

1.440.000 joule

Bila dipasang pada 110 volt, maka panas yang terjadi :

  ^{. 121 . 3600}

121 Rt 110

R Rt V

I

2 2

2





 



 

 

 



  

 = 360.000 joule

Soal 5