FISIKA DASAR ARUS LISTRIK

(1)

FISIKA DASAR

ARUS LISTRIK

Karawang, 1 Januari 2023 Team Teaching:

Dr. Ir. Ridwan Rachmat, Magr Weni Tri Sasmi, M.Pd

FAKULTAS TEKNIK PRODI TEKNIK INDUSTRI

(2)

Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar per satuan waktu.

(3)

Secara matematis dinyatakan sebagai :

I= Kuat arus listrik (Coulomb / detik atau Ampere)

Q= muatan listrik ( Coulomb )

t = waktu ( detik )

(4)

Arus listrik di dalam suatu rangkaian hanya dapat mengalir di dalam suatu rangkaian

tertutup.

(5)

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

ke potensial rendah ( kutub - ).

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

Potensial tinggi

Potensial rendah Arus lis

Alir trik

an elektron

tegangan (beda p

otensial)

(6)

Mengukur kuat arus listrik

 Alat untuk mengukur kuat arus listrik adalah amperemeter atau ammeter.

 Amperemeter disusun seri dengan komponen yang akan diukur kuat arusnya.

(7)

Rapat arus j didefenisikan sebagai arus yang mengalir persatuan luas

Hubungan kecepatan hanyut muatan v dengan medan listrik E

dengan  adalah mobilitas pembawa muatan bebas

� = �

�

(8)

Contoh 1:

Pada sebuah kawat tembaga yang berdiameter 0,254 cm

mengalir arus sebesar 10 A. Bila diketahui rapat elektron di

dalam tembaga tersebut 8 x 10

²⁸

/m

²

. Tentukanlah rapat arus

dalam kawat tembaga tersebut.

(9)

Konduktivitas, Resistivitas, dan

Hukum OHM

(10)

Ukuran kemampuan menghantar listrik suatu bahan ditentukan oleh nilai konduktivitas  bahan yang didefenisikan sebagai berikut:

konduktivitas bahan (m)^-1 atau (S/

J = rapat arus

N = jumlah muatan Q = besar muatan (C)

mobilitas pembawa muatan

(11)

Contoh 2:

Diketahui suatu semikonduktor memiliki konduktivitas 6,24 x 10^-4 (m)^-1. Jumlah pembawa muatannya adalah 10¹² buah. Tentukanlah mobilitas pembawa muatan tersebut (Q= 0,16 X 10^-18)

(12)

Konduktivitas listrik/bahan

Adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk

menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah

konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan

berpindah menghasilkan arus listrik.

(13)

i V

Pada suhu konstan Hukum Ohm dapat dinyatakan sebagai berikut:

1. konduktivitas  konstan 2. resistivitas  konstan,

3. Grafik (samping atas) memperlihatkan hubungan linier antra E dan j

4. hambatan R = konstan, R didefenisikan sebagai V/I

5. Grafik (samping) bawah menyatakan hubungan linier antara V dan i.

Hukum Ohm

j E

(14)

• Muatan listrik dapat mengalir dari satu tempat ke tempat lain karena adanya beda potensial.

• Tempat yang memiliki potensial tinggi melepaskan muatan ke tempat yang memiliki potensial rendah.

• Besarnya arus yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara dua tempat, atau I  V

Hukum OHM

V : beda potensial antara dua titik dengan satuan volt,

R : tahanan listrik antara dua titik dengan satuan Ohm dan disingkat Ω I : arus dengan satuan Amper

Simbol hambatan Listrik

(15)

Contoh 3:

Titik A memiliki potensial lebih tinggi dari titik B dengan perbedaan potensial 2 V. Jika hambatan listrik antara titik A dan B adalah 100 Ω, (a) berapa arus yang mengalir melalui hambatan dan ke mana arahnya? (b) berapa besar muatan yang mengalir selama 5 s?

A B

(16)

Gaya Gerak Listrik

• Perbedaan potensial Listrik pada titik yang berbeda dalam suatu rangkaian terjadi jika dalam rangkaian dipasang sumber potensial listrik yang dikenal juga dengan ggl (gaya gerak listrik)

• Contoh ggl adalah baterei, aki, dynamo, sel surya, dan lain-lain.

• GGL memiliki dua terminal atau kutub yang memiliki potensial yang berbeda.

• Kutub ggl yang potensialnya lebih tinggi sering disebut kutub positif dan kutub yang potensialnya lebih rendah disebut kutub negatif.

Simbol GGL

(17)

Contoh

Jika beda potensial antara dua kutub ggl adalah , maka besar arus yang mengalir

(18)

Hambatan Listrik

Benda yang tidak dapat dialiri arus listrik dinamakan isolator. Sebaliknya, Material yang mudah dialiri arus listrik dinamakan Konduktor.

Hubungan antara tahanan listrik yang dimiliki bahan dengan ukuran bahan memenuhi

(19)

(20)

Contoh 4:

Misalkan sebuah tape stereo dihubungkan dengan speaker yang

lokasinya cukup jauh. Jika Masing-masing kawat panjangnya 20

meter dan kawat tersebut terbuat dari tembaga, berapakah diameter

kawat agar hambatannya 0,1 Ω?

(21)

Semua material memiliki tahanan listrik, besi, kayu, batu, karet dan lain-lain memiliki tahanan listrik,

namun tahanan listrik yang dimiliki batu, kayu kering,

karet dan lain2 sangat besar sehingga begitu diberi

beda potensial antar dua ujungnya hampir tidak ada

arus yang mengalir.

(22)

Tahanan Komersial

Cara membaca nilai hambatan pada suatu resistor

(23)

(24)

Contoh:

Sebuah hambatan memiliki tiga gelang.

Gelang pertama berwarna orange, gelang kedua hijau, dan gelang ketiga merah.

Berapakah nilai hambatannya? Berapakah

toleransinya?

(25)

Rangkaian Hambatan 1. Rangkaian Seri

�

_��

= � . �

_�

(26)

2. Rangkaian Paralel

(27)

Arus Pada Percabangan

Jika pada suatu percabangan dalam rangkaian listrik, pada sebagian cabang arus mengalir masuk dan pada sebagian cabang yang lain arus mengalir keluar maka terpenuhi aturan

Jumlah arus masuk = jumlah arus keluar Hukum Kirchoff I

(28)

Next : Fluida statis dan dinamis