Listrik Dinamis

A. Arus Listrik

Arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir melalui penampang penghantar tiap satuan waktu. Besaran ini dilambangkan dengan I dan dinyatakan dalam satuan ampere. Jika besar jumlah muatan yang mengalir q dalam waktu t sekon maka besar arus listrik secara matematis dapat ditulis :

01

Keterangan :

I = kuat arus (A)

q = muatan (C)

t = waktu (s)

Jika terdapat N elektron yang mengalir , total muatan q adalah :

q = N e

Keterangan :

q = muatan listrik (C)

N = jumlah muatan

e = 1,6 x 10-19 / C

Rapat arus listrik didefinisikan sebagai besar arus yang mengalir dalam tiap  satuan luas penampang aliran  dan dilambangkan dengan J. Jika luas penampang aliran adalah A, rapat arus listrik dapat dituliskan dengan :

01

Keterangan :

J = rapat muatan (A/m²)

I = Arus listrik (A)

A = luas penampang penghantar (m²)

Contoh soal arus listrik

  1. Sebuah penghantar tembaga memiliki luas penampang 0.5 mm² di aliri arus listrik 1 A dalam waktu 5 sekon, jika  e = 1,6 x 10-19 / C. Hitunglah :

a. Muatan listrik

b. Jumlah muatan

c. rapat muatan

B. Hambatan dan hambat jenis

  1. Hambatan

Setiap konduktor memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus listrik. Jika kedua penghantar diberi beda potensial yang sama besar pada kedua ujung tiap penghantar , besar arus listrik yang mengalir pada tiap penghantar akan berbeda. Hambatan pada suatu penghantar didefinisikan sebagai perbandingan antaravbeda potensial (V) pada kedua ujung penghantar dengan besar kuat arus  (I)yang melewati pengntar. Atau ditulis dengan persamaan :

01

Keterangan :

R = hambatan (Ω / ohm)

V = tegangan / beda potensial (volt)

I = arus listrik (volt)

2. Hambatan Jenis

Sesuatu yang berhubungan dengan hambatan dan merupakan karakteristik bahan merupakan hambatan jenis bahan. Hambatan jenis bahan ini didefinisikan sebagai perbandingan antara medan listrik E terhadap rapat arus Jdi dalam suatu bahan atau ditulis :

01

sedangkan untuk hambatan jenis dapat ditulis dengan persamaan :

01

keterangan :

R = hambatan sepotong kawat (ohm)

l = panjang penghantar (m)

A = luas penampang (m²)

ρ = hambatan jenis (ohm. m)

Contoh soal hambatan :

2. Sebuah penghantar memiliki luas penampang 0.5 mm² dan panjang nya 10 meter dialiri arus listrik sebesar 2 A dan tegangan 10 volt. Hitunglah berapa besar hambatan dan hambat jenisnya ?.

3. Dua kawat A dan B sejenis, panjang kawat B = 2 kali panjang kawat A sedang luas penampangnya ½ kali luas penampang kawat A. Hitunglah perbandingan tahanan kawat A dan B!

Disamping faktor-faktor diatas, hambat jenis kawat dipengaruhi oleh suhu. Dirumuskan :

01

Dimana:

rt = hambat jenis setelah suhu dinaikkan ( Ωm)

ro = hambat jenis mula-mula ( Ωm)

a  = koefisien suhu ( o C-1 )

∆t = perubahan suhu (o C)

Sehingga hambatan kawat dapat dirumuskan:

01

Dimana:

Rt = hambat jenis setelah suhu dinaikkan (Ωm)

Ro = hambat jenis mula-mula (Ωm)

a = koefisien suhu ( o C-1 )

t = perubahan suhu (o C)

Dari uraian diatas dapat disimpulkan hambatan suatu penghantar bergantung pada:
1. panjang penghantar

2. luas penampang penghantar
3. hambatan jenis penghantar
4. suhu penghantar

4. Diketahui hambatan jenis suatu kawat pada suhu 25 oC sebesar 10-6 Ωm dengan koefisien suhu 0,005/ o C. Maka hambat jenis logam tersebut pada suhu 125 o C adalah…..

Rangkaian Arus Searah

  1. Hukum Kirchoff

Hukum Kirchoff berbunyi :

“Jumlah arus listrik yang memasuki percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang meninggalkan percabangan”.

01

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 1 dapat dituliskan sebagai berikut:

01

l_1 = l_2 + l_3

Keterangan :

ΣImasuk = Jumlah arus masuk

ΣIkeluar = jumlah arus keluar

 

Rangkaian resistor

a. Rangkaian seri

Rangkaian resistor disebut seri apabila beberapa resistor disambung / dirangkai secara berurutan atau berderet. Bentuk rangkaian resistor seri yaitu ujung resistor pertama disambung dengan pangkal resistor kedua dengan pangkal resistor yang lain dan seterusnya sesuai dengan nilai yang diinginkan.

Untuk menghitung hambatan pengganti (Rs) suatu rangkaian resistor yaitu dengan menjumlahkan nilai masing-masing hambatan resistor pada rangkaian tersebut.

Rumus :

01

Keterangan :
Rs = Hambatan pengganti pada rangkaian seri (Ω)
R1 = Nilai hambatan pada resistor 1(Ω)
R2 = Nilai hambatan pada resistor 2(Ω)
R3 = Nilai hambatan pada resistor 3(Ω)
Rn = Nilai hambatan pada resistor paling akhir pada suatu rangkaian (Ω)

Contoh soal :

01

Tiga buah resistor akan dirangkai secara seri, masing-masing nilai resistor tersebut adalah R1 = 10Ω, R2 = 47Ω, R3 = 100Ω. berapakah nilai dari hambatan pengganti rangkaian tersebut?
Diketahui : R1 = 10Ω
R2 = 47Ω
R3 = 100Ω
Ditanya    : Rs = ?
Jawab       :

b. Rangkaian Resistor Paralel (Jajar)

Rangkaian resistor dapat disebut rangkaian paralel apabila beberapa resistor dirangkai secara berjajar. Bentuk rangkaian resistor paralel adalah pangkal resistor pertama disambung dengan pangkal resitor kedua dan seterusnya sesuai dengan nilai yang diinginkan.

Nilai hambatan pengganti (Rp) selalu lebih kecil dari nilai resistor-resistor yang ada pada rangkaian resistor paralel, dapat juga ditulis dengan :

Rumus :

01

Keterangan :
Rp = Nilai hambatan pengganti pada rangkaian paralel (Ω)

Contoh soal :

01

tiga buah resistor akan dirangkai secara paralel, nilai masing-masing resistor tersebut adalah R1 = 10Ω, R2 = 47Ω, R3 = 100Ω, berapakah nilai hambatan pengganti pada rangkaian paralel tersebut?
Diketahui : R1 = 10Ω
R2 = 47Ω
R3 = 100Ω
Ditanya    : Rp = ?
Jawab       :

1. Rangkaian Resistor Seri-paralel
Contoh soal :
01
Berapakah nilai hambatan pengganti pada rangkaian tersebut?
Diketahui : R1 = 10Ω
R2 = 47Ω
R3 = 100Ω
Ditanya    : Rt = ?
Jawab       :

Hukum Kichoff II

Bunyi hukum Kirchhoff 2 adalah sebagai berikut:

“Pada setiap rangkaian tertutup, jumlah beda potensialnya harus sama dengan nol”

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 2 dapat dinyatakan sebagai berikut:

\Sigma IR + \Sigma \epsilon = 0

Contoh Soal 1:

Perhatikan gambar rangkaian tertutup dibawah ini!

contoh soal hukum kirchhoff

Apabila R_1 = 2 \Omega, R_2 = 4 \Omega dan R_3 = 6 \Omega, maka kuat arus yang mangalir pada rangkaian adalah …

Jawaban:

Kita terlebih dahulu tentukan arah arus dan arah loop, dalam hal ini kita akan menentukan arah loop searah dengan arah jarum jam.

arah loop rangkaian kirchhoff 2

Dengan menerapkan hukum Kirchhoff 2, kita akan dapatkan nilai arus listrik sebagai berikut:

\Sigma IR + \Sigma \epsilon = 0

i \cdot R_1 - E_1 + i \cdot R_2 + i \cdot R_3 + E_2 = 0

i (R_1 + R_2 + R_3) + E_2 - E_1 = 0

i (2 \Omega + 4 \Omega + 6 \Omega) + 3V - 9V = 0

12i - 6V = 0

12i = 6V maka i = 0.5 A

Rangkaian Sumber Tegangan

Pada dasarnya, Baterai dapat dirangkai secara Seri maupun Paralel. Tetapi hasil Output dari kedua Rangkaian tersebut akan berbeda. Rangkaian Seri Baterai akan meningkatkan Tegangan (Voltage) Output Baterai sedangkan Current/Arus Listriknya (Ampere) akan tetap sama. Hal ini Berbeda dengan Rangkaian Paralel Baterai yang akan meningkatkan Current/Arus Listrik (Ampere) tetapi Tegangan (Voltage) Outputnya akan tetap sama. Untuk lebih jelas, mari kita melihat Rangkaian Seri dan Paralel Baterai di bawah ini :

01

4 buah Baterai yang masing-masing bertegangan 1,5 Volt dan 1.000 miliampere per jam (mAh) akan menghasilkan 6 Volt Tegangan  tetapi kapasitas arus Listriknya (Current) akan tetap yaitu 1.000 miliampere per jam (mAh).

Vtot = Vbat1 +Vbat2 + Vbat3 + Vbat4
Vtot = 1,5V + 1,5V + 1,5V + 1,5V
Vtot = 6 V

Rangkaian Paralel Baterai

01

Rangkaian Paralel yang terdiri dari 4 buah Baterai. Tegangan yang dihasilkan dari Rangkaian Paralel adalah sama yaitu 1,5 Volt tetapi Current atau kapasitas arus listrik yang dihasilkan adalah 4.000 mAH (miliampere per Jam) yaitu total dari semua kapasitas arus listrik pada Baterai.

Untuk baterai yang dirangkai paralel besarnya baterai keseluruhan sama dengan besarnya masing  masing baterai sedangkan arus  totalnya sama dengan jumlah arus masing  masing baterai

tot = Ibat1 +Ibat2 + Ibat3 + Ibat4
Itot = 1.000mAh + 1.000mAh + 1.000mAh + 1.000mAh
Itot = 4.000mAh

Soal – soal :

  1. Perhatikan gambar berikut :

01

Jika I1 sebesar 2A dan I3 sebesar 4 A berapakah besarnya arus yang mengalir pada I3 ?.

2. tiga buah hambatan yang masing  masing besarnya 10 ohm, 30 ohm dan 60 ohm . Hitunglah besarnya hambatan penggantinya jika dirangkai secara :

a. seri

b. paralel

3. Perhatikan gambar di bawah ini :

01

Jika R1 = 30 ohm, R2 = 20 ohm dan R3 = 50  ohm . Hitunglah besarnya hambatan totalnya.

4.  Perhatikan gambar berikut

01

Jika E1 = 6 volt dan E2 = 12 volt serta besarnya R1 = 2 ohm, R2 = 4 ohm , R3 =6 ohm. Hitunglah besarnya arus yang mengalir pada rangkaian di atas.

5. 3 buah baterai yang besarnya masing  masing 9 volt, 6 volt dan 4,5 volt dihubungkan dengan sebuah beban . berapakah tegangan totalnya jika baterai tersebut dirangkai secara :

a. seri

b. paralel

 

admin