Posts Tagged ‘ arus listrik ’

Listri Dinamis 3 (Rangkaian Listrik Seri-paralel)


Setelah mengetahui tiga besaran serta salah satu hukum yang pokok dalam listrik dinamis, kali ini akan dibahas mengenai hubungan komponen-komponen listrik dalam suatu susunan rangkaian listrik.

Rangkaian Listrik Sederhana

Rangkaian listrik merupakan suatu lintasan yang dapat diairi oleh muatan listrik (arus). Suatu rangkaian listrik umumnya terdiri dari banyak komponen listrik. Komponen-komponen listrik tersebut terdiri dari komponen pen-supply energi listrik (seperti batterai) dan komponen pengguna energi listrik (seperti bola lampu –resistor). Arus listrik akan mengalir dalam suatu rangkaian yang setidaknya :

  1.  memiliki sumber tegangan untuk membuat arus mengalir,
  2.  memiliki komponen pengguna energi yang di-supply sumber tegangan, dan
  3.  merupakan rangkaian tertutup.

rangkaian tertutup

Gambar di atas merupakan contoh untuk sebuah rangkaian listrik sederhana. Pada gambar tersebut komponen pen-supply energi adalah baterai, sementara bola lampu bertindak sebagai komponen pengguna energi, dan rangkaian tersebut tertutup, sehingga arus dapat mengalir.

Pertanyaannya, apakah bila tidak ada bola lampu arus tidak akan mengalir? Dalam syarat yang ke-2 dikatakan harus terdapat suatu komponen yang menggunakan energi listrik yang disokong oleh sumber tegangan. Hal tersebut dikarenakan agar kedua ujung penghantar listrik memiliki potensial yang berbeda sehingga arus dapat terus mengalir. Namun, tanpa bola lampu pun arus listrik dapat mengalir, karena dalam penghantar listrik pun memiliki hambatan. Sehingga sebenarnya kawat penghantar pun bertindak sebagai komponen pengguna energi listrik.

Rangkaian Hambatan Seri

Komponen-komponen listrik dinyatakan dirangkai secara seri pada saat komponen-komponen tersebut dihubungkan secara berturutan dalam satu jalur rangkaian. Karakteristik dari rangkaian seri yaitu :

  1. Arus listrik hanya memiliki satu jalur untuk mengalir. Hal ini berarti arus listrik yang mengalir pada tiap komponen listrik dalam rangkaian seri memiliki besar yang sama.
  2. Arus listrik yang mengalir dihambat oleh hambatan pertama, setelah melewati hambatan pertama, arus yang sama dihambat oleh hambatan kedua, hambatan ketiga, dan seterusnya. Sehingga Hambatan total pada rangkaian seri merupakan jumlah dari tiap hambatan sepanjang rangkaian listrik.
  3. Energi listrik yang diberikan sumber tegangan untuk membuat arus mengalir, didisipasi oleh tiap hambatan pada rangkaian. Hal ini berarti jumlah tegangan pada tiap komponen listrik pada rangkaian seri sama dengan tegangan pada sumber tegangan.
  4. Karena hambatan total pada rangkaian seri merupakan jumlah dari tiap hambatan pada rangkaian, maka rangkaian seri biasanya ditujukan untuk memperbesar hambatan pada rangkaian.

A4seriesRangkaian Hambatan Paralel

Apabila komponen-komponen listrik dihubungkan pada dua titik yang sama dalam rangkaian listrik, maka dapat dinyatakan bahwa komponen-komponen listrik tersebut dirangkai secara paralel. Karakteristik dari rangkaian paralel yaitu :

  1. Tiap komponen terhubung pada dua titik yang sama dalam rangkaian. Sehingga tegangan tiap hambatan memiliki besar yang sama.
  2. Arus total dalam rangkaian terbagi pada cabang-cabang paralel dengan jumlah arus yang mengalir pada tiap cabang sama dengan arus total pada rangkaian.
  3. Tegangan pada hambatan dalam tiap cabang paralel besarnya sama, namun arus yang mengalir pada tiap cabang berbeda. Sehingga besarnya arus pada tiap cabang berbanding terbalik dengan besarnya hambatan pada cabang tersebut.
  4. Penambahan jumlah cabang paralel menyebabkan hambatan total semakin kecil, sehingga rangkaian paralel ditujukan untuk memperkecil hambatan.

parallelCircuit3

2013
05/08
CATEGORY
Physics
TAGS






Leave a comment

Listrik Dinamis 2 (Hukum Ohm)


Sebelumnya, kita telah mengenal tiga besaran yang menjadi kunci dalam pembelajaran listrik dinamis, yaitu : tegangan (beda potensial), arus listrik, dan hambatan. Kali ini kita akan mempelajari hubungan antara ketiga besaran tersebut. Bagaimana pengaruh perubahan suatu besaran terhadap besaran-besaran lainnya? apa yang terjadi pada arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar listrik dengan hambatan tertentu, jika tegangan antara ujung-ujung pengahantarnya diperbesar?  Bagaimana jika arus listrik yang mengalirnya diperkecil? dan sebagainya. Hubungan ketiga besaran tersebut terangkum dalam hukum Ohm.

Hukum Ohm

Hukum ini diberi nama dari Fisikawan Jerman George Ohm. Pernyataan hukum ini awalnya terdapat dalam sebuah risalah yang diterbitkan pada tahun 1827. Dalam risalah tersebut dijelaskan pengukuran tegangan dan arus melalui rangkaian listrik sederhana yang berisi berbagai panjang kawat.

Secara umum, hukum Ohm dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada suatu rangkaian dengan kawat penghantar tertentu jika dilakukan pengukuran arus listrik untuk tegangan yang dibuat bervariasi, maka didapat hubungan grafik antara arus dan tegangan sebagai berikut.

hubungan V-I pada suatu penghantar listrik dengan hambatan tertentu

Pada gambar di atas, terlihat bahwa grafik yang diperoleh merupakan grafik linear. Sehingga dapat disimpulkan bahwa hubungan antara tegangan dan arus pun linear. Artinya semakin besar tegangan antara kedua ujung pada rangkaian, maka arus yang mengalir pada rangkaian tersebut pun semakin besar.

Kemiringan grafik V-I (perbandingan antara V-I untuk setiap nilai yang diperoleh) merupakan nilai suatu konstanta yang sama dengan nilai hambatan kawat penghantar yang digunakan. Sehingga dapat diperoleh hubungan antara ketiganya :

 V / I = R atau V = I. R

Hubungan antara ketiaga besaran dalam suatu rangkaian listrik sederhana

Hubungan antara ketiaga besaran dalam suatu rangkaian listrik sederhana

 

 

2013
04/21
CATEGORY
Physics
TAGS






Leave a comment

Listrik Dinamis


Aliran Muatan

Pada saat ujung suatu konduktor bersentuhan dengan ujung konduktor lain yang suhunya berbeda, maka kalor akan merambat dari konduktor dengan suhu lebih tinggi menuju konduktor yang bersuhu lebih rendah. Aliran kalor akan menyebabkan konduktor dengan suhu lebih tinggi berkurang suhunya, sebaliknya konduktor dengan suhu lebih rendah menjadi meningkat suhunya. Aliran kalor akan terhenti pada saat kedua ujung konduktor yang bersentuhan mencapai suhu yang sama. Identik dengan hal tersebut, saat ujung-ujung penghantar listrik memiliki potensial yang berbeda, muatan akan mengalir  dari ujung penghantar dengan potensial yang lebih tinggi menuju ujung penghantar dengan potensial lebih rendah. Aliran muatan terhenti pada saat kedua ujung mencapai potensial yang sama. Tanpa adanya beda potensial antara ujung-ujung penghantar, muatan tidak akan mengalir pada penghantar tersebut.

Untuk menjaga aliran muatan secara terus menerus pada suatu penghantar, diperlukan suatu susunan komponen-komponen listrik untuk menjaga agar selalu terdapat beda potensial pada penghantar. Keadaan tersebut analog dengan keadaan aliran air yang mengalir dari tempat (reservoir) yang lebih tinggi menuju reservoir yang lebih rendah. Air akan mengalir pada pipa yang menghubungkan kedua reservoir selama terdapat perbedaan ketinggian antara kedua reservoir. Namun demikian aliran air akan terhenti saat ktinggian air pada kedua reservoir sama. Aliran secara terus menerus dapat terjadi jika beda ketinggian air di antara kedua reservoir tetap dijaga. Penjagaan adanya beda ketinggian air di antara kedua reservoir tersebut dapat terjadi salah satunya dengan menghadirkan suatu pompa air.

Arus Listrik

Jika arus air adalah aliran molekul-molekul H2O, maka arus listrik merupakan aliran muatan listrik. Pada rangkaian listrik yang berupa kawat penghantar, aliran muatan disusun atas elektron-elektron. Hal ini dikarenakan satu atau lebih elektron pada atom logam dapat bergerak dengan bebas melalui kisi. Elektron-elektron pembawa muatan tersebut disebut sebagai elektron konduksi. Sedangkan proton dalam atom logam tidak dapat bergerak dikarenakan terikat dalam inti atom. Sementara dalam fluida, aliran muatan listrik disusun oleh ion-ion positif.

Arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran muatan listrik. Secara matematis :

I = Q/t

Satuan dari arus adalah ampere. Satu ampere didefinisikan sebagai aliran muatan sebanyak 1 coulomb dalam tiap detik.

1 ampere = 1 coulomb / 1 detik = 1 C/s

Kita tahu bahwa, muatan 1 elektron (e) adalah 1,602 ×10-19 C, maka banyaknya elektron yang menyusun muatan sebesar 1 Coulomb adalah :

Q = ne

n = Q / e = 1 C / 1,602 ×10-19 C = 6,24×1018 elektron

Sehigga, dapat disimpulkan bahwa, 1 Ampere adalah aliran sebanyak 6,24×1018 elektron yang bergerak melewati suatu penampang dalam waktu 1 detik.

Perlu dicatat bahwa suatu kawat penghantar arus listrik tidaklah bermuatan listrik. Kawat penghantar tersebut adalah netral. Jumlah elektron pada kawat penghantar sama dengan jumlah protonnya. Baik pada saat kawat menghantarkan arus listrik atau tidak, muatan total pada kawat tetap nol.

Sumber Tegangan

Muatan tidak dapat mengalir dengan sedirinya. Agar arus listrik dapat mengalir secara terus menerus, dibutuhkan suatu “alat pemompa” yang sesuai untuk menghadirkan beda potensial pada rangkaian.  “Pompa listrik” yang dibutuhkan untuk arus listrik dapat mengalir secara terus menerus tersebut dinamakan sebagai sumber tegangan.

aliran arus listrik

Pada rangkaian listrik, arus mengalir dari ujung penghantar dengan potensial tinggi menuju ujung penghantar deengan potensial rendah. Setelah sampai pada ujung yang berpotensial rendah, arus tidak dapat dengan sendirinya mengalir menuju potensial tinggi. Diperlukan suatu usaha luar untuk memindahkan muatan dari potensial rendah menuju potensial tinggi sehingga arus listrik dapat mengalir secara terus menerus. Usaha luar tersebut dilakukan oleh suatu pemompa muatan yang kita bicerakan di atas, yaitu suatu sumber tegangan.

Baterai dan generator merupakan contoh dari sumber tegangan. Baik baterai maupun generator bekerja menarik muatan listrik dari ujung penghantar yang berpotensial rendah menuju ujung penghantar berpotensial tinggi. Pada baterai usaha pengankutan muatan dari potensial rendah menuju potensial tinggi dilakukan dengan menggunakan energi kimia unsur-unsur pada baterai (seperti Zinc atau Timah), sementara pada generator pemindahan muatan dilakukan dengan cara induksi elektromagnetik.

Satuan dari tegangan listrik adalah volt. Satu volt adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh komponen sumber tegangan (baterai atau generator) sebesar 1 joule untuk memindahkan muatan sebanyak 1 coulomb.

Hambatan Listrik

Sumber tegangan adalah penggerak utama arus listrik dalam rangkaian listrik. Banyaknya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik tidak hanya dipengaruhi oleh besarnya tegangan, akan tetapi dipengaruhi pula oleh hambatan listrik yang terdapat pada penghantar. Pertanyaannya, kenapa penghatar dapat menghambat aliran dari arus listrik?

Gerak muatan listrik dari potensial tinggi menuju potensial rendah dalam rangkaian tidaklah secara lurus dan langsung, akan tetapi muatan listrik bergerak zigzag dalam penghantar. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya tumbukan antara muatan-muatan yang bergerak dengan atom-atom yang menyusun penghantar. Tumbukan-tumbukan yang terjadi tentu membuat aliran arus menjadi terhambat.

Besarnya hambatan suatu penghantar bergantung pada beberapa faktor berikut :

  •  Luas penampang penghantar, semakin besar luas penampang suatu penghantar, muatan yang dapat melewati luasan penampang tersebut akan semakin banyak dalam selang waktu tertentu. Sebaliknya semakin kecil luas penampang suatu penghantar, semakin kecil jumlah muatan yang dapat melewati luasan tersebut dalam selang waktu yang sama. Karena itu hambatan suatu penghantar semakin besar saat luas penampangnya semakin kecil.
  • Panjang kawat, semakin panjang suatu penghantar semakin banyak jumlah atom-atom penyusun penghantar yang harus dihadapi aliran muatan-muatan (arus listrik) dalam bergerak. Sehingga semakin panjang suatu penghantar semakin besar hambatannya.
  • Jenis bahan penghantar. Berbeda jenis bahan penghantar, berbeda pula atom-atom penyusunnya. Sehingga berbeda pula banyaknya atom yang harus dihadapi arus listrik untuk bergerak. Besarnya hambatan jenis bahan penghantar tertentu dinyatakan sebagai konstanta hambat jenis.

Sehingga besarnya hambatan suatu penghantar pada suhu tertentu dapat diformulasikan sebagai berikut :

Hambatan penghantar = hambat jenis (panjang penghatar)/(luas penampang penghantar)

  • Suhu, semakin tinggi suhu suatu penghantar, maka semakin besar energi kinetik tiap partikel atom penyusun bahan penghantarnya. Hal ini berarti pada saat terjadi tumbukan antara muatan-muatan listrik (arus listrik) dengan atom-atom penyusun bahan, maka tumbukan tersebut akan berdampak lebih besar pada arus listrik. Sehingga arus listrik akan semakin terhambat pada suhu yang lebih tinggi.

Satuan hambatan listrik adalah ohm (Ω), satu ohm berarti bahwa besarnya hambatan suatu penghantar yang apabila diberi beda potensial pada ujugng-ujungnya sebesar 1 V, maka arus yang mengalir besarnya adalah 1 A.

Source : Conceptual Physics

2013
03/12
CATEGORY
Physics
TAGS










3 comments