LISTRIK DINAMIS

 Listrik dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. Cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis adalah muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu adalah detik. Kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuat arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar, sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan.

Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan, pada rangkaian seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. Semua itu telah dikemukakan oleh Hukum Kirchoff yang berbunyi “jumlah kuat arus listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar”. Berdasarkan Hukum Ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan listrik adalah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama karena tegangan sebanding dengan kuat arus, tegangan memiliki satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah ohm.

A.      Arus Listrik

 

Dalam setiap sumber listrik terdapat kutub positif dan kutub negatif. Jika kedua kutub dihubungkan dengan kabel, maka akan menghasilkan arus listrik. Arus listrik adalah aliran muatan listrik pada rangkaian tertutup yang mengalir dari tempat yang berpotensial tinggi ke tempat yang berpotensial rendah. Tempat yang berpotensial tinggi disebut kutub positif dan tempat berpotensial rendah disebut kutub negatif.

Perbedaan  potensial  antara  kutub  negatif  dan  kutub  positif   disebut   tegangan   listrik atau potensial listrik.  Satuan  tegangan  listrik  adalah  volt  yang  diukur menggunakan alat voltmeter. Alat pengukur yang merupakan penggabungan dari amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter disebut avometer atau multimeter.

Ketika ditindaklanjuti oleh medan listrik, muatan mengalami gaya, dan dengan demikian bergerak. Salah satu definisi arus yang terkait dengan aliran muatan sebagaimana jumlah muatan Q yang mengalir melewati suatu titik dalam interval waktu ∆𝒕:

𝑰 = ∆𝑸

∆𝒕

Satuan arus seperti ini C/s, yang diberi nama Ampere (A). Dengan konvensi, aliran arus dalam arah gerakan muatan positif.

Salah satu diantara bahan yang dapat menghubungkan arus I adalah bahan dengan sifat muatan atom. Misalkan dalam bahan ada muatan n per satuan volume, masing-masing membawa muatan q. ketika ditindaklanjuti oleh medan listrik muatan ini mulai bergerak, marilah kita menghubungkan kecepatan aliran rata-rata 𝑣_d dengan masing-masing muatan individu.

Listrik dinamis adalah materi pelajaran kelistrikan yang gejalanya banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, namun pada kenyatannya siswa cenderung masih kesulitan karena materi ini termasuk materi yang abstrak dan memiliki kompleksitas yang tinggi

sehingga siswa sering mengalami kesulitan terutama dalam mengaplikasikan pemecahan masalah listrik dinamis (Andriani, Indrawati & Harijanto 2015).

Pada penelitian milik (Herman 2016) mengatakan bahwa pembelajaran berbasis keterampilan proses sains dengan menggunakan Lembar Kerja, menunjukkan kinerja praktikum  siswa  berada  pada  kategori  cukup,  semua  siswa  merespon  positif  dan semua aktivitas yang diharapkan muncul dalam pembelajaran terlaksana seluruhnya. Namun, dalam penerapan Lembar Kerja berbasis keterampilan proses harus dengan mempertimbangkan prasyarat yang harus dikuasai oleh siswa seperti kemampuan menggunakan alat ukur basic meter.

 

 

B.       Kuat Arus Listrik

 

Suatu besaran yang menggambarkan jumlah muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu disebut dengan kuat arus listrik. Kuat arus listrik merupakan salah satu dari tujuh besaran pokok. Besaran ini mempunyai satuan ampere yang disingkat A.

Secara umum, arus listrik yang timbul jika selama t sekon terjadi perpindahan muatan listrik sebesar q coulomb adalah sebesar dengan

I = kuat arus listrik (ampere) q = muatan listrik (coulomb) t = waktu (sekon)

Jika selama 1 s terjadi aliran muatan listrik sebesar 4 C, kita katakana ada arus listrik sebesar 4 a. jika selama 10 s terjadi aliran 100 c muatan listrik, kita katakan ada arus listrik sebesar 10 A.

Contoh:

 

Dalam suatu kabel tembaga terjadi perpindahan 20 mC muatan selama 4 s. berapakah kuat arus listrik yang mengalir dalam kabel tersebut?

Jawab:

Muatan listrik, q = 20 mC = 0,02 C Waktu aliran, t = 4 s

Arus yang megalir,

 

𝑞

𝐼 =

𝑡

= 0,005 𝐴 = 5𝑚𝐴

 

Jadi, arus listrik yang mengalir adalah 5 mA.

 

 

 

Arah aliran muatan listrik didefinisikan searah dengan arah aliran muatan positif. Dengan demikian, jika muatan yang mengalir bertanda positif, arah arus listriknya searah dengan arah aliran muatan. Sebaliknya, jika muatan yang mengalir bertanda negative, arah arus listriknya berlawanan dengan arah aliran muatan.

Untuk mengukur kuat arus listrik dipergunakan amperemeter (disingkat ammeter). Alat ini memiliki dua buah kaki penyentuh (probe) yang dipasang di antara kedua titik yang akan diukur arus listriknya. Besar arus listrik yang terukur dapat dilihat pada penunjukan jarum (pada ammeter analog) atau angka (pada ammeter digital).

 

 

C.       Hukum Ohm

 

George Simon Ohm, yang pada tahun 1827 mempublikasikan sebuah pamphlet yang memaparkan hasil-hasil dari usahanya mengukur arus dan tegangan serta hubungan matematika diantara keduanya. Salah satu yang diperolehnya adalah pernyataan relasi fundamental yang saat ini kita sebut sebagai Hukum Ohm, meskipun sesungguhnya hal ini telah ditemukan 46 tahun sebelumnya di Inggris oleh Henry Cavendish. Pamphlet yang dipublikasikan George Simon Ohm banyak menerima kritik yang pantas dan menjadi bahan tertawaan selama beberapa tahun setelah publikasi pertamanya sebelum akhirnya karya nya itu diterima beberapa tahun setelahnya.

George Simon Ohm (1789-1854) merumuskan hubungan antara kuat arus listrik (I), hambatan (R) dan beda potensial (V) yang kemudian dikenal dengan hukum Ohm. Jika suatu

kawat diberi beda tegangan pada ujung-ujungnya dan diukur arus yang melewati penghantar tersebut, maka menurut hukum Ohm akan dipenuhi:

V = I . R

 

dengan V merupakan beda tegangan kedua ujung kawat, I adalah arus listrik yang lewat pada penghantar, dan R hambatan penghantar. Persamaan tersebut menunjukkan bahwa Hukum Ohm berlaku jika hubungan tegangan dan arus adalah linier.

 

 

Contoh Soal

 

Pada ujung-ujung sebuah resistor diberi beda potensial 1,5 volt. Saat diukur kuat arusnya ternyata sebesar 0,2 A. Jika beda potensial ujung-ujung resistor diubah menjadi 4,5 volt maka berapakah kuat arus yang terukur?

Penyelesaian:

 

𝑉₁₌ 1,5 𝑣𝑜𝑙𝑡

 

𝐼₁ = 0,2 𝐴

 

𝑉₂ = 4,5 𝑣𝑜𝑙𝑡

 

Dari keadaan pertama dapat diperoleh nilai hambatan R sebesar:

 

𝑉₁  = 𝐼₁. 𝑅 V1

 

1,5 = 0,2 . 𝑅

 

𝑅 = 7,5 Ω

 

Dari nilai R ini dapat ditentukan 𝐼₂ sebagai berikut.

 

𝑉₂ = 𝐼₂. 𝑅 4,5 = 𝐼₂. 7,5

𝐼₂ = 0,6 𝐴

D.      Rangkaian Seri dan Paralel

 

Pada umumnya rangkaian dalam sebuah alat listrik terdiri dari banyakjenis komponen yang terangkain secara tidak sederhana, akan tetapi untuk mempermudah mempelajarinya biasanya jenis rangkaian itu biasa dikelompokkan dalam rangkaian seri dan rangkaian parallel. Beberapa resistor dirangkai untuk tujuan tertentu seperti untuk membagi arus (memperkecil arus) ataupun membagi tegangan atau untuk memperoleh nilai hambatan tertentu yang tidak dapat diperoleh langsung “dipasaran”.

Hambatan (resistor) R merupakan komponen yang selalu dijumpai di setiap untai elektronik, baik terjadi oleh hambatan murni maupun komponen untai lain. Misalnya, pada kapasitor, inductor, diode, ataupun juga oleh kawat atau konduktor. Hambatan itu jika bersuhu tetap nilainya tetap, sehingga memenuhi hukum Ohm. Secara eksperimen untuk dapat memperoleh R tetap dapat dilakukan dengan mengalirkan arus listrik pada untai pada selang waktu singkat sehingga kenaikan suhunya kecil sehingga kenaikan R bias diabaikan karena terlalu kecil.dikenal 4 jenis susunan hambatan, yaitu susunan seri, parallel, campuran dan delta.

 

 

a.        Rangkaian Seri

 

Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan. Susunan seri digunakan untuk menghasilkan hambatan ekuivalen lebih besar dari pada setiap tahanan. Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan, seperti pada gambar berikut:

 

 

Rangkaian listrik yang tetdiri dari komponen resistor yang disusun berjajar tanpa percabangan. Pada rangkaian seri, besar arus di tiap titik adalah sama. Hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

I = I₁  = I₂

 

Rangkaian    seri    memiliki    hambatan   total   yang    lebih    besar    daripada   hambatan penyusunannya. Nilai hambatan pengganti rangkaian seri dapat dirumuskan sebagai berikut.

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙  = 𝑅1  + 𝑅2  = 𝑅3

 

Tegangan atau beda potensial total dari rangkaian seri merupakan hasil penjumlahan Antara beda tegangan pada tiap resistor.

𝑉_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} = 𝑉₁ + 𝑉₂ + 𝑉₃ = 𝐼𝑅₁ + 𝐼𝑅₂ + 𝐼𝑅₃

 

 

b.        Rangkaian Paralel

 

Rangkaian parallel adalah rangkaian listrik yang komponen resistornya dipasang bercabang, dan menyebabkan hambatan total rangkaian inilebih kecil daripada hambatan resistor penyusunnya. Pada rangkaian parallel, tegangan di setiap titik adalah sama, sedangkan arusnya di tiap titik berbeda, berdasarkan besar hambatannya. Hambatan yang kecil memiliki arus yang besar, dan sebaliknya. Persamaan yang berlaku pada rangkaian parallel ialah:

𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3