Arus dan Hambatan. Oleh: Ahmad Firdaus Rakhmat Andriyani

Transkripsi

1 Arus dan Hambatan Oleh: Ahmad Firdaus Rakhmat Andriyani

2 Arus Listrik Adalah arus elektron dari satu atom ke atom disebelahnya 1 ampere adalah perpindahan elektron sebanyak 6.24 x yang melewati satu titik pada setiap detiknya. Simbol= I, dan simbol satuan arus listrik = A

3 Arus Listrik Gambar ini menunjukkan perpindahan elektron melalui konduktor karena pengaruh gaya luarnya yang ditimbulkan oleh batterai

4 Arah Arus Pada rangkaian listrik elektron mengalir dari negatif ke positif Pada saat awal dilakukan percobaan-percobaan listrik muncul asumsi bahwa arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Arus listrik bisa saja dianggap benar untuk kedua pendapat di atas, tetapi kita membutuhkan sebutan sendiri-sendiri untuk membedakan. Untuk itu kita menyebutnya sebagai Electron Current Flow (Aliran Arus Listrik) dan Conventional Current Flow (Aliran Arus Konvensional).

5 Jenis-jenis Arus Arus Searah (Direct Current / DC): perpindahan Elektron dalam satu arah saja. Arus Bolak-balik (Alternating Current / AC): perpindahan elektrok dengan arah tertentu, kemudian kembali ke arah sebaliknya.

6 Efek Arus Listrik Setiap kali terdapat arus listrik pasti timbul panas dan medan magnet. Selain itu kadang juga timbul 2 efek lain, yaitu efek kimia dan fisiologis Efek Panas: Arus listrin menimbulkan panas. Kegunaan praktis: radiator listrik, ketel, pelindung rangkaian Efek Magnet: Layaknya panas, efek magnet juga selalu timbul setiap kali ada arus listrik. Kegunaan praktis: motor listrik, generator, transformator

7 Arus Dan Rapat Arus Sebuah arus listrik i dihasilkan jika sebuah muatan netto q melewati suatu penampang penghantar selama waktu t, maka arus (dianggap konstan) adalah: Dimana: Satuan arus adalah Ampere (A) Coloumb untuk muatan q, dan Detik untuk satuan waktu (t) i = q t

8 Arus dan Rapat Arus Jika banyaknya mautan yang mengalir per satuan waktu tidak konstan maka arus akan berubah dengan waktu dan diberikan oleh limit diferensial dari persamaan di atas, atau: i = dq dt Besarnya rapat arus didefinisikan sebagai: j = i A ; A = Luas Penampang

9 Contoh Soal 1 Berapa banyak electron yang mengalir melewati sebuah bola lampu setiap detiknya, jika arus yang melewati lampu tersebut sebesar 0.75A. Diketahui: I=0.75A; t=1 detik Ditanya: e? Jawab: Muatan yang mengalir melewati bola lampu tersebut dalam 1 detik = q = I. t = A 1, 0 detik = 0, 75C Besar muatan pd masing-masing electron adalah: e=1.6 x C, maka: muatan Jumlah = muatan elektron = 0.75 C = 4.7 x x 10 19

10 Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. Hambatan: Sebuat kawat atau benda lain adalah ukuran beda potensial (V) yang harus terpasang antara benda tersebut sehingga arus sebesar 1 Ampere dapat mengalir melewatinya. Simbol kuantitas untuk tahanan adalah: R. Simbol satuannya: Ω (Omega Yunani) digunakan 1 Ω = 1 V/A

11 Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. Hukum Ohm mendefinisikan tentang hubungan antara arus, tahanan dan beda tegangan pada rangkaian listrik Dinyatakan secara matematis: Arus = Tegangan Tahan I = V R

12 Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. Persamaan pada Hukum Ohm akan mudah diingat-ingat dan diterapkan secara efektif jika anda mengetahui lingkaran hukum Ohm. Untk mencari V, I atau R jika dua nilai komponennya sudah diketahui, tutupi komponen yang belum diketahui pada lingkaran berikut ini

13 Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. V I R V = I. R I = V R R = V I

14 Percobaan 1 Sebuah rangkain memiliki tahanan sebesar 10 dan disambungkan dengan sumber tegangan (baterai) 10VDC. Tentukan besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut.

15 Percobaan 2 Dengan rangkaian serupa namun sumber tegangan (baterai) dinaikkan dari 10V menjadi 20V. Tentukan arus listriknya: Pada rangkaian ini aliran arus listrik yang mengalir adalah 2 Ampere

16 Percobaan 3 Sekali lagi dengan rangkaian serupa, jika sumber tegangan (batteri) dikurangi dari 10 Volt menjadi setengahnya, hitunglah arus listrik yang mengalir. Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 0.5 Ampere

17 Kesimpulan percobaan 1,2 dan 3 Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan dinaikkan maka arusnya juga akan naik. Dan Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan diturunkan maka arusnya juga akan turun. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa: Arus listrik berbanding lurus dengan tegangan

18 Percobaan 4 Sekarang tegangannya tetap sama tetapi nilai hambatannya. Pada percobaan ini, tegangannya tetap konstan pada 10V, sementara nilai hambatannya diubah dari 10 Ω (percobaan 1) menjadi 5 Ω. Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 2 Ampere

19 Kesimpulan percobaan 4 Untuk nilai tegangan tetap, pengurangan nilai hambatan akan menambah nilai arus listriknya. Untuk nilai tegangan tetap, penambahan nilai hambatan akan mengurangi nilai arus listriknya. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa: Arus listrik berbanding terbalik dengan nilai hambatan

20 Contoh Soal 2 Sebuah bola lampu senter kecil menarik 300mA dari baterai 1.5V. a. Berapa hambatan bola lampu tersebut? b. Jika tegangan turun sampai 1,2V, bagaimana arus akan berubah? Diketahui: I=300mA = 0.3A ; V=1,5V Ditanya: a. R? b. I? Jika V menjadi 1,2V Jawab: V 1.5 R 5ohms I 0.3

21 Contoh Soal 2 Jika V menjadi 1.2 dengan hambatan = 5ohms maka arus akan berubah sbb: I V A ma R 5 240

22 Resistivitas Bahan Didefiniskan dari ρ = E j Satuan SI dari ρ adalah Ωm Dimana: E=Kuat Medan J= Rapat Arus

23 Konduktivitas bahan Adalah kebalikan dari resistivitas, diberikan oleh: σ = 1 ρ Satuan SI dari σ adalah (Ωm) -1 Dimana ρ = Resistivitas bahan

24 Dari hubungan: E V l dan Maka kita dapat menuliskan resistivitas ρ sebagai: V E V A A l R j i i l l A Dan V/I adalah hambatan R yang dapat dinyatakan sebagai: j i A

25 Daya Listrik Energi yang diubah bila muatan q bergerak melintasi beda potensial sebesar V adalah qv, maka daya P diberikan oleh: P daya energi _ yang _ waktu diubah qv t Muatan yang mengalir per detik, q/t merupakan arus listrik, I. Dengan demikian kita dapatkan: P I V Satuan SI daya listrik adalah Watt (1W=1J/det)

26 Dengan menggunakan hukum Ohm (V=IR), akan didapatkan: P I V P P I( I R) I V ( ) V R 2 V R 2 R

27 Contoh Soal 3 Dengan menggunakan nilai yang terdapat pada gambar di bawah ini, hitunglah: Daya yang terpakai oleh tiap komponen Total daya yang hilang pada rangkaian

28 Contoh Soal 3 Jawab: a. Daya individual (i) PR1 = VxI = 10 x 3 = 30W (ii) PR2= VxI = 4 x 3 = 12W (iii) PR3= VxI = 6 x 3 = 18W b. Total daya (i) PT1 = PR1+PR2+PR3 = = 60W (ii) PT dgn cara lain: PT = V T x I T = 20 x 3 = 60

29 Contoh Soal 4 Sebuah pemanas listrik dengan hambatan 8ohms membutuhkan 15 A dari kawat utamanya. Dengan laju berapakah energi termal terjadi, dalam W? Berapakah biaya operasional pemanas selama 4 jam jika biaya per jam adalah 10 sen/kw jam? Diketahui: I = 15A ; R= 8 Ohms ; t=4 jam = 7200 detik. Biaya per kw jam = 10 sen Ditanya: Energi termal (W)? Dan Biaya selama 4 jam. Jawab: 2 2 W I R (15A) (8 ) 1800W 1, 8kW Biaya ( 1,8 kw) (4 jam) (10sen / kw jam) 72sen

30 TERIMA KASIH