1. Pendahuluan : Kuat Arus Listrik - Listrik Dinamika

  Listrik Dinamika Listrik Dinamika

  1. Pendahuluan : Kuat Arus

  1. Pendahuluan : Kuat Arus Listrik Listrik

   Jika sebelumnya kita selalu membicarakan  Jika sebelumnya kita selalu membicarakan mengenai muatan yang diam relatif, maka dalam mengenai muatan yang diam relatif, maka dalam pembahasan listrik dinamis, kita akan selalu pembahasan listrik dinamis, kita akan selalu membicarakan muatan yang bergerak dalam suatu membicarakan muatan yang bergerak dalam suatu kawat / bahan konduktor. Suatu bahan disebut kawat / bahan konduktor. Suatu bahan disebut bersifat konduktif (bahan konduktor) jika bersifat konduktif (bahan konduktor) jika didalamnya terdapat cukup banyak muatan didalamnya terdapat cukup banyak muatan (elektron) bebas.

  (elektron) bebas.

   Elektron bebas adalah elektron yang tidak terikat  Elektron bebas adalah elektron yang tidak terikat pada suatu inti atom, ataupun meski terikat, ia pada suatu inti atom, ataupun meski terikat, ia merupakan elektron yang letaknya jauh dari inti merupakan elektron yang letaknya jauh dari inti sehingga hanya mendapatkan gaya tarik yang kecil sehingga hanya mendapatkan gaya tarik yang kecil saja. saja.

• Elektron bebas ini kemudian, yang akan
• Elektron bebas ini kemudian, yang akan

  “mengalir” dalam bahan (kawat) apabila ada “mengalir” dalam bahan (kawat) apabila ada perbedaan potensial diantara dua titik pada perbedaan potensial diantara dua titik pada kawat. Elektron – elektron dalam kawat yang kawat. Elektron – elektron dalam kawat yang memiliki beda potensial mengalir dari potensial memiliki beda potensial mengalir dari potensial yang lebih rendah (-) ke potensial yang lebih yang lebih rendah (-) ke potensial yang lebih tinggi (+) (namun dalam baterai yang terjadi tinggi (+) (namun dalam baterai yang terjadi justru sebaliknya). Hal ini mirip dengan air di justru sebaliknya). Hal ini mirip dengan air di sungai yang hanya akan mengalir jika terdapat sungai yang hanya akan mengalir jika terdapat beda potensial gravitasi (beda ketinggian) pada beda potensial gravitasi (beda ketinggian) pada dua titik dalam sungai. dua titik dalam sungai.

• Kuat arus listrik (I) didefnisikan sebagai :
• Kuat arus listrik (I) didefnisikan sebagai :

  Muatan (Coulomb) Satuan kuat Muatan (Coulomb) Satuan kuat

  “banyaknya muatan yang mengalir dalam satu “banyaknya muatan yang mengalir dalam satu

  dQ arus dalam dQ arus dalam

  detik, sehingga secara matematis dirumuskan detik, sehingga secara matematis dirumuskan

  Kuat arus (I) = ---------------------------- sistem Kuat arus (I) = ---------------------------- sistem

  sebagai : sebagai :

  = ------- internasion

  = ------- internasion waktu (detik) al: ampere waktu (detik) al: ampere dt dt

  Jika diberikan medan listrik pada kawat tembaga misalnya, maka elektron – elekteron sesuai dgn elektrostatik, akan mengalamigaya Coulomb, sebesar : F = q _e . E

  Akibatnya elektron akan mengalami percepatan mengikuti hukum Newton :

  F a = ---- m _e

  Jika waktu antar tumbukan adalah t, maka kecepatan tumbukan (atau kecepatan drift) adalah : v _d = a.t

  Jika disubstitusikan a dan F maka dihasilkan dihasilkan : kecepatan arus listrik (drift velocity) q _e . E v _d = ------- . t m _e Akan dihitung seberapa besar kecepatan elektron Akan dihitung seberapa besar kecepatan elektron pada arus listrik ini. Misalkan dimiliki kawat pada arus listrik ini. Misalkan dimiliki kawat tembaga sepanjang l = 10 M, pada ujungnya tembaga sepanjang l = 10 M, pada ujungnya diberikan beda potensial V = 10 volt, maka diberikan beda potensial V = 10 volt, maka medan listrik dapat dihitung melalui : medan listrik dapat dihitung melalui :

  V V E = ---- = 1 Volt/m E = ---- = 1 Volt/m l l _{-30 -30}

  Karena massa elektron 10 kg dan muatannya Karena massa elektron 10 kg dan muatannya _{-19 -19}

  1,6x10

  C, waktu antar tumbukan sebuah elektron 1,6x10

  C, waktu antar tumbukan sebuah elektron _{14 14} 3 x 10 maka jika dihitung v pada kawat 3 x 10 maka jika dihitung v pada kawat _{d d} tembaga :

• _{-19 -19}

  tembaga : (1,6x10 (1) (1,6x10 (1) _{-14 -3 -14 -3} v = -------------------- . (3x10 ) = 5x10 m/s v = -------------------- . (3x10 ) = 5x10 m/s _{d d -30 -30}

  10

  10

2. Hambatan/Resistansi R dan

• Ketika “mengalir” dalam suatu kawat konduktor, elektron berhadapan / mengalami rintangan dari molekul – molekul dan ion-ion dalam konduktor tersebut sehingga mengalami aliran arus listrik, mengalami semacam hambatan. Seberapa besar hambatan ini dinyatakan dengan Resisten (hambatan), simbol “R”. Satuan hambatan dalam SI = ohm. Besarnya resistensi suatu bahan atau konduktor dengan luas penampang = A & panjang = l, hambatan jenis (resistensi) ρ adalah :

  l R = ρ ------ A l

  R = ρ ------ A A l

  Kawat degan luas penampang A & panjang l Kawat degan luas penampang A & panjang l

  R = Hambatan / Resistansi (ohm) ρ = Hambatan jenis/resistivitas

(ohm.Meter)

l = Panjang kawat (m) A = Luas penampang kawat (m ² ) R = Hambatan / Resistansi (ohm)

  ρ = Hambatan jenis/resistivitas

(ohm.Meter)

l = Panjang kawat (m) A = Luas penampang kawat (m ² )

  Resistivitas ρ

• • Resistivitas merupakan sifat dari medium. Zat

  dengan sifat konduktivitas yang baik memiliki resistivitas yg sangat kecil, sedangkan zat yg bersifat isolator sebaliknya.
>Resistivitas merupakan sifat dari medium. Zat dengan sifat konduktivitas yang baik memiliki resistivitas yg sangat kecil, sedangkan zat yg bersifat isolator sebaliknya.

  Data Beberapa Sifat Konduktiftas Bahan

  Sifat Konduktiftas

  Konduktiftas σ

  Resistivitas ρ

  R Konduktor baik

  10 ⁸

  10 ^-8

  10 ^-2 Cu, Ag, Au Isolator baik

  10 ^-12 – 10 ^-16

  10 ¹² – 10 ¹⁶

  10 ²⁰ Kaca, Plastik Resistansi juga merupakan fungsi dari Resistansi juga merupakan fungsi dari temperatur (dipengaruhi temparatur) dengan temperatur (dipengaruhi temparatur) dengan rumus : rumus :

  R = R + α.R . (T – T ) R = R + α.R . (T – T ) _{o o o o o o}

  R = Resistnsi pada temperatur T R = Resistnsi pada temperatur T

  temperatur

  R = Resistansi pada temperatur To ( temperatur R = Resistansi pada temperatur To ( _{o o}

  kamar kamar )

  ) α = Koefsien temperatur resistansi α = Koefsien temperatur resistansi rangkaian listrik komponen yg

• D
• Dalam rangkaian listrik komponen yg

  digunakan sebagai hambatan adalah resistor

  digunakan sebagai hambatan adalah resistor

  yg biasa dilambangkan dengan garis zigzag

  yg biasa dilambangkan dengan garis zigzag

• • Besarnya nilai resistansi dalam sebuah resistor

• Besarnya nilai resistansi dalam sebuah resistor

  biasanya ditunjukkan oleh cincin-cincin warna

  biasanya ditunjukkan oleh cincin-cincin warna

  yg terdapat pada badan resistor, umumnya

  yg terdapat pada badan resistor, umumnya

  sebuah resistor memiliki 4 cincin, meski

  sebuah resistor memiliki 4 cincin, meski

  kadang 5 cincin atau bahkan 6 cincin, namun

  kadang 5 cincin atau bahkan 6 cincin, namun

  yg dibahas resistor 4 warna. Warna-warna

  yg dibahas resistor 4 warna. Warna-warna

  tersebut adalah kode-kode yg menunjukan

  tersebut adalah kode-kode yg menunjukan

  besaran – besaran tertentu seperti tabel

  besaran – besaran tertentu seperti tabel

  berikut :

  berikut : Tabel Resistor .......

  Tabel Resistor .......

  

Tabel Kode Warna Resistor

Warna Cincin ke-1 (digit pertama)

  

Cincin ke-

  

2

(digit

kedua)

Cincin ke-

  3 (pengali) Cincin ke-

  4 (toleransi ) Hitam

  1 1 % Coklat

  1

  

1

10 2 % Merah 2 2 100 Jingga 3 3 1000 Kuning 4 4 10000 Hijau 5 5 100000 Biru 6 6 1000000 Ungu 7 7 - Abu-abu 8 8 - Putih 9 9 - Emas - - 0,1 5 %

  Perak - - 0,01 10 %

  3. Hukum Ohm

  3. Hukum Ohm Geoge Simon Ohm (1789-1854) merumuskan • Geoge Simon Ohm (1789-1854) merumuskan

• hubungan antara kuat arus listrik (I), hambatan hubungan antara kuat arus listrik (I), hambatan (R) & beda potensial (V) yg dikenal dengan (R) & beda potensial (V) yg dikenal dengan Hukum Ohm, yg penurunannya berikut : Hukum Ohm, yg penurunannya berikut :

  Pandanglah sebuah kawat konduktor, panjang l •

• Pandanglah sebuah kawat konduktor, panjang l & luas penampang A & luas penampang A

  Kawat Kawat Konduktor Konduktor dV A dV A dengan dengan

  Panjang Panjang dl dl elemen dV elemen dV

• Arus didefnisikan sebegai banyaknya elektron • yg melalui sebuah konduktor tiap waktu (atau yg melalui sebuah konduktor tiap waktu (atau satu detik). Hitung arus yg mengalir pada satu detik). Hitung arus yg mengalir pada penampang dgn volume dV seperti pada penampang dgn volume dV seperti pada gambar gambar

  Arus didefnisikan sebegai banyaknya elektron

• Karena berbentuk selinder volume dari dV adalah :

• • Setelah melalui penurunan rumus didapatlah

  Hukum Ohm
• Karena berbentuk selinder volume dari dV adalah :
• Setelah melalui penurunan rumus didapatlah

  Hukum Ohm

  dV = A.dl dV = A.dl

  V I = ---- R

  V I = ---- R

4. Sumber Tegangan GGL dan Hukum Hambatan

  Dalamnya

• Untuk membuat suatu rangkaian elektro
• Untuk membuat suatu rangkaian elektronika

  bekerja, diperlukan sebuah sumber beda

  bekerja, diperlukan sebuah sumber beda

  potensial (tegangan) agar menghasilkan arus yg

  potensial (tegangan) agar menghasilkan arus yg

  tetap. Alat semacam ini disebut sumber GGL

  tetap. Alat semacam ini disebut sumber GGL

  (Gaya Gerak Listrik), ex. Baterai & accu

  (Gaya Gerak Listrik), ex. Baterai & accu

• Pada baterai beda tegangan yg dihasi
• Pada baterai beda tegangan yg dihasilkan

  sebesar 1,5 V, meskipun ada juga beberapa

  sebesar 1,5 V, meskipun ada juga beberapa

  baterai menghasilkan tegangan lebih kecil atau

  baterai menghasilkan tegangan lebih kecil atau lebih besar. lebih besar.

• Ketika dirangkaikan pada sebuah komp
• Ketika dirangkaikan pada sebuah komponen

  elektronika, misalnya sebuah resistor, arus akan

  elektronika, misalnya sebuah resistor, arus akan mengalir menurut hukum Ohm. mengalir menurut hukum Ohm.

  V 1,5 V

• Katakanlah nilai hambatan resistor =1
• Katakanlah nilai hambatan resistor =1 ohm,

  I = ---- = -------- = 1,5 maka arus yg seharusnya mengalir dalam kawat

  maka arus yg seharusnya mengalir dalam kawat

  A adalah :

  adalah :

  R 1 Ω

• • Namun kenyataannya tidak demikian, baterai

• Namun kenyataannya tidak demikian, baterai

  sesungguhnya memiliki hambatan dalamnya

  sesungguhnya memiliki hambatan dalamnya

  sendiri yang berasal dari material penyusunnya,

  sendiri yang berasal dari material penyusunnya, dan terutama proses kimiawi yg dihasilkannya. dan terutama proses kimiawi yg dihasilkannya.

  Nilai r ini cenderung membesar karena residu

  Nilai r ini cenderung membesar karena residu

  proses kimiawi dalam baterai. Hambatan dalam

  proses kimiawi dalam baterai. Hambatan dalam

  ini dinamai : r, dengan adanya r, arus listrik yg

  ini dinamai : r, dengan adanya r, arus listrik yg

  mengalir menjadi lebih kecil atau cenderung

  mengalir menjadi lebih kecil atau cenderung

  mengecil. Arus yg dihasilkan karena hambatan

  mengecil. Arus yg dihasilkan karena hambatan

  dalam ini menjadi, anggap r = 0,5 untuk

  dalam ini menjadi, anggap r = 0,5 untuk

  sekedar memudahkan perhitungan :

  sekedar memudahkan perhitungan :

  E 1,5 V I = --------- = ---------- =

  

1 A

R R R + r 1 + 0,5

  E, r

  E, r

  5. Rangkaian (Kombinasi) Hambatan

  5. Rangkaian (Kombinasi) Hambatan

  5.1 Rangkaian Seri dan Pararel

• Pada umumnya rangkaian dalam sebuah alat listrik
• Pada umumnya rangkaian dalam sebuah alat listrik terdiri dari banyak jenis komponen yg terangkai terdiri dari banyak jenis komponen yg terangkai secara tidak sederhana, akan tetapi untuk secara tidak sederhana, akan tetapi untuk mempermudah mempelajarinya biasanya jenis mempermudah mempelajarinya biasanya jenis rangkaian itu biasa dikelompokkan dalam rangkaian itu biasa dikelompokkan dalam Rangkaian Seri & Rangkaian Pararel Rangkaian Seri & Rangkaian Pararel • Beberapa resistor dirangkai untuk tujuan tertentu
• Beberapa resistor dirangkai untuk tujuan tertentu seperti untuk membagi arus (memperkecil arus) seperti untuk membagi arus (memperkecil arus) ataupun membagi tegangan atau memperoleh nilai ataupun membagi tegangan atau memperoleh nilai hambatan tertentu yg tidak dapat diperoleh hambatan tertentu yg tidak dapat diperoleh langsung “dipasaran”. langsung “dipasaran”.
• Rangkaian seri adalah rangkaian yg tidak memiliki
• Rangkaian seri adalah rangkaian yg tidak memiliki percabangan seperti pada gambar ini : percabangan seperti pada gambar ini :

  R = R = _{total total} R1+R2+R3+R4+R5

R1+R2+R3+R4+R5

  R1 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5

• Rangkaian pararel untuk tiga resistor diilustrasikan :

  R1 R2 R3

  R1 R2 R3

  Rangkaian Hambatan Yang Dipasang Pararel

  Rangkaian Hambatan Yang Dipasang Pararel 1 1 1

  1

  1

• = --- + ---- +
• = --- + ---- +
• R _total
• R _total
• Seperhambatan totalnya :
• Seperhambatan totalnya :
• Rangkaian pararel untuk tiga resistor diilustrasikan :

  R ₁ R ₂ R ₃ 1 1 1

  R ₁ R ₂ R ₃ R ₁ . R ₂ . R ₃ . R _{4 ............}

  R _total =

  R _total =

• R
₂ .R ₃ + R ₁ .R ₃ + R ₁ .R ₂ +
• R
₂ .R ₃ + R ₁ .R ₃ + R ₁ .R ₂ + ..... R ₁ . R ₂ . R ₃ . R _{4 ............}

5.2 Pembagi Arus dan Pembagi

• Sebuah rangkaian dipasang pararel sesungguhnya juga berfungsi untuk membagi arus. Suatu rangkaian pararel (seperti gambar dibawah) tegangan di A, B dan C sama.
• Sebuah rangkaian dipasang pararel sesungguhnya juga berfungsi untuk membagi arus. Suatu rangkaian pararel (seperti gambar dibawah) tegangan di A, B dan C sama.

  Va

  I Vb Vc

• Arus yg mengalir dalam setiap cabang tidak sama dengan arus utamanya I, karena arus telah terbagi dalam tiga (3) cabang
• Sebaliknya terjadi dalam suatu rangkaian seri, kuat arus pada setiap titik adalah sama, namun tegangan dalam setiap resitor tidak sama
• Arus yg mengalir dalam setiap cabang tidak sama dengan arus utamanya I, karena arus telah terbagi dalam tiga (3) cabang
• Sebaliknya terjadi dalam suatu rangkaian seri, kuat arus pada setiap titik adalah sama, namun tegangan dalam setiap resitor tidak sama

  I a I b I c

  Va

  I Vb Vc

  I _a

  I _b

  I _c

  Tegangan

  Rangkaian Pembagi Arus

  Rangkaian Pembagi Arus

  Rangkaian Pembagi Tegangan Rumus : I _a = I _b = I _c

6. Hukum Kirchof

  6. Hukum Kirchof

• Cara lain untuk memecahkan rangkaian –
• Cara lain untuk memecahkan rangkaian – rangkaian yg lebih rumit adalah dengan rangkaian yg lebih rumit adalah dengan menggunakan hukum – hukum Kirchof menggunakan hukum – hukum Kirchof

  Hukum Kirchof

  I

• Hukum Kirchof I : didasari hukum konservasi
• Hukum Kirchof I : didasari hukum konservasi energi yang menyatakan bahwa dalam suatu energi yang menyatakan bahwa dalam suatu rangkaian terutup, tegangan yg diperoleh dan rangkaian terutup, tegangan yg diperoleh dan yg berkurang haruslah sama besar. yg berkurang haruslah sama besar.

  Rangkaian ini, karena loop (kurva melingkar) searah dgn arus, ketika loop melewati E maka terjadi

  1 k Ohm pertambahan potensial, namun saat melewati R yg terjadi

  E

  penurunan potensial karena

12 V

  adanya hambatan shg berlaku : E – I . R = 0 atau E = I . R

• Sesuai dengan Hukum Ohm • Sesuai dengan Hukum Ohm Misalkan terdapat dua loop pd rangkaian seperti Misalkan terdapat dua loop pd rangkaian seperti dibawah: dibawah:

  I 1 k Ohm I 1 k Ohm I 1 k Ohm I 1 k Ohm _{1 1 3 3} R

  I R R _{1 1} I R _{2 2 4 4} E Loop 1 R 1 k Loop 2 R

  1 E Loop 1 R 1 k Loop 2 R _{2 2 5 5}

  1 k Ohm k Ohm Ohm Ohm 1 k Ohm 1 k Ohm 1 k Ohm 1 k Ohm R R R R _{3 3 6 6} Maka pada Loop 1 : E – I .R – I .R – I .R =

  Maka pada Loop 1 : E – I .R – I .R – I .R = _{1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3}

  pada Loop 2 : -I .R – I .R – I .R –

  pada Loop 2 : -I .R – I .R – – I .R _{3 3 4 4 3 3 5 5 3 3 6 6} I .R = 0 I .R = 0 _{2 2 2 2}

  dengan : I = I + I

  dengan : I = I + I _{1 1 2 2 3 3} Hukum Kirchof II

  Hukum Kirchof II

• Kuat arus I yg masuk dalam suatu titik
• Kuat arus I yg masuk dalam suatu titik percabangan A sama dengan arus yg keluar percabangan A sama dengan arus yg keluar dari titik percabangan B : dari titik percabangan B :

  Berarti berlaku :

  I ¹ I ₁ IA = IB = I1 + I2 +

  I _A

  I _B

  I A

  I B

  I3 A I B ₂ A I ^{2 B}

  I ₃ I ₃

ntuk

kan be

rvasi

erupa

  Konse Yang M ukum n lain H muata