1. Pengertian Arus Listrik
Gambar berikut memperlihatkan dua buah bola bermuatan listrik.
Bola A memiliki jumlah muatan positif lebih banyak daripada bola B. Ketika bola A dan bola B dihubungkan dengan sebuah paku (konduktor), sebagian muatan positif dari bola A akan mengalir melalui paku menuju bola B sehingga dicapai keadaan setimbang, yakni muatan listrik bola A dan B menjadi sama. Bola A dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi daripada bola B. Perbedaan potensial listrik inilah yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif ini disebut arus listrik.
Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat (potensial gravitasi) tinggi ke tempat (potensial gravitasi) rendah.
2. Kuat Arus Listrik
Anda telah mengetahui tentang pengertian arus listrik, yaitu aliran muatan listrik positif pada suatu penghantar dari potensial tinggi ke potensial rendah. Agar lebih memahami tentang arus listrik, lakukanlah Kegiatan berikut
Kegiatan Siswa
A. Tujuan : Anda dapat memahami kuat arus listrik.
B. Alat dan Bahan
Tiga buah baterai, 1 buah lampu, kabel, papan kayu, paku payung, dan alas bola lampu.
C. Langkah Kerja
- Rangkailah bola lampu dan sebuah baterai dengan menggunakan kabel di atas papan kayu seperti pada gambar di samping!
- Amatilah nyala bola lampu!
- Lakukan kegiatan di atas dengan menggunakan 2 baterai dan 3 baterai!
- Bandingkan nyala bola lampu!
- Apa kesimpulan Anda?
Pada baterai terdapat dua kutub yang potensialnya berbeda. Jika kedua kutub tersebut dihubungkan dengan lampu melalui kabel, maka akan terjadi perpindahan elektron dari kutub negatif ke kutub positif atau terjadi arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif, sehingga lampu dapat menyala.
Selanjutnya, jika baterai yang digunakan dua buah, maka lampu akan menyala lebih terang. Jika baterai yang digunakan tiga buah, maka lampu menyala makin terang. Mengapa demikian? Hal ini disebabkan beda potensial kutub positif dan kutub negatifnya makin besar sehingga muatan-muatan listrik yang mengalir pada penghantar makin banyak atau arus listriknya makin besar. Besarnya arus listrik (disebut kuat arus listrik) sebanding dengan banyaknya muatan listrik yang mengalir. Kuat arus listrik merupakan kecepatan aliran muatan listrik. Dengan demikian, yang dimaksud dengan kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang melalui penampang (A) suatu penghantar setiap satuan waktu. Bila jumlah muatan q melalui penampang penghantar dalam waktu t, maka kuat arus I secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
Keterangan:
I : kuat arus listrik (A)
q : muatan listrik yang mengalir (C)
t : waktu yang diperlukan (s)
Berdasarkan persamaan tersebut, dapat disimpulkan bahwa satu coulomb adalah muatan listrik yang melalui sebuah titik dalam suatu penghantar dengan arus listrik tetap satu ampere dan mengalir selama satu sekon.
Mengingat muatan elektron sebesar -1,6 × 10-19 C, (tanda negatif (-) menunjukkan jenis muatan negatif), maka banyaknya elektron (n) yang menghasilkan muatan 1 coulomb dapat dihitung sebagai berikut.
1 C = n × besar muatan elektron
1 C = n × 1,6 × 10-19 C atau 1 C = 6,25 × 1018 elektron.
Contoh Soal
Diketahui dalam waktu 1 menit, pada suatu penghantar mengalir muatan sebesar 150 coulomb. Berapa kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut?
Diketahui : t = 1 menit = 60 s
q = 150 C
Ditanyakan: I = ... ?
Jawab :
Jadi, kuat arus yang mengalir pada penghantar adalah 2,5 A.
Latihan soal
Muatan listrik sebesar 20 C mengalir pada penampang konduktor selama 5 sekon.
- Berapakah kuat arus listrik yang melalui konduktor tersebut?
- Berapakah jumlah elektron yang mengalir pada penampang konduktor tiap sekon, jika diketahui e = 1,6 × 10–19 C?
3. Mengukur Kuat Arus Listrik
Alat yang dapat digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik adalah amperemeter.
Ampermeter mempunyai hambatan dalam yang lebih kecil dibandingkan dengan hambatan rangkaian ( yang ideal hambatan dalam ampermeter nol ). Ampemeter mempunyai skala penuh atau batas ukur maksimum, sementara kuat arus listrik yang akan diukur melebihi batas ukur maksimum ampermeter.
Untuk mengukur arus listrik yang lebih besar, dipasang hambatan yang parallel yang disebut hambatan shunt ( Rsh ), perhatikan gambar
Misalkan arus maksimum yang terukur ampermeter semula I dan arus maksimum yang terukur setelah dipasang Rshunt adalah Ish, maka besar kenaikan batas ukur dapat dihitung dengan rumus
dengan
n = pelipatan batas ukur maksimum
I = batas ukur maksimum pada ampermeter
Ish = arus maksimum yang yang terukur dengan hambatan Rsh
Kuat arus total adalah
Tegangan pada hambatan shunt = tegangan ampermeter
dengan,
Rsh = hambatan parallel yang diperlukan
RA = hambatan dalam ampermeter
Contoh soal
Sebuah Ampermeter memiliki hambatan 15 Ohm. Saat arus sebesar 4x10-4A, ampermeter menunjukkan skala penuh. Agar ampermeter memberikan skala penuh ketika arusnya 5A, berapakah nilai hambatan shunt?
diketahui
IA = 4x10-4A ; RA = 15 ohm
I = 5A
ditanya Rsh = ?
Jawab
Ish = I – IA
= 5 - 4x10-4
= 5 (4x10-4 dapat diabaikan)
hambatan shunt
Rsh = ( IA /Ish) RA
= (4x10-4 / 5). 15
= 1,2x10-3 Ohm
Pada pengukuran kuat arus listrik, amperemeter disusun seri pada rangkaian listrik sehingga kuat arus yang mengalir melalui amperemeter sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar. Perhatikan Gambar
Cara memasang amperemeter pada rangkaian listrik adalah sebagai berikut.
a. Terminal positif amperemeter dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan (baterai).
b. Terminal negatif amperemeter dihubungkan dengan kutub negatif sumber tegangan (baterai).
Jika sakelar pada rangkaian dihubungkan, maka lampu pijar menyala dan jarum pada amperemeter menyimpang dari angka nol. Besar simpangan jarum penunjuk pada amperemeter tersebut menunjukkan besar kuat arus yang mengalir.
Cara membaca skala ampermeter adalah sebagai berikut
Jika sakelar dibuka, maka lampu pijar padam dan jarum penunjuk pada amperemeter kembali menunjuk angka nol. Artinya tidak ada aliran listrik pada rangkaian tersebut. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa arus listrik hanya mengalir pada rangkaian tertutup.
Latihan Soal
Pada suatu pengukuran arus listrik didapat data seperti ditunjukkan pada gambar. tentukan hasil pengukuran ampermeter tersebut!
Jawab
I = (1/3) x 0,6 = 0,2 ampere atau I = (0,2/0,6) x 0,6 = 0,2 ampere
4. Sakelar dan Sekering
Sakelar adalah alat yang berfungsi menghubungkan dan memutuskan arus listrik dalam waktu sementara. Dalam rangkaian listrik, sakelar dipasang secara seri. Ketika sakelar bekerja, rangkaian listrik tertutup dan arus listrik mengalir. Ketika sakelar tidak bekerja, maka rangkaian listrik menjadi terbuka, sehingga arus listrik tidak mengalir. Sakelar dalam rangkaian listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu sakelar satu kutub dan sakelar tukar. Sakelar satu kutub digunakan untuk menyambung atau memutus arus pada satu cabang rangkaian, sedangkan sakelar tukar digunakan untuk menyambung dan memutus arus pada dua cabang rangkaian secara bergantian. Sekering mempunyai fungsi sebagai pemutus arus listrik secara otomatis. Sekering terbuat dari logam bertitik lebur rendah yang berupa kawat halus. Jika arus listrik yang lewat terlalu besar atau melebihi kapasitas, maka kawat ini akan meleleh dan putus sehingga aliran arus listrik akan berhenti. Misalnya, jika terjadi korsleting (hubungan pendek), maka kuat arus akan membesar. Arus yang besar ini dapat memanaskan kawat sekering sampai meleleh dan akhirnya putus.
Sekering tidak hanya dipasang pada instalasi listrik rumah tangga saja, tetapi juga dipasang pada alat-alat listrik yang lain, seperti televisi, komputer, dan radio.
|
|| HOME || ARUS LISTRIK || BEDA POTENSIAL || HUKUM OHM || HAMBATAN LISTRIK || HUKUM KIRCHOFF || RANGKAIAN HAMBATAN || DAYA LISTRIK || PENGHEMATAN ENERGI || |