Listrik Dinamis

Perhatikan gambar di samping.

Air mengalir dalam bejana

Jika kran dibuka, maka air akan mengalir dari bejana A menuju bejana B. Hal ini disebabkan energi yang dialami air pada bejana A lebih besar dari pada air pada bejana B.Energi itu disebut energi potensial. Jadi dapat disimpulkan, 

“Air dapat mengalir karena bejana yang dihubungkan memiliki beda potensial”

“Air mengalir dari energi potensial tinggi ke energi potensial rendah”

Perhatikan gambar berikut. 

Beda potensial dua benda bermuatan

Seperti pada air tadi, benda A dan benda B memiliki beda potensial (perhatikan jumlah muatan listrik pada kedua benda). Maka dapat diperhatikan, elektron akan berpindah dari benda B menuju benda A. Berpindahnya elektron (muatan listrik) tersebut akan mengakibatkan listrik mengalir dari arah sebaliknya Hal inilah yang disebut listrik dinamis Listrik dinamis mempelajari tentang muatan-muatan listrik (elektron) yang bergerak melalui penghantar. Listrik yang mengalir (Arus listrik) dipengaruhi besarnya beda potensial dan penghubung (pengantar).

Arus Listrik
Listrik dinamis mempelajari tentang muatan-muatan listrik (elektron) yang bergerak melalui penghantar.
Banyaknya muatan listrik yang berpindah dalam selang waktu disebut Kuat Arus Listrik (I)
Besarnya kuat arus listrik yang ditimbulkan oleh perpindahan muatan listrik dalam selang waktu tertentu dapat dihitung dengan persamaan

Keterangan:

I = kuat arus listrik (Ampere = A)

Q = muatan listrik yang mengalir (Coulomb = C)

t = waktu(detik atau sekon = det atau s)

Arus listrik terjadi karena berpindahnya muatan listrik yang berpindah

Elektron memiliki muatan listrik dasar sebesar Qe = 1,6 x 10^-19 C

Jadi berdasarkan muatan listrik yang mengalir, jumlah elektron dapat dihitung dengan persamaan

Keterangan:

n = jumlah elektron 

Q = muatan listrik yang mengalir (Coulomb = C)

Qe = muatan dasar listrik elektron (1,6 x 10^-19 C) 

Contoh Soal

Kuat arus listrik yang mengalir pada lampu 2 A. Jika lampu menyala selama 10 menit, 

a. berapakah muatan listrik yang mengalir pada lampu? 

b. banyaknya elektron yang mengalir pada lampu.

Jawaban : a. 1200 C b.  750 x 10¹⁹ elektron

Kuat arus listrik dapat diukur dengan menggunakan alat Amperemeter.

Agar Amperemeter berfungsi dengan baik, perhatikan pemasangannya seperti gambar berikut.

Pemasangan amperemeter dalam pengukuran kuat arus

Cara menghitung kuat arus dengan amperemeter adalah

Beda Potensial

Arus listrik dapat mengalir karena adanya beda potensial antara dua buah benda yang dihubungkan dengan pengantar.

Beda (energi) potensial listrik merupakan besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik.

Oleh karena itu, beda potensial dapat dihitung dengan persamaan:

Keterangan:

V = beda potensial (Volt = V)

W = usaha listrik dalam memindahkan uatan listrik (Joule = J)

Q = muatan listrik yang mengalir(Coulomb = C) 

Kuat arus listrik dapat diukur dengan menggunakan alat Voltmeter.

Agar Voltmeter berfungsi dengan baik, perhatikan pemasangannya seperti gambar berikut.

Pemasangan voltmeter dalam pengukuran beda potensial

Cara menghitung beda potensial (tegangan listrik) dengan voltmeter adalah

Daya Antar Listrik

Pada awal pembelajaran ini, kita pahami listrik dapat mengalir karena adanya dua benda yang memiliki beda potensial yang dihubungkan dengan pengantar. Jadi, besar kecilnya kuat arus (daya antar listrik) dipengaruhi oleh hambatan pada kabel pengantar. Daya antar listrik merupakan kecepatan dalam mengantarkan listrik.

Daya antar listrik dipengaruihi oleh

1. Jenis kawat (ρ)
2. Panjang kawat (l)
3. Luas penampang kawat (A)

Besar hambatan pada pengantar dapat dihitung dengan persamaan, 

Oleh karena itu, beda potensial dapat dihitung dengan persamaan:

Keterangan:

R = Hambatan(Ohm = Ω )

ρ = hambatan jenis suatu kawat (Ohm meter = Ω . m)

l = panjang kawat (meter = m)

A = luas penampang kawat (meter persegi = m²)

Berikut, hambatan jenis beberapa kabel pengantar.

Contoh soal.

1. Kawat tembaga panjangnya 15 m memiliki luas penampang 5 mm² . Jika hambatan jenisnya 1,7 x 10^-8 Ωm, berapakah hambatan kawat tembaga?
2. Dua kawat A dan B luas penampangnya sama dan terbuat dari bahan yang sama. Panjang kawat A tiga kali panjang kawat B. Jika hambatan kawat A 150 Ω, berapakah hambatan kawat B?

Jawaban:

1. 5,1 x 10^-2 Ω
2. 30 Ω

Hukum Ohm

Seorang ahli Fisika dari Jerman, George Simon Ohm (1789 – 1854) meneliti hubungan antara kuat arus listrik dengan beda potensial listrik pada rangkaian listrik.

Hukum Ohm yang berbunyi
“besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya”

Grafik hubungan V-I sesuai dengan hukum ohm

Berdasarkan hukum tersebut, hukum ohm dinyatakan dalam persamaan:

Keterangan:

V = Beda Potensial (Volt = V)

I = Kuat Arus listrik (Ampere = A)

R = hambatan listrik (Ohm =Ω)

Contoh Soal:

1. Kawat penghantar kedua ujungnya memiliki beda potensial sebesar 6 volt, menyebabkan arus listrik mengalir pada kawat itu 2A. Berapakah hambatan kawat itu?
2. Konduktor berhambatan 400 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan, sehingga mengalir arus listrik 500 mA. Berapakah beda potensial ujung-ujung kondutor tersebut?

Jawaban:

1. 3 Ω
2. 200 V

Hukum Kirchoff

Bandingkan kedua gambar berikut.

Apakah terang lampu-lampu yang dirangkai seperti gambar 1 dan gambar 2 sama terangnya ketika listrik mengalir?

Hal rangkaian ini dianalisis pertama kali oleh Robert Gustav Kirchoff (Fisikawan Jerman, 1824 – 1887)

Hukum I Kirchoff berbunyi,
“Jumlah kuat aru listrik yang masuk titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik mang meninggalkan titik percabangan.”

Imasuk = Ikeluar

I₁ = I₂ + I₃

Keterangan = I = kuat arus listrik (A)

Contoh Soal

Perhatikan gambar disamping.

Pada titik P dari sebuah rangkaian listrik ada 4 cabang, 2 cabang masuk dan 2 cabang keluar. Jika diketahui besarnya I₁ = 6 A, I₂ = 3 A, dan I₃ = 7 A, tentukan berapa besar nilai dari I₄?

Jawaban: 2A

Berdasarkan pernyataan Hukum I Kirchoff, listrik dapat dirangkai menjadi tiga jenis:

1. Rangkaian Seri
2. Rangkaian Paralel
3. Rangkaian Seri - Paralel

1. Rangkaian Seri

I₁ = I₂ = I₃
V = V₁ + V₂ + V₃
R = R₁ + R₂ + R₃

2. Rangkaian Paralel

I = I₁ + I₂ + I₃
V = V₁ = V₂ = V₃
1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃

Berikut ini beberapa soal listrik dinamis dalam Ujian nasional

1. Soal UN 2016

***