LISTRIK DINAMIS
Pendahulan
Listrik Statis telah kita pelajari bahwa energi listrik tersimpan dalam zat dalam bentuk muatan positif dan muatan negatif. Jika antara dua zat yang bermuatan listrik dihubungkan dengan penghantar, maka arus listrik akan mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Cabang ilmu yang mempelajari muatan listrik yang mengalir dalam penghantar dikenal dengan nama Elektro dinamis. Listrik dinamis lebih aplikable dibandingkan dengan listrik statis
Materi Prasarat
Dua buah titik memiliki beda potensial listrik jika muatan listrik di kedua titik tersebut tidak sama. Potensial tinggi jika tempat tersebut lebih positif daripada tempat lain, dan potensial rendah jika tempat tersebut lebih negatif dari tempat lain. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah dalam penghantar. Arus listrik di anggap sebagi arus muatan positif.
Untuk dapat memahami arus listrik dengan mudah, maka kita dapat mengasumsikan arus listrik sebagai arus air, dimana besarnya arus listrik identik dengan debit air, sumber arus listrik identik dengan pompa air, hambatan identik dengan bendungan, beda potensial identik dengan beda tinggi permukaan.
Agar arus listrik dapat terus mengalir dalam rangkaian maka dibutuhkan sumber arus listrik, begitu juga agar air dapat mengalir terus dalam pipa, maka diperlukan pompa air.
Kuat Arus Listrik dan Tegangan Listrik
Kuat arus istrik dalam suatu penghantar dihitung dari banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik. Kuat arus listrik dilambangkan dengan I. Jika banyaknya muatan listrik adalah Q dan waktu adalah t, maka kuat arus listrik dapat dirumuskan sebagai :
I = Q/t
I = kuat arus listrik dalam (ampere)
Q= muatan listrik dalam (coulomb)
t = waktu dalam (second)
berdasarkan persamaan di atas maka satuan kuat arus listrik 1 ampere sama dengan 1 C/s, yang mengandung arti 1 ampere adalah muatan listrik 1 coloumb yang mengalir dalam penghantar tiap detik. Kuat arus istrik dapat diukur dengan menggunakan amperemeter. Amperemeter di pasang seri terhadap hambatan (beban).
Contoh, Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian sebesar 1 A, jika listrik telah mengalir selama 1 menit, maka hitunglah jumlah muatan yang telah dipindahkan.
Diketahui:
I = 1 A
T = 1 menit = 60 detik
Q = ?
Jawab:
Q = I. t
Q = 1 A x 60 detik
Q = 60 coulomb
Beda potensial adalah usaha yang digunakan untuk memindahkan satuan muatan listrik . hubungan antara energi listrik, muatan listrik dan beda potensial dapat dituliskan dalam persamaan:
V = Beda potensial listrik dalam volt (V)
W = energi listrik dalam joule (J)
Q = muatan listrik dalam coulomb (C).
Arus listrik hanya akan terjadi dalam penghantar jika antara ujung-ujung penghantar terdapat beda potensial (tegangan listrik). Alat ukur beda potensial listrik adalah volmeter. Dalam rangkaian voltmeter dipasang paralel dengan hambatan (beban).
Contoh, Beda potensial antara ujung penghantaradalah 12 volt, hitunglah besarnya energi listrik jika jumlah muatan yang mengalir sebesar 4 coulomb.
Diketahui:
V = 12 volt
Q = 4 C
W = ?
Jawab:
W = V. Q
W = 12 volt x 4 C
W = 48 joule
(a) Bagan rangkaian (b) rangkaian listrik
Dalam rangkaian tertutup pemasangan voltmeter dan amperemeter dapat dilakukan bersama-sama. Voltmeter dipasang paralel terhadap hambatan dan amperemeter dipasang seri terhadap hambatan. Di laboratorium volmeter dapat dibuat dari rangkaian basic mater dan multiplier, sedangkan ampere meter dapat di buat dari rangkaian basic meter dan shun. Baik shun maupun multiplier memiliki batas ukur. Oleh karena itu dalam pembacaan sekalanya perlu diperhatikan antara batas ukur dan pembacaan pada skala basic meter. Berikut ini cara menggunakan basic meter dan cara pembacaannya.
Dalam rangkaian listrik, volt meter dipasang paralel terhadap alat listrik.
Jika voltmeternya dengan menggunakan kombinasi basic meter dan multiplier, maka pembacaan hasil pengukurannya perlu memperhatikan sekala maksimum dan batas ukurnya.
Batas ukur maksimumnya = 10 volt
Sekala maksimumnya = 30 volt
Pengukuran dengan menggunakan basic mater dan multiplier yang memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Contoh, Batas ukur multiplier adalah 12 volt, skala maksimum basik meter adalah 120 volt, jika jarum pada saat digunakan menunjukkan angka 40, maka hitunglah besrnya tegangan listrik yang terukur
Diketahui:
Batas ukur : 12 volt
Skala maksimum : 120 volt
Pembacaan skala = 40
Jawab:
Hasil pengukuran = (12/120) x 40 volt
= 0,1 x 40 volt
= 4 volt
Hukum Ohm
Hukum Ohm merupakan hukum dasar dalam rangkaian elektronik. Hukum Ohm menjelaskan hubungan antara tegangan, kuat arus dan hambatan listrik dalam rangkaian.
Besarnya tegangan listrik dalam sebuah rangkaian sebanding dengan kuat arus listrik. Pernyataan ini di kenal sebagai hukum Ohm. Hal ini menyatakan bahwa tegangan listrik dalam rangkaian akan bertambah jika arus yang mengalir dalam rangkaian bertambah. Hubungan tersebut dapat di tuliskan dalam persamaan matematika.
V ~ I atau
V = R I (Hukum Ohm)
R adalah konstanta yang disebut hambatan penghantar, satuannya adalah ohm (W)
Contoh, Arus listrik sebesar 2 A mengalir dalam rangkaian yang memiliki hambatan sebesar 2 ohm, hitunglah besarnya beda potensial antara ujung-ujung hambatan tersebut.
Diketahui:
I = 2 A
R = 2 ohm
V = ?
Jawab:
V = I x R
V = 2 A x 2 ohm
V = 4 volt
Jika dalam hambatan R mengalir arus listrik I, maka antara ujung-ujung hambatan timbul beda potensial V.
V = IR
Jika diantara ujung-ujung hambatan R terdapat beda potensial V, maka dalam hambatan pasti mengalir arus listrik I
I = V/R
Jika arus listrik I mengalir dalam suatu penghantar dan antara ujung-ujung penghantar muncul beda potensial V, maka dalam penghantar tersebut terdapat hambatan.
R = V/I
Grafik V dan I
Berdasarkan grafik di atas dapat di simpulkan sebagai berikut:
1. Dalam rangkaian tertutup besarnya beda potensial berbanding lurus dengan kuat arus listrik.
2. Makin besar kuat arus, makin besar nilai beda potensialnya.
3. Perbandingan antara besarnya beda potensial dan kuat arus listrik adalah tetap. Tetapan itu di sebut dengan hambatan penghantar (R) dengan satua ohm.
4. Hubungan antara bedapotensial dan kuat arus listrik dapat dituliskan dalam persamaan berikut :
V = I x R
V = beda potensial/tegangan listrik dalam satuan volt (V)
I = kuat arus listrik dalam satuan ampere (A)
R = hambatan penghantar dalam satuan ohm (W)
Rangkaian Hambatan Listrik
Agar arus listrik dan tegangan listrik dalam rangkian dapat diperoleh sesuai dengan yang kita butuhkan maka perlu di atur dengan menambahkan hambatan dalam rangkaian. Namun demikian terkadang kita tidak mendapatkan nilai hambatan yang sesuai, dengan demikian kita perlu merangkai dua atau lebih hambatan agar mendapatkan nilai hambatan yang sesuai. Setidaknya ada dua jenis cara menyusun hambatan dalam rangkaian, yaitu secara seri dan paralel. Apakah perbedaan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel? Rangkaian manakah yang menghasilkan hambatan pengganti lebih besar, dan rangkaian jenis apakah yang menghasilkan hambatan pengganti lebih kecil. Berikut ini adalah jenis-jenis rangkaian listrik.
A.
Rangkaian hambatan seri adalah rangkaian hambatan yang disusun berderet (tidak bercabang). Jika pada setiap titik dipasang amperemeter, maka besarnya arus listrik yang melalui setiap hambatan adalah sama besar.
I1 = I2 = I
Sedangkan tegangan diantara a-b (Va-b), diantara b-c (Vb-c) dan diantara a-c (Va-c) memiliki hubungan :
Va-c = Va-b + Vb-c, berdasarkan hal tersebut jika hukum ohm dimasukkan dalam perhitungan maka
I Rs = I1R1 + I2R2, karena I1 = I2 = I maka
Rs = R1 + R2
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besarnya hambatan pengganti dalam rangkaian seri sama dengan hasil penjumlahan aljabar semua hambatan. Sehingga nilai hambatan pengganti selalu lebih besar daripada nilai hambatan yang disusunnya.
Contoh, Dua buah hambatan masing-masing 4 ohm, jika dua bauah hambatan di rangkai dalam bentuk seri, maka hitunglah besarnya rangkaian pengganti.
Diketahui R1 = R2 = 4 ohm
Jawab:
Rs = R1 + R2
Rs = 4 ohm + 4 ohm
Rs = 8 ohm
B. Rangkaian hambatan Paralel
Rangkaian hambatan paralel adalah rangkaian hambatan yang bercabang. Jika pada setiap cabang di pasang amperemeter maka jumlah arus listrik yang menuju titik cabang sama dengan jumlah arus listrik yang meninggalkan titik cabang. Pernyataan ini di kenal dengan hukum I Kirchhoff. Dengan demikian dapat dituliskan : I = I1 + I2,
Jika volt meter dipasang pada tiap-tiap ujung hambatan dalam rangkaian, maka beda potensial masing-masing hambatan besarnya sama. Dengan demikian dapat dituliskan : V1 = V2 = V
Dari hukum ohm: I = V/R maka persamaan tersebut dapat dituliskan menjadi:
karena V1 = V2 = V maka
Contoh, Dua buah hambatan masing-masing 4 ohm, jika dua bauah hambatan di rangkai dalam bentuk paralel, maka hitunglah besarnya rangkaian pengganti.
Diketahui R1 = R2 = 4 ohm
Jawab:
Rp = (R1.R2)/(R1+R2)
Rp = (4x4)/(4+4)
Rp = 16/8
Rp = 2 ohm