M. Arus Listrik dan Beda Potensial

ARUS LISTRIK DAN BEDA POTENSIAL

Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik (I) yang mengalir melalui penghantar didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik(Q) yang mengalir setiap satu satuan waktu (t). Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah

Berdasarkan arah alirannya, arus listrik dibedakan menjadi dua jenis yaitu :

a.      Arus Searah (DC). Arus searah mengalir secara searah dari titik yang memiliki potensial tinggi ke titik yang memiliki potensial lebih rendah. Meskipun sebenarnya yang mengalir adalah elektron (muatan negatif) namun disepakati bahwa yang mengalir adalah arus positif, dari kutub positif ke kutub negative

b.      Arus Bolak-Balik (AC). Arus bolak-balik memiliki aliran arus yang berubah-ubah arahnya. Perubahan arah arus bolak-balik ini mengikuti garis waktu sehingga jika dilihat dengan oscilloscope, arus bolak-balik membentuk sebuah gelombang dengan frekuensi tertentu.

Untuk mencari kuat arus dapat menggunakan persamaan:

I = Q/T

Dengan:
I = kuat arus (A)

q = muatan (C)

t = waktu(s)

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur jumlah kuat arus listrik adalah Amperemeter. Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya. Amperemeter harus dihubungkan seri pada rangakaian yang akan diukur kuat arus listriknya. Untuk memasang amperemeter dalam suatu rangkaian listrik, perlu diperhatikan bahwa arus listrik harus mengalir masuk ke kutub positif ( diberi tanda ‘+’ atau warna merah ) dan meninggalkan amperemeter melalui kutub negatif (  diberi tanda “ –“ atau

warna hitam ). 

Untuk Membaca hasil pengukuran amperemeter  menggunakan rumus:

NP= PJ / ST x BU     

Keterangan :

NP= Nilai pengukuran,

PJ = penunjukan jarum

ST =skala tertinggi

BU= Batas ukur

Beda potensial

Beda potensial adalah banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Beda potensial dapat didefinisikan sebagai selisih potensial antara dua titik dalam suatu penghantar.

Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.

Untuk mengukur beda potensial dapat menggunaka persamaan :

W = Energi listrik ( J )

Q = Muatan listrik ( C )

V = Beda potensial ( V )

 

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur beda potensial disebut Voltmeter. Voltmeter selalu dipasang Paralel terhadap komponen yang akan diukur beda potensialnya. Cara membacanya sama seperti membaca hasil pengukuran pada Amperemeter.

Contoh soal

1.      Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik 360 C dalam waktu 2 menit, maka berapa besarnya arus yang mengalir ?

Pembahasan  

Diketahui        :  Q = 360 C

                             t = 2 menit = 120 sekon

Ditanyakan      : I = ?

Jawab             :

I =  Q/t

   = 360 / 120

   = 3 A

Jadi, besar arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar listrik 

2.      Tentukan besar arus listrik yang mengalir jika muatan listrik sebesar 150 C dalam waktu setengah menit.

Pembahasan

Diketahui         : Q = 150 C

                t = 1 / 2 menit = 30 sekon

Ditanyakan: I = ?

Jawab         :

I = Q / t

I = 150 / 30

            I = 5 A

 

3.      Kuat arus listrik yang mengalir pada AC 150 000 mA. Jika AC  menyala selama 1 jam, berapakah muatan listrik yang mengalir pada AC?

Jawab:

Diket :

I = 150 000 mA = 150 A

t = 1 jam = 3600 s

Ditanya :

a.       Q...?

Jawab :

a.       Q = I x t

    = 15 x 3600

    =   54 000 C yang mengalir pada lampu

4.      Kuat arus listrik yang mengalir pada lampu 250 mA. Jika lampu menyala selama 10 jam, berapakah

a.  muatan listrik yang mengalir pada lampu?

a.       Banyaknya elektron yang mengalir pada lampu ( 1 elektron = 1.6 x 10^-19)

Jawab:

Diket :

I = 250 mA = 0.25 A

t = 10 jam = 3600 s

Ditanya :

a.  Q...?

b.      N elektron..?

Jawab :

a.       Q = I x t

    = 0.25 x 3600

    =  9000 C yang mengalir pada lampu

b.      Karena 1 e = 1.6 x 10^-19 C maka untuk muatan sebesar 9000 C mempunyai elektron sebanyak

n_{e =} Q/t = 9000/1.6 x 10^-19 C = 1.5 x 10^-16

 jadi banyak elektron yang mengalir adalah = 1.5 x 10^-16

        5.   Berapakah besarnya beda potensial pada suatu rangkaian jika hasil pengukurannya seperti gambar di atas?

Penyelesaian:

Diketahui:

V_max  = 10 V

s_t       = 40

s_max   = 50

Ditanyakan: V = ?

Jawab:

V = (40/50) x 10 V = 8 V