1. Arus Listrik
Arus
listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Berdasarkan perjanjian arah
arus listrik diambil sesuai arah gerakan muatan positif. Arus listrik
mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah, sedangkan
elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi.
Syarat terjadinya
arus listrik:
1. Terdapat beda
potensial antara kedua ujung konduktor
2. Terjadi dalam
rangkaian tertutup (seluruh elemen terhubung)
Gambar
1 menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik tersebut merupakan
susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat penghantar,
lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar 1a saklar dalam keadaan
terbuka dan rangkaian tersebut disebut rangkaian terbuka. Pada rangkaian
terbuka maka arus listrik tidak dapat mengalir sehingga lampu tidak menyala.
Pada gambar 1b saklar dalam keadaan tertutup dan rangkaian tersebut disebut
rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup 1b maka arus listrik mengalir
melalui rangkaian sehingga lampu menyala
2. Kuat Arus Listrik
Kuat
arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan yang mengalir melalui
suatu penampang konduktor tiap detik.
Jika ada muatan sebesar melewati suatu penampang kon
duktor dalam interval waktu, maka besar kuat arus listrik yang mengalir
dalam konduktor itu adalah:
dalam
SI (Sistem Internasional) satuan arus adalah ampere (A).
Satu
ampere didefinisikan sebagai muatan satu coulomb yang melewati suatu
permukaan dalam waktu 1 detik.
Muatan listrik satu
electron adalah 1,6 x 10-19C. Jika besarnya muatan listrik yang
melalui pengantar dalam waktu tertentu adalah Q Coulomb, maka jumlah electron
yang melalui penghantar adalah;
3. Alat Ukur Listrik
a. Amperemeter
Amperemeter (ammeter): adalah
alat ukur kuat arus listrik. Untuk
mengukur arus yang mengalir melalui resistor pada
rangkaian, amperemeter dipasang secara seri dengan resistor itu.
Simbol amperemeter
dalam rangkaian adalah;
Dengan demikian, pada amperemeter dan resistor akan
mengalir arus yang sama. Idealnya, amperemeter memiliki hambatan yang sangat
kecil sehingga hanya sedikit perubahan yang terjadi pada arus yang diukur.
Amperemeter memiliki skala penuh atau batas ukur maksimum, sedangkan kuat arus
listrik yang akan diukur mungkin melebihi batas ukur maksimum amperemeter. Galvanometer adalah komponen utam
a yang menyusun amperemeter analog. Agar amperemeter
dapat digunakan, maka dipasang suatu hambatan yang paralel dengan galvanometer
sehingga kelebihan arus akan mengalir ke hambatan paralel (hambatan shunt)
atau Rsh
Arus maksimum yang melalui galvanometer adalah Im,
sehingga arus yang melalui Rsh adalah I-Im. Resistor
RG dan Rsh dipasang secara pararel, maka beda potensial
antara a dan b sama besar. Dengan demikian,berlaku
Dengan RG resistor galvanometer dan
b. Voltmeter
Voltmeter adalah alat pengukur beda potensial (tegangan)
antara dua titik. Untuk mengukur beda potensial pada ujung-ujung resistor maka
voltmeter dipasang pararel dengan resistor itu.
Voltmeter juga memiliki resistansi sehingga pemasangan
voltmeter akan mengurangi hambatan antara titik a dan b.
Akibatnya, arus yang mengalir pada rangkaian meningkat dan mempengaruhi
tegangan pada titik a-b. Idealnya, voltmeter mempunyai hambatan yang sangat
besar sehingga efeknya pada rangkaian menjadi minimal.
Agar
voltmeter dapat digunakan untuk mengukur tegangan yang lebih besar maka batas
ukur maksimum voltmeter dapat diperbesar dengan menambah hambatan yang dipasang
seri dengan galvanometer penyusun voltmeter itu.
Untuk
menghitung besar Rs maka tegangan sebesar V dibagi menjadi dua,
yaitu tegangan pada galvanometer Vm dan tegangan pada ujung-ujung
resistor Rs yaitu Vs. Jadi, V = Vm + Vs.
Resistor Rs dan RG disusun seri sehingga diperoleh
resistor ekivalen R = Rs + RG. Untuk resistor susunan
seri, berlaku
Dengan RG adalah resistor galvanometer dan n
= V / Vm menunjukkan
perbandingan antara tegangan skala penuh dan tegangan skala penuh galvanometer.
c. Ohmmeter
Ohmmeter adalah alat pengukur hambatan atau resistansi
resistor. Untuk membuat ohmmeter, galvanometer dihubungkan seri dengan baterai
dan resistor Rs.
Ketika terminal-terminal x dan y dihubungkan ke resistor
R yang tidak diketahui, arus I yang mengalir melalui galvanometer adalah
4. Pembacaan alat ukur listrik dalam
rangkaian listrik
Pada dasarnya pembacaan alat ukur baik itu amperemeter
dan voltmeter adalah sama. Yang perlu diperhatikan adalah batas ukur yang
digunakan. Batas ukur adalah batas nilai maksimal yang bisa diukur oleh suatu
alat ukur.
Cara untuk membaca hasil pengkuran adalah:
Amperemeter ada yang
mempunyai batas ukur dan skala terbatas. Misalnya sebuah amperemeter batas
ukurnya 5A dengan skala 1–10. Jika saat digunakan jarum menunjukkan angka 4
pada skala, besar kuat arus listrik yang terukur adalah sebagai berikut.
Dengan demikian, arus
listrik yang terukur sebesar 2 A.
Contoh soal:
Kuat
arus listrik yang mengalir dalam 1 jam pada suatu kabel yang luas penampang
kawatnya 0,2 mm dalam suatu rangkaian elektronika adalah 0,17 mA. Manakah dari
pernyataan berikut ini yang benar?
1. Rapat arus dalam 1 jam adalah 8500
A/m2
2. Besar muatan
yang melalui kabel adalah 0,61 C
3. Banyaknya
elektron yang mengalir dalam 1 jam adalah 3,81 x 1016 buah
4. Rapat arus dalam 1 jam adalah 850
A/m2
a. 1, 2, dan 3
b. 1 dan 3
c. 2 dan 4
d. 4 saja
e. Semua benar
Penyelesaian:
Diketahui:
A = 0,2 mm2
I
= 0,17 mA
t
= 1 jam = 3600 sekon
Ditanya:
a. J = …..?
b. Q = …..?
c. n = …..?
Jawab:
a) Rapat arus
dapat dihitung dengan Persamaan:
b) Untuk selang waktu t = 1 jam = 3600
sekon, muatan yang melalui kabel tersebut diperoleh adalah:
q
= It = 0,17 x 10-3 x 3600 = 0,61 C
c) Banyaknya
elektron yang menghasilkan muatan 0,61 C adalah
Jadi jawabannya adalah 2 dan 4 (C).
WARM-UP 1
1. Definisikan dan
jelaskan arus listrik dan kuat arus listrik!
2. Jelaskan cara
membaca alat ukur listrik dan berikan contohnya!
PUZZEL
1. Dua buah benda
bermuatan listrik masing-masing bermuatan positif dan negatif dihubungkan
melalui seutas kawat (diperlihatkan seperti gambar):
Kawat
(a) Kawat (b)
Ke manakah arus
listrik mengalir dalam rangkaian (a), dan ke manakah arus elektron mengalir
dalam rangkaian (b)?
2. Dalam kegiatan praktikum Adward mendapat tugas untuk
mengukur hambatan suatu resistor. Jika alat ukur yang digunakan oleh Adward
menunjukkan skala seperti pada gambar, manakah pernyataan berikut ini yang
benar? Jelaskan!
1. Beda potensial ujung-ujung resistor sebesar 3 V
2. Beda Potensial ujung-ujung resistor sebesar 6 V
3. kuat arus yang mengalir pada rangkaian 4 mA
4. kuat arus yang mengalir pada rangkaian sebesar 3 mA
5. Nilai hambatan resistor 0,75 kΩ
6. Nilai hambatan resistor 2 kΩ