A. Arus Listrik
Dalam pembahasan listrik statis, kita telah mempelajari pengertian elektron. Elektron adalah pembawa muatan listrik negative. Elektron dapat berpindah atau mengalir. Bagaimana dengan muatan listrik positif ? untuk memahaminya, perhatikan gambar berikut,
B. Petunjug Penggunaan Amperemeter
Untuk menghindari kesalahan dalam melakukan pengukuran kuat arus dengan menggunakan amperemeter, kita perhatikan petunjuk berikut : - Kita hubungkan terminal-terminal amperemeter dengan polaritas yang benar. Terminal negatif
dihubungkan dengan negatif sumber, terminal positif dihubungkan dengan positif sumber
2 - Kabel pengujian merah biasanya digunakan untuk kutub positif, kabel hitam atau biru untuk kutub
negatif
- Kita gunakan kisaran atau batas ukur yang sesuai atau lebih tinggi. Misalnya, untuk mengukur kuat
arus 65 mA digunakan amperemeter dengan kisaran 100 mA
Pada gambar di atas (b) menunjukkan amperemeter dengan batas ukur 100 mA. Jarum menunjukkan skala yang lebih kecil untuk mengetahui besar kuat arus dalam rangkaian secara lebi teliti.
Seringkali amperemeter tidak tersedia di laboratorium sekolah. Karena itu, amperemeter dapat dibuat dengan cara merangkai shunt dan basicmeter. Bagaimana cara pembacaan skalanya ? Untuk mengetahuinya, kita perhatikan gambar berikut :
Dalam pembahasan listrik statis, kita telah mempelajari pengertian elektron. Elektron adalah pembawa muatan listrik negative. Elektron dapat berpindah atau mengalir. Bagaimana dengan muatan listrik positif ? untuk memahaminya, perhatikan gambar berikut,
(a) arah arus listrik dan (b) arah gerak elektron
Gambar di atas (a) memperlihatkan bahwa benda A dan B bermuatan positif. Benda A kekurangan banyak elektron, sedangkan benda B kekurangan sedikit elektron. Dikatakan, benda A memiliki potensial tinggi, sedangkan benda B memiliki potensial rendah.
Untuk gambar (b), benda A dan benda B bermuatan negatif. Benda B lebih banyak kelebihan elektron daripada benda A. dikatakan potensial benda B lebih rendah daripada benda A. jika A dan B dihubungkan dengan penghantar, elektron mengalir dari B ke A. Elektron mengalir dari tempat yang potensialnya rendah ke tempat potensialnya tinggi.
Selama elektron mengalir, di dalam penghantar terjadi arus listrik. Jadi, arus listrik adalah aliran elektron atau muatan negatif. Andaikan muatan positif dapat mengalir maka muatan positif mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke tempat potensialnya rendah.
Sebelum mengenal elektron, para ahli beranggapan bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Oleh karena itu, sekarang disepakati bahwa arus listrik adalah arah aliran muatan positif, yaitu dari potensial tinggi ke potensial rendah.
Untuk gambar (b), benda A dan benda B bermuatan negatif. Benda B lebih banyak kelebihan elektron daripada benda A. dikatakan potensial benda B lebih rendah daripada benda A. jika A dan B dihubungkan dengan penghantar, elektron mengalir dari B ke A. Elektron mengalir dari tempat yang potensialnya rendah ke tempat potensialnya tinggi.
Selama elektron mengalir, di dalam penghantar terjadi arus listrik. Jadi, arus listrik adalah aliran elektron atau muatan negatif. Andaikan muatan positif dapat mengalir maka muatan positif mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke tempat potensialnya rendah.
Sebelum mengenal elektron, para ahli beranggapan bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Oleh karena itu, sekarang disepakati bahwa arus listrik adalah arah aliran muatan positif, yaitu dari potensial tinggi ke potensial rendah.
1. Proses Terjadinya Arus Listrik
Pada pembahasan sebelumnya telah disinggung potensial tinggi dan potensial rendah. Apakah potensial listrik itu ?
Potensial listrik disebut juga tegangan listrik atau tekanan listrik, yaitu usaha yang diperlukan untuk memindahkan matan listrik positif. Hal ini dapat disamakan seperti tekanan yang menyebabkan aliran air. Untuk memahaminya, coba kita lakukan kegiatan berikut :
a. Kita siapkan alat dan bahan diantaranya :
- Bejana berlubang dibuat dari bekas botol plastik air minum 2 buah
- Air
b. Jika alat dan bahan telah siap, maka langkah kerja yang kita lakukan adalah sebagai berikut :
- Kita siapkan dua bejana dengan diberi label A dan B
- Kita tutup kedua lubang dengan penyumbat
- Kita isi bejana A dengan 400 mL air (2 gelas), dan bejana B dengan 200 mL air
- Kita buka kedua penyumbat secara bersamaan. Kira-kira pada bejana mana air
memancar paling kuat ? Mengapa demikian ?
Potensial listrik disebut juga tegangan listrik atau tekanan listrik, yaitu usaha yang diperlukan untuk memindahkan matan listrik positif. Hal ini dapat disamakan seperti tekanan yang menyebabkan aliran air. Untuk memahaminya, coba kita lakukan kegiatan berikut :
a. Kita siapkan alat dan bahan diantaranya :
- Bejana berlubang dibuat dari bekas botol plastik air minum 2 buah
- Air
b. Jika alat dan bahan telah siap, maka langkah kerja yang kita lakukan adalah sebagai berikut :
- Kita siapkan dua bejana dengan diberi label A dan B
- Kita tutup kedua lubang dengan penyumbat
- Kita isi bejana A dengan 400 mL air (2 gelas), dan bejana B dengan 200 mL air
- Kita buka kedua penyumbat secara bersamaan. Kira-kira pada bejana mana air
memancar paling kuat ? Mengapa demikian ?
tekanan air pada bejana A lebih besar daripada bejana B ?
- Apa yang dapat kita simpulkan dari percobaan di atas ?
Pada kegiatan percobaan diatas, dari bejana A air lebih kuat daripada bejana B. Hal ini disebabkan tekanan air di A besar atau potensialnya besar, sedangkan pada bejana B tekanannya kecil atau potensialnya kecil. Kita ulangi kegiatan itu, tetapi kedua bejana dihubungkan dengan selang plastik kecil (gambar a di bawah ini).
Pada kegiatan percobaan diatas, dari bejana A air lebih kuat daripada bejana B. Hal ini disebabkan tekanan air di A besar atau potensialnya besar, sedangkan pada bejana B tekanannya kecil atau potensialnya kecil. Kita ulangi kegiatan itu, tetapi kedua bejana dihubungkan dengan selang plastik kecil (gambar a di bawah ini).
Gambar kiri : Air mengalir dari A ke B dan Gambar kanan : Pompa air, menjaga
dan berhenti setelah tekanannya sama agar tekanan A selalu lebih besar dari-
pada B
dan berhenti setelah tekanannya sama agar tekanan A selalu lebih besar dari-
pada B
Air mengalir dari bejana A ke bejana B akan berhenti apabila tinggi permukaan air pada bejana A dan B sama atau potensialnya sama. Agar air dapat mengalir terus-menerus, harus dipasang sebuah pompa untuk memindahkan air dari bejana B ke bejana A. Kita perhatikan gambar (b) !
Arus listrik dapat digambarkan sebagai aliran air, seperti kegiatan percobaan kedua. Jadi dapat dinyatakan bahwa :
- Arus listrik mengalir jika ada beda potensial
- Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah
Arus listrik akan berhenti mengalir apabila tidak ada lagi perbedaan potensial listrik. Pada rangkaian listrik, alat yang berfungsi seperti pompa air, yaitu mengalirkan arus listrik secara terus-menerus disebut sumber tegangan.
Sumber tegangan berfungsi memindahkan muatan listrik dari potensial rendah ke potensial tinggi. Di dalam rangkaian listrik, sumber tegangan menjaga agar potensial ujung penghantar yang satu selalu lebih tinggi daripada potensial ujung penghantar yang lain. Dengan demikian, muatan listrik tetap dapat mengalir.
Arus listrik dapat digambarkan sebagai aliran air, seperti kegiatan percobaan kedua. Jadi dapat dinyatakan bahwa :
- Arus listrik mengalir jika ada beda potensial
- Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah
Arus listrik akan berhenti mengalir apabila tidak ada lagi perbedaan potensial listrik. Pada rangkaian listrik, alat yang berfungsi seperti pompa air, yaitu mengalirkan arus listrik secara terus-menerus disebut sumber tegangan.
Sumber tegangan berfungsi memindahkan muatan listrik dari potensial rendah ke potensial tinggi. Di dalam rangkaian listrik, sumber tegangan menjaga agar potensial ujung penghantar yang satu selalu lebih tinggi daripada potensial ujung penghantar yang lain. Dengan demikian, muatan listrik tetap dapat mengalir.
2. Kuat Arus
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui penampang suatu penghantar setiap sekon. Alat untuk mengukur kuat arus adalah amperemeter. Ciri sebuah amperemeter ialah adanya huruf A pada daftar skala alat itu (seperti gambar di bawah).
(a) amperemeter biasa, (b) amperemeter digital, dan
(c) penunjukan skala pada amperemeter
Cara pemakaiannya, amperemeter dipasang seri dalam suatu rangkaian. Dalam skema rangkaian listrik, amperemeter dilambangkan :
Untuk menghindari kesalahan dalam melakukan pengukuran kuat arus dengan menggunakan amperemeter, kita perhatikan petunjuk berikut : - Kita hubungkan terminal-terminal amperemeter dengan polaritas yang benar. Terminal negatif
dihubungkan dengan negatif sumber, terminal positif dihubungkan dengan positif sumber
2 - Kabel pengujian merah biasanya digunakan untuk kutub positif, kabel hitam atau biru untuk kutub
negatif
- Kita gunakan kisaran atau batas ukur yang sesuai atau lebih tinggi. Misalnya, untuk mengukur kuat
arus 65 mA digunakan amperemeter dengan kisaran 100 mA
Pada gambar di atas (b) menunjukkan amperemeter dengan batas ukur 100 mA. Jarum menunjukkan skala yang lebih kecil untuk mengetahui besar kuat arus dalam rangkaian secara lebi teliti.
Seringkali amperemeter tidak tersedia di laboratorium sekolah. Karena itu, amperemeter dapat dibuat dengan cara merangkai shunt dan basicmeter. Bagaimana cara pembacaan skalanya ? Untuk mengetahuinya, kita perhatikan gambar berikut :
Rangkaian sunt dan basicmeter, (a) susunan rangkaian,
(b) contoh penunjukan skala
(b) contoh penunjukan skala
Pada basicmeter terdapat dua deret skala, yaitu :
-5 0 10 20 30 40 50 atau skala -5 -50
-10 20 40 60 80 100 atau skala -10 -100
Pada gambar rangkaian shunt dan basicmeter (b), jarum menunjuk 30 pada skala -10 -100 atau 15 pada skala -5 -50. Pemilihan skala yang akan dibaca harus disesuaikan dengan batas ukur yang digunakan. Misalnya, amperemeter dengan batas ukur 1 A menggunakan skala -10 -100. Hasil pengukurannya adalah :
30 / 100 = 0,3 A
Apabila batas ukur amperemeter 5 A, skala yang digunakan -5 -50. Hasil pengukurannya adalah :
15 / 100 = 0,15 A
Apabila melalui penampang suatu penghantar, selama t detik mengalir muatan listrik sebanyak Q coulomb, maka kuat arusnya (I) dapat dihitung dengan persamaan :
I = Q / t
Keterangan :
Q = muatan listrik, satuannya coulomb (C)
t = waktu, satuannya sekon (s)
I = kuat arus listrik, satuannya coulomb/sekon atau ampere (A)
Contoh soal :
1. Dengan melalui sepotong kawat penghantar, dalam waktu 1 menit muatan listrik mengalir sebanyak 300 coulomb. Berapa ampere kuat arus yang mengalir melalui penghantar itu ?
Penyelesaian :
Diketahui : t = 1 menit = 60 sekon
Q = 300 C
Ditanyakan : I = …. ?
Jawab :
I = Q / t = (300 C) / (60 s) = 5 C/s = 5 A
2. Dalam waktu 3 menit, pada sepotong kawat penghantar mengalir arus sebesar 20 A. Berapa coulomb muatan listrik yang dipindahkan dalam penghantar itu ?
Penyelesaian :
Diketahui : t = 3 menit = 180 s
I = 20 A
Ditanyakan : Q = … ?
Jawab :
I = Q / t
Q = I x t
Q = (20 A) x (180 s)
Q = 3600 C
-5 0 10 20 30 40 50 atau skala -5 -50
-10 20 40 60 80 100 atau skala -10 -100
Pada gambar rangkaian shunt dan basicmeter (b), jarum menunjuk 30 pada skala -10 -100 atau 15 pada skala -5 -50. Pemilihan skala yang akan dibaca harus disesuaikan dengan batas ukur yang digunakan. Misalnya, amperemeter dengan batas ukur 1 A menggunakan skala -10 -100. Hasil pengukurannya adalah :
30 / 100 = 0,3 A
Apabila batas ukur amperemeter 5 A, skala yang digunakan -5 -50. Hasil pengukurannya adalah :
15 / 100 = 0,15 A
Apabila melalui penampang suatu penghantar, selama t detik mengalir muatan listrik sebanyak Q coulomb, maka kuat arusnya (I) dapat dihitung dengan persamaan :
I = Q / t
Keterangan :
Q = muatan listrik, satuannya coulomb (C)
t = waktu, satuannya sekon (s)
I = kuat arus listrik, satuannya coulomb/sekon atau ampere (A)
Contoh soal :
1. Dengan melalui sepotong kawat penghantar, dalam waktu 1 menit muatan listrik mengalir sebanyak 300 coulomb. Berapa ampere kuat arus yang mengalir melalui penghantar itu ?
Penyelesaian :
Diketahui : t = 1 menit = 60 sekon
Q = 300 C
Ditanyakan : I = …. ?
Jawab :
I = Q / t = (300 C) / (60 s) = 5 C/s = 5 A
2. Dalam waktu 3 menit, pada sepotong kawat penghantar mengalir arus sebesar 20 A. Berapa coulomb muatan listrik yang dipindahkan dalam penghantar itu ?
Penyelesaian :
Diketahui : t = 3 menit = 180 s
I = 20 A
Ditanyakan : Q = … ?
Jawab :
I = Q / t
Q = I x t
Q = (20 A) x (180 s)
Q = 3600 C
