Saat ini, banyak sisi kehidupan kita yang bergantung pada listrik. Untuk penerangan, kita memerlukan lampu yang ditenagai oleh listrik. Untuk menyimpan makanan, kita memiliki kulkas yang tersambung dengan listrik agar dapat menjaga makanan tetap dingin. Bahkan ketika kita menghibur diri dengan mengakses internet di handphone atau laptop, kedua perangkat tersebut harus diisi daya dulu dengan listrik. Sekarang, di kehidupan sehari-hari tidak mungkin tidak menggunakan listrik, betul tidak?
Nah, listrik yang kita gunakan sehari-hari namanya adalah listrik dinamis. Listrik yang umumnya kita manfaatkan dalam kehidupan adalah listrik dinamis. Ditinjau dari gerak muatannya, listrik dinamis adalah listrik dengan muatan bergerak. Muatan bergerak menyebabkan munculnya arus listrik. Arus listrik adalah aliran muatan listrik yang terjadi karena adanya perbedaan potensial dalam medan listrik. Beda potensial dapat dihasilkan oleh sumber tegangan yang mengakibatkan arus listrik mengalir dalam rangkaian.
1. Kuat Arus Listrik
Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari kutub positif ke kutub negatif, dari anoda ke katoda. Arah arus listrik ini berlawanan arah dengan arus elektron. Muatan listrik dapat berpindah apabila terjadi beda potensial. Beda potensial dihasilkan oleh sumber listrik, misalnya baterai atau akumulator.
Kuat arus listrik yang mengalir pada kawat tersebut didefinisikan sebagai jumlah
total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Maka arus listrik I
dapat dirumuskan:
Dengan : Q = muatan listrik (C)
Δ𝑡 = selang waktu (s)
I = kuat arus lisrik (A)
2. Beda Potensial
Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda.
Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain, jika
benda tersebut memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif benda
lain.
Pada gambar terlihat bahwa benda A memiliki muatan positif paling banyak
sehingga benda A mempunyai potensial listrik paling tinggi, disusul benda B, C, baru
kemudian D. Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki
potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial ini
berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Satuan beda
potensial adalah volt (V). Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik
disebut voltmeter. Secara matematis beda potensial dapat dituliskan sebagai berikut.
Keterangan:
V : beda potensial (V)
W : usaha/energi (J)
Q : muatan listrik (C)
3. Hukum Ohm
Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran arus listrik. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar, seperti pada lampu senter, radio, dan televisi. Alat-alat tersebut dapat menyala (berfungsi) karena adanya aliran listrik dari sumber tegangan yang dihubungkan dengan peralatan tersebut sehingga menghasilkan beda potensial. Pada tahun 1826, Geoge Simon Ohm menemukan bahwa :
Pada suhu tetap, kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar listrik (I) sebanding dengan tegangannya (V. Hubungan inilah yang disebut dengan Hukum Ohm.
Perbandingan antara beda potensial (V) dan kuat arus listrik (I) tersebut yang dinamakan hambatan listrik (R). Perbandingan antara tegangan listrik dan kuat arus listrik dapat dituliskan dengan persamaan matematis
Dengan : R = hambatan listrik (ohm)
V = beda potensial atau tegangan listrik (V)
I = kuat arus lisrik (A)
4. Hambatan Listrik
Agar Anda dapat mengetahui dengan pasti faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya hambatan listrik, cobalah lakukan Aktifitas Ilmiah berikut :
Dari hasil Asah Kreativitas, tentu Anda nantinya bisa memahami bahwa hambatan dari sebuah kawat penghantar dipengaruhi oleh jenis bahan kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. Apabila dinyatakan dalam persamaan maka :
Dengan : R = hambatan kawat (ohm)
ρ = hambatan jenis (Ωm)
l = panjang kawat (m)
A = luas penampang (m2)
5. Rangkaian Hambatan Listrik
Anda tentu sudah sangat paham tentang rangkaian hambatan listrik karena sejak SD sampai SMP, materi ini selalu dipelajari walalupun dengan kompleksitas yang berbeda. Tentunya, Anda sudah pernah menyusun rangkaian hambatan listrik dengan menggunakan baterei dan lampu yang dipasang dengan berjajar (seri) dan bercabang (paralel). Apa yang bisa Anda dapatkan dari kegiatan tersebut? Coba diingat kembali dengan membaca karateristik rangkaian hambatan listrik di bawah ini.
a. Rangkaian Hambatan Seri
Rangkaian seri merupakan rangkaian listrik yang hambatannya disusun secara bersebelahan/sejajar. Contohnya, rangkaian pada gambar berikut:
Pada rangkaian seri, kuat arus (I) akan mengalir dari sumber energi (baterai) yang ada dari satu hambatan ke hambatan lain melewati satu kabel. Perhatikan gambar di atas. Lalu, bayangkan ada aliran listrik yang mengalir mulai dari baterai, menuju hambatan/resistor 1, ke hambatan 2, lalu berputar dan kembali ke baterai. Anggap aja aliran listrik ini seperti aliran air. Setelah membayangkannya, Anda pasti paham untuk arus listrik yang melewati hambatan 1, nilainya akan sama besar dengan arus yang melewati hambatan 2.
Nah, itu berarti, kuat arus total sama dengan kuat arus yang ada di hambatan 1, maupun hambatan 2. Secara matematis dapat ditulis menjadi:
Itot = I1 = I2 = I…
Di sisi lain, tegangan yang mengalir di hambatan 1, tidak sama dengan yang ada di hambatan 2. Tetapi, apabila seluruh tegangan yang ada di hambatan pada rangkaian itu dijumlahkan, hasilnya akan sama dengan tegangan yang ada di sumber. Atau dengan kata lain;
Vtot = V1 + V2 + V…
Sehingga, hambatan totalnya sama dengan jumlah dari seluruh hambatan yang ada di rangkaian itu. Ingat, ya, maksud dari tanda titik-titik (...) di rumus itu untuk menandakan kalau ada resistor lain. Jadi, kalau resistor/hambatannya lebih dari 2, tinggal dijumlahkan saja
Rtot = R1 + R2 + R…
Jika salah satu komponen dari rangkaian seri diputus, maka arus listrik akan berhenti.
b. Rangkaian Paralel
Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang komponennya disusun bertingkat. Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Jika hambatan yang dirangkai paralel dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan adalah sama besar.
Nah, kelihatan tidak bedanya dengan rangkaian seri? Sekarang, bayangkan ada aliran listrik yang berjalan dari baterai, berjalan ke arah ke arah bawah menuju hambatan 1. Sesaat dia berada di persimpangan, si aliran listrik akan "memecah". Ada yang masuk ke resistor 1, ada juga yang berjalan ke resistor 2. Itu artinya, kuat arus di kedua hambatan itu akan berbeda. Karena terdapat “percabangan”, kuat arus listrik yang diterima oleh hambatan 1 dan hambatan 2 tidak akan sama sehingga kuat arus sumber energinya akan sama dengan jumlah dari seluruh kuat arus semua hambatan. Oleh karena itu, kita dapat menuliskannya menjadi:
Itot = I1 + I2 + I…
Di sisi lain, tegangan yang ada pada hambatan 1 dan hambatan 2 akan bernilai sama besar. Maka, kita dapat menuliskannya menjadi:
Vtot = V1 = V2 = V…
Lalu, bagaimana cara kita menghitung hambatan listrik untuk rangkaian paralel? Kalau Anda perhatikan, konsep antara seri dan paralel tadi terbalik. Maka, cara mencari hambatannya adalah sebagai berikut:
Maka nilai hambatan total pada susunan paralel akan memperkecil nilai hambatannya. Jika salah satu komponen pada rangkaian diputus, maka arus listrik masih dapat mengalir ke bagian yang tidak terputus.
Setelah mengetahui karateristik rangkaian seri dan paralel, kira-kira apa keuntungan dan kerugian jika kita menggunakan rangkaian listrik tersebut.Secara penggunaan, kedua jenis rangkaian ini jelas berbeda. Pada rangkaian seri, karena hambatannya disusun bersebelahan, artinya, apabila satu hambatan tersebut mati, maka hambatan lainnya juga akan ikut mati. Anda pasti pernah tahu lampu LED yang biasa digantung dijadikann hiasan itu kan?
Dengan menggunakan rangkaian seri, kita dengan memudah mematikan seluruh lampu dengan satu pencet sakelar
Di sisi lain, rangkaian paralel bisa kita temukan di instalasi lampu rumah kita sendiri. Dengan memasang hambatan pada kabel yang bertingkat/cabang seperti di rangkaian paralel, kita bisa memisahkan saklar untuk masing-masing lampu.Coba kalau lampu di rumah Anda semuanya menggunakan rangkaian seri. Sekali pencet saklar, semua lampu di rumah nyala. Tentu, malah menjadi boros dan tidak efektif kan?
No comments:
Post a Comment