LISTRIK DINAMIS DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Listrik Dinamis sangat dekat dengan kehidupan manusia. Berbagai aktivitas dalam kehidupan, seperti menonton televisi, menyalakan lampu, mendengarkan radio, menyalakan kipas angin, semuanya dilakukan menggunakan prinsip listrik dinamis.
Seluruh barang elektronik di rumah kita dapat difungsikan dengan bantuan listrik. Listrik dinamis adalah gejala kelistrikan oleh adanya aliran muatan dua ujung yang memiliki beda pontensial.
A. Arus Listrik
Arus listrik akan mengalir apabila kedua titik tersebut terhubung dalam suatu rangkaian tertutup. Arus listrik (muatan positif) mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan arus elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
Jika ada dua tempat memiliki potensial berbeda, yaitu X dan Y, dan muatan positif X lebih besar daripada muatan positif Y, maka X akan memiliki potensial lebih tinggi dibandingkan Y, sehingga terjadilah arus listrik.
 |
| Gambar arah aliran arus listrik dan arah aliran elektron |
1. Arus Listrik Mengalir pada Rangkaian Tertutup
Sesaat sesudah kita menyalakan lampu atau radio, bola lampu atau radio tersebut akan menyala. Hal ini memberi gambaran bahwa barisan elektron yang mengalir melewati bola lampu atau radio tidak berhenti. Sarana yang digunakan untuk mengalirkan elektron-elektron tersebut disebut rangkaian listrik. Bagaimanakah rangkaian listrik bisa menjadikan adanya aliran arus listrik? Pada saat kita menghubungkan sakelar, elektron-elektron pada kawat penghubung mendapatkan energi untuk bergerak dari kutub negatif baterai menuju kutub positif baterai melalui lampu. Hal tersebut menunjukkan bahwa arus listrik mengalir dari kutub positif baterai melewati lampu ke kutub negatif baterai. Sebagai akibatnya, lampu akan menyala. Pada saat sakelar terbuka, gerakan elektron berhenti sebab kawat penghubungnya putus sehingga lampu tidak menyala. Begitu juga pada waktu salah satu ujung kawat penghubung terbuka, hal tersebut menjadikan hubungan yang terputus sehingga barisan elektron tidak bisa bergerak lagi. Rangkaian dengan sumber tegangan serta kawat penghubung yang saling bersatu dengan demikian tidak ada ujung pangkalnya, inilah yang disebut rangkaian tertutup.
Syarat mengalirnya arus listrik yaitu:
1. adanya sumber tegangan sebagai sumber energi
2. rangkaian listriknya merupakan rangkaian tertutup
3. adanya beda potensial listrik
 |
| Gambar Rangkaian Listrik |
2. Kuat arus listrik (I)
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir (Q) melalui penghantar setiap detik (t). Rumus perhitungan kuat arus listrik adalah sebagai berikut:
Keterangan :
I = kuat arus (Ampere)
Q = muatan listrik (Coloumb)
t = waktu (sekon )
Contoh Soal:
1. Muatan listrik sebesar 600 C mengalir selama 1 menit pada suatu penghantar. Hitunglah besarnya arus yang mengalir!
Penyelesaian :
Diket. Q = 600 C
t = 1 menit = 60 s
Dit. I = … ?
Jawab :
I = Q/t
I = 600/60
I = 10 Ampere
2. Amperemeter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik pada sebuah resistor, diperoleh data bahwa arus listrik yang mengalir sebesar 2 A. Hitunglah jumlah muatan listrik yang mengalir pada resistor tersebut dalam waktu 0,5 menit!
Penyelesaian :
Diket. I = 2 A
t = 0,5 menit = 30 s
Dit. Q = …. ?
Jawab :
Q = I x t
Q = 2 x 30
Q = 60 C
3. Mengukur Kuat Arus Listrik
Alat yang dipakai untuk mengukur besarnya kuat arus listrik pada suatu rangkaian disebut amperemeter. Oleh sebab yang diukur adalah arus listrik atau aliran elektron pada suatu rangkaian, maka amperemeter dipasang secara seri karena dipakai sebagai jalan aliran elektron. Sebelum melakukan pengukuran dengan menggunakan amperemeter, teman - teman sebaiknya mengenal terlebih dahulu cara kerja amperemeter.
Amperemeter ada yang berdiri sendiri dan ada juga yang tergabung sama alat yang lainnya, seperti avometer. Pada waktu sekarang ini, terdapat avometer analog dan digital. Pada avometer analog, cara pembacaan skala adalah berdasarkan pada jarum yang menunjuk angka pada panel. Sedangkan pada avometer digital, kita cukup melihat angka saja yang tertera di panel. Avometer analog ataupun digital mempunyai ketelitian tertentu. Semakin besar ketelitiannya, semakin tepat pengukuran yang bisa dilakukan avometer tersebut.
Rumus menghitung besarnya arus listrik pada amperemeter adalah sebagai berikut:
B. Hantaran Listrik
Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor. Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil. Pada umumnya logam bersifat konduktif. Emas, perak, tembaga, alumunium, zink, besi berturut-turut memiliki tahanan jenis yang besar.
Kabel biasanya terdiri dari bahan tembaga atau perak di bagian dan dilas plastik atau karet di bagian luarnya. Hal ini termasuk dengan kemampuan bahan untuk menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki daya yang berbeda-beda. Tembaga dan perak merupakan bahan yang paling baik untuk menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik.Berdasarkan kemampuan bahan untuk menghantarkan arus listrik, bahan digolongkan menjadi konduktor, semikonduktor, dan isolator.
1. Konduktor
Konduktor adalah bahan-bahan yang dapat digunakan untuk menghantarkan listrik. Agar listrik dapat disalurkan dengan baik, maka dibutuhkan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik pula. Pada bahan ini, elektron dapat mengalir dengan mudah. Contoh dari konduktor listrik adalah tembaga, perak, dan emas. Meskipun perak dan emas merupakan konduktor yang sangat baik, namun karena biaya yang sangat mahal, kabel rumah tangga biasanya menggunakan bahan dari tembaga.
2. Isolator
Bahan isolator adalah bahan yang sangat buruk (tidak dapat) untuk menghantarkan listrik karena dalam hal ini elektron sulit mengalir. Pemberian plastik atau karet sebagai pelapis kabel bertujuan agar kabel lebih mudah. Sifat plastik dan karet yang sangat buruk dalam menghantarkan arus membuat kedua bahan tersebut masuk ke dalam kelompok bahan isolator.
3. Semikonduktor
Semikonduktor adalah bahan-bahan yang pada suhu rendah bersifat sebagai isolator, sementara pada suhu tinggi sebagai konduktor. Contoh bahan semikonduktor adalah karbon, silikon, dan germanium. Pada bidang elektronika, karbon untuk menciptakan transistor yang kemudian dirangkai menjadi IC ( integreted circuit).
Setiap bahan memiliki kemampuan untuk menghantarkan listrik yang ber beda-beda tergantung nilai-nilai hambatan jenisnya. Semakin kecil tingkat hambatan jenis bahan, maka akan semakin baik pula bahan-bahan untuk meng-hantarkan listik tersebut.
Kemampuan tersebut tergantung pada nilai hambatan jenis suatu benda atau bahan dimana semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, maka akan semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk mengahntarkan listrik. Lihat tabel berikut !
 |
| Tabel Hambatan Jenis Bahan |
Berdasarkan hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang disebut hambatan jenis (ρ). Besar hambatan jenis berbeda-beda untuk setiap jenis kawat.
Faktor yang mempengaruhi besar hambatan pada kawat penghantar adalah :
1. Panjang kawat ( l )
2. Luas penampang kawat ( A )
3. Hambatan jenis kawat ( r )
Sehingga besar hambatan pada kawat penghantar dapat dihitung dengan rumus:
Keterangan:
R = hambatan kawat (Ω)
ρ = hambaan jenis kawat (Ωm)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m²)
Contoh soal:
1. Kawat tembaga yang panjangnya 15 m memiliki luas penampang 5 mm2. Jika hambatan jenisnya 1,5 x 10-8 Ω m, berapakah besar hambatan kawat tembaga itu?
Penyelesaian :
Diket. L = 5 m
A = 5 mm2 = 5 x 10-6 m2
ρ = 1,5 x 10-8 Ω m
Dit. Q = …. ?
Jawab:
R = ρ.L / A
R = (1,5 x 10-8 x 5) / 5 x 10-6
R = 1,5 X 10-2 Ω
2. Sebuah kawat penghantar mempunyai hambatan sebesar 50 Ω dan luas penampang sebesar 3 x 10-5 m2. Jika hambatan jenis kawat 6 x 10-6 Ωm, berapakah panjang kawat penghantar tersebut?
Penyelesaian :
Diket. R = 50 Ω
A = 3 x 10-5 m2
ρ = 6 x 10-6 Ωm
Dit. L = …. ?
Jawab:
L = R x A / ρ
L = (50 x 3 x 10-5 ) / 6 x 10-6
L = 50 x 0,5 x 101
L = 250 m
Untuk lebih jelasnya simaklah pembahasan bab ini pada channel pembelajaran berikut :
Tugas
- Sebutkan faktor-faktor yang mempengaruhi besar hambatan pada kawat penghantar!
- Sebutkan macam-macam bahan menurut daya hantar listriknya! Beri contohnya!
- Muatan listrik sebesar 120 C mengalir pada seutas kawat penghantar selama 0,5 menit. Berapa besat kuat arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar tersebut?
- Seutas kawat penghantar panjang 5 m memiliki luas penampang 6 x 10⁻⁵ m². Jika hambatan jenis kawat 3 x 10-3 Ω m, berapa besar hambatan kawat penghantar itu?