Pengertian Listrik Arus Searah
Listrik Arus Searah (Direct Current atau DC) adalah aliran
elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik yang lebih
rendah. Pada umumnya sumber arus listrik searah adalah baterai seperti aki dan
elemen volta dan juga panel surya. Selain dari aki sumber arus searah didapat
juga melalui arus bolak balik yang yang dirubah menjadi arus searah yaitu
dengan menggunakan penyearah (Rectifier).
Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor.
Dahulunya arus listrik searah dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari
ujung sumber positif ke ujung sumber negatif. Pengamatan-pengamatan yang lebih
baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron)
yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini
menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir
dari kutub positif ke kutub negatif. Arus listrik searah banyak digunakan dalam
peralatan rumah tangga, hal ini karena komponen elelktonika sebagian besar
adalah menggunakan arus searah.
PEMBAHASAN
- Besaran
– Besaran Listrik Arus Searah
- Arus
Listrik
Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan brmuatan
listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Benda yang
kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan
elektron akan bermuatan positif.
Ketika dua benda yang berbeda jumlah muatannya ( positif dan
negative ) dihubungkan dengan sebuah konduktor, sebagian muatan (positif dan
negatif ) salah satu dari kedua benda akan saling mengalir menuju benda lainnya
melalui konduktorsehingga dicapai keadaan seimbang yakni muatan listrik kedua
benda menjadi sama. Terjadinya aliran arus listrik karena perbedaan potensial
listrik yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke
potensial rendah. Aliran muatan listrik positif in disebut arus
listrik. Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke
potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran
muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat ( potensial
gravitasi ) tinggi ke tempat ( potensial gravitasi) rendah.
2. Kuat Arus LIstrik
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan
listrik yang mengalir pada suatu penghantar tiap satuan waktu. Simbol kuat
arus listrik adalah I.
Secara sistematis kuat arus listrik dituliskan dengan
persamaan sebagai berikut.
Ket : I = kuat arus listrik (A)
q = muatan listrik (C)
t = waktu (s)
Banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama
dengan kelipatan besar muatan sebuah electron – 1,6. C Jika pada konduktor
mengalir n buah , maka total muatan yang mengalir memenuhi persamaan sebagai
berikut.
Rapat arus (J) adalah besar kuat arus listrik per satuan
luas penampang. Satuan rapat arus dalam system SI adalah ampere / atau A.
Contoh :
Sebuah kawat penghantar mempunyai penampang berbentuk
lingkaran dengan diameternya 2 mm, dialiri arus sebesar 2 A selama 2 menit. Hitunglah
jumlah muatan yang mengalir melewati, suatu penampang tertentu dan besar rapat
arusnya ?
Penyelesaian :
Diketahui : I = 2 A
T = 2 menit
d = 2mm = 2.
Ditanya : a. q ?
b. J ?
Jawab :
- q =
I . t
= 2 . 120 = 240 C
- J
= =
Jadi jumlah muatan yang mengalir adalah 240 C dan besar
rapat muatannyaadalah
3. Potensial Listrik
Arus Listrik dapat mengalir dari potensial tinggi ke
potensial rendah menggunakan sumber energy, mislanya baterai. Potensial listrik
ini yang akan menimbulkan perbedaan tegangan antara kedua kutub positif dan
negative pada suatu penghantar listrik.
Beda Potensial adalah besarnya energy yang diperlukan untuk
memindahkan muatan dari suatu titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial
rendah. Beda potensial listrik ( tegangan ) timbul karena dua benda yang
memiliki potensial listrik berbeda dihuungkan oleh suatu penghantar. Beda
potensialini berfungsi untuk mengaliran muatan dari satu titik ke titik lainnya
dalam suatu penghantar listrik. Besarnya beda potensial dapat dirumuskan
sebagai berikut.
Ket : V = beda potensial ( volt )
W = usaha ( joule )
q = muatan listrik ( coulomb )
4. Hambatan Listrik
Hambatan listrik dapat berupa resistor tetap dan variable.
Resistor tetap dibuat dari karbo atau kawat nikrom tipis. Sedangkan resistor
variable dapat dibedakan menjadi resistor variable tipe berputar dan tipe
bergeser. Hambatan listrik erat kaitannya dengan hokum Ohm, yaitu hokum yang
menyatakan hubungan antara tegangan, arus , danhambatan listrik pada sebuah
penghantar listrik ( konduktor ).
- Hukum
Ohm
Arus Listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial
rendah. Dari hasil percobaan George Simon Ohm ( 1787 – 1854 ) beliau
menyimpulkan bahwa “Besarnya beda potensial listrik ujung – ujung penghantar
yang berhambatan tetap sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir melalui
penghantar tersebut selama suhu penghantar tersebut dijaga tetap”. Karena beda
potensial sebanding dengan kuat arus, maka perbandingan tegangan dengan kuat
arus adalah konstan.
Dari percobaan lebih lanjut dengan menggunakan penghantar
yang berhambatan R, ternyata diperoleh huungan sebagai berikut.
Ket : V = beda potensial ( volt )
I = kuat arus ( ampere )
R = hambatan kawat penghantar ( Ω )
- Hambatan
pada kawat penghantar
Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang
luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar,dan panjang. Sebaliknya, kuat
arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangangnya
kecil, hambatan jenisnya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar,
berarti hambatan konduktornya kecil. Apabila hambatan dapat berupa sebuah kawat
penghantar yang lurus.
Penghantar ( , luas penampang kawat
penghantar (A), dan penghantar jenis penghantar ( ). Besarnya hambatan
sebanding dengan panjang kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang
kawat, sehingga dapat dituliskan dalam persamaan :
Ket : R = hambatan ( Ω )
= panjang kawat ( m )
= hambatan jenis kawat ( Ω.m )
A = luas penampang kawat ()
Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin
tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula
hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat
dituliskan dalam persamaan berikut.
Ket : R = hambatan konduktor pada suhu C (
= hambatan konduktor pada suhu ( Ω )
α = koefisien suhu hambatan jenis (/)
= t – selisih suhu (
- Rangkaian
hambatan listrik
Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi
rangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya. Untuk
membuat rangkaian hambatan seri maupun paralel minimal diperlukan dua hambatan.
Adapun, untuk membuat rangkaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal
diperlukan tiga hambatan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki
kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian
hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya.
Hambatan seri
Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan
disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian
listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama.
Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan
membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat
diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri (Rs).
(Image From: yourdictionary.com)
Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3
disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V
menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke
tiga hambatan masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku:
V = V1 + V2 + V3
Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak
bercabang) berlaku:
I = I1 = I2 = I3
Hambatan Paralel
Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan
disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk
rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik.
Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut
hambatan pengganti paralel (Rp).
Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus
listrik. Tiga buah lampu masing masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun
paralel dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik
yang mengalir I. Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing
lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3. sesuai Hukum Ohm
dirumuskan:
I1 = V/R1 I2 =
V/R2 I3 = V/R3
Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing
bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya
sama, sehingga berlaku:
V = V1 = V2 = V3
Besar kuat arus I dihitung dengan rumus:
I = V/Rp
rumus hambatan pengganti paralel:
1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
- Hukum
Kirchhoff
Rangkaian sederhana dapat terdiri dari lampu, sakelar, dan
baterai yang satu sama lain terhubung oleh kawat / kabel. Ketika sakelar masih
terbuka, arus listrik b`elum mengalir shingga lampu menjadi padam. Sebaliknya
ketika sakelar dismbungkan, arus mengalir dari kutub positif baterai ke kutub
negative baterai melalui kabel dan lampu sehingga lampu menyala. Sebelum
sakelar dihubungkan, rangkaian listrik disebut rangkaian listrik terbuka,
sedangkan setelah dihubungkan dengan sakelar, disebut rangkaian listrik
tertutup. Rangkaianseperti ini secara umum disebut rangkaian listrik arus
searah.Rangkaian listrik arus searah yang terdiri dari sebuah baterai dan beban
disebut rangkaian listrik sederhana.
- GGL,
hambatan dalam dan tegangan jepit
Beda potensial dari sumber tegangan dapat diketahui jika
dihubungkan dengan hambatan, misalnya lampu dan alat elektronik lainnya.Baterai
merupakan sumber enegri arus searah.Selain baterai, sumber energi listrik
lainnya adalah generator.Alat yang dapat mengubah suatu bentuk energy lain
menjadi energy listrik disebut sumber gerak gaya listrik (GGL). GGL adalah beda
potensial antarterminal sumber tegangan
( baterai atau generator ) ketika tidak ada arus yang
mengalir pada rangkaian luar.Simbol GGL adalah E.
- Hukum
I Kirchhoff
Kuat arus listrik dalam suatu rangkain tak bercabang,
besarnya selalu sama. Lampu – Lampu dirumah kita pada umumnya terpasang secara
pararel.Rangkaian listrik biasanya terdiri banyak hubugan sehingga akan
terdapat banya cabang atau lebih. Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah
arus yang masuk pada titik percbangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari
titik percabangan tersebut. Ilustrasi hokum I Kirchhoff seperti pada gambar
berikut ini.
Secara sistematis, hokum Kirchhoff dituliskan dengan
persamaan sebagai berikut.
+ =
- Hukum
II Kirchhoff
Menjelaskan tentang beda potensial mengitari suatu rangkaian
tertutup. Hukum II Kirhhoff menyatakan di dalam sebuah rangkaian tertutup,
jumlah aljabar gaya gerak listrik ( E ) dengan penurunan tegangan ( I.R ) sama
dengan 0.Secara sistematis, hokum II Kirchhoff memenuhi persamaan :
Beberapa langkah untuk menganalisis rangkaian tertutup
dengan loop tungal sesuai hukum II kirchhoff menggunakan ketentuan – ketentuan
sebagai berikut.
- Pilih
rmasing rangkaian untuk msing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.pemilihan
loop bebas,talpi jika memungkinkan di usahakan searah dengan arah arus
listrik ,
- Jika
lpada suatu cabang,arah loop sama dengan arah arus,maka penurunan tegangan
(IR) betanda positif,sedangkan bila arah loop brlawanan arah dengan arah
arus,maka penurunan tegangan (I, R) bertanda negatif
- Bila
saat mengikuti arah loop, kutulp sumber tegangan yang lllebih dahulu di
jumpai adalah kutup positif ,maka gaya gerak listrik bertanda
positif,sebalik nya bila kutup negatif.maka penurunan tegangan (I , R)
bertanda negatif,
- Energi
Listrik
Besarnya energy listrik adalah besar muatan ( dalam coulomb
) dikalikan bedapotensial yang dialaminya. Satuan energy listrik dalam SI
adalah joule ( J ). Energi listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
berikut.
Ket :
W = energy listrik (J)
V = beda potensial listrik (V)
q = muatan listrik (C)
I = arus listrik (A)
R = hambatan (Ω)
t = waktu arus mengalir (s)
- Daya
Listrik
Daya Listrik adalah energy yang dihasilkan atau diperlukan
per satuan waktu. Daya listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
P = daya listrik (watt)
W = energy yang dibebaskan (joule)
t = selang waktu (sekon)
I = arus yang mengalir (A)
Sumber dari : https://nur07alfiati.wordpress.com/listrik-arus-searah/
