MATERI LISTRIK DINAMIS

MATERI PERTEMUAN 1
ARUS LISTRIK
Dewasa ini, kehidupan manusia menjadi sangat bergantung pada energi listrik. Listrik telah
menjadi bagian yang tak terpisahkan dari aktivitas manusia semenjak bangun dari tidur hingga
tidur kembali. Lihatlah peralatan yang kita miliki dan gunakan sehari-hari. Hampir semuanya
menggunakan listrik sebagai sumber energinya. Bayangkan jika sehari saja kita tidak
menggunakan listrik, pasti aktivitas kita akan sangat terganggu.
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.
TEKAN CTRL+KLIK DISINI UNTUK LIHAT ANIMASI
Berdasarkan animasi dapat kita lihat bahwa arus listrik dapat dianalogikan dengan aliran air. Beda
potensial dapat dianalogikan sebagai perbedaan ketinggian wadah air.
Soal Pemanasan:
Perhatian: Kerjakan pada selembar kertas dan dikumpulkan sebelum
pelajaran dimulai
1. Ada 3 besaran penting dalam topik kelistrikan yaitu arus, tegangan dan hambatan. Jika arus
dianalogikan sebagai aliran air dan tegangan dapat disamakan dengan perbedaan ketinggian
tempat air, maka “hambatan” menurut kalian dapat dianalogikan sebagai apa?
2. Pikirkan mengapa “hambatan” dianggap penting dalam konsep listrik?
3. Perhatikan sketsa gambar berikut:
Dua orang pencuri, sebut saja A dan B sedang bergelantungan di sebuah kabel listrik
bertegangan tinggi (Lihat Gambar). Diantara 2 pencuri tersebut siapakah yang paling
berpeluang untuk selamat dari sengatan listrik? Apakah Pencuri A, Pencuri B, atau kedua
pencuri berpeluang selamat, atau sebaliknya keduanya tidak selamat. Jelaskan jawabanmu
dikaitkan dengan istilah arus listrik, tegangan dan hambatan listrik!
Arus listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu arus searah dan arus bolak-balik.
Arus Listrik Searah (DC)
Bila sebuah baterai dihubungkan pada rangkaian, arus mengalir dengan tetap pada satu arah.
Arus ini disebut dengan arus searah atau Direct Current (DC).
TEKAN CTRL+KLIK DISINI UNTUK LIHAT ANIMASI
Hubungan arus terhadap waktu pada arus DC dapat digambarkan secara grafik sebagai berikut.
Hubungan Arus, tegangan dan hambatan
Untuk menghasilkan arus listrik pada rangkaian dibutuhkan beda potensial. Georg Simon Ohm
(1787-1854) menentukan dengan eksperimen bahwa arus pada kawat logam sebanding dengan
beda potensial V yang diberikan ke ujung-ujungnya:
I∞V
Sebagai contoh jika kita menghubungkan kawat ke baterai 6 V, aliran arus akan dua kali lebih
kuat jika dihubungkan dengan baterai 3 V.
Besarnya aliran arus tidak hanya bergantung pada tegangan tetapi juga pada hambatan yang
diberikan kawat terhadap aliran elektron. Makin tinggi hambatan, maka arus akan semakin kecil
untuk suatu tegangan V. Sehingga dapat dituliskan kesebandingannya,
I
V
R
atau sering dituliskan,
V  IR
Persamaan di atas dikenal sebagai hukum Ohm, sebagai bentuk penghormatan bagi
penemunya yaitu, Georg Simon Ohm. Untuk memahami hubungan dari besaran-besaran pada
hukum Ohm, cobalah simulasi berikut.
TEKAN CTRL+KLIK DISINI UNTUK LIHAT ANIMASI
Arus Listrik Bolak Balik (AC)
Arus bolak-balik atau AC (Alternating Current) adalah arus yang arahnya dalam rangkaian
berubah-ubah (sinusoidal) dalam selang waktu yang teratur. Arus AC umumnya dihasilkan oleh
generator listrik pada pusat pembangkit tenaga listrik.
TEKAN CTRL+KLIK DISINI UNTUK LIHAT ANIMASI
Nilai arus dan tegangan bolak-balik selalu berubah-ubah menurut waktu, dan mempunyai pola
grafik seperti berikut.
TEKAN CTRL+KLIK DISINI UNTUK LIHAT ANIMASI
Dari animasi dapat terlihat arus dan tegangan listrik AC berbentuk sinusoida. Tegangan sebagai
fungsi waktu dapat dinyatakan sebagai berikut.
V  Vm .sin 2 f
Dengan: V = Potensial listrik (V)
Vm = Tegangan puncak (V)
f
= Frekuensi (Hz)
Potensial listrik V berosilasi antara +Vm dan –Vm, dimana Vm disebut sebagai tegangan puncak.
Frekuensi (f) adalah jumlah osilasi lengkap yang terjadi tiap sekon. Berdasarkan Hukum Ohm,
jika sepanjang tegangan V ada hambatan R, maka arus I dirumuskan sebagai berikut.
I  I m .sin 2 2 ft
Nilai I m 
Vm
disebut sebagai arus puncak atau arus maksimum.
R
Akar kuadrat dari arus atau tegangan merupakan nilai rms (root mean square) atau akarkuadrat-rata-rata, didapatkan:
I rms 
Im
Vrms 
Vm
2
dan,
2
Nilai rms V dan I kadang disebut sebagai nilai efektif. Nilai efektif ini merupakan nilai yang
terukur pada ampermeter maupun voltmeter. Hubungan antara arus maksimum dan arus efektif
dapat divisualisasikan ke dalam bentuk grafik sinusoida sebagai berikut.
Penerapan Listrik DC dan AC
Listrik DC dan AC masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Namun keduanya
sama-sama penting dan berguna untuk membantu mempermudah aktivitas manusia. Umumnya,
arus DC lebih banyak digunakan oleh peralatan yang mengandung komponen elektronika.
Sementara arus AC banyak dimanfaatkan pada kebutuhan listrik skala makro. Rangkaian
listrik di rumah kita yang dialirkan PLN menggunakan arus AC. PLN lebih memilih
menggunakan arus listrik AC karena memiliki banyak keuntungan, diantaranya:
a.
Energi listrik yang disalurkan dalam jarak jauh pada tegangan tinggi dan arus rendah
dapat mengurangi kerugian energi dalam bentuk kalor.
b.
Arus rendah dan tegangan tinggi dapat diubah kembali dengan transformator sehingga
dengan cukup aman dapat dipergunakan untuk pemenuhan kebutuhan hidup sehari-hari .
c.
Arus listrik AC lebih mudah dapat dihasilkan dengan induksi magnetik dalam generator
AC.
d.
Saklar-saklar dan pemutus daya AC umumnya lebih sederhana.