MEDAN LISTRIK

1.
2.
3.
4.
5.
Arus listrik
Hambatan listrik
Hk Ohm
Daya listrik
Kombinasi Resistor

Arus listrik (I) : aliran muatan listrik tiap
satuan waktu. Arus hanya terjadi dalam
konduktor.
Arus rata – rata :
Arus sesaat :

Satuan

Arus secara mikroskopik terkait dengan
gerak partikel – partikel muatan. Muatan yg
mengalir pada dasarnya adalah muatan
negatif, namun arah arus ditetapkan searah
aliran muatan positif

Arus bisa dihubungkan dgn aliran
pembawa muatan. Bahan
konduktor yg luas penampangnya
A, panjang x, jika jumlah
pembawa muatan yang mengalir
per volume adalah n (kerapatan).
Maka total muatan:
Q = jumlah pembawa muatan
Q = n x A q
bila carrier mengalir dgn
kecepatan vd maka :
Q = n vd t A q
Contoh 1:
Sebuah batang penghantar tembaga memiliki luas
penampang 3 x 10-6 m2 dialiri arus sebesar 10 A.
Jika massa jenis tembaga 8.95 g/cm3 , massa molar
tembaga 63,5 g / mol, asumsikan jika setiap atom
tembaga menyumbangkan satu elektron bebas.
Tentukan kecepatan driftnya!


Pada bahasan listrik statik, medan listrik di
dalam konduktor adalah nol pada keadaan
setimbang, bila belum setimbang maka ada
dalam konduktor arus. Arus
diakibatkan
karena di dalam konduktor terdapat medan
listrik (E)
Misal sebuah penghantar, penampang A dan
mengalirkan arus sebesar I, maka rapat
arusnya :
J = I/A = nqvdA /A = nqvd

Beda potensial antara a dan b :
 Va-Vb = V = E L
atau :

Pada sebagian besar bahan, rapat
arus sebanding dengan beda
potensial pada bahan : J =  V/L

Maka :
I = A  V/L atau V = I (L/ A)

Konstanta kesetaraan antara arus
dan beda potensial : (L/ A) disebut
resistansi (R)
R = (L/ A)

Sehingga :
R = V /I


Resistivitas suatu
bahan :
Resistansi kawat
penghantar :
Resistivitas adalah
karakteristik suatu
bahan, sedangkan
resistansi
adalah
karakteristik
sebuah benda /
objek.
Analog
dengan
densitas
dan massa.

Sebuah kawat nikrom berjari – jari 0,2 mm dan
panjang nya 1 m. Pada kedua ujungnya diberikan
beda potensial 10 V.
a. Berapa resistansi kawat ?
b. Arus yang dihasilkan ?
Biasanya resistivitas bertambah secara
linier dgn kenaikan suhu:
 = o [1 + (T-To)]
 Dengan  adalah koefisien temperatur
resisitivitasnya :
= (1/ o ) ( / T)
Sehingga resistensinya :
R = Ro [1 + (T-To)]
pada semikonduktor  negatif


Sebuah termometer elektrik terbuat dari
bahan platinum dengan R = 50  pada suhu
20o, dipakai untuk mengukur titik lebur suatu
logam, jika pada saat itu hambatannya 78,5
 berapakah titik lebur logam tersebut?




Baterei digunakan untuk
menghasilkan arus di dalam
konduktor.
Energi kimia  Energi Kinetik
elektron  Energi Internal
konduktor
Pada rangkaian, energi
ditransfer dari sumber
tegangan (baterei) ke
beberapa divais misal lampu.
Energi ditransfer ke kawat dan
resistor .
Asumsikan resistansi kawat
sangat kecil



Misal ada satu muatan Q bergerak a  a melalui
baterei dan resistor. Pada saat di baterei, ab, Q
mendapat EP : Q V , baterei kehilangan energi
kimia sebesar : Q V.
Pada c d, energi potensial hilang karena
tumbukan dengan elektron di dalam resistor.
Berubah jadi energi internal atom dalam resistor
shg T resistor naik. Energi panas ini ditransfer ke
udara (resistor kehilangan energi)
Saat Q kembali ke a, energi kimia baterei telah di
transfer ke resistor.



Laju hilangnya energi pada resistor :
Daya (P) menggambarkan laju energi yang
diberikan baterei oleh Q ke resistor.
Energi : Baterei  Resistor
Sebuah pemanas listrik dirancang untuk
beda potensial 120 V terbuat dari kawat
nikrom dengan resistansi 8 Ω. Hitung :
a. Arus yang dihasilkan ?
b. Berapa daya yang dihasilkan ?
1.
2.
3.
4.
GGL
Rangkaian Seri dan Paralel
Hk. Kirchoff
Rangkaian RC


Electromotive Force (GGL)
Pada sebuah rangkaian
tertutup, sebuah baterai
berfungsi sbg sumber
energi. Antar ujung
baterai terdapat beda
potensial yg tetap
sehingga akan dihasilkan
arus yang besar dan
arahnya tetap (Arus
searah).
Baterai disebut jg sumber
GGL (sumber emf =
electromotive force)



Pada real baterai terdpt
arus yg mengalir,
terdapat hambatan
dalam r
Tegangan terminal lebih
rendah dari emf
dari titik a ke b,
potensial naik sebesar 
lalu turun sebesar Ir






V =  - Ir
 = V + Ir dng V = IR
 = IR + Ir
I =  / (R+r)
Daya yg disuplai :
P = I  = I2R +I2r


Sebuah baterai 12 V mempunyai hambatan
dalam 0,05 dihubungkan dengan hambatan
beban 3 , tentukan daya yg disuplai oleh
baterai pada beban luar dan hambatan dalam!
Sebuah baterai  dgn hambatan dalam r
dihubungkan dengan beban luar R. Kapan
dan berapa daya maksimum yg bisa disuplai
baterai tsb terhadap beban luar?



Resisitor diserikan :
Arus yg mengalir sama
besar
V = I R1 +I R2
= I (R1 +R2)
Rs = R1+ R2
Hambatan total menjadi
lebih besar







Resistor di Paralelkan :
Tegangan sama :
Jumlah arus yg masuk
sama dgn jum arus yg
keluar :
I = I1 + I2
= V / R1 + V /R2
= V ( 1/R1 + 1/R2)
1/Rp =1/R1 +1/R2

Sebuah baterai 18 V
dihubungkan dengan
tiga reisitor yg dipasang
paralel masing-masing
3,6 dan 9. Tetnukan
arus dan daya pada
masing-masing resistor!



Bila loop tidak tunggal, analisis menggunakan hukum
Kirchhoff :
Aturan titik cabang :
Jumlah arus yg masuk sama dengan
jum arus yg keluar dari titik cabang tsb :
 Iin =  Iout
Aturan Loop :
Jumlah beda potensial dari keseluruhan elemen
dalam suatu rangkaian tertutup adalah nol :
 V =0



aturan yg pertama (konservasi
muatan)
I1 = I2+I3
Aturan kedua (konservasi
energi):
◦ Bila hambatan yg dilalui dgn
arus searah maka potensial
turun – IR
◦ bila hambatan yg dilalui dgn
arus berlawanan potensial
bertambah sebesar +IR
◦ bila Sumber tegangan dilalui
dari – ke + maka tegangan
naik sebesar +
◦ bila Sumber tegangan dilalui
dari + ke - maka tegangan
turun sebesar -

Tentukan arus yg
mengalir pada
rangkaian

Tentukan arus I1, I2 dan
I3 pada rangkaian


Tentukan arus I1, I2 dan
I3 dalam keadaan
steady state
Tentukan muatan pada
kapasitor
Memuati Kapasitor
 Arus akan mengalir selama
kapasitor belum penuh
  -q/C –IR = 0
I = ( -q/C)R
dq/dt = ( -q/C)R
= (C -q)/RC
dq/(q-C) = - 1/RC dt
ln (q-C) = -1/RC t
Batas q= 0 => q, t=0 => t
Ln ((q-C)/-C ) = -t/RC ((qC)/-C ) = e - t /RC
 q(t) = C  (1- e -t/RC )

I = dq/dt = ( / R) e
-t/RC
Mengosongkan Kapasitor
 Arus akan berubah
terhadap waktu
 Pada rangkaian berlaku :
 -q/C –IR = 0
 I= -q/RC
 dq/dt= -q/RC
 Ln q= -t/RC
 Qo => q , t= 0 =>t
 Q = Qoe-t/RC
 I= dq/dt = -Qo/RC e-t/RC