Arus Listrik

Overview
I 
ARUS LISTRIK
Q
t
Arus Listrik
J

I
A
Rapat Arus
J  E
Hukum I Ohm
I A

l
V
Hukum II Ohm

I  0
i
Hukum I
Kirchhoff
 E   IR
Hukum II
Kirchhoff
Hambatan
Hambatan
Gerak elektron sebagai pembawa arus listrik dalam bahan
mendapat hambatan karena adanya interaksi dengan
bagian kristal bahan, misalnya ion ion positif.
l (panjang), konduktivitas listrik), A (luas penampang)
adalah konstan untuk komponen tertentu.
V 
l
I
A
R 
l
A
Hambat listrik R
: resistivitas
R
l
A
Hukum II Ohm
Bagaimana menguji berlakunya hukum Ohm?
Hambat
Ohmic
I
Beda potensial sebanding dengan arus dengan konstanta
pembanding adalah hambat listrik R
+
V  RI
I  V / R
V
R
V
I
Bukan
hambat Ohmic
A
RANGKAIAN HAMBATAN
Rangkaian Seri
R1
+
A
l
R1   1
A
l1
V
R2
A
l2
l
R2   2
A
Hambat ekivalen:
l = l1 +l2
l
l l
l l
R
  1 2    1  2   R1  R2
A
A
 A A
Ditinjau dari beda potensial:
V  IR  IR1  IR2  I ( R1  R2 )
R  R1  R2
V
Rangkaian paralel
l
Hambat ekivalen: R   A
1
A  A2 A1 A2 1
1 A
 



 1
l l R1 R2
R l
l
+
V R1
R2
Ditinjau dari beda potensial:
V  IR  I 1 R1  I 2 R2
I  I1  I 2
A1
A2
V V V


R
R1
R2
1 1
1


R R1 R2
Daya terdisipasi
Energi potensial = Muatan x Potensial
U  Q V
Arus listrik: tinjauan
mikroskopik
Daya adalah perubahan energi per satuan waktu:
Satuan daya: Joule / sekon (J/s) atau Watt (W)
P
U QV
Q


V  I V
t
t
t
Dengan menggunakan hukum Ohm:
V  IR
P  I 2R
P  I V
P  V
2
R
Laju hanyutan (Drift Speed)
Arus listrik dibawa oleh “pembawa muatan”
Jenis jenis pembawa muatan: Elektron bebas
(konduktor); Hole (semikonduktor); Polaron (polimer)
Pada logam, misalnya 1 atau 2
elektron per atom, elektron tsb
bergerak pada jarak singkat
dengan laju sangat tinggi,
sekitar 106 ms-1 secara acak
Apakah laju hanyutan itu ?
Contoh: setiap lebah bergerak secara acak dengan laju
sangat tinggi. Tetapi ‘kerumunan’ lebah akan bergerak
dengan laju ‘hanyutan’ yang lebih kecil dari laju masing
masing lebah!
drift
Laju hanyutan elektron: vdrift  10 4 ms 1
Laju hanyutan
vdrift
Jumlah muatan yang melalui permukaan
A dalam selang waktu dalam selang
waktu dt:
A
Q  ( Av drift t )nq
l
Avdrift t = Al :volume yang melewati A
n: jumlah pembawa muatan per satuan vol.
q: muatan yang dibawa oleh satu pembawa
muatan
vdrift
A
l
Pembawa muatan lebih dari satu jenis
* Medan listrik menghasilkan gaya listrik pada
muatan.
* Gaya listrik pada muatan negatif berlawanan arah
dengan pada muatan positif sehingga arah aliran
muatan akan berlawanan
* Arah arus listrik searah dengan arah aliran muatan
positif
*Aliran muatan positif dan negatif berkontribusi
pada arah arus listrik yang sama
I 
Q
I
 qnAvdrift
t
i
Q
  A(qi ni vi )
t
i
Hukum I: Kekekalan muatan
Pada dasarnya, arus adalah
aliran muatan.
I1
Hukum Kirchhoff
I2
I3
I1 = I2 + I3
Karena muatan adalah kekal,
maka jumlah arus yang masuk
kesuatu titik cabang sama
dengan jumlah arus yang
meninggalkannya.
POTONGAN RANGKAIAN
Hukum II Kirchhoff:
Kekekalan Energi
Pada baterei, tegangan di kutub positif selalu lebih tinggi
dari tegangan di kutub negatif.
Arus di luar baterei mengalir dari kutub positif ke kutub
negatif
Di dalam baterei, arus mengalir dari kutub negatif ke
kutub positif. Aliran muatan ini menggunakan energi
kimiawi baterei
Jadi arus luar akan mengambil daya dari baterei
Di luar baterei, arus mengalir
dari potensial tinggi ke potensial
rendah dan baterei memberikan
DAYA pada rangkaian sebesar P
= EI dimana E = VAB= VA – VB
>0
I
A
B
+
Arus I yang melalui hambat R
akan memberikan DAYA pada
hambat sebesar P = IR
I
Arus listrik pada rangkaian
mengalir dari potensial tinggi ke
potensial rendah, jadi VAB = VA –
VB >0
A
B
VAB = IR
Hk Kirchhoff untuk Loop
RANGKAIAN LISTRIK
B
A
ε1 ε2
I
C
I
R4
ε1 ε2
Pada potongan rangkaian AD, arus mengalir dari A
menuju D, jadi VAD >0
Arus I mengambil daya dari baterei ε2 , memberi daya
dari baterei ε1 dan R
VAD = VAB + VBC + VCD
VAD = IR - ε
VAD = -ε1 +ε2+IR
E positif jika arah
hitungan dari – ke +
VAD = IR – (ε1 +ε2)
VAA = IR - ε
D
VAA = 0
R3
R1
R2
IR - ε = 0
IR = ε
Hukum kekekalan
muatan tetap berlaku
I di titik cabang = 0