Arus dan Hambatan Oleh: Ahmad Firdaus 201221049 Rakhmat Andriyani 201221034 Arus Listrik • Adalah arus elektron dari satu atom ke atom disebelahnya • 1 ampere adalah perpindahan elektron sebanyak 6.24 x 1018 yang melewati satu titik pada setiap detiknya. • Simbol= I, dan simbol satuan arus listrik = A Arus Listrik Gambar ini menunjukkan perpindahan elektron melalui konduktor karena pengaruh gaya luarnya yang ditimbulkan oleh batterai Arah Arus • Pada rangkaian listrik elektron mengalir dari negatif ke positif • Pada saat awal dilakukan percobaan-percobaan listrik muncul asumsi bahwa arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. • Arus listrik bisa saja dianggap benar untuk kedua pendapat di atas, tetapi kita membutuhkan sebutan sendiri-sendiri untuk membedakan. • Untuk itu kita menyebutnya sebagai Electron Current Flow (Aliran Arus Listrik) dan Conventional Current Flow (Aliran Arus Konvensional). Jenis-jenis Arus • Arus Searah (Direct Current / DC): perpindahan Elektron dalam satu arah saja. • Arus Bolak-balik (Alternating Current / AC): perpindahan elektrok dengan arah tertentu, kemudian kembali ke arah sebaliknya. Efek Arus Listrik Setiap kali terdapat arus listrik pasti timbul panas dan medan magnet. Selain itu kadang juga timbul 2 efek lain, yaitu efek kimia dan fisiologis • Efek Panas: Arus listrin menimbulkan panas. Kegunaan praktis: radiator listrik, ketel, pelindung rangkaian • Efek Magnet: Layaknya panas, efek magnet juga selalu timbul setiap kali ada arus listrik. Kegunaan praktis: motor listrik, generator, transformator Arus Dan Rapat Arus • Sebuah arus listrik i dihasilkan jika sebuah muatan netto q melewati suatu penampang penghantar selama waktu t, maka arus (dianggap konstan) adalah: π = Dimana: Satuan arus adalah Ampere (A) Coloumb untuk muatan q, dan Detik untuk satuan waktu (t) π π‘ Arus dan Rapat Arus • Jika banyaknya mautan yang mengalir per satuan waktu tidak konstan maka arus akan berubah dengan waktu dan diberikan oleh limit diferensial dari persamaan di atas, atau: ππ π= ππ‘ Besarnya rapat arus didefinisikan sebagai: π π= π΄ ; π΄ = πΏπ’ππ πππππππππ Contoh Soal 1 • Berapa banyak electron yang mengalir melewati sebuah bola lampu setiap detiknya, jika arus yang melewati lampu tersebut sebesar 0.75A. Diketahui: I=0.75A; t=1 detik Ditanya: e? Jawab: Muatan yang mengalir melewati bola lampu tersebut dalam 1 detik = π = π° . π = π. ππ π¨ π, π π ππππ = π, πππͺ Besar muatan pd masing-masing electron adalah: e=1.6 x 10-19 C, maka: ππ’ππ‘ππ 0.75 πΆ π½π’πππβ = = = 4.7 π₯ 1018 −19 ππ’ππ‘ππ πππππ‘πππ 1.6 π₯ 10 Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. • Hambatan: Sebuat kawat atau benda lain adalah ukuran beda potensial (V) yang harus terpasang antara benda tersebut sehingga arus sebesar 1 Ampere dapat mengalir melewatinya. • Simbol kuantitas untuk tahanan adalah: R. Simbol satuannya: β¦ (Omega Yunani) digunakan 1 β¦ = 1 V/A Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. • Hukum Ohm mendefinisikan tentang hubungan antara arus, tahanan dan beda tegangan pada rangkaian listrik • Dinyatakan secara matematis: ππππππππ π΄ππ’π = ππβππ π πΌ= π Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. • Persamaan pada Hukum Ohm akan mudah diingat-ingat dan diterapkan secara efektif jika anda mengetahui lingkaran hukum Ohm. Untk mencari V, I atau R jika dua nilai komponennya sudah diketahui, tutupi komponen yang belum diketahui pada lingkaran berikut ini Hukum Ohm: Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas. V I R • π = πΌ. π πΌ=π π π =π πΌ Percobaan 1 • Sebuah rangkain memiliki tahanan sebesar 10 dan disambungkan dengan sumber tegangan (baterai) 10VDC. Tentukan besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut. Percobaan 2 • Dengan rangkaian serupa namun sumber tegangan (baterai) dinaikkan dari 10V menjadi 20V. Tentukan arus listriknya: Pada rangkaian ini aliran arus listrik yang mengalir adalah 2 Ampere Percobaan 3 • Sekali lagi dengan rangkaian serupa, jika sumber tegangan (batteri) dikurangi dari 10 Volt menjadi setengahnya, hitunglah arus listrik yang mengalir. Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 0.5 Ampere Kesimpulan percobaan 1,2 dan 3 • Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan dinaikkan maka arusnya juga akan naik . Dan • Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan diturunkan maka arusnya juga akan turun. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa: Arus listrik berbanding lurus dengan tegangan Percobaan 4 • Sekarang tegangannya tetap sama tetapi nilai hambatannya. Pada percobaan ini, tegangannya tetap konstan pada 10V, sementara nilai hambatannya diubah dari 10 β¦ (percobaan 1) menjadi 5 β¦. Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 2 Ampere Kesimpulan percobaan 4 • Untuk nilai tegangan tetap, pengurangan nilai hambatan akan menambah nilai arus listriknya. • Untuk nilai tegangan tetap, penambahan nilai hambatan akan mengurangi nilai arus listriknya. Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa: Arus listrik berbanding terbalik dengan nilai hambatan Contoh Soal 2 • Sebuah bola lampu senter kecil menarik 300mA dari baterai 1.5V. a. Berapa hambatan bola lampu tersebut? b. Jika tegangan turun sampai 1,2V, bagaimana arus akan berubah ? Diketahui: I=300mA = 0.3A ; V=1,5V Ditanya: a. R ? b. I ? Jika V menjadi 1,2V Jawab: V 1 .5 Rο½ ο½ ο½ 5ohms I 0 .3 Contoh Soal 2 Jika V menjadi 1.2 dengan hambatan = 5ohms maka arus akan berubah sbb: V 1.2 Iο½ ο½ ο½ 0.24 A ο½ 240mA R 5 Resistivitas Bahan • Didefiniskan dari πΈ π= π Satuan SI dari π πππππβ β¦m Dimana: E=Kuat Medan J= Rapat Arus Konduktivitas bahan • Adalah kebalikan dari resistivitas, diberikan oleh: 1 π= π Satuan SI dari π adalah (β¦m)-1 Dimana π = Resistivitas bahan Dari hubungan: V Eο½ l dan i jο½ A Maka kita dapat menuliskan resistivitas π sebagai: V E V A A l ο²ο½ ο½ ο½ ο½R i j i l l A Dan V/I adalah hambatan R yang dapat dinyatakan sebagai: Daya Listrik • Energi yang diubah bila muatan q bergerak melintasi beda potensial sebesar V adalah qV, maka daya P diberikan oleh: energi _ yang _ diubah qV P ο½ daya ο½ ο½ waktu t • Muatan yang mengalir per detik, q/t merupakan arus listrik, I . Dengan demikian kita dapatkan: P ο½ I οV • Satuan SI daya listrik adalah Watt (1W=1J/det) • Dengan menggunakan hukum Ohm (V=IR), akan didapatkan: P ο½ I οV P ο½ I ( I ο R) ο½ I 2 R V V2 P ο½ ( ) οV ο½ R R Contoh Soal 3 • Dengan menggunakan nilai yang terdapat pada gambar di bawah ini, hitunglah: – Daya yang terpakai oleh tiap komponen – Total daya yang hilang pada rangkaian Contoh Soal 3 • Jawab: a. Daya individual (i) PR1 = VxI = 10 x 3 = 30W (ii) PR2= VxI =4x3 = 12W (iii) PR3= VxI =6x3 = 18W b. Total daya (i) PT1 = PR1+PR2+PR3 = 30 + 12 + 18 = 60W (ii) PT dgn cara lain: PT = VT x IT = 20 x 3 = 60 Contoh Soal 4 Sebuah pemanas listrik dengan hambatan 8ohms membutuhkan 15 A dari kawat utamanya. Dengan laju berapakah energi termal terjadi, dalam W? Berapakah biaya operasional pemanas selama 4 jam jika biaya per jam adalah 10 sen/kW jam? Diketahui: I = 15A ; R= 8 Ohms ; t=4 jam = 7200 detik. Biaya per kW jam = 10 sen Ditanya: Energi termal (W) ? Dan Biaya selama 4 jam. Jawab: W ο½ I 2 R ο½ (15 A) 2 (8ο) ο½ 1800W ο½ 1,8kW Biaya ο½ (1,8kW ) ο (4 jam) ο (10sen / kW ο jam) ο½ 72sen TERIMA KASIH