KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini yang berjudul “DIPOL LISTRIK DAN HAMBATAN JENIS”. Tujuan penulisan makalah ini disamping untuk memenuhi salah satu nilai tugas mata kuliah Fisika Dasar, penulis juga ingin menyampaikan kepada pembaca tentang dipol listrik dan hambatan jenis. Pada kesempatan ini, penulis dengan segala kerendahan hati ingin meyampaikan terimakasih kepada Bapak Sukiswo selaku dosen pembimbing Mata Kuliah Fisika Dasar yang telah membimbing hingga terselesaikanya makalah ini. Penulis menyadari dalam penulisan makalah ini masih terdapat banyak kekurangankekurangan. Penulis akan menerima dan berterimakasih atas segala kritik dan saran yang di berikan demi perbaikan makalah ini. Akhir kata penulis berharap penulisan makalah ini dapat bermanfaat sebagai kelengkapan informasi maupun dokumentasi yang berguna bagi masa yang akan datang. Amin.. Wassalammuala’ikum wr. wb. Semarang, 3 Oktober 2012 Penulis DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii DAFTAR ISI .......................................................................................... iii BAB I. PEMBAHASAN ......................................................................................... 2 2.1 Kesimpulan ........................................................................................ 5 2.2 Saran ........................................................................................ 5 ........................................................................................ 6 BAB II. PENUTUP DAFTAR PUSTAKA BAB II PEMBAHASAN Dipol Listrik di Dalam Medan Listrik Walaupun atom-atom dan molekul-molekul bersifat netral secara listrik, namun atom-atom dan molekul-molekul ini juga dipengaruhi oleh medan listrik, sebab atom-atom dan molekulmolekul tersebut memiliki muatan positif dan muatan negatif. Kita bisa menganggap sebuah atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan negatif. Karena jari-jari inti sekitar 100.000 kali lebih kecil dibandingkan awan elektron , kita dapat menganggapnya sebagai muatan titik. Pada beberapa atom dan molekul, awan elektron mempunyai simetri bola , sehingga pusat muatanya berada pada pusat atom atau molekul, berimpit dengan muatan positif. Atom atau molekul yang demikian disebut nonpolar. Namun demikian, dengan adanya medan listrik luar, pusat muatan positif tidak berimpit dengan pusat muatan negatifnya. Medan listrik melakukan suatu gaya pada inti yang bermuatan positif yang arahnya searah medan dan gaya pada awan elektron yang bermuatan negatif pada arah yang berlawanan. Muatan positif dan negatif akan terpisah sehingga gaya tarik menarik muatan akan menmgimbangi gaya luar pada masing-masing muatan akibat medan listrik luar. Distribusi muatan yang demikian berperilaku sebagi suatu dipol listrik . Momen dipol suatu atom atau molekul non polar didalam medan listrik luar disebut momen dipol induksi. Momen dipol induksi ini mempunyai arah sama dengan arah medan listrik. Jika medan listrik yang homogen, tidak ada gaya total dipol sebab gaya pada muatan positif maupun negatif sama besar dan berlawanan arah. Namun demikian, bila medan listriknya tidak homogen, akan ada gaya total yang bekerja pada dipol tersebut. Momen dipol induksi sejajar dengan E pada arah radial dari muatan titik tersebut. Medan pada muatan negatif lebih kuat sebab letaknya lebih dekat kepada muatan titik, jadi gaya total pada dipol akan menuju muatan titik dan dipol di tarik menuju muatan titik jika titik muatan tersebut adalah negatif, dipol induksi akan mempunyai arah yang berlawanan dari arah semula, dan dipol sekali lagi akan ditarik oleh muatan titik tersebut. Gaya yang dihasilkan oleh medan listrik tidak homogen pada partikel netral merupakan penyebab potongan atas ditarik oleh sisir yang bermuatan.hal ini juga merupakan penyebab balon yang bermuatan menempel pada dinding atau langit-langit. Dalam hal ini, muatan pada balon memberikan medan listrik tidak homogen yang mempolarisasi (yaitu, momen dipol induksi) molekul dari dinding atau langitlangit dan kemudian menariknya. Pada beberapa molekul, pusat muatan positif tidak berimpit dengan pusat muatan negatif, walaupun tidak ada medan listrik luar. Molekul-molekul polar ini, mempunyai momen dipol listrik permanen. Jika sebuah molekul polar diletakkan didalam suatu medan listrik homogen akan ada gaya total padanya,tetapi alkan ada momen yang mengarahkan molekul untuk berputar sehingga dipol mengarah sejajar medan. Torka dapat ditulis sebagi perkalian silang dari momen dipol p dengan medan listrik E : ð=ðððŽ Jika dipol berputar melalui sudut ðð, medan listrik melakukan kerja dw= -ðð ð― = −ð ðŽ ðððð― ð ð― tanda minus muncul akibat torka yang cenderung menurunkan q. Dengan membuat kerja ini sama dengan penurunan energi potensial, akan kita peroleh : du = -dw = + pE ðððð― ð ð― dengan mengintegrasikan, kita peroleh : U= -pE ðððð― + ðžo Biasanya kita pilih energi potensial menjadi nol pada saat dipol tegak lurus medan listrik, yaitu ketika ð― = ðð°. Kemudian Uo = 0 dan energi potensial menjadi : U = -pE ðððð― = −ð . ðŽ Didalam suatu medan listrik, yang tidak homogen, molekul polar mengalami gaya total karena medan listrik yang bekerja pada pusat muatan positif dan negatif berbeda besarnya sebagai contoh ,olekul polar adalah HCl, yang sesungguhnya merupakanion positif hidrogen dengan muatan +e dan ion negatif clor dengan –e . contoh lain dari molekul poalr adalah air . adanya momen dipol dari air merupakan penyebab utama adanya penyerapan energi dari makanan yang ada diadalam pemanas gelombang mikro. Seperti halnya semua gelombang, microwave mempunyai medan listrik bolak-balik yang dapat menyebabkan dipol listrik bergetar. Getaran momen dipol listrik air beresonansi dengan osilasi medan listrik gelombang mikro dan ini menhyebabkan penyerapan energi dari gelombang mikro diameter atom molekul mempunyai orde 10-10 m= o,1nm. Satuan momen dipol listrik atom dan molekul adalah muatan dasar e diakli jarak 1nm. Misalnya, momen dipol dari NaCl dalam satuan ini mempunyai besar sekitar 0,2 e. nm. HAMBATAN LISTRIK A. Arus listrik Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari kutub positif ke kutub negatif, dari anoda ke katoda. Arah arus listrik ini berlawanan arah dengan arus elektron. Muatan listrik dapat berpindah apabila terjadi beda potensial. Beda potensial dihasilkan oleh sumber listrik, misalnya baterai atau akumulator. Setiap sumber listrik selalu mempunyai dua kutub, yaitu kutub positif (+) dan kutub negatif (–).Apabila kutub-kutub baterai dihubungkan dengan jalur penghantar yang kontinu, kita dapatkan rangkaian listrik tampak seperti pada Gambar 1.1(a), diagram rangkaiannya tampak seperti pada Gambar 1.1(b). Dalam hal ini, baterai (sumber beda potensial) digambarkan dengan simbol: Garis yang lebih panjang menyatakan kutub positif, sedangkan yang pendek menyatakan kutub negatif. Alat yang diberi daya oleh baterai dapat berupa bola lampu,pemanas, radio, dan sebagainya. Ketika rangkaian ini terbentuk, muatan dapat mengalir melalui kawat pada rangkaian, dari satu kutub baterai ke kutub yang lainnya.Aliran muatan seperti ini disebut arus listrik. Gambar 1.1 (a) Rangkaian listrik sederhana, (b) Skema rangkaian listrik. Arus listrik yang mengalir pada kawat tersebut didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Maka arus listrik I ð dapat dirumuskan: I=âðĄ Dengan Q adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu titik selama selang waktu Δt .Arus listrik diukur dalam coulomb per sekon dan diberi nama khusus yaitu ampere yang diambil dari nama fisikawan Prancis bernama Andre Marie Ampere (1775 -1836). Satu ampere didefinisikan sebagai satu coulombper sekon (1 A = 1 C/s). Satuan-satuan terkecil yang seringdigunakan adalah miliampere (1 mA = 103 A) atau mikroampere (1μA = 10-6 A). Alat untuk mengukur kuatarus listrik dinamakan amperemeter (disingkat ammeter). Konduktor banyak mengandung elektron bebas.Berarti, bila kawat penghantar dihubungkan ke kutub kutub baterai seperti pada Gambar 1.1, sebenarnya elektron bermuatan negatiflah yang mengalir pada kawat. Ketika kawat penghantar pertama kali dihubungkan, beda potensial antara kutub-kutub baterai mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan paralel terhadapnya.Dengan demikian, elektronelektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke kutub positif, dan pada saat yang sama elektron-elektron meninggalkan kutub negatif baterai dan memasuki kawat di ujung yang lain. Ada aliran elektron yang kontinu melalui kawat yang terjadi ketika kawat terhubung ke kedua kutub. Sesuai dengan ketentuan mengenai muatan positif dan negatif, dianggap muatan positif mengalir pada satu arah yang tetap ekuivalen dengan muatan negatif yang mengalir ke arah yang berlawanan,tampak seperti pada Gambar 1.2. Ketika membicarakan arus yang mengalir pada rangkaian, yang dimaksud adalah arah aliran muatan positif. Arah arus yang identik dengan arah muatan positif ini yang disebut arus konvensional. Gambar 1.2 Arah arus konvensional B. Hambatan listrik dan beda potensial Dalam arus listrik terdapat hambatan listrik yang menentukan besar kecilnya arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya, dan sebaliknya.George Simon Ohm (1787-1854), melalui eksperimennyamenyimpulkan bahwa arus I pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial V yang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut: I ∝ V.Misalnya, jika kita menghubungkan kawat penghantar kekutub-kutub baterai 6 V, maka aliran arus akan menjadi duakali lipat dibandingkan jika dihubungkan ke baterai 3 V.Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron.Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan:I ∝ R1 . Aliran elektron pada kawat penghantar diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat. Makin besar hambatan ini, makin kecil arus untuk suatu teganganV. Dengan demikian, arus I yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatannya. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum ð Ohm, dan dinyatakan dengan persamaan: I=ð Dengan R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya,V adalah beda potensial antara kedua ujung penghantar,dan I adalah arus yang mengalir. Hubungan ini sering dituliskan:V=I.R Dalam satuan SI, hambatan dinyatakan dalam satuan volt per ampere (V/A) atau ohm (Ω). Grafik hubungan antara arus I dan beda potensial V, serta kuat arus I dan hambatan listrik R, ditunjukkan seperti pada Gambar 1.3. Gambar 1.3 Grafik hubungan (a)Kuat arus dengan beda potensial (b)Kuat arus dengan hambatan. C. Hambatan Jenis Kita mungkin menduga bahwa hambatan yang dimiliki kawat yang tebal lebih kecil daripada kawat yang tipis, karena kawat yang lebih tebal memiliki area yang lebih luas untuk aliran elektron. Kita tentunya juga memperkirakan bahwa semakin panjang suatu penghantar,maka hambatannya juga semakin besar, karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron.Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada ð jenis bahan tersebut.Secara matematis dituliskan: R=ð ðī dengan: R = hambatan kawat penghantar (Ω) l = panjang kawat penghantar (m) A = luas penampang lintang penghantar (m2) ð = hambatan jenis kawat penghantar (Ω.m) Konstanta pembanding ð disebut hambatan jenis(resistivitas). Hambatan jenis kawat berbeda-beda tergantung bahannya. Tabel 1.1 menunjukkan hambat jenis berbagai bahan padasuhu 20 oC. D. Sumber Tegangan (GGL) dan Hambatan Dalamnya Untuk membuat suatu rangkaian elektronika bekerja, kita memerlukan sebuah sumber beda potensial (tegangan) agar menghasilkan arus yang tetap.Alat semacam ini disebut sumber GGL (gaya gerak listrik), misalnya bateraidan accu. Pada baterai beda tegangan yang dihasilkan biasanya 1,5 V,meskipun ada juga beberapa baterai yang menghasilkan tegangan lebih kecil atau lebih besar. Ketika dirangkaikan pada sebuah komponen elektronika,misalnya saja sebuah resistor. Arus akan mengalir menurut hukum Ohm.Untuk memudahkan, katakanlah nilai hambatan dari resistor sebesar 1 ð ohm,maka arus yang seharusnya mengalir dalam kawat adalah : I=ð = 1,5 ð 1Ω = 1,5A Namun pada kenyataannya tidak demikian, baterai sesungguhnya memiliki hambatandalamnya sendiri yang berasal dari material penyusunnya, dan terutama proses kimiawi yang dihasilkannya. Nilai r ini cenderung membesarkarena residu proses kimiawi dalam baterai. Kita akan menamakan hambatan dalam ini dengan r. Dengan adanya r, arus listrik yang mengalir menjadi lebih kecil, atau cenderung mengecil.Arus yang dihasilkan karena hambatan dalam ini menjadi : ðļ 1,5 I=ð +ð = 1+1,5 = 1ðī anggaplah r = 0,5 untuk sekedar memudahkan perhitungan.Arus yang dihasilkan menjadi mengecil ketika r bertambah. Sebuah bateraiyang memiliki hambatan dalam r besar, kita sebut telah rusak, meskipun jika anda ukur tegangan baterai memakai voltmeter pada kedua ujungnya,tegangan yang dihasilkan nampak tidak berkurang.Berikut sebuah ilustrasi yang dibuat agak ekstrim dengan membuat hambatan dalam membesar dari 0 hingga 2 ohm, dan anda lihat bagaimanakuat arus mengecil. Gb 1.4 Penurunan Aliran Arus Listrik Akibat BertambahnyaHambatan Dalam Baterai E. Rangkaian (kombinasi) Hambatan Pada umumnya rangkaian dalam sebuah alat listrik terdiri dari banyak jenis komponen yang terangkai secara tidak sederhana, akan tetapi untuk mempermudah mempelajarinya biasanya jenis rangkaian itu biasa dikelompokkan dalam RANGKAIAN SERI dan RANGKAIAN PARALEL.Gb 1.4 Penurunan Aliran Arus Listrik Akibat Bertambahnya Hambatan Dalam Baterai 70 Beberapa resistor dirangkai untuk tujuan tertentu seperti untuk membagi arus (memperkecil arus) ataupun membagi tegangan.Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan, seperti pada gambar berikut : Gb 1.5 Rangkaian Hambatan yang Dipasang Seri Rangkaian paralel untuk tiga resistor diilustrasikan sebagai berikut : Gb 1.6 Rangkaian Hambatan yang Dipasang Seri Hambatan totalnya adalah: F. Pembagi Arus dan Pembagi Tegangan Sebuah rangkaian hambatan yang dipasang paralel sesungguhnya juga berfungsi untuk membagi arus. Dalam suatu rangkaian paralel (seperti gambar di bawah) tegangan di A, B dan C sama besar : Gb 1.7 Rangkaian Pembagi Arus Namun arus yang mengalir dalam setiap cabang tidak sama dengan arus utamanya I karena arus telah terbagi dalam tiga cabang. Hal yang sebaliknya terjadi di dalam suatu rangkaian seri, di mana kuat arus pada setiap titik adalah sama, namun besarnya tegangan dalam setiap resistor tidaklah sama : Gb 1.8 Rangkaian Pembagi Tegangan G. Hukum Kirchoff Menyederhanakan rangkaian dengan cara seri dan paralel seperti contoh diatas mungkin bisa dilakukan untuk rangkaian-rangkaian yang sederhana,namun untuk rangkaian yang lebih rumit, cara tersebut sulit dilakukan.Salah satu contoh rangkaian yang sulit diselesaikan dengan cara tersebut adalah sebuah rangkaian yang terdapat pada gambar di bawah ini : Kita akan kesulitan ketika memandang hambatan R5 apakah paralel ataukah seri ? Ia nampaknya paralel terhadap R4 atau R3, namun hal tersebut tidak benar. Cara lain untuk memecahkan rangkaian-rangkaian yang lebih rumit adalah dengan menggunakan hukum-hukum Kirchoff seperti yang akan diuraikan di bawah ini. Hukum Kirchoff I : Hukum pertama Kirchoff didasari oleh hukum konservasi energi yang menyatakan bahwa dalam suatu rangkaian tertutup, tegangan yang diperoleh dan tegangan yang berkurang haruslah sama besar. Pada rangkaian di atas, karena loop (kurva melingkar) searah dengan arus, ketika loop melewati E maka terjadi pertambahan potensial, namun saat melewati R yang terjadi penurunan potensial karena adanya hambatan sehingga berlaku : E - I.R= 0 Atau E = I.R Sesuai dengan hukum ohm Misalnya jika terdapat dua loop seperti rangkaian dibawah: Maka pada loop 1: Pada loop 2: Dengan Hukum Kirchoff II : Kuat arus I yang masuk dalam suatu titik percabangan A sama dengan arus yang keluar dari titik percabangan B : Ini berarti bahwa berlaku : yang merupakan bentuk lain dari hukum konservasi muatan. BAB III PENUTUP 2.1 Kesimpulan Berdasarkan uraian dan analisis yang telah dikemukakan di bab-bab sebelumnya, maka dapat disimpulkan bahwa : a. Dipol listrik adalah suatu sistem yang terdiri atas dua muatan yang sama besar tetapi berbeda jenis +q dan –q yang terpisah jarak relatif dekat (d) . b. Momen dipol listrik (p) didefinisikan sebagai kuantitas besaran qd . c. Besaran Momen dipol listrik (P)adalah vektor d. Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor. e. Hukum Ohm menyatakan bahwa arus I yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan ð hambatannya dan dinyatakan dengan persamaan: I=ð f. Berdasarkan Hukum Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut.Secara matematis ð dituliskan: R=ð ðī Sehingga ini disebut sebagai hambatan jenis. g. Hukum pertama Kirchoff menyatakan bahwa dalam suatu rangkaian tertutup, tegangan yang diperoleh dan tegangan yang berkurang haruslah sama besar. Sedangkan hukum II Kirchoff menyatakan bahwa kuat arus I yang masuk dalam suatu titik percabangan A sama dengan arus yang keluar dari titik percabangan B.
