Presentasi Kelistrikan

• Kelompok 1
• Elyas Narantika
• Johanes Susanto
• Budiyanto
NIM 2012 21 018
NIM 2012 21 046
NIM 2012 21 055
Definisi Kelistrikan
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan
listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai :
Kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan
proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di
antaranya atau sumber energi yang disalurkan melalui kabel.
Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran
positif ke saluran negatif. Bersama dengan magnetisme, listrik
membentuk interaksi fundamental yang dikenal sebagai
elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak
fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik,
dan arus listrik.
LISTRIK STATIS
Kata “listrik” berasal dari kata Yunani “elektron” yang berarti
“ambar”. Ambar adalah suatu damar pohon yang telah
membatu, dan jika digosok dengan kain wol akan diperoleh sifat
yang dapat menarik benda-benda ringan. Perilaku batu ambar
seperti ini sekarang dapat dikatakan bahwa “batu ambar
terelektrifikasi atau memperoleh muatan listrik” atau secara
listrik “dimuati”. Proses elektrifikasi ini sekarang kita sebut
sebagai listrik statis
Listrik yang tidak mengalir dan perpindahan arusnya terbatas,
fenomena kelistrikan dimana muatan listriknya tidak bergerak.
Untuk memberi muatan listrik pada benda padat, dapat
dilakukan dengan menggosok-gosokkannya benda tersebut pada
benda lain.
(a)
(b)
(c)
Gambar 1. Proses Elektrifikasi
(a) penggosokan (b) sisir menarikbenda-benda kecil, (c) penggaris menarik potongan
kertas kecil
Pada masing-masing kasus di atas sebuah benda menjadi bermuatan listrik
karena proses penggosokan terhadap benda lain dan dikatakan memiliki
muatan listrik total. Sesungguhnya, persinggungan yang rapat saja sudah akan
menimbulkan muatan listrik.
Menggosok artinya tidak lain adalah membuat persinggungan rapat antara
permukaan dua benda.
(a) Dua penggaris plastik yang bermuatan
saling tolak-menolak
(b) Dua batang kaca yang bermuatan
saling tolak-menolak
(c) Batang kaca bermuatan menarik
penggaris plastik bermuatan
Gambar 2.
Muatan yang tidak sejenis akan Tarik-menarik,
sedangkan muatan yang sejenis akan tolak-menolak
Kejadian tersebut menunjukkan bahwa ada dua
jenis muatan yang terbentuk pada benda yang
digosok.
Dari ketiga kejadian sederhana tadi maka gaya
interaksi antara dua benda bermuatan
menunjukkan bahwa :
“ muatan sejenis akan tolak-menolak dan
sebaliknya muatan yang tidak sejenis akan
saling tarik-menarik “.
Muatan Listrik dalam Atom
Konsep kelistrikkan semakin menunjukkan kemajuan ketika konsep kelistrikan
dimulai dari dalam atom itu sendiri.
Partikel subatom yang membentuk atom ada tiga macam yakni elektron, proton,
dan netron. Atom memiliki inti bermuatan positif yang berat, dan dikelilingi oleh
satu atau lebih elektron bermuatan negatif. Inti terdiri dari proton yang
bermuatan positif, dan netron tidak bermuatan (netral).
Gambar 3. Model atom sederhana
Muatan Konduksi, Induksi
Cara memperoleh muatan listrik adalah dengan cara melebihkan
salah satu muatan. Ada dua cara yaitu: (1) cara konduksi dan (2)
cara induksi.
Cara Konduksi
Bila sebuah benda logam bermuatan positif disentuhkan dengan
benda logam lain yang tidak bermuatan (netral), maka elektronelektron bebas dalam logam yang netral akan tertarik menuju
logam yang bermuatan positif, karena sekarang logam ke dua
tersebut kehilangan beberapa elektronnya, maka logam ini akan
bermuatan positif.
Proses demikian disebut memuati dengan cara konduksi atau
dengan cara sentuhan, dan akhirnya ke dua benda memiliki muatan
dengan tanda yang sama.
Batang logam netral
Batang logam dimuati dengan
cara sentuhan
Gambar 4.
Memberi muatan dengan cara konduksi
Cara Induksi
Bila benda bermuatan positif didekatkan pada batang logam yang
netral, tetapi tidak disentuhkan, maka elektron-elektron batang
logam tidak meninggalkan batang logam, namun elektron-elektron
tersebut bergerak dalam batang logam menuju benda yang
bermuatan, dan meninggalkan muatan positif pada ujung yang
berlawanan.
Pada proses ini tidak ada muatan total yang dihasilkan pada batang
logam, muatan hanya dipisahkan, sehingga muatan batang logam
tetap nol. Meskipun demikian, jika batang logam dipotong menjadi
dua bagian, kita akan memiliki dua benda yang bermuatan, satu
bermuatan positif dan yang satunya bermuatan negatif.
Batang logam netral
Batang logam tetap netral, tetapi
dengan pemisahan muatan
Gambar 5.
Memberi muatan dengan cara induksi
Hukum Coulomb
Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskan adanya gaya interaksi antara
dua buah benda yang bermuatan listrik, terjadi gaya tarik-menarik antara dua
buah muatan yang tidak sejenis, begitu juga sebaliknya. Yang menjadi
pertanyaan adalah: faktor-faktor apa yang mempengaruhi besar gaya ini?
Seorang fisikawan Perancis Charles Coulomb (1736 – 1806) menyelidiki adanya
gaya listrik pada tahun 1780-an dengan menggunakan pengimbang torsi.
Walaupun peralatan yang khusus yang mengukur muatan listrik tidak ada pada
masa Coulomb, ia menyiapkan bola-bola kecil dengan muatan yang berbeda
dan rasio kedua muatan diketahui. Hasil eksperimennya menyimpulkan bahwa:
1. Gaya interaksi antara dua muatan se-banding dengan hasil kali dua muatan.
2. Gaya interaksi antara dua muatan berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak antara ke dua muatan.
Gambar 6.
Dua buah muatan berjarak R
Secara matematis hasil pengamatan secara eksperimen dapat dinyatakan
dengan persamaan :
dengan k adalah konstanta pembanding yang besarnya (8,988 x 109) N.m2/C2
(biasanya dibulatkan menjadi 9 x 109 N.m2/C2 ).
Keterangan:
F : Gaya Coulomb (N)
k : Konstanta Coulomb = 9 x 109 Nm2 C2
q1 : besar muatan pertama (C)
q2 : besar muatan kedua (C)
r : jarak antar muatan (m)
Gambar 7.
Arah gaya tergantung jenis muatan
Konstanta k seringkali ditulis dalam bentuk besaran yang
berhubungan dengan sifat kelis-trikan εₒ yang disebut dengan
permitivitas ruang hampa.
Konstanta ini dihubungkan dengan k=1/4πεₒ . dengan demikian
hukum Coulomb dapat dituliskan :
dengan
MEDAN LISTRIK
Medan listrik (E) adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik.
Satuan listrik memiliki satuan N/C atau Newton/Coulomb.
Jika dalam sebuah sistem terdapat banyak muatan, maka medan listrik
di sebuah titik sama dengan jumlah vektor medan listrik dari masing-masing
muatan pada titik tersebut.
Gambar 8.
Arah medan listrik
Contoh Soal :
Tentukan besar gaya listrik pada elektron dalam
atom hydrogen yang diberikan oleh satu proton
(Q1 =Q2 = 1,6x10-19 m ) yang merupakan intinya.
Anggap elektron mengorbit proton pada jarak
rata-rata r = 0,53x10-10 m
Penyelesaian :
Diketahui :
K
=
Q1/Q2 =
R
=
Ditanya : F .......?
Jawab :
Menggunakan hukum Coulomb, dengan R =
m,
Q1= Q2 =
C, dan dengan mengabaikan tanda-tanda muatan
diperoleh :
LISTRIK DINAMIS
KUAT ARUS LISTRIK
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu
penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan
arah dengan arah gerak elektron.
Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang
dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat
arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir
dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. Jika dalam waktu t mengalir
muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah
Gambar 9.
Segmen dari sebuah kawat penghantar arus listrik.
HUBUNGAN ANTARA KUAT ARUS LISTRIK (I) DAN
TEGANGAN LISTRIK (V)
Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika
berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal
sebagai hukum Ohm yang berbunyi:
Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan
beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar
tetap.
Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan
listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm.
HUKUM I KIRCHOFF
Hukum I Kirchoff berbunyi:
“ Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama
dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul
tersebut. “
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya
dengan hukum kekekalan muatan listrik. secara matematis
dapat dituliskan sebagai:
HUKUM II KIRCHOFF
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada
rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan
paralel.
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε)
dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Hukum Kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:
ENERGI LISTRIK
Karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha
yang dilakukan adalah : W = V . I . t
Karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik adalah :
DAYA LISTRIK
Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi
listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan.
Contoh Soal :
Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah hambatan dan satu buah baterai 24
Volt yang memiliki hambatan dalam 1 Ω.
Tentukan:
a) Kuat arus rangkaian
b) Energi rangkaian dalam 5 menit
Penyelesaian :
a). Kuat arus rangkaian
Diketahui :
R = R1 = 2 Ω, R2 = 3 Ω, R3 = 4 Ω
Ditanya : Kuat arus (∑I) ......?
Jawab :
= (-24) + I(2+3+4) = 0
9 I = 24
Penyelesaian :
b). Energi dalam rangkaian 5 menit
Diketahui :
Itot
= 2,67 A
Rtot
= 10 Ω
T
= 5 x 60 = 300 S
Ditanya : W .....?
Jawab :
=(2,67)2.(10).(300)
= 21386,7 Joule
Sumber :
http://fisikastudycenter.com/
http://mediabelajaronline.blogspot.com/
http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik