Pengertian Listrik Dinamis - adalah listrik yang dapat bergerak. Pergerakan elektron-elektron pada suatu rangkaian listrik akan menghasilkan suatu arus listrik.
Kuat Arus Listrik ( I )
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan detik. Arah arus listrik yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.
Keterangan :
I = Kuat arus listrik yang mengalir (A)
Q = Muatan listrik (C)
t = Waktu (s)
n = Q/Qe
Keterangan
n = jumlah elektron
Qe = muatan satu elektron (1,6 x 10−19 Coulomb)
Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya
Beda Potensial / Tegangan ( V )
Beda potensial adalah banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk memindahkan sejumlah muatan listrik. Beda potensial dirumuskan:
V = W/Q
W = energi listrik ( J )
Q = muatan listrik ( C )
V = beda potensial ( V)
Hambatan (Hukum Ohm)
Hambatan adalah seluruh beban yang terdapat pada suatu rangkaian listrik, baik yang ditimbulkan oleh sumber listrik, penghantar dan pengguna listrik.
Jika nilai hambatan diperbesar maka kuat arus akan menurun untuk beda potensial yang tetap, sehingga bisa ditulis,
Jika nilai hambatan konstan maka hubungan antara kuat arus dan beda potesial adalah berbanding lurus, dengan kata lain semakin besar beda potensial makin besar kuat arusnya,
Penggabungan ke dua persamaan dapat ditulis,
Persamaan di atas disebut hukum Ohm, dengan R adalah hambatan yang dinyatakan dalam satuan ohm ditulis dalam simbol Ω (omega).
Hukum I Kirchoff
Rangkaian listrik ada dua macam yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik terbuka adalah rangkaian listrik yang memiliki ujung-ujung rangkaian.
Sedangkan rangkaian listrik tertutup adalah rangkaian listrik yang tidak memiliki ujung-ujung rangkaian. Di dalam rangkaian listrik tertutup ini arus listrik dapat mengalir mengikuti jenis suatu rangkaian.
Rangkaian listrik juga dibedakan menjadi dua macam lagi yaitu rangkaian tidak bercabang dan rangkaian bercabang. Rangkaian tidak bercabang disebut rangkaian seri. Sedangkan rangkaian bercabang disebut rangkaian paralel.
1. Rangkaian Seri
Misal tiga buah hambatan yang masing-masing R1, R2, dan R3 dirangkai seri.
Pada rangkaian seri besarnya arus listrik yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Apabila kuat arus yang lewat hambatan R1 adalah I1, kuat arus yang lewat hambatan R2 adalah I2, dan kuat arus yang lewat hambatan R3 adalah I3. Sedangkan kuat arus yang keluar dari sumber I’, maka berlaku:
Jika beda potensial di titik A dan B adalah V1, beda potensial di titik B dan C adalah V2 dan beda potensial di titik C dan D adalah V3, maka berlaku,
Kedua persamaan di atas menunjukkan suatu persamaan yang berlaku untuk susunan seri. Dengan mengetahui definisi dari arus listrik adalah muatan yang bergerak per satuan waktu, sehingga arus listrik sebanding dengan muatan listrik. Oleh karena itu dapat ditulis,
Dengan memperhatikan persamaan tersebut, selama tidak ada penambahan atau pengurangan muatan dalam suatu rangkaian maka berlaku hukum kekekalan muatan listrik
2. Rangkaian Paralel
Misal tiga buah hambatan yang masing-masing R1, R2, dan R3 dirangkai secara paralel. Susunan paralel ketiga hambatan itu kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan. Jumlah kuat arus listrik yang masuk titik percabangan, titik A, sama besar dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan, titik B. Oleh karena itu,
a. Pada titik percabangan A
Dengan I adalah jumlah kuat arus yang masuk ke percabangan. Berkaitan dengan muatan dan arus listrik, maka persamaan di atas dapat ditulis bahwa,
b. Pada titik percabangan B
Dengan I’adalah jumlah kuat arus yang keluar dari percabangan, dan Q’ adalah muatan yang keluar dari percabangan.
I = I’
Dari a – b dapat disimpulkan bahwa dalam satuan waktu yang sama, jumlah kuat arus atau muatan yang masuk percabangan sama dengan jumlah kuat arus atau muatan yang keluar dari percabangan. Pernyataan ini disebuthukum I Kirchhoff.
Selama tidak ada penambahan muatan atau arus dari luar maka besarnya muatan total dan arus total adalah tetap, disebut hukum kekekalan muatan listrik.
Satu hal yang penting adalah, bahwa pada rangkaian paralel beda potensial tiap-tiap cabang besarnya sama.
Rangkaian Hambatan
Rangkaian hambatan Kalian sudah mengetahui bahwa ada dua rangkaian dasar pada suatu hambatan yaiturangkaian seri dan rangkaian paralel.
1. Rangkaian Seri
Misal tiga buah hambatan yang masing-masing R1, R2, dan R3 dirangkai seri, lihat Gambar 9.9!
Ketiga hambatan tersebut dapat diganti dengan satu hambatan dan disebut hambatan pengganti. Karena rangkaian hambatan tersebut seri maka hambatan pengganti ini sering disebut hambatan seri, RS. Besar RS merupakan jumlah dari masingmasing hambatan.
Dari persamaan di atas tampak bahwa hambatan pengganti untuk susunan seri merupakan jumlah dari masing-masing hambatan. Sedang besarnya nilai beda potensial antara ujung-ujung hambatan tidak sama, karena untuk seri yang mempunyai nilai konstan adalah arus dan muatan listrik yang melalui hambatan. Sehingga jika besar dari masing-masing hambatan berbeda, maka nilai beda potensialnya dari masing-masing hambatan juga berbeda.
2. Rangkaian Paralel (Rangkaian Bercabang)
Misal tiga buah hambatan yang masingmasingnya R1, R2, dan R3 dirangkai paralel, lihat Gambar 9.10!
Ketiga hambatan tersebut dapat diganti dengan satu hambatan yang disebut hambatan pengganti. Karena rangkaian hambatan tersebut paralel maka hambatan penggantinya disebut hambatan paralel (RP). Besar hambatan paralel (RP) dapat ditentukan menggunakan persamaan,
Pada rangkaian paralel, beda potensial masing-masing cabang besarnya sama.
Contoh soal
Perhatikan gambar di bawah ini.
Penerapan Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff
Sumber tegangan adalah alat yang dapat menimbulkan beda potensial listrik. Sebuah sumber tegangan memiliki energi yang dapat digunakan untuk mengalirkan arus listrik disebut GGL, E. Sumber tegangan pada umumnya memiliki hambatan yang disebut hambatan dalam r. Secara umum, sebuah rangkaian listrik selalu berlaku hukum Ohm dan hukum I Kirchhoff. Misal, sebuah rangkaian listrik sederhana yang terdiri atas sebuah hambatan luar, R, sumber tegangan, E, dan hambatan dalam r, lihat pada Gambar :
Apabila hambatannya lebih dari satu, maka R ini merupakan hambatan pengganti dari beberapa hambatan tersebut. Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian adalah sebagai berikut:
Jika dalam suatu rangkaian terdiri atas beberapa baterai baik tersusun secara seri maupun paralel, maka Persamaan di atas dapat ditulis kembali, untuk seri,
Dengan Es = nE, rs = nR, dan n adalah banyaknya baterai yang digunakan untuk rangkaian seri, sedang untuk rangkaian paralel:
Karena EP= E dan rp=(r/n) maka persamaan di atas, dapat ditulis kembali,
Hukum II Kirchoff
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (E) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Perhatikan gambar berikut!
Secara matematis dapat ditulis:
Penggunaan Hukum II Kirchhoff adalah sebagai berikut:
- Pilih rangkaian untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pemilihan arah loop bebas, tapi jika memungkinkan diusahakan searah dengan arah arus listrik.
- Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila arah loop berlawanan arah dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.
- Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka gaya gerak listrik bertanda positif, sebaliknya bila kutub negatif maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.
Contoh soal :
1. Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 5.10, dengan hukum Kirchhoff II hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut.
Hukum Kirchoff Pada Rangkaian dua Loop
Perhatikan gambar berikut!
Berdasarkan hukum Kirchoff 1, diperoleh:
Penyelesaian Rangkaian Dua Loop dengan Hukum Kirchoff dan Tegangan antara Dua Titik.
Demikian pembahasan tentang Pengertian Listrik Dinamis semoga bisa jadi pembelajaran
