A. Alat Ukur Listrik
Dalam topik listrik dinamis terdapat beberapa besaran yang akan dibahas. Tiga besaran yang paling umum adalah tegangan, kuat arus, dan hambatan. Sama seperti besaran lainnya, ketiga besaran listrik tersebut dapat diukur menggunakan alat ukur tertentu. Pengukuran besaran listrik menggunakan lata ukur yang harus dirangkai dengan benar agar menunjukkan hasil pengukuran yang tepat.#1 Alat Ukur Tegangan
Alat ukur yang umum digunakan untuk mengukur tegangan adalah voltmeter. Alat ukur tegangan tidak langsung dapat digunakan untuk mengukur tegangan melainkan harus dipasang dalam rangakaian terlebih dahulu. Untuk mengukur tegangan atau beda potensial pada komponen listrik, voltemeter harus dipasang secara paralel.
#2 Alat Ukur Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik dapat diukur menggunakan amperemeter. Sama seperti voltmeter, amperemeter harus dihubungkan terlebih dahulu ke rangkaian sebelum digunakan untuk mengukur kuat arus. Untuk mengukur kuat arus listrik dalam suatu komponen, amperemeter harus dipasang secara seri.
#3 Alat Ukur Hambatan
Hambatan listrik dapat diukur menggunakan Ohmmeter. Alat ini merupakan perangkat mengukur jumlah listrik yang dihasilkan dari pergesera saat elektron melewati suatu konduktor listrik. Pengukuran hambatan menggunakan Ohmemeter didasarkan pada konsep hukum Ohm yang menjelaskan hubungan antara hambatan, tegangan, dan kuat arus listrik.
B. Besaran dan Hukum Ohm
#1 Kuat Arus ListrikArus listrik adalah aliran muatan listrik. Arah aliran arus listrik berlawanan arah dengan arah aliran muatan negatif atau aliran elektron. Kuat arus listrik adalah besaran yang menyatakan besarnya perubahan muatan listrik atau jumlah muatan listrik yang mengalir persatuan waktu.
| I = ΔQ/Δt = Q/t |
Keterangan :
I = besar kuat arus listrik (Ampere)
Q = jumlah muatan yang mengalir (Coulomb)
t = selang waktu (sekon).
#2 Tegangan
Tegangan adalah besaran yang menyatakan perbedaan beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Pada rangkaian sederhana, beda potensial tersebut dihasilkan oleh sumber tegangan. Beda potensial listrik akan timbul jika rangkaian dihubungkan dengan suatu sumber potensial listrik atau ggl (gaya gerak listrik), misalnya baterai, dinamo, aki, sel surya, dan sebagainya.
#3 Hambatan
Hambatan atau resistensi adalah besaran yang menyatakan kemampuan suatu bahan menghambat atau menahan aliran arus listrik. Komponen listrik yang dibuat khusus untuk memberikan hambatan listrik pada suatu rangkaian disebut resistor. Komponen ini berfungsi membatasi arus listrik yang melalui rangkaian listrik.
Besar hambatan suatu penghantar bergantung pada beberapa faktor, yaitu jenis bahan, panjang bahan, luas penampang, dan suhu. Hubungan antara hambatan listrik dan ukuran bahan penghantar dinyatakan dalam persamaan berikut ini:
|
Keterangan :
R = besar hambatan yang dimiliki penghantar (Ohm)
ρ = hambatan jenis (Ohm meter)
L = panjang kawat atau penghantar (m)
A = luas penampang kawat (m2).
Besar hambatan suatu penghantar logam dapat berubah karena pengaruh perubahan suhu. Umumnya, semakin tinggi suhu maka semakin besar pula hambatan suatu bahan. Secara matematis, pengaruh perubahan suhu terhadap besar hambatan dinyatakan sebagai berikut:
| R = Ro (1 + α.ΔT) |
Keterangan :
Ro = hambatan mula-mula (Ohm)
R = hambatan setelah perubahan suhu (Ohm)
α = koefisien muai linear atau koefisien suhu hambatan (oC-1)
ΔT = perubahan suhu (oC).
#4 Hukum Ohm
Berdasarkan percobaan yang dilakukan, Ohm melihat bahwa perbandingan antara beda potensial dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian nilainya selalu konstan atau tetap. Nilai tetap tersebutlah yang disebut sebagai hambatan.
Hubungan antara tegangan, kuat arus, dan hambatan dirusmukan dalam hukum Ohm. Menurut persamaan hukum Ohm, besar kuat arus yang mengalir dalam suatu rangkaian listrik berbanding lurus dengan besar tegangan dan berbanding terbalik dengan besar hambatan.
| I = V/R |
Keterangan :
I = kuat arus listrik yang mengalir (A)
V = besar tengangan (Volt)
R = besar hambatan listrik (Ohm).
C. Rangkaian Listrik
Rangkaian listrik merupakan suatu rangkaian yang menghubungkan sumber tegangan dengan elemen listrik oleh suatu penghubung yang berfungsi sebagai penghantar. Rangkaian listrik umumnya ditentukan dari susunan hambatannya. Susunan hambatan atau susunan resistor dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu susunan seri dan susunan paralel.#1 Susunan Seri
Susunan seri adalah susunan hambatan yang berfungsi sebagai pembagi tegangan. Ciri dari susunan seri adalah besar kuat arus listrik yang melalui yiap komponen sama yaitu sama dengan kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian tersebut. Untuk hambatan yang disusun seri, besar hambatan penggantinya dapat dihitung dengan rumus berikut:
| Rs = R1 + R2 + ... + Rn |
#2 Susunan Paralel
Susunan paralel adalah susunan hambatan yang berfungsi sebagai pembagi arus. Pada susunan paralel, besar tegangan pada tiap komponen sama besar, yaitu sama dengan beda potensial sumber tegangan. Untuk hambatan yang disusun secara paralel, berlaku beberapa persamaan berikut:
| 1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn |
Keterangan :
Rs = hambatan pengganti pada susunan seri (Ohm)
Rp = hambatan pengganti pada susunan paralel (Ohm).
#3 Susunan Campuran
Umumnya, rangkaian listrik terdiri dari gabungan susunan seri dan paralel. Besar hambatan pengganti pada susunan gabungan seri-paralel dapat ditentukan dengan memperhatikan konsep susunan seri dan susunan paralel. Hal penting yang harus diperhatikan adalah penentuan bagian mana yang disusun seri dan bagian mana yang disusun paralel.
D. Energi dan Daya Listrik
#1 Energi ListrikEnergi listrik adalah energi yang bersumber dari tegangan listrik. Energi listrik disebabkan oleh mengalirnya muatan listrik dalam suatu rangkaian listrik tertutup. Untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lain dalam suatu penghantar, sumber tegangan yang terpasang harus mengeluarkan energi.
| W = V . I . t |
Keterangan :
W = energi listrik (Joule)
V = besar tegangan (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere)
t = selang waktu (s).
#2 Daya Listrik
Besarnya energi listrik yang dibutuhkan oleh alat listrik persatuan waktu disebut daya listrik. Besar daya listrik sama dengan hasil bagi energi listrik dengan selang waktu. Karena itu, daya juga dapat didefenisikan sebagai laju hantaran energi listrik di dalam rangkaian listrik.
| P = W/t = V . I |
Keterangan :
P = besar daya listrik (Watt)
W = energi listrik (Joule)
t = selang waktu (sekon).
E. Hukum Kirchoff
Selain hukum Ohm, hukum lain yang juga digunakan untuk menganalisis rangkaian listrik adalah hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff umumnya dipakai untuk menganalisis arus dan tegangan dalam rangakaian listrik. Hukum Kirchoff dibedakan menjadi dua, yaitu hukuk I dan hukum II Kirchoff.
#1 Hukum I Kircfhoff
Hukum I menjelaskan bagaimana kuat arus dalam suatu rangakaian bercabang. Pada rangkaian bercabang, sebagian arus listrik mengalir masuk pada percabangan dan sebagian lagi mengalir keluar. Menurut hukum ini, jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah kuat arus yang keluar.
| ∑ I masuk = ∑ I keluar |
#2 Hukum II Kirchoff
Hukum kedua Kirchoff, jumlah aljabar perubahan tegangan yang mengelilingi suatu lintasan tertutup dalam suatu rangkaian listrik adalah sama dengan nol. Dengan kata lain, jumlah aljabar GGL dan jumlah penurunan potensial dalam rangkaian tertutup (loop) sama dengan nol.
| ∑ε + ∑IR = 0 |
Demikianlah kumpulan rumus dan rangkuman teori fisika tentang listrik dinamis yang dapat edutafsi bagikan, semoga dapat membantu proses pembelajaran siswa. Jika rangkuman dan rumus listrik dinamis ini bermanfaat, bantu kami membagikannya kepada teman-teman anda melalui tombol share yang tersedia. Terimakasih.
