LISTRIK DINAMIS

Listrik Dinamis (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9)

1. Pengertian Arus Listrik

Di bab ini, teman - teman akan belajar mengenai muatan listrik bergerak yang sering disebut sebagai listrik dinamis. Muatan listrik akan mengalami pergerakan apabila ada beda potensial dalam suatu rangkaian tertentu yang disebut rangkaian listrik. Bagaimanakah muatan listrik bergerak? Apakah yang menjadi penyebab muatan listrik bergerak? Bagaimanakah rangkaian listriknya? Teman-teman telah tahu bahwa suatu zat terdiri dari bagian-bagian kecil yang disebut atom. Untuk masing-masing atom mempunyai inti yang berada di pusatnya. Inti atom dikelilingi oleh elektron seperti halnya pada tata surya kita bahwa planet-planet mengelilingi matahari. Untuk jenis bahan tertentu, elektron-elektron tersebut dapat dengan mudah bergerak. Elektron tersebut mendorong elektron yang lainnya dan berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya, oleh karenanya akan terlihat seperti barisan elektron. Tumbukan antarelektron yang terjadi menghasilkan sejumlah energi yang mengalir. Pada saat teman - teman menyalakan lampu, radio, atau setrika listrik pada dasarnya memberi perintah pada barisan elektron supaya mulai bergerak dari sumber tegangan menuju alat listrik yang dipakai. Energi yang menggerakkan elektron disebut sebagai energi listrik. Gerakan dari barisan elektron tersebut yang menyebabkan mengapa lampu menjadi menyala, radio dapat berbunyi, dan setrika listrik menjadi panas. Bergeraknya elektron - elektron dalam kawat atau kabel dinamakan arus listrik. Para ahli sudah membuat suatu kesepakatan bahwa arus listrik akan mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif. Sehingga, arah arus listrik akan selalu berlawanan dengan arah aliran elektron. Apabila barisan elektron bergerak ke arah kiri, arah arus listrik akan bergerak ke arah kanan. Sebaliknya, apabila barisan elektron bergerak ke arah kanan maka arus listrik akan bergerak ke arah kiri.

a). Arus Listrik Mengalir pada Rangkaian Tertutup

Sesaat sesudah kita menyalakan lampu atau radio, bola lampu atau radio tersebut akan menyala. Hal ini memberi gambaran bahwa barisan elektron yang mengalir melewati bola lampu atau radio tidak berhenti. Sarana yang digunakan untuk mengalirkan elektron-elektron tersebut disebut rangkaian listrik. Bagaimanakah rangkaian listrik bisa menjadikan adanya aliran arus listrik? Pada saat kita menghubungkan sakelar, elektron-elektron pada kawat penghubung mendapatkan energi untuk bergerak dari kutub negatif baterai menuju kutub positif baterai melalui lampu. Hal tersebut menunjukkan bahwa arus listrik mengalir dari kutub positif baterai melewati lampu ke kutub negatif baterai. Sebagai akibatnya, lampu akan menyala. Pada saat sakelar terbuka, gerakan elektron berhenti sebab kawat penghubungnya putus sehingga lampu tidak menyala. Begitu juga pada waktu salah satu ujung kawat penghubung terbuka, hal tersebut menjadikan hubungan yang terputus sehingga barisan elektron tidak bisa bergerak lagi. Rangkaian dengan sumber tegangan serta kawat penghubung yang saling bersatu dengan demikian tidak ada ujung pangkalnya, inilah yang disebut rangkaian tertutup. Syarat mengalirnya arus listrik yaitu:

• adanya sumber tegangan sebagai sumber energi
• rangkaian listriknya merupakan rangkaian tertutup.

b). Kuat Arus Listrik

Pada saat kita memperbesar sumber tegangan listruk, ini berarti bahwa kita telah memberikan energi listrik yang lebih besar lagi pada rangkaian, dengan demikian elektron pun akan bergerak semakin cepat yang mengakibatkan jumlah elektron yang melewati lampu dalam satuan waktu semakin banyak dan nyala lampu akan semakin terang. Pengertian kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir setiap detik. Simbol kuat arus listrik adalah I. Apabila muatan listrik disimbolkan dengan huruf Q dan waktu disimbolkan dengan huruf t, kuat arus dirumuskan seperti yang berikut ini.

 Satuan muatan listrik adalah coulomb (C) dan satuan waktu adalah sekon (s) maka satuan kuat arus listrik adalah coulomb per sekon (C/s) atau dikenal dengan nama ampere (A).

c). Mengukur Kuat Arus Listrik

Alat yang dipakai untuk mengukur besarnya kuat arus listrik pada suatu rangkaian disebut sebagai amperemeter. Oleh sebab yang diukur adalah arus listrik atau aliran elektron pada suatu rangkaian, maka amperemeter dipasang secara seri karena dipakai sebagai jalan aliran elektron. Sebelum melakukan pengukuran dengan menggunakan amperemeter, teman - teman sebaiknya mengenal terlebih dahulu cara kerja amperemeter.

Amperemeter ada yang berdiri sendiri dan ada juga yang tergabung sama alat yang lainnya, seperti avometer. Pada waktu sekarang ini, terdapat avometer analog dan digital. Pada avometer analog, cara pembacaan skala adalah berdasarkan pada jarum yang menunjuk angka pada panel. Sedangkan pada avometer digital, kita cukup melihat angka saja yang tertera di panel. Avometer analog ataupun digital mempunyai ketelitian tertentu. Semakin besar ketelitiannya, semakin tepat pengukuran yang bisa dilakukan avometer tersebut. Rumus menghitung besarnya arus listrik adalah sebagai berikut:

2. Komponen Listrik

a). Sakelar

Secara umum bahwa alat-alat listrik ataupun elektronika telah dilengkapi dengan sebuah atau beberapa buah sakelar. Pengertian sakelar adalah alat yang bisa membuat arus listrik menjadi mengalir atau terputus. Ada beberapa jenis sakelar yang semuanya mempunyai fungsi yang sama, yaitu untuk mengalirkan ataupun untuk memutuskan arus listrik. Pada prinsipnya, sakelar terdiri dari dua keping penghantar yang bisa diputus atau disambungkan sesuai dengan kebutuhan. Bagian-bagian sakelar adalah sebagai berikut:

Tombol sakelar dipakai untuk memutus sambungan plat logam. Apabila tongkat sakelar ditekan maka kedua logam akan bersentuhan. Hal tersebut yang menyebabkan sakelar dalam posisi hidup (on) dan arus listrik akan mengalir. Pada saat sakelar dalam posisi mati (off ), muatan listrik tidak bisa  menyeberang lewat sakelar tersebut. Arus listrik akan terhenti mengalir dan benda-benda listrik akan berhenti bekerja pula.

b). Sekering

Pengertian sekering adalah alat listrik yang dipakai untuk memutuskan arus listrik dengan otomatis. Ada berbagai macam bentuk dan ukuran sekering yang dipasarkan. Alat elektronik yang dijual di pasar umumnya telah dilengkapi dengan sekering yang disebut fuse. Secara umum pemasangan sekering dimanfaatkan untuk mencegah terjadinya kerusakan pada komponen-komponen elektronik akibat arus listrik yang tiba-tiba membesar pada saat pemakaian. Sekering dibuat dalam upaya untuk mencegah masuknya arus yang terlalu besar pada rangkaian listrik karena adanya hubungan singkat. Hubungan singkat terjadi karena adanya sentuhan secara langsung antara kutub positif dan kutub negatif rangkaian sehingga timbul arus listrik yang terlalu besar. Kondisi tersebut disebut korsleting atau korslet. Dari keadaan listik yang korslet akan menyebabkan arus listrik menjadi membesar dan kawat menjadi panas. Sebagai akibatnya, bagian kabel akan menjadi terbakar. Salah satu penyebab awal terjadinya kebakaran yaitu adany apercikan api pada kabel listrik yang terbakar karena korslet. Oleh sebab itu, pakailah sekering supaya dapat terjadinya kebakaran akibat korslet dapat dicegah. Kawat sekering merupakan kawat yang terbuat dari kawat kecil, pendek, dan mudah meleleh. Secara umum, kawat sekering terbuat dari bahan timah atau perak. Dengan begitu, apabila arus listrik membesar maka kawat akan cepat meleleh dan putus. Rangkaian kawat pada sekering terputus dan kabel lain yang berada di dalam rangkaian tidak sempat panas. Kawat sekering ini dimasukkan ke dalam tabung porselen berpasir yang dapat memadamkan api. Tujuannya yaitu supaya sekering tidak menyala pada waktu kawat sekering terbakar dan meleleh.

Artikel yang terkait dengan judul :Listrik Dinamis (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9)

• KEANEKARAGAMAN MAKHLUK HIDUP : Klasifikasi Makhluk Hidup (Pelajaran IPA SMP/ MTs Kelas VII)KEANEKARAGAMAN MAKHLUK HIDUP : Klasifikasi Makhlu ...
• Sistem Ekskresi pada Manusia (Artikel Materi IPA SMP/MTs Kelas 9)Sistem Ekskresi pada Manusia (Artikel Materi IPA ...

3. Beda Potensial atau Tegangan Listrik

Tahukah teman, bagaimana lampu sepeda bisa menyala? Hal tersebut terjadi karena adanya arus listrik dari dinamo sepeda. Pengertian dinamo adalah sebuah sumber energi listrik yang bisa mengubah energi gerak, yaitu gerak berputar roda sepeda menjadi energi listrik.  Selain dinamo, ada juga sumber energi listrik yang lainnya, seperti baterai, akumulator (aki), elemen volta, generator, dan sel surya. Agar arus listrik bisa mengalir dalam suatu kawat penghantar rangkaian listrik, maka antara kedua ujung kawat tersebut harus mempunyai beda potensial. Alat yang bisa menghasilkan beda potensial disebut sumber tegangan listrik. Seperti halnya dengan air, pada arus listrik juga akan mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran air akan terhenti apabila permukaaan air sudah sama tinggi. Untuk dapat mengembalikan supaya terjadi perbedaan ketinggian, air harus dipompa kembali ke atas. Pada suatu sumber tegangan, kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi daripada kutub negatif. Oleh karena itu, arus listrik akan mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif.  Beda potensial listrik dinamakan tegangan listrik dan untuk satuannya yaitu volt. Terdapat berbagai macam jenis sumber tegangan listrik antara lain baterai (elemen kering), akumulator (aki), dan elemen volta. Sumber tegangan listrik pada rangkaian disimbolkan dengan huruf V. Beda potensial listrik adalah banyaknya energi yang dipakai untuk memindahkan muatan listrik dari titik yang potensialnya tinggi ke titik yang potensialnya rendah. Simbol untuk beda potensial listrik adalah huruf V, singkatan dari voltage dan dirumuskan sebagai berikut:

a). Mengukur Tegangan Listrik

Alat yang dipakai untuk mengukur tegangan listrik disebut voltmeter. Seperti halnya pada amperemeter, voltmeter pun ada yang berdiri sendiri dan ada yang bergabung dengan alat ukur yang lain. Pembacaan skala pada voltmeter mirip dengan amperemeter dan satuan yang digunakan adalah volt. Cara membaca skala voltmeter yaitu

Cara pemasangan alat ukur tegangan listrik pada rangkaian, berbeda dengan cara pemasangan alat ukur arus listrik. Sebab beda potensial terjadi antara dua titik yang berbeda, yaitu potensial tinggi dan potensial rendah, maka pemasangan alat ukur voltmeter harus dipasang pada dua titik tersebut atau dipasang paralel pada rangkaian.

b). Hukum Ohm dan Rangkaian Hambatan

Supaya dapat menghasilkan arus listrik pada suatu rangkaian, diperlukan beda potensial. Dengan menggunakan baterai merupakan salah satu cara untuk menghasilkan beda potensial tersebut. George Simon Ohm (1787–1854) menentukan dengan percobaannya bahwa arus pada kawat logam sebanding dengan beda potensial V yang  diberikan ke ujung-ujungnya. Apabila teman - teman menghubungkan kawat ke baterai 6 V, aliran arus akan dua kali lipat dibandingkan apabila  dihubungkan ke baterai 3 V. Berapa besar aliran arus pada kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, namun juga akan tergantung pula pada hambatan yang diberikan kawat terhadap aliran elektron. Karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat maka elektron-elektron menjadi melambat. Semakin tinggi hambatan ini, maka akan semakin kuat arus untuk suatu tegangan V sehingga didapat persamaan:

Persamaan V=IR dikenal sebagai hukum ohm. Bahan atau alat yang tidak mengikuti hukum ohm disebut sebagai nohohmik. Satuan untuk hambatan disebut Ohm (Ω). Karena R = V/I maka 1,0 Ω sama dengan 1,0 V/A

Fungsi hambatan atau sering disebut resistor yaitu untuk mengatur besar atau kecilnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian tertutup. Hambatan dalam suatu rangkaian bisa dipasang secara seri, paralel, atau dipasang kombinasi keduanya.

a. Rangkaian Seri
Pada saat dua atau lebih hambatan dipasang dari ujung ke ujung maka dikatakan hambatan dihubungkan secara seri. Berikut gambarnya

Muatan yang melewati R₁ akan melewati R₂ dan R₃, oleh karenanya arus I yang sama melewati setiap hambatan.

Apabila dilihat dari rangkaian, tegangan sumber akan sama dengan jumlah tegangan dalam setiap hambatan.

Berdasarkan hukum ohm maka tegangan untuk tiap - tiap hambatan adalah seperti yang berikut ini:

Untuk contohnya yaitu apabila baterai 12 V dihubungkan dengan resistor 4 Ω, arus akan menjadi 3 A. Namun apabila baterai 12 V dihubungkan dengan tiga buah resistor 4 Ω yang dirangkai seri, hambatan totalnya 12 Ω dan arus yang mengalir hanya sebesar 1 A

2. Rangkaian Paralel

Pada rangkaian paralel, arus total I yang meninggalkan baterai terbagi menjadi 3 cabang. Oleh sebab muatan listrik tetap, maka arus yang masuk ke dalam titik cabang harus sama dengan arus yang keluar dari titik cabang.

Sehingga pada saat hambatan terhubung paralel, masing-masing mengalami tegangan yang sama.

Olehkarenanya, tegangan sumber diberikan pada setiap hambatan. Untuk mengetahui hambatan pengganti pada rangkaian paralel maka:

c). Sumber Tegangan Listrik

Beberapa sumber tegangan listrik yang sering dipakai di antaranya yaitu elemen kering, elemen volta, dan akumulator.

a. Elemen Volta

Untuk pertama kalinya elemen volta oleh Alesandro Volta (1745–1827). Elemen volta merupakan sel elektrokimia yang bisa menghasilkan arus listrik.

Prinsip elemen volta ini yaitu dipakai untuk membuat baterai dan aki yang bisa bekerja dalam waktu yang lebih lama.

b. Elemen Kering

Baterai merupakan elemen kering atau sel kering. Elemen kering ini mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai terdiri atas dua elektroda dan masing-masing elektroda memiliki bahan kimia yang berbeda. Terdapat berbagai jenis, tipe, dan ukuran baterai. Baterai dipakai sebagai sumber energi, misalnya untuk menggerakkan mobil mainan, menyalakan lampu senter, radio, dan remote TV.  Sebuah baterai ukuran kecil, umumnya mempunyai tegangan sebesar 1,5 V. Baterai yang disusun seri menghasilkan nilai tegangan yang lebih besar. Besarnya tegangan total baterai yang disusun seri merupakan penjumlahan dari besar tegangan setiap baterai.
Apabila tiga baterai bertegangan 1,5 V dipasang seri,  tegangan total rangkaian itu menjadi 4,5 V, yaitu dari hasil penjumlahan 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V. Secara matematis, perumusannya bisa kita tulis seperti yang berikut ini

V_total = V₁ + V₂ + V₃

Alat elektronika yang memakai baterai sebagai sumber energi listriknya, dianjurkan dimatikan apabila tidak dipergunakan, karena energi kimia dalam baterai akan cepat habis dan baterai tidak dapat digunakan lagi.

c. Akumulator

Akumulator (aki) termasuk elemen sekunder, artinya elemen yang reaksi kimianya bisa dibalik.

Pada proses pengisian aki, kutub positif aki dipasangkan pada kutub negatif sumber tegangan arus searah dan kutub negatif aki dipasangkan pada kutub positif sumber tegangan arus searah. Reaksi kimia yang terjadi pada waktu mengisi aki berkebalikan dengan reaksi kimia pada waktu aki dipakai.

Pada kehidupan sehari-hari, aki sering kita dijumpai di mobil ataupun motor. Aki dimanfaatkan untuk menghidupkan mesin mobil sebagai sumber energi listrik. Untuk daerah yang belum terjangkau oleh jaringan listrik PLN, aki dapat dipakai sebagai sumber energi untuk TV dan radio.

Baca juga : Listrik Statis