Listrik Dinamis I

1. Kuat Arus Listrik

kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.

I   = Kuat arus listrik yang mengalir (A)
Q = Muatan listrik (C)
t   = Waktu (s)

Contoh soal :

Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 C dalam waktu 1 menit, maka berapa besarnya arus yang mengalir ?

Diketahui: Q = 360 C
                        t = 1 menit = 60 s
Maka kuat arus listrik ( I ) adalah ….

Hubungan Muatan Listrik dengan Muatan Elektron

Muatan juga dapat menunjukkan banyaknya elektron yang mengalir, muatan elektron ini sering disebut sebagai "e". Besarnya e = - 1,6 . 10^-19 C, sehingga banyaknya elektron (n) dapat dirumuskan :

Tambahan :
 bila diketahui grafik arus terhadap waktu ( I-t ) maka besar muatan = luas bidang di bawah grafik.

Kuat arus ( I ) juga dapat didefinisikan sebagai jumlah muatan  yang lewat penampang dalam satu satuan waktu :

Keterangan :

I   = arus listrik (A)

A = luas penampang (m²)

v  = kecepatan elektron (m/s)

Q = muatan listrik (C)

n = banyaknya elektron/partikel per satuan volume (m^-1)

e  = muatan elektron (C) = - 1,6 . 10^-19 C (hafalan)

misalnya :
Dalam suatu berkas elektron, terdapat 5.10⁶ elektron per sentimeter kubik. Misalkan energi kinetik masing-masing elektron sebesar 10 keV dan berkas berbentuk silinder dengan diameter 1 mm.
(a). berapakah kecepatan elektron?,
(b). carilah arus berkas elektron?

Diketahui :

 Ek = 10 keV = 10 kilo x 1,6 . 10^-19   = 10⁴.1,6 . 10^-19 =  1,6 . 10^-15 V
 massa elektron = 9,1 x 10^-31 kg (hafalan)

 


A   =  luas penampang lingkaran  

r = diameter/2 =  1 mm/2 = 0,5 mm =   5.10^-5

maka A = 3,14.(5.10^-5)² = 78,5 . 10^-10
n   =   5 . 10⁶ cm³  =   5 m³

Jawab :

2. Beda Potensial atau Tegangan Listrik (V)

Keterangan  :

V   =  beda potensial (V)
I     =  kuat arus (A)
R    =  hambatan (ohm)


3. Hambatan Listrik

dari persamaan beda potensial kita dapat mencari besarnya hambatan listrik :

 Hambatan Jenis

Besarnya nilai hambatan suatu penghantar berbeda-beda tergantung pada jenis bahan yang digunakan, selain itu besarnya hambatan juga dipengaruhi oleh panjang penghantar dan luas penampangnya.

Keterangan :

l     = panjang penghantar (m)
A    = luas penampang (m²)

pada umumnya penampang kawat berbentuk lingkaran sehingga :

Perbandingan hambatan dua kawat penghantar

dalam perbandingan, yang kita bandingkan adalah bagian yang berbeda saja. coba perhatikan rumus perbandingan di bawah ini :

Coba kalian perhatikan perbandingan rumus di atas.....panjang penghantar (l) berbanding lurus dengan hambatan maka bentuk perbandingannnya = l1/L2 sedangkan luas (A) berbainding terbalik dengan  hambatan maka bentuk perbandingannya A2/A1.

dari rumus perbandingan di atas bila kawat penghantar dibuat dari bahan yang sama maka hambatan jenisnya pun sama, sehingga rumus perbandingannya menjadi :

 Kadang-kadang perbedaan luas tidak diketahui secara langsung, namun diketahui perbedaan jari-jarinya (dengan asumsi penampang penghantar berbentuk lingkaran) maka rumus perbandingannya menjadi (pada jenis kawat yang sama) :

sangat PENTING untuk difahami....  : dalam luas lingkaran, jari-jarinya dikuadratkan.....sehingga bila perbandungan luas kita ganti menjadi perbandingan jari-jari bentuk kuadratnya juga ikut dalam perbandingan.

Pengaruh suhu terhadap hambatan  :

 bila suhu suatu hambatan dalam penghantar meningkat maka besarnya akan berubah.

keterangan :

Ro          = hambatan mula-mula sebelum kenaikan suhu

      = koefisien suhu hambatan jenis

= perubahan suhu = suhu akhir - suhu awal


4. Susunan Rangkaian Listrik


a. Susunan Seri

Hambatan Seri (Rs)

Kuat Arus dalam Rangkaian Seri

Beda Potensial dalam Hambatan Seri

Beda potensial Total dalam Rangkaian Seri

b. Susunan Paralel

Hambatan Paralel (Rp)




Kuat Arus Total dalam Rangkaian Paralel







Kuat Arus dalam Percabangan Rangkaian Paralel

Beda Potensial dalam Percabangan Rangkaian Paralel

Beda Potensial Total dalam Rangkaian Paralel






Pada Prinsipnya dalam rangkaian seri :

• hambatan total merupakan hasil penjumlahan tiap-tiap hambatan serinya, 
• kuat arus dalam tiap-tiap hambatannya tetap dan besar kuat arus setiap hambatan sama dengan kuat arus totalnya, 
• beda potensial/tegangan tiap-tiap hambatannya berbeda-beda dan hasil penjumlahan tegangan tiap-tiap hambatannya sama dengan tegangan totalnya.

Pada Prinsipnya dalam rangkaian paralel :

• seper hambatan paralel merupakan hasil penjumlahan seper tiap-tiap hambatan paralelnya
• kuat arus dalam percabangannya berbeda-beda dan perbandingan kuat arus tiap-tiap percabangan berbanding terbalik dengan perbandingan hambatan tiap-tiap percabangannya serta hasil penjumlahan kuat arus tiap-tiap percabangannya sama dengan kuat arus totalnya.
• beda potensial/tegangan tiap-tiap percabangannya tetap dan besar tegangan setiap percabangan sama dengan tegangan totalnya.

sumber