Home » , , » Konsep Dasar Arus Listrik

Konsep Dasar Arus Listrik

Written By onfisika on Friday, January 25, 2013 | 11:31 AM

Dalam pembahasan listrik statik dipelajari tentang partikel yang bermuatan listrik di dalam atom, yaitu elektron dan proton. Elektron adalah pembawa muatan listrik negatif yang dapat digunakan untuk menjelaskan terjadinya arus listrik dan proton pembawa muatan positif.

Listrik dinamis adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik yang mengalir. Pada listrik statik, muatan listrik yang telah dipelajari itu pada umumnya tidak mengalir sama sekali atau kalau ada juga aliran, maka aliran tersebut berlangsung sangat singkat dan sangat kecil sehingga tak dapat ditunjukkan dengan alat pengukur arus.

Seperti yang telah kita ketahui bahwa elektron-elektron itu adalah pambawa muatan negatif. Di dalam suatu penghantar electron-elektron dapat berpindah dengan mudah, sedangkan di dalam suatu isolator elektron-elektron tersebut sukar berpindah.

1. Arus Listrik

Arus listrik adalah aliran muatan listrik atau muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Arah arus listrik dari arah dari potensial yang tinggi ke potensial rendah, jadi berlawanan dengan arah aliran electron. Seandainya muatan-muatan positif di dalam suatu penghantar dapat mengalir, maka arah alirannya sama dengan arah arus listrik, yaitu dari potensial tinggi ke potensial rendah.
Dua buah benda bermuatan masing-masing A dan B dihubungkan dengan sebuah penghantar.Bila potensial A lebih tinggi dari pada potensial B, maka arus akan mengalir dari A ke B. Arus ini mengalir dalam waktu yang sangat singkat. Setelah potensial A sama dengan potensial B maka arus berhenti mengalir. Supaya arus listrik tetap mengalir dari A ke B, maka muatan positif yang telah sampai di B harus dipindahkan kembali ke A. Dengan demikian maka potensial A selalu lebih tinggi daripada B. Jadi dapat disimpulkan bahwa supaya arus listrik dapat mengalir dalam kawat penghantar, maka antara kedua ujung kawat tersebut harus ada beda potensial.

2. Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik ialah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik melalui suatu penghantar. Simbol kuat arus adalah I.
clip_image004

Satuan kuat arus listrik ialah Ampere yang diambil dari nama seorang ilmuwan Perancis yaitu : Andrey Marie Ampere (1775 – 1836). Misalkan bahwa dalam waktu t detik mengalir muatan listrik sebesar q coulomb dalam suatu penghantar berpenampang A, maka dirumuskan:

clip_image007
I = clip_image009 atau q = I . t

Satuan I = clip_image011 = Ampere (A). Satuan lain untuk kuat arus misalnya miliampere (mA) dan mikroampere (µA), dengan konversi 1 mA = 10-3 A dan 1µA = 10-6 A
Sedangkan kuat arus untuk setiap satuan luas penampang dinamakan kerapatan arus. Rapat arus dinyatakan dengan :

J = clip_image013 dengan satuan A/m2 .

Jumlah muatan adalah n x electron-elektron yang berpindah.

Atau q = n. e

Sehingga berlaku pula

n .e = I .t

Perhatikan lagi gambar diatas, memperlihatkan muatan yang bergerak pada penghantar dengan penampang A (m2), dan muatan-muatan itu bergerak dengan kecepatan v (m/s). Misalkan dalam setiap satuan volume ada n electron yang bergerak, dan setiap elektron itu memiliki muatan e = 1,6 x 10-19 C, maka dalam setiap selang waktu t elektron-elektron itu menempuh jarak:

s = v . t dengan satuan meter.
Sehingga jumlah elektron-elektron itu dalam volume silinder (V = s.A) penghantar berjumlah

q = n .e .s .A
q = n.e.v.t. A dalam coulomb.

Kuat arus listriknya sebesar
I = clip_image015
I = n.e.v.A dalam ampere.

Sedangkan rapat arusnya adalah
J = clip_image013[1]=clip_image018
J = n.e.v dalam A/m2

Contoh :
1. Jika kuat arus dalam sepotong kawat penghantar = 2 ampere, berapakah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui penampang kawat penghantar tersebut selama 1 menit ?

Penyelesaian
Diketahui :
I = 2 ampere
t = 1 menit = 60 detik
Ditanya:
q = ......?
Jawab:
q = I. t
q = 2 A x 60 detik
q = 120 coulomb

2. Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb dalam waktu 1 menit, tentukan kuat arus listrik yang melintasi kawat penghantar tersebut !
Penyelesaian
Diketahui :
q = 360 coulomb
t = 1 menit = 60 detik
Ditanya:
I = ......?
Jawab:
I = clip_image009[1]
I = clip_image021 = 6 A

Saat membahas listrik, tidak akan terlepas dari alat untuk listrik baik alat ukur kuat arus listrik atau amperemeter, maupun untuk mengukur tegangan atau beda potensial antara dua titik disebut volt meter.
Untuk mengukur kuat arus digunakan suatu alat yang disebut amperemeter. Ampermeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada ampermeter.

Sebuah multimeter atau AVO meter adalah alat yang sekaligus dapat dipakai untuk mengukur kuat arus listrik (sebagai amperemeter), beda potensial listrik (sebagai volt meter), maupun hambatan listrik (sebagai ohm meter). 


Amperemeter ini dipasang sedemikian rupa (secara seri) sehingga arus yang hendak diukur kekuatannya mengalir melalui amperemeter. Perhatikan gambar berikut ini.




Rangkain listrik sederhana, beserta skemanya


Dengan memutus salah satu penghantar dan menghubungkannya dengan amperemeter dapat diukur kuat arus yang mengalir. Pemasangan alat semacam itu disebut secara seri.


Perhatikan pada saat membaca skala yang digunakan, karena tergantung pada batas ukur yang digunakan. Misalnya menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Pada saat jarum amperemeter menunjuk angka 10 berarti kuat arus yang mengalir hanya 1A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus yang mengalir 0,5 A. asil pengukuran kuat arus dibaca dengan cara sebagai berikut.
Besar kuat arus = clip_image036 x batas ukur

Contoh:

1. Berapa kuat arus yang mengalir pada rangkaian berikut ini?
clip_image037
Diketahui: skala maksimum = 10
Batas ukur = 5 A
Ditanya: I hasil pengamatan?
Jawab: I = clip_image038
= 2 A

Untuk mengukur kuat arus yang sangat besar (melebihi batas ukurnya). Ini berarti kuat arus yang diukur lebih besar dari batas ukur alat, maka harus memperbesar batas ukur dengan menggeser batas ukur jika masih memungkinkan. Jika tidak memungkinkan harus memasang hambatan shunt secara paralel pada ampermeter. Hambatan shunt dipasang paralel dengan amperemeter (alat amperemeter dengan tahanan shunt disebut ammeter)

Sebuah amperemeter yang mempunyai batas ukur maksimum IA ampere dan hambatan dalam amperemeter RA Ohm, supaya dapat dipakai untuk mengukur arus yang kuat arusnya I = n x IA ampere harus dipasang shunt sebesar :
clip_image042

Contoh:
Suatu amperemeter mempunyai hambatan dalam 4 ohm, hanya mampu mengukur sampai 5 mA. Amperemeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang besarnya mencapai 10 A. Tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang secara paralel pada amperemeter.
Penyelesaian:
Diketahui :
IA = 5 mA = 5.10-3 A
I = 10 A
RA = 20 W
Ditanya :
R sh = …?
Jawab :
I = n x IA
10 = n . 5.10-3
n = 2000
clip_image044
= clip_image046
= 2.10-3 W

1 komentar :