listrik dinamis

KUAT ARUS LISTRIK (I)

Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.

Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah:

para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron.

BEDA POTENSIAL ATAU TEGANGAN LISTRIK (V)

Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.

Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.

HUBUNGAN ANTARA KUAT ARUS LISTRIK (I) DAN TEGANGAN LISTRIK (V)

Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum Ohm yang berbunyi:

Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.

Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm.

HUBUNGAN ANTARA HAMBATAN KAWAT DENGAN JENIS KAWAT DAN UKURAN KAWAT

Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik.

Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:

HUKUM I KIRCHOFF

Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.

Hukum I Kirchoff berbunyi:

Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.

Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik.

Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:

HUKUM II KIRCHOFF

Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel.

Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:

Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.

Hukum Kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:

ENERGI LISTRIK

Karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha

yang dilakukan adalah:

W = V . I . t

Karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik adalah

DAYA LISTRIK

Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan.

listrik statis

Inti atom
Partikel-partikel penyusun suatu atom:
Elektron → bermuatan negatif
Proton→ bermuatan positif
Neutron→ tidak bermuatan

Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.

Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)

Besar gaya tarik atau gaya tolak tersebut bisa ditemukan dengan rumus berikut:

Dimana
F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dalam satuan newton (N)
q₁ = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)
q₂ = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 10⁹ dalam satuan yang standar

Catatan

• 1μC = 10⁻⁶ C = 0,000001 C (sepersejuta)
• Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda  minusnya dalam perhitungan.

Muatan Bahan-Bahan
Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:

Bahan-bahan	Hasil	Proses
Kaca - Kain Sutera	Kaca (+), Sutera (−)	Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera
Mistar plastik - Kain wool	Mistar plastik (−), Kain wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik
Sisir - Rambut Manusia	Sisir (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir
Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia	Penggaris (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris
Balon - Kain Wool	Balon (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke balon
Ebonit - Kain Wool	Ebonit (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke ebonit

Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.

Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.

Elektroskop
Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.

                                          

Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).

Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.

                

Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.

Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.

            

Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?
Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)

• Gambar manakah yang benar untuk sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan pada elektroskop bermuatan listrik positif?

            

Ntar kita jawab jg di sini, yang jelas antara B atau C krn bagian kepala musti positif,  skrg diskusikan dulu ya,..elektroskop positif itu yang seperti apa dan bagaimana sebuah elektroskop bisa menjadi bermuatan positif.

Contoh-Contoh Soal Hitungan di Listrik Statis 9 SMP
1) Dua buah muatan masing-masing q₁ = 6 μC dan q₂ = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 10⁹ dalam satuan standar!

Pembahasan
Data dari soal:
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 12μC = 12 x 10⁻⁶ C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10⁻¹ meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan



2) Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah 1,6 C, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!

Pembahasan
Data :
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
F = 1,6 C
r =....?

Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1

Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 4,5 cm.

3) Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)² adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F

4) Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)² adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F

5) Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!

Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:

W = Q × ΔV

dimana:
W = energi atau usaha  yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)

Sehingga:
W = Q × ΔV
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ

6) Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F

Pembahasan
DAri rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F