IKLAN

ads ads ads ads

Minggu, 04 Juli 2010

AR

ARUS DAN HAMBATAN

A. Pergerakan Membawa Muatan dan Arus Listrik:

Arus adalah mengalirnya elektron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Satuan arus listrik adalah Ampere. Satu ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 628×1016 atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor. Kuat arus adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Menurut konvensi,arah arus dianggap searah dengan aliran muatan positif. Konvensi ini ditetapkan bahwa elktron-elektron bebes yang bermuatan negative, adalah partikel-partikel yang sebenarnya bergerak dan mengakibatkan adanya arus yang mengalir pda kawat penghantar. Gerakan electron-elekron bermuatan negatif dalam satu arah ekuivalen dengan aliran muatan positif yang arah geraknya berlawanan. Jadi elekron mempunyai arah gerak yang berlawanan dengan arah gerak arah arus listrik. Namun tidk semua arus dihasilkan oleh aliran elekron pada kawat. Dalam suatu pemercapat yang menghasilkan sorotan proton, arah gerak proton bermuatan positif searah dengan arah arus listrik. Pergerakan partikel-partikel negatif satu arah dan partikel-partikel positif pada arah yang berlawanan, keduanya berkontribusi terhadap arus dalam arah yang sama. Hampir pada semua muatan negative dalam satu arah tidak dapat dibedakan dari gerak muatan-muatan positif dalam arah yang berlawanan.

Gerak actual electron-elektron bebas dalam suatu kawat penghantar begitu rumit. Ketika tidak ada medan listrik dalam kawat, elekron-elektron ini bergerak dalam arah acak dengn laju relatif besar yang disebabkan oleh energi termalnya. Karena vektor-vektor kecepatan elektro-elektron berorientasi acak, kecepatan rata-rata akibat energi termal ini sama dengan nol.ketika sebuah medan listrik dikenakan, sebagai contoh, dengan menghubungkan kawat dengan sebuah deterai yang menimeulkan beda potensial sepanjang kawat, electron-elektron bebas mengalami percepatan sesaat akibat gaya –eE. Electron-elektron memperoleh sedikit kecepatan dalam arah yang berlawanan dengan medan listrik, tetapi energi kinetic yang diperoleh secara cepat terdisipasi oleh tumbukan-tumbukan dengan aon-ion kawat. Electron-elektron lalu dipercepat kembali oleh medan.

Definisi : Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.

Q = I x t

1 (satu) Coulomb = 6,28 x 1018 elektron

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb

I = Kuat Arus dalam satuan Ampere

t = waktu dalam satuan detik

atau

Contoh soal mengenai Kuat arus listrik.

Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?

Jawab :

Diketahui : I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan : Q (muatan listrik).

Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

=0,5 x 120 = 60 coulomb.

B. Rapat Arus.

Definisi : rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm2 luas penampang kawat. Dalam hakikatnya pada saat kita berjalan kita melewati bidang, seperi juga pada arus yang melewati sebuah konduktor. Jika arus tersebut didistribusikan secara uniform pada sebuah penghantar yang luas penampangnya A,maka besar rapat arusnya dapat dirumuskan dengan

Dimana : j = Rapat arus [ A/mm²]

I = Kuat arus [ Amp]

A = luas penampang kawat [ mm²]

Hubungan antara j dan i adalah bahwa, untuk suatu peramukaan khas(yang tidak perlu merupakan bidang) didalam sebuah penghantar, maka i merupakan fluks dari vektor j dari permukaan tersebut .

Dengan dA adalah sebuah eleven luas permukaan danintegral tersebut diambil dari permukaan yang ditinjau.

C.Hambatan dan Hambatan Jenis

Aliran arus pada kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tapi juga pada hambatan yang diberikan pada kawat terhadap aliran elektron. Dinding-dinding pipa, atau tepian sungai dan batu-batu di tengahnya, memberikan hambatan terhadap aliran arus.dengan cara yang sama, elekron-elektro diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat.mungkin tinggi hambatan ini, makin kecil arus untuk statu tegangan V. kita kemudian mendefinisikan hambatan sehingga arua berbandina terbalik dengan hambatan.

Berdasarkan percobaan di atas, dapat disimpulkan bahwa besar hambatan suatu kawat penghantar ;

1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar , artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya,

2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan

3. Berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya.

Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis :

Gambar:kawat.jpg

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.

D. Hukum Ohm

Aliran arus listrik dalam suatu rangkaian tidak berakhir pada alat listrik. Tetapi melingkar kembali ke sumber arus. Pada dasarnya alat listrik bersifat menghambat alus listrik. Hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dapat diibaratkan seperti air yang mengalir pada suatu saluran. Orang yang pertama kali meneliti hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan adalah George Simon Ohm (1787-1854) seorang ahli fisika Jerman. Hubungan tersebut lebih dikenal dengan sebutan hukum Ohm.
Setiap arus yang mengalir melalui suatu penghantar selalu mengalami hambatan. Jika hambatan listrik dilambangkan dengan R, beda potensial V, dan kuat arus I. Hubungan antara R, V, dan I secara matematis dapat ditulis:

Gambar:ohm.jpg

Sebuah penghantar dikatakan mempunyai nilai hambatan 1 Ω jika tegangannya 1 V, di antara kedua ujungnya mampu mengalirkan arus listrik sebesar 1 A melalui konduktor tersebut. Pada pelajaran Matematika telah diketahui bahwa kemiringan garis merupakan hasil bagi nilai-nilai pada sumbu vertikal (ordinat) oleh nilai-nilai yang bersesuaian pada sumbu horizontal (absis). Berdasarkan grafik, kemiringan garis adalah α = V/T. Kemiringan ini tidak lain adalah nilai hambatan (R). Makin besar kemiringan berarti hambatan (R) makin besar. Artinya, jika ada suatu bahan dengan kemiringan grafik besar, maka bahan tersebut makin sulit dilewati arus listrik. Komponen yang khusus dibuat untuk menghambat arus listrik disebut resistor (penghambat). Sebuah resistor dapat dibuat agar mempunyai nilai hambatan tertentu. Jika dipasang pada rangkaian sederhana, resistor berfungsi untuk mengurangi kuat arus. Namun, jika dipasang pada rangkaian yang rumit, seperti radio, televisi, dan komputer, resistor dapat berfungsi sebagai pengatur kuat arus. Dengan demikian, komponen-komponen dalam rangkaian itu dapat berfungsi dengan baik. Resistor sederhana dapat dibuat dari bahan nikrom (campuran antara nikel, besi. krom, dan karbon). Selain itu, resistor juga dapat dibuat dari bahan karbon. Nilai hambatan suatu resistor dapat diukur secara langsung dengan ohmmeter. Biasanya, ohmmeter dipasang bersama-sama dengan amperemeter dan voltmeter dalam satu perangkat yang disebut multimeter. Selain dengan ohmmeter, nilai hambatan resistor dapat diukur secara tidak langsung dengan metode amperemeter- voltmeter.

E. Daya Listrik

Ketika arus listrik berada dalam konduktor, energi listrik diubah secara kontinue diubah menjadi energi panas dalam koduktor. Medan listrik dalam konduktor. Medan listrik dalam konduktor mempercepat gerak setiap elektron bebas untuk waktu yang singkat, membuat suatu peningkatan energi kinetik. Tapi energi tambahan ini secara cepat ditransfer menjadi energi termal konduktor melalui tumbukan-tumbukan anatara elektron-elektron dan ion-ion kisi konduktor. Jadi, meskipun elektron terus-menerus mendapat energi dari medan listrik, energi ini segera ditransfer menjadi energi termal konduktor, dan elektron-elektron mempertahankan suatu kecepatan drift yang konstan.

Ketika muatan positif mengalir dalam konduktor, muatan ini mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah searah medan listrik (elektron yang bermuatan negatif bergerak ke arah berlawanan). Muatan lalu kehilangan energi potensial. Kehilangan energi potensial ini muncul energi kinetik pembawa muatan, hanya sesaat sebelum ditransfer ke material penghantar oleh tumbukan dengan ion-ion. Kehilangan energi potensial, menyebabkan kenaikan energi termal konduktor.

Untuk mencari daya yang diubah oleh peralatan listrik mengingatkan bahwa energi yang diubah oleh muatan Q bergerak melewati beda potensial sebesar V adalah QV. Maka daya P,yang merupakan perubahan energi,adalah

Muatan yang mengalir per detik, Q/t, merupakan arus listrik, I. Dengan demikian kita dapatkan

Hubungan umum ini menghasilkan daya yang diudah perangkat,dimana I adalah arus dalam ampere yang melewatinya dan V adalah beda potensal dalam volt yang melintasinya, P merupakan daya dalam watt.

Dengan menggunakan menggunakan persamaan resistensi yang di temukan oleh Ohm yaitu R=V/I kita dapat menemukan rumus yang lain dengan mengeliminasikan V atau I.

atau

F. Contoh Soal:

Ø Suatu kawat tembaga (resistivitas 1,7 *10-8Ω.m) memiliki jari-jari 0,65 mm. berapakah panjang kawart yang di butuhkab untuk memperoleh resistansi 2Ω?

Ø Sebuah setrika listrik arus 2A ketika di hubungkan dengan sumber tegangan 220V. Tentukan hambatan listrik dari setrika tersebut?

Ø Sebuah daya pemanas listrik beroprasi 4 jam sehari selama 30 hari jika harga pemakaian dikeluarkan listrik per kWh Rp. 300,- berapakah biaya yang harus di kelurakan jika pemanas beroprasi pad tegangan 120 V dan menarik arus ?

Daftar Pustaka :

David Haliday dan Robert Resnick.1998.Fisika Jilid 2 (terjemahan).Jakarta:Erlangga

Giancoli.2001.Fisika Jilid 2.jakarta:Erlangga

Tipler, P.1998.Fisika Untuk Sais dan Teknik Jilid 2.Jakarta:Erlangga

0 komentar:

Posting Komentar

trimaksih telah berkomentar