BESARAN LISTRIK

Pergerakan elektron yang terus-menerus mengakibatkan terjadinya arus lirtrik. Elektron membutuhkan energi untuk bergerak yang diantaranya diperoleh dari adanya perbedaan muatan listrik antara satu kutub dengan kutub lainnya. Perbedaan muatan ini disebut beda potensial atau tegangan listrik. Dengan kata lain tegangan listrik adalah salah satu energi yang dibutuhkan untuk memindahkan listrik dari satu kutub ke kutub lainnya, baik muatan negatif maupun muatan positif.

Tegangan (Voltage)

Akan mudah menganalogikan aliran listrik dengan aliran air. Misalkan kita mempunyai 2 tabung yang dihubungkan dengan pipa seperti pada gambar 1.1. Jika kedua tabung ditaruh di atas meja maka permukaan air pada kedua tabung akan sama dan dalam hal ini tidak ada aliran air dalam pipa. Jika salah satu tabung diangkat maka dengan sendirinya air akan mengalir dari tabung tersebut ke tabung yang lebih rendah. Makin tinggi tabung diangkat makin deras aliran air yang melalui pipa.

ilustrasi tegangan

Terjadinya aliran tersebut dapat dipahami dengan konsep energi potensial. Tingginya tabung menunjukkan besarnya energi potensial yang dimiliki. Yang paling penting dalam hal ini adalah perbedaan tinggi kedua tabung yang sekaligus menentukan besarnya perbedaan potensial. Jadi semakin besar perbedaan potensialnya semakin deras aliran air dalam pipa. Konsep yang sama akan berlaku untuk aliran elektron pada suatu penghantar. Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial (dinyatakan dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda potensial akan semakin besar pula arus yang mengalir. Perlu dicatat bahwa beda potensial diukur antara ujung-ujung suatu konduktor. Namun kadang-kadang kita berbicara tentang potensial pada suatu titik tertentu. Dalam hal ini kita sebenarnya mengukur beda potensial pada titik tersebut terhadap suatu titik acuan tertentu. Sebagai standar titik acuan biasanya dipilih titik tanah (ground). Lebih lanjut kita dapat menganalogikan sebuah baterai atau accu sebagai tabung air yang diangkat. Baterai ini mempunyai energi kimia yang siap diubah menjadi energi listrik. Jika baterai tidak digunakan, maka tidak ada energi yang dilepas, tapi perlu diingat bahwa potensial dari baterai tersebut ada di sana. Hampir semua baterai memberikan potensial (tepatnya electromotive force – e.m.f) yang hampir sama walaupun arus dialirkan dari baterai tersebut.

Arus Listrik (Electrical Current)

Kita semua tentu paham bahwa arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana setiap elektron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron, sering dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb, yaitu sebesar

arus

Misalkan kita mempunyai sepotong kawat tembaga yang biasanya digunakan sebagai penghantar listrik dengan alasan harganya relatif murah, kuat dan tahan terhadap korosi. Besarnya hantaran pada kawat tersebut hanya tergantung pada adanya elektron bebas (dari elektron valensi), karena muatan inti dan elektron pada lintasan dalam terikat erat pada struktur kristal. Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Namun jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektron sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tapi ingat, dalam hal ini disepakati bahwa arah arus ke kiri). Aliran elektron inilah yang selanjutnya disebut arus listrik. Besarnya arus listrik diukur dengan satuan banyaknya elektron per detik, namun demikian ini bukan satuan yang praktis karena harganya terlalu kecil. Satuan yang dipakai adalah ampere, dimana

i= dq/dt

1 ampere = 1 coulomb/det.

 

Hambatan Listrik

Tahanan disimbolkan dengan huruf R, berasal dari bahasa jerman Resistanz yang berarti tahanan atau hambatan, diukur dengan satuan Ohm (Ω). Tahanan merupakan hambatan-hambatan yang di alami oleh elektron-elektron selama perpindahannya dari satu tempat ke tempat lainnya.

Benda-benda yang sedang bergerak, selalu akan menemui hambatan-hambatan atas gerakan-gerakannya. Seperti halnya sewaktu kita menaiki sepeda motor. Dengan membungkukan badan sewaktu menyetir, maka laju sepeda motor akan lebih kencang jika dibandingkan sewaktu kita menyetir dengan posisi badan yang tegak, pada kondisi jalan yang sama datarnya dan bukaan katup gas yang sama. Tentunya yang menjadi hambatan ini adalah udara atau angin.

ilustrasi hambatan2

ilustrasi hambatan

Demikian juga pada aliran air pada pipa tertentu. Jika penahannya besar maka gerakannya jadi perlahan-lahan atau sama sekali berhenti, dan jika penahannya kecil, maka gerakannya akan semakin cepat (volume tiap satuan waktu dari air yang berpindah semakin besar). Di dalam pipa tersebut dipasangkan sebuah katup (klep) yang me-nyebabkan air hanya dapat mengalir dari a ke b saja dengan tidak mendapatkan perlawanan yang berarti. Oleh tekanan air dari a ke b, katup itu terbuka hingga air mengalir (lihat arahnya sesuai arah anak panah), tahanan sangat kecil sekali. Tetapi jika katupnya ditutup, maka tidaklah mungkin air bisa mengalir dari a ke b. Hal ini berarti air mendapatkan penahanan yang besar. Besar penahanan yang diberikan ke air yang mengalir tergantung dari tiga hal, yaitu :

  1. Besar kecilnya garis tengah pipa
  2. Jenis dan bentuknya pipa
  3. Panjang dan pendeknya pipa.

Jika pipa tersebut mempunyai garis tengah (diameter) besar, maka penahanan terhadap pengaliran air itu adalah kecil. Sebaliknya jika pipa itu berdiameter kecil maka penahanan terhadap pegaliran air itu adalah besar, sehingga aliran air mendapatkan kesulitan untuk mengalir (aliran/debit air kecil).

Sesuai jenis atau macamnya yaitu jika didalam pipa tersebut dibuat licin dan lurus-lurus, maka penahanan pengaliran air adalah kecil dan hal ini menyebabkan air mudah mengalir. Sebaliknya jika di bagian dalam dari pipa tersebut dibuat kasar dan bengkok-bengkok, maka penahana terhadap pengaliran air tersebut adalah besar. Hal ini berarti bahwa air tersebut susah mengalirnya.

Jika pipa tersebut dibuat panjang ataukah pendek, maka penahanan terhadap pengaliran air itu akan mempengaruhinya juga. Semakin panjang berarti semakin besarlah penahannya terhadap pengaliran air itu. Jika pipa berukuran pendek, maka penahanan terhadap pengaliran itu adalah kecil. Sehingga semakin pendek ukuran dari sebuah pipa, maka enahanan terhadap pengaliran air adalah kecil. Ilustrasi ini berlaku pula pada arus listrik (i) dan tahanan/hambatan listrik  (R). Untuk itu besar tahanan listrik pada suatu konduktor tergantung pada :

  1. Panjang penghantar.
  2. Hambatan jenis penghantar.
  3. Diameter penghantar.

Besarnya tahanan atau hambatan listrik dari tiap jenis logam telah ditetapkan sebagai berikut : jika bentuk dari logam itu sebagai kawat yang panjangnya 1 meter dengan luas irisan 1 m2 pada 15o Celcius, maka tahanan atau hambatan listrik (Ohm/Ω) yang diukur pada kondisi ini dinamakan hambatan jenis dari logam yang bersangkutan. Hambatan jenis disingkat dengan huruf Yunani ρ (baca ”rho”).

Dari sekian banyaknya logam dan logam campuran, maka perak dan tembagalah yang memiliki hambatan jenis yang paling kecil. Untuk alat-alat kontak yang harus dilalui aliran listrik yang besar selalu dipakai dari logam-logam perak atau platina. Untuk pembuatan kabel-kabel yang menghubungkan antara komponen elektronika satu dengan yang lainnya dipakai tembaga sebagai bahannya. Sedangkan logam-logam campuran seperti nickelinne, konstantaan, kruppine, manganine, yang kesemuanya merupakan logam dengan nilai tahanan yang besar, dipakai untuk pembuatan lampu-lampu listrik, seterika listrik, solder listrik, alat pemanas listrik dan lain sebagainya.

Di atas sudah dijelaskan bahwa besarnya penghantar listrik dari sepotong kawat penghantar ditentukan oleh :

l     =  panjang kawat penhantar

A    =  luas penampang kawat penghantar

ρ  =  hambatan jenis (dibaca ”rho”) kawat penghantar

Hubungan antara l, A dan ρ diatur sebagai berikut :

  1. Besarnya hambatan listrik adalah sebanding dengan panjangnya kawat penghantar. Artinya semakin besar panjangnya maka hambatan listrik juga semakin besar pula.
  2. Besarnya hambatan listrik adalah sebanding dengan hambatan jenis kawat penghantar. Artinya semakin besar hambatan jenisnya, maka hambatan listrik juga semakin besar pula.
  3. Besarnya hambatan istrik adalah berbanding terbalik dengan luas penampang kawat penghantar. Artinya semakin besar luas penampangnya, maka hambatan listrik akan semakin kecil.

Sehingga dari hubungan di atas, bisa dirumuskan sebagai berikut :

rumus hambatan

Daya Listrik

ilustrasi dayaDaya listrik pada suatu rangkaian listrik merupakan hasil produk dari beda tegangan dan arus listrik. Semakin besar  beda tegangan dan arus listrik yang ada pada rangkaian tersebut, maka semakin besar pula daya listriknya. Daya listrik bisa dijelaskan dengan mudah jika kita ilustrasikan seperti pada gambar. Pada gambar sebelah kiri, dengan tekanan aliran air yang kecil (aliran air kecil) maka putaran kincir yang disambungkan dengan peralatan untuk memutar dalam proses pembuatan barang-barang yang berbahan tanah liat. Tampak bahwa di gambar tersebut, aliran air yang kecil hanya mampu untuk memutar 1 peralatan pembuatan barang-barang yang berbahan tanah liat. Berbeda dengan gambar sebelah kanan, dengan tekanan air yang besar (aliran air besar) maka tenyata mampu untukmenggerakkan peralatan tersebut le-bih banyak. Sehingga dengan kata lain, semakin besar tekanan air yang diberikan, maka daya yang dihasilkan akan semakin besar pula. Sebaliknya jika semakin kecil tekanan air yang diberikan, maka akan semakin kecil pula daya yang dihasilkan.

Rumus Hubungan Antara Tegangan, Arus, Hambatan, dan Daya Listrik

hukum-ohm-1

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s