Arus Listrik [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Owen Bishop ( 2004),”Arus listrik adalah aliran muatan negatif (elektron-elektron) dari kutub negatif ke kutub positif.Terjadinya arus listrik karena perpindahan elektron (negatif) ke daerah yang kekurangan elektron (positif)”.Arus listrik memberikan energi pada alat elektronika dengan mengalirkan arusnya melalui rangkain listrik.Pada saat elektron berpindah ke lintasan yang kekurangan elektron melalui rangkaian maka,energi potensial listrik di pindahkan dari sumber listrik (seperti Baterai,Kilowatt) ke alat elektronika dan dikonversikan ke dalam bentuk energi lain,seperti energi gerak pada blender dan energi cahaya pada lampu. 1.2 Rumusan Masalah 1. 2. 3. 4. 5.



Apa yang dimaksud dengan teori dasar arus listrik? Bagaimana terjadinya aruslistrik? Apa saja jenis sumber arus listrik? Bagaimana rumus dari arus listrik? Apa kegunaan dari arus listrik dalam perspektif kehidupan?



1.3 Tujuan Penulisan Makalah Tujuan dibuatnya makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Memahami prinsip kerja arus listrik 2. Memahami dan mengetahui kegunaan arus listrik pada kehidupan sehari-hari 3. Mengetahui jenis arus listrik



BAB II PEMBAHASAN 2.1 Teori Dasar Arus Listrik Teori dasar arus listrik adalah mengalirnya muatan elektron (muatan negatif) secara terus-menerus pada penghantar listrik menuju muatan proton (muatan positif) yang mengakibatkan beda potensial dari sumber berpindah menuju alat dan kemudian dikonversikan di dalam alat ke energi lainnya sebagai keluaran.Menurut pendapat Owen Bishop “arus listrik adalah aliran muatan negatif (elektron-elektron) dari kutub negatif ke kutub posiif” dari pendapat beliau secara tersurat sangat jelas bahwa arus listrik mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif namun,dalam elektronika mengasumsikan bahwa arus listrik mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif,teori ini disebut teori konvensional.Sebenarnya teori konvensional ini tidak dapat dibenarkan karena menurut Owen Bishop “ketika arus mengalir melali suau zat berbentuk gas atau melalui sebuah larutan,terdapat kemungkinan bahwa muatan-muatan listrik positif ikut mengalir.Muatan-muatan listrik positif ini dibawa oleh ion-ion positif seperti misalnya neon (Ne+),sodium(Na+),dan tembaga (Cu++).Elektron-elektron membawa muatan negatif dari kutub negatif ke kutub positif.Pada saat yang bersamaan,ion-ion positif membawa muatan positif dari kutub positif menuju kutub negatif .Hal ini mengidentifikasikan aliran muatan dua arah”. Namun karna dalam elektronika mengasumsikan arus mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif maka untuk pembahasan selanjutnya apabila mengatakan tentang arus,maka kita akan merujuk pada teori konversional. Arah arus listrik diasumsikan berlawanan arah dengan arah gerak elektron.hal ini akan direpresentasikan dari gambar dibawah ini:



Gambar 2.1.1 Arah arus listrik dan arah gerakan elektron. Sumber : http://dunia-listrik.blogspot.co.id 2.2 Muatan dan Terjadinya Arus Listrik Materi tersusun atas partikel-partikel yang sangat keil yang disebut atom.atom terdiri atas partikel-partikel sub-atom yang tersusun atas elektron,proton, dan neutron dalam berbagai gabungan.Sebuah elektron adalah muatan negatif (-) listrik yang paling mendasar.Elektronelektron dalam lintasan terluar suatu atom disebut elektron-elektron valensi.Apabila energi eksternal seperti energi kalor,cahaya,atau listrik diberikan pada materi,elektron-elektron valensinya akan memperoleh energi dan dapat berpindah ketingkat energi yang lebih tinggi.Jika energi yang diberikan telah cukup,sebagian dari elektron-elektron terluar tadi akan meninggalkan



atomnya dan statusnyapun berubah sebagai elektron bebas.Gerakan elektron-elektron bebas inilah yang akan menjadi arus listrikdalam konduktor logam. Sebagian atom kehilangan elektron dan sebagian atom lainnya memperoleh elektron.Keadaan ini akan memungkinkan terjadinya perpindahan elektron dari satu objek ke objek lain.Apabila perpindahan ini terjadi,distribusi muatan positif dan negatif dalam setiap objek tidak sama lagi,Objek dengan jumlah elektron yang berlebih akan memiliki polaritas listrik negatif (-).Objek yang kekurangan elektron akan memiliki polaritas listrik positif (+).Besaran muatan listrik ini ditentukan oleh jumlah elektron dibandingakn dengan jumlah proton dalam suatu objek.Simbol untuk muatan elektron ialah Q dan satuannya adalah Coulomb (C).Muatan sebesar -1 C=6,25 x 1018 elektron. Kemampuan muatan listrik untuk mengerahkan suatu gaya dimungkinkan oleh keberadaan medan elektrostatik yang mengelilingi objek yang bermuatan tersebut.Medan elektrostatik ini ditandai oleh garis-garis gaya yang ditarik diantara dua objek.Jika satu elektron dilepas dititik A dalam medan ini,elektron akan ditolak oleh muatan negatif dan ditarik oleh muatan positif .Tanda panah dalam Gambar 2 menandakan arah yang akan dilalui oleh elektron jika elektron tersebut berada dalam daerah yang berbeda pada medan listrik tersebut.



Gambar 2.2.1 Medan elektrotastis diantara dua muatan yang berlawanan Sumber: https://www.google.co.id Suatu muatan listrik memiliki keammpuan untuk melakukan kerja akibat tarikan atau tolakan yang disebabkan oleh gaya medan elektrostatiknya.Kemampuan melakukan kerja ini disebut potensial.Apabila satu muatan berbeda dari muatan lainnya,di antara kedua muatan ini pasti terdapat beda potensial.Penjumlahan beda potensial dalam elektrostatik ini diacu sebagai gaya gerak listrik (GGL) 2.2.1



Kerapatan Arus Menurut Budi Astuti (2011) Beberapa hal yang perlu diketahui antara lain : 2.2.1.1 Muatan terkecil adalah elektron dengan nilai 1,602 x 10-19 C.Sehingga 1 Coulomb adalah muatan sebanyak 6,24 x 1018 elektron. 2.2.1.2 Ada sejumlah 6,25 x 1018 elektron yang mengalir lewat sebuah titik pada sebuah penghantar per sekon.Pergerakan elektron sangat lambat,kurang dari 0.01 meter/detik.Meskipun demikian kuat medan listrik bergerak dengan kecepatan cahaya. 2.2.1.3 Arus mengalir dari terminal positif menuju ke terminal negatif. 2.2.1.4 Mengapa burung dangan aman hinggap pada kawat transmisi 5000 V? Dalam tubuh kita terdapat 5 x 1028 muatan positif setimbang dengan 5 x 1028 muatan negatif.Tubuh kita akan berlaku sebagai penghantar listrik.Kulit tubuh manusia mempunyai nilai resistansi antara 100 Ohm saat kondisi basah hingga 500.000 Ohm saat kering. · ·



Derajat kerusakan tubuh bergantung pada: Besarnya nilai arus. Lama waktu arus lewat.



·



Bagian tubuh yang dilewati arus pertama kali.



· · · · ·



Efek arus listrik pada badan manusia: 1 mA dapat menyebabkan jatuh. 5 mA terasa sakit dan sedikit rasa kejut. 10 mA menyebabkan gerak otot terganggu. 15 mA menyebabkan kehilangan kontrol pada otot. 70 mA menyebabkan gangguan pada ritme kerja jantung dan terjadi hal yang fatal apabila mengalir lebih dari 1 detik. 2.3 Persamaan Arus Listrik 2.3.1 Hukum Ohm Milton Gussow (2002) Dalam bukunya yang berjudul Dasar-Dasar Teknik Listrik menyatakan bahwa,hukum Ohm mendefinisikan hubungan antara arus (I),tegangan (V),dan resistansi (R).Arus dalam suatu rangkaian sama dengan tegangan yang diberikan pada rangkaian tersebut dibagi dengan resistansi rangkain bersangkutan. Dari definisi di atas dapat diketahui rumus persamaan arus listrik pada hukum ohm adalah :



I=V/R 2.3.2 Definisi Arus Listrik Cekmas Cekdik dan Taufik Barliah (2013) Dalam bukunya yang berjudul Rangkaian Listrik mengemukakan Arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran muatan listrik yang melalui luas penampang lintang A.Jika q adalah muatan yang mengalir melalui luas penampang lintang A dalam waktu t,maka persamaan listriknya adalah:



Arah arus dianggap searah dengan aliran muatan positif.Elektron-elektron bebas yang muatannya negatif adalah partikel-partikelyang sebenarnya bergerak dan mengakibatkan arus pada kawat penghantar.Gerak dari elektron-elektron negatif dalam satu arah ekuivalen dengan aliran muatan positif yang arah geraknya berlawanan.Jadi elektron-elektron bergerak dalam arah yang berlawanan dengan arah arus 2.3.3 Hukum Arus Kirchhoff Milton Gussow (2002) Dalam bukunya yang berjudul Dasar-Dasar Teknik Listrik,Hukum kirchhoff I menyatakan bahwa “Penjumlahan arus yang masuk satu simpul (sambungan) sama dengan penjumlaahan arus yang meninggalkan simpul tersebut.Dengan kata lain,penjumlahan semua arus pada satu simpul harus sama dengan nol”. Secara matematis dari hukum kirchhoff diatas dapat dituliskan: Imasuk=Ikeluar atau masuk = keluar Dan dalam bentuk percabangan dirumuskan:



Gambar 2.3.1 Rangkain Percabangan pada Hukum Arus Kirchhoff Sumber: http://kreasiaspin.blogspot.co.id 2.4 Jenis-jenis Arus Listrik Arus listrik terdiri dari dua jenis,yaitu arus liatrik AC (Alternating Current) dan DC (Direct Current).Penjelasan tentang jenis arus AC dan DC seperti berikut. 2.4.1 Pengertian Arus Listrik AC Arus listrik AC (alternating current), merupakan listrik yang besarnya dan arah arusnya selalu berubah-ubah dan bolak-balik. Arus listrik AC akan membentuk suatu gelombang yang dinamakan dengan gelombang sinus atau lebih lengkapnya sinusoida. Di Indonesia sendiri listrik bolak-balik (AC) dipelihara dan berada dibawah naungan PLN, Indonesia menerapkan listrik bolak-balik dengan frekuensi 50Hz. Tegangan standar yang diterapkan di Indonesia untuk listrik bolak-balik 1 (satu) fasa adalah 220 volt. Tegangan dan frekuensi ini biasanya terdapat pada rumah warga, yang berlangganan listrik PLN.(website: http://www.miung.com)



Gambar 2.4.1 Gambar Rangkaian,bentuk Arus AC dan Arus DC Sumber : https://www.google.co.id



2.4.2 Contoh pemanfaatan listrik AC Pemanfaatan listrik AC sebenarnya sangatlah banyak. Untuk mempermudah sebenarnya anda dapat melihat barang-barang yang ada dirumah anda, perhatikanlah bahwa semua barang yang menggunakan listrik PLN berarti telah memanfaatkan listrik AC. Sebagai pengaman listrik AC yang ada dirumah anda, biasanya pihak PLN menggunakan pembatas sekaligus pengaman yaitu MCB (miniature circuit breaker). Meskipun demikian tak semua barang yang anda lihat menggunakan listrik AC, ada sebagian barang yang menggunakan listrik PLN namun barang tersebut sebenarnya menggunakan listrik DC, contohnya saja Laptop. Laptop menggunakan listrik DC, listrik tersebut diperoleh dari adaptor yang terdapat pada laptop (atau terdapat pada charger) tersebut. Jadi saat anda mengisi ulang baterai laptop dengan listrik PLN (AC) maka adaptor didalam laptop akan merubah listrik AC menjadi DC, sehingga sesuai kebutuhan dari laptop anda. Contoh pemanfaatan energi listrik AC yang lain adalah: Untuk mesin cuci, penerangan (lampu), pompa air AC, pendingin ruangan, kompor listrik, dan masih banyak lagi. (website: http://www.miung.com) 2.4.3 Pengertian arus listrik DC Arus listrik DC (Direct current) merupakan arus listrik searah. Pada awalnya aliran arus pada listrik DC dikatakan mengalir dari ujung positif menuju ujung negatif. Semakin kesini pengamatan-pengamatan yang dilakukan oleh para ahli menunjukkan bahwa pada arus searah merupakan arus yang alirannya dari negatif (elektron) menuju kutub positif. Nah aliran-aliran ini menyebabkan timbulnya lubang-lubang bermuatan positif yang terlihat mengalir dari positif ke negatif.(website: http://www.miung.com) 2.4.4 Contoh pemanfaatan listrik DC



Listrik DC (direct current) biasanya digunakan oleh perangkat ektronika. Meskipun ada sebagian beban selain perangkat elektronika yang menggunakan arus DC (contohnya; Motor listrik DC) namun kebanyakan arus DC digunakan untuk keperluan beban elektronika. Beberapa beban elektronika yang menggunakan arus listrik DC diantaranya: Lampu LED (Light Emiting Diode), Komputer, Laptop, TV, Radio, dan masih banyak lagi. Selain itu listrik DC juga sering disimpan dalam suatu baterai, contohnya saja baterai yang digunakan untuk menghidupkan jam dinding, mainan mobil-mobilan dan masih banyak lagi. Intinya kebanyakan perangkat yang menggunakan listrik DC merupakan beban perangkat elektronika. (website:http://www.miung.com)



BAB III PENUTUP 1.1 KESIMPULAN Arus listrik adalah aliran muatan negatif (elektron-elektron) dari kutub negatif ke kutub positif.Terjadinya arus listrik karena perpindahan elektron (negatif) ke daerah yang kekurangan elektron (positif).Arus listrik memberikan energi pada alat elektronika dengan mengalirkan arusnya melalui rangkain listrik.Pada saat elektron berpindah ke lintasan yang kekurangan elektron melalui rangkaian,maka energi potensial listrik di pindahkan dari sumber listrik (seperti Baterai,Kilowatt) ke alat elektronika dan dikonversikan ke dalam bentuk energi lain,seperti energi gerak pada blender dan energi cahaya pada lampu. 1.2 SARAN Demikian makalah Teori Dasar Arus Listrik ini,semoga dapat bermanfaat dan memberikan tambahan pengetahuan bagi pembaca dan penulis namun,tentunya masih banyak kekurangan dari berbagai segi penulisan makalah Teori Dasar Arus Listrik ini.Sehingga mohon kritik dan saran dari berbagai pihak untuk penulisan makalah selanjutnya supaya dapat diperbaiki .Dan mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan dalam penulisan makalah Teori Dasar Arus Listrik ini.



DAFTAR PUSTAKA Bishop,Owen.2004.Dasar-Dasar Elektronika.Erlangga:Jakarta Gussow,Milton.2004.Dasar-Dasar Teknik Listrik.Erlangga:Jakarta Cekdik,Cekmas.Barlian,Taufik.Rangkaian Listrik.Rangkain Listrik.ANDI:Yogyakarta