Jurnal Listrik Statis 2 [PDF]

Citation preview

LISTRIK STATIS Febri Gunawan, Herdi Wahyu Prayuda, Muhammad Syahrul, Sabastian Pangaribuan, Sandro Wansen Kelas XII-IA2 SMA NEGERI 1 BILAH HULU ABSTRAK Listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang berada dalam keadaan diam (statis). Listrik statis dapat menjelaskan bagaimana sebuah penggaris yang telah digosok-gosokkan ke rambut dapat menarik potongan-potongan kecil kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah benda seperti penggaris plastik dan potongan kecil kertas dapat dijelaskan menggunakan konsep muatan listrik. Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua macam muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negatif. Muatan listrik timbul karena adanya elektron yang dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Benda yang kekurangan elektron dikatakan bermuatan positif, sedangkan benda yang kelebihan elektron dikatakan bermuatan negatif. Elektron merupakan muatan dasar yang menentukan sifat listrik suatu benda. Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb. Kata Kunci : Listrik statis , Listrik BAB 1



kamu



PENDAHULUAN



Penyebab sengatan tersebut



Pada bab I ini akan dijelaskan mengenai



sebetulnya



latar



terjadinya petir, yaitu listrik statis. Apakah



belakang



masalah,



masalah,



perumusan



pembatasan



masalah,



tujuan



penulisan, dan manfaat.



merasakan sama



sengatan dengan



tersebut? penyebab



listrik statis itu? kami akan menggambarkan muatan listrik untuk memahami gejalagejala listrik statis.



1. Latar Belakang Pernahkah kamu menyentuh layar TV atau



2. Maksud dan Tujuan Penulisan



Monitor komputer yang nyala? Kamu



Adapun



mungkin akan merasakan sengatan kecil



makalah ini ialah untuk memenuhi tugas



pada jari tanganmu. Apa yang menyebabkan



yang diberikan dan kami berharap makalah



latar



belakang



dari



ini ber manfaat bagi para pembaca.



penulisan



BAB 2 PEMBAHASAN Pengertian Listrik Statis



Konsep Dasar Listrik Statis



Listrik statis merupakan energi yang Listrik



statis



membahas



dimiliki oleh benda bermuatan listrik.



muatan listrik yang berada dalam keadaan



Muatan listrik bisa negatif atau positif.



diam



dapat



Semua zat terbentuk dari atom-atom. Setiap



menjelaskan bagaimana sebuah penggaris



atom mempunyai inti atom yang terdiri dari



yang telah digosok-gosokkan ke rambut



proton dan elektron yang mengelilinginya.



dapat menarik potongan-potongan kecil



Proton mempunyai muatan listrik positif,



kertas. Gejala tarik menarik antara dua buah



dan elektron mempunyai muatan listrik



benda



negatif.



(statis).



seperti



(electrostatic) Listrik



penggaris



statis



plastik



dan



potongan kecil kertas dapat dijelaskan Ketika dua zat seperti balon dan



menggunakan konsep muatan listrik.



tangan kamu saling digosokkan, elektron Berdasarkan konsep muatan listrik, ada dua



ditarik dari material yang mempunyai daya



macam muatan listrik, yaitu muatan positif



tarik yang lemah (tangan) dan menempel



dan muatan negatif. Muatan listrik timbul



pada material yang mempunyai daya tarik



karena



dapat



yang kuat (balon). Hal ini menyebabkan



berpindah dari satu benda ke benda yang



kedua material menjadi bermuatan listrik.



lain. Benda yang kekurangan elektron



Material yang kehilangan elektron menjadi



dikatakan bermuatan positif, sedangkan



bermuatan positif dan material mendapatkan



benda yang kelebihan elektron dikatakan



elektron menjadi bermuatan negatif. Balon



bermuatan negatif. Elektron merupakan



dan tangan merupakan listrik netral (jumlah



muatan dasar yang menentukan sifat listrik



muatan positif dan negatifnya sebanding)



suatu benda.



sebelum digosok. Karena jumlah muatan



adanya



elektron



yang



Dua buah benda yang memiliki muatan sejenis akan saling tolak menolak ketika didekatkan satu sama lain. Adapun dua buah benda dengan muatan yang berbeda (tidak sejenis) akan saling tarik menarik saat didekatkan satu sama lain. Tarik menarik atau tolak menolak antara dua buah benda bermuatan listrik adalah bentuk dari gaya listrik yang dikenal juga sebagai gaya coulomb.



positif



dan



negatifnya



sama.



Setelah



digosok, balon mempunyai muatan negatif berlebih dan tangan mempunyai muatan positif yang berlebih. Muatan listrik yang tidak sejenis saling tarik menarik, sehingga muatan negatif balon ditarik ke muatan positif tangan karena perbedaan muatannya. Perhatikan dalam gambar bahwa tidak ada perubahan jumlah muatan total gabungan. Penggosokan



menyebabkan



elektron-



elektron yang ada bergerak dari satu obyek ke obyek yang lain.



Susunan Atom



Suatu atom dikatakan netral apabila



Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani disebut elektron.



di dalam intinya terdapat muatan positif (proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada kulitnya. Suatu atom dikatakan bermuatan



Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi. Listrik yang terjadi pada batu ambar yang digosok



positif apabila positif(proton)



jumlah pada



inti



muatan lebih



banyak



daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya. Suatu atom dikatakan bermuatan



disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak



negatif apabila



mengalir.



positif(proton)



jumlah pada



inti



muatan lebih



sedikit



daripada jumlah muatan negatif(elektron)



Teori Atom



pada kulit atom.



Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil yang



disebut atom. Atom



kata atomos, dibagi-bagi



yang lagi.



berasal



artinya



tidak



Tetapi,



dari dapat dalam



perkembangannya ternyata atom ini masih dapat diuraikan lagi. Atom yang paling sederhana adalah atom hidrogen yang hanya tersusun atas 1 proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan elektronnya sama, maka atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral. Atom helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2 elektron. Karena jumlah proton Atom terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan kulit atom. Inti atom bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri



atas



partikel-partikel



bermuatan



negatif yang disebut elektron. Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang



bermuatan



positif



dannetron yang tidak bermuatan(netral).



dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium juga dikatakan sebagai atom netral.



A. Muatan Listrik Benda bermuatan listrik ialah benda yang



mempunyai



kelebihan



sejumlah



elektron atau proton. Benda yang kelebihan



1. Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut bermuatan listrik negatif.



sejumlah elektron akan bermuatan negatif dan



yang



kelebihan



sejumlah



proton



dikatakan bermuatan positif. Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya di bandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik. Dalam literatur -biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah



2. Ketika ebonit digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif. 3. Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif



kelebihan muatan positif atau negatif pada suatu benda.



B. Elektroskop



Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positif atau



Untuk



mengidentifikasi



negatif adalah merupakan kelipatan dari:



sebuah benda dapat digunakan elektroskop. Elektroskop



e =1,602 X 1O-19C



terdiri



dari



muatan sebuah



listrik bola



konduktor yang dihubungkan dengan dua buah daun logam (biasanya emas) dengan



Di sini -e adalah muatan untuk satu elektron



menggunakan batang konduktor. Dengan



dan Coulomb (C) adalah satuan muatan



menggunakan bahan dari isolator sebagai



listrik.



penyekat, daun elektroskop dimasukkan ke



Sifat muatan listrik yaitu : a. Benda yang bermuatan listrik sejenis, saling tolak-menolak.



dalam



jenis, saling tarik menarik. Interaksi Benda Bermuatan Listrik



wadah



yang



terbuat



berdinding kaca.Prinsip kerja elektroskop adalah induksi listrik. Dimana jika kepala elektroskop yang netral didekatkan dengan benda,



b. Benda yang bermuatan listrik berlainan



sebuah



maka



daun



elektroskop



akan



mengembang jika benda tersebut bermuatan listrik, dan tetap jika benda tersebut tidak bermuatan listrik



Keterangan gambar :



Sebagai penghargaan atas jasanya, nama coulomb digunakan sebagai satuan muatan listrik.



Persamaan Coulomb Hukum Coulomb secara matematis dapat dituliskan :



a = daun elektroskop F = Gaya listrik (newton) Q1 = Muatan listrik benda 1 (coulomb) Q2 = muatan listrik benda 2 (coulomb) r = jarak pisah antara dua benda bermuatan listrik (meter) k = tetapan (9 x 109 N m2 C-2)



b= batang konduktor c= tabung gelas d = kepala elektroskop



Konduktor dan Isolator  Konduktor adalah suatu bahan yang mudah menghantarkan muatan listrik. Contoh : besi, tembaga, dll



C. Hukum Coulomb Tahun 1785 seorang fisikawan Prancis yang bernama Charles



Agustin



 Isolator adalah suatu bahan yang sukar menghantarkan muatan listrik. Contoh :



Coulomb



plastik, kayu, dll



menyelidiki besarnya gaya yang terjadi pada dua benda yang bermuatan listrik. Alat yang digunakannya adalah neraca puntir (torsion







Pada



bahan-bahan



yang



bersifat



balance). Hasil investigasinya menemukan



konduktor, electron-elektron pada setiap



hubungan bahwa “besarnya gaya listrik



atom tidak diikat dengan kuat sehingga



sebanding dengan besarnya muatan listrik



elektron-elektron



dua benda dan berbanding terbalik dengan



dalam atom. Elektron-elektron



kuadrat jarak pisah antara dua buah benda



inilah yang menyebabkan konduktor



yang bermuatan listrik”. Pernyataan ini



mudah mnghantarkan listrik.



dikenal dengan nama Hukum Coulomb.



dapat



bergerak



di



bebas







Dalam bahan-bahan yang tergolong



Makin besar kerapatan garis-garis



isolator, elektron-elektro pada setiap



gaya listrik di suatu tempat antara 2



atom diikat dengan kuat, sehingga pada



muatan, makin besar pula medan



keadaan normal tidak bebas bergerak.



listriknya.



Oleh sebab itu bahan-bahan isolator sukar menghantarkan listrik.



Kuat medan listrik dapat ditentukan dengan



D. Medan Listrik



persamaan :



Daerah di sekitar benda yang bermuatan listrik disebut medan listrik. Benda-benda



yang



bermuatan



E=



F Q



listrik



mempunyai garis-garis gaya listrik. Garis gaya listrik pada muatan positif bergerak keluar, sedangkan pada muatan negatif bergerak menuju ke pusat. Garis gaya listrik



E = kuat medan listrik (N/C) F = gaya listrik antara dua muatan (N) Q = besar muatan listrik (C)



bergerak dari muatan listrik positif menuju muatan negative.



Contoh Proses Terjadinya Listrik Statis Peristiwa listrik statis dapat terjadi baik pada isolator maupun konduktor. Peristiwa listrik statis terjadi setelah adanya materi yang menjadi bermuatan karena proses



gesekan



(gosokan).



Diistilahkan



dinyatakan



dengan charging by friction, atau menjadi



dengan kerapatan garis-garis gaya



bermuatan karena gesekan. Gesekan atau



listrik. Medan listrik yang terjadi



gosokan antara dua materi ini akan membuat



antara muatan negative dan muatan



electron



positif sangat besar karena adanya



berpindah ke atom materi yang lain,



kerapatan garis-garis gaya listrik.



sehingga kedua materi menjadi bermuatan.



Sedangkan medan listrik yang terjadi



Materi



antara muatan positif dengan muatan



menjadi



sangat kecil karena tidak adanya



bermuatan



kerapatan garis-garis gaya listrik.



elektron pada peristiwa listrik statis terjadi



Medan



listrik



dapat



dari



yang



atom



materi



melepaskan



bermuatan negatif.



positif, Jadi,



yang



satu



elektronnya, sebaliknya perpindahan



karena



proses



gesekan



atau



gosokan.



Setelah materi menjadi bermuatan listrik maka terjadilah peristiwa listrik statis, seperti penggaris plastik bermuatan menarik serpihan kertas. Penggaris plastik yang awalnya



tidak



bermuatan



atau



netral



digosok-gosok dengan kain wol, elektron-



Manfaat/Penerapan Listrik Statis Penerapan listrik statis sudah dapat kita temui



dalam



kehidupan



sehari-hari.



Penerapan tersebut mendatangkan manfaat bagi



kehidupan



manusia.



Berikut



ini



beberapa contoh penerapan dari listrik statis:



elektron yang ada pada kain wol akan



1. Alat Penggumpal Asap untuk



berpindah ke penggaris plastik tersebut.



Mengurangi Polusi



Akibatnya, penggaris plastik disebut sebagai benda yang bermuatan listrik negatif. Ketika penggaris tersebut didekatkan ke sobekan kertas, sobekan kertas akan tertarik oleh penggaris. Hal tersebut menunjukkan bahwa benda yang bermuatan listrik negatif dapat menarik benda-benda ringan di sekitarnya yang bermuatan listrik positif.



Pada



tahun



1906,



Amerika,



Frederick



berhasil



menemukan



seorang



kimiawan



Gardner suatu



Cottrel,



alat



yang



Selain penggaris plastik, contoh peristiwa



berfungsi untuk menggumpalkan asap yang



listrik statis yang lain adalah rambut panjang



keluar dari cerobong asam pabrik sehingga



berdiri saat menyentuh kubah generator



dapat menekan polusi udara. Alat sederhana



Van de graff, terjadinya petir dengan kilat



ini



cahaya disertai suara guruh, dan sebagainya.



Coulomb dan induksi muatan. Caranya



Pada hakikatnya fenomena listrik statis ini



adalah dengan memasang dua logam yang



terjadi sebagai upaya pelepasan muatan



mempunyai muatan besar tetapi berlawanan



(discharge) dari materinya yang bermuatan



tanda pada cerobong asap pabrik. Partikel



listrik untuk kembali menjadi netral.



asap yang mengalir melewati cerobong akan



bekerja



terinduksi



berdasarkan



sehingga



prinsip



memiliki



gaya



muatan



induksi. Muatan yang dihasilkan ada yang positif dan ada yang negatif. Partikel asap



tersebut



akan



tarik



menarik



sehingga



3. Mesin Fotokopi



membentuk partikel yang lebih besar dan berat.



Bertambahnya



berat



partikel



mengakibatkan partikel tidak ikut mengalir ke atas bersama asap. Partikel itu akan jatuh di dasar cerobong. 2. Pengecatan Mobil



Mesin fotokopi memiliki bagian utama berupa pelat foto konduktif. Pelat ini tidak mampu menghantarkan listrik ketika berada dalam ruang yang gelap. Pelat konduktif ini baru akan menghantarkan listrik jika dikenai cahaya. Mula-mula pelat foto konduktif diinduksi



dengan



menggerakkan



kawat



Pada saat cat disemprot, butiran halus cat



bermuatan listrik negative di sepanjang



akan memiliki muatan karena bergesekan



permukaannya.



dengan udara. Permukaan mobil yang akan



permukaan pelat foto itu akan terbentuk



dicat diberi muatan yang berlawanan dengan



muatan induksi yang bermuatan positif.



muatan butir-butir cat agar butiran cat dapat



Ketika kertas yang akan difotokopi disinari,



tertarik ke permukaan mobil tersebut. Cara



pantulan



ini



pada



konduktif yang telah mengandung muatan



permukaan yang tidak rata. Hal ini terjadi



induksi. Akibatnya, terbentuk muatan listrik



karena



dengan



persis seperti pada kertas yang akan dikopi.



ada.



Kemudian, tinta yang bermuatan negatif



Akibatnya, butir-butir cat akan menutupi



disemprotkan pada pelat. Selanjutnya, tinta



semua permukaan mobil yang mungkin



itu dipindahkan ke kertas lain untuk



tersembunyi dari semprotan cat. Dengan



membuat fotokopinya. Ketas ini dipanaskan



demikian, cara ini dapat menghasilkan hasil



agar tinta menempel kuat.



sangat



efektif



butir



mengikuti



cat



medan



diterapkan menempel listrik



yang



pengecatan yang rata dan menjangkau tempat yang tersembunyi.



cahaya



Dengan



mengenai



begitu,



pelat



di



foto



Bahaya Listrik Statis Selain memiliki manfaat, ternyata listrik statis juga dapat mendatangkan bahaya akibat aktivitasnya. Misalnya, seperti yang terjadi petir dan kebakaran atau ledakan



tangki minyak. Berikut ini penjelasannya mengapa sehingga terjadi seperti itu: 1. Petir (Halilintar) Udara panas yang naik ke langit saat hari sedang cerah dapat mengandung muatan. Muatan ini akan diberikan ke butiran air di awan. Jika melintas di atas gedung, awan bermutan



negatif



besar



menimbulkan



induksi pada atap gedung. Karena muatan induksi berlawanan dengan muatan awan, mengakibatkan



tarik-menarik



antara



keduanya. Jika kedua muatan ini sangat besar, maka akan menimbulkan aliran elektron dalam jumlah banyak ke atap gedung. Aliran itu berbentuk loncatan bunga api listrik yang disebut petir. Petir selalu mencari jalan tersingkat untuk sampai ke bumi. Dengan begitu, muatan listrik yang dikandung



awan



mendung



dapat



ternetralkan. Olehnya itu, gedung tinggi, pepohonan, dan bahkan orang yang berdiri ditengah lapangan saat hujan dapat menjadi sasaran petir. 2. Kebakaran/Ledakan Tangki Minyak Tangki



minyak



ketika



dalam



keadaan



kosong akan mengandung banyak uap gas yang rentan terbakar. Uap ini dapat meledak atau terbakar jika ada loncatan bunga api yang ditimbulkan aktivitas listrik statis. Olehnya itu, orang yang bekerja di dalam atau dekat tangki harus memakai pakaian khusus anti listrik statis.



LISTRIK DINAMIS Listrik Dinamis



Lampu pijar merupakan aplikasi pemanfaatan listrik. Lampu pijar menghasilkan energi cahaya dengan prinsip arus mengalir melewati kawat tipis dan menimbulkan sinar putih–panas. Saat arus listrik mengalir melalui kumparan, kumparan akan panas secara cepat dan memancarkan cahaya. 1. Pengertian Arus Listrik Energi potensial adalah energi yang dimiliki sebuah benda karena benda tersebut mempunyai ketinggian. Ketinggian ini diukur relatif dari tanah. Energi potensial ini dapat berubah menjadi energi gerak (energi kinetik). Air dapat mengalir melalui selang karena adanya beda potensial antara tempat penampungan air yang berada pada suatu ketinggian dengan ujung selang yang kamu pegang. Karena beda potensial ini air mengalir melalui slang. Aliran air ini dinamakan arus. Semakin tinggi tempat penampungan air diletakkan, semakin deras arus air yang keluar dari ujung slang. Perumpamaan arus listrik mirip dengan arus air yang melalui slang. Jika pada arus air, yang mengalir adalah air, sedangkan pada arus listrik yang mengalir adalah muatan listrik. Pada abad ke-19, para ilmuwan telah sepakat bahwa arus listrik merupakan aliran muatan positif pada suatu penghantar karena perbedaan potensial. Ternyata, setelah ditemukan elektron oleh J.J. Thompson, anggapan ini keliru. Bukan muatan positif yang mengalir, melainkan muatan negatif atau elektron. Akan tetapi, anggapan bahwa arus listrik mengalir dari kutub yang bermuatan positif ke kutub yang bermuatan negatif masih digunakan. Hal ini dikarenakan kuantitas banyaknya elektron yang mengalir dalam satu arah sama dengan jumlah muatan negatif yang mengalir dalam arah berlawanan. Pengertian arus listrik merupakan aliran muatan positif dari potensial tinggi ke potensial rendah disebut arus konvensional.



Perhatikan gambar berikut!



Pada pembahasan tentang beda potensial listrik telah dibahas bahwa suatu benda mempunyai beda potensial tertentu. Semakin besar beda potensial listrik semakin besar arus listrik yang dapat ditimbulkan. Tidak seperti aliran air, aliran arus listrik tidak dapat kamu lihat. Akan tetapi bukti bahwa arus listrik memang ada dapat kamu lihat pada lampu di rumahmu yang menyala merupakan.



Gambar di atas merupakan rangkaian sederhana yang membuktikan bahwa arus listrik mengalir pada rangkaian tersebut yang ditandai dengan menyalanya lampu ketika saklar ditutup. Dengan menutup saklar, menjadikan rangkaian tersebut menjadi rangkaian tertutup sehingga arus listrik dapat mengalir. Ada istilah penting yang sering digunakan dalam pembahasan listrik dinamis yaitu rangkaian listrik tertutup dan rangkaian listrik terbuka. Ketika kamu menyambungkan saklar, arus listrik dapat mengalir dalam rangkaian sehingga lampu dapat menyala. Sebaliknya, jika saklar terbuka, arus listrik tidak dapat mengalir dalam rangkaian sehingga lampu tidak menyala. 2. Kuat Arus Listrik Jika sebuah lampu senter dinyalakan dan baterai yang digunakan adalah baterai baru, apa yang terjadi? Lampu senter tersebut



akan menyala terang. Akan tetapi cahaya lampu senter yang terang tidak akan bertahan selamanya. Semakin lama lampu senter tersebut dinyalakan, cahaya lampu senter tersebut semakin redup. Mobilmobilan yang menggunakan baterai akan melaju dengan cepat dan lincah jika baterai yang digunakannya masih baru. Akan tetapi, mobil-mobilan tersebut akan semakin lemah jika baterainya semakin sering digunakan. Dari kedua contoh di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa kuat arus dipengaruhi oleh potensial sumber arus listrik tersebut. Semakin besar beda potensialnya, semakin besar kuat arus yang dapat dihasilkannya. Perhatikan sebuah baterai. Sebuah baterai mempunyai dua kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif mempunyai potensial lebih besar daripada kutub negatif. Oleh karena itu, muatan listrik dapat mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Aliran muatan ini semakin lama semakin kecil. Jadi, ada hubungan antara kuat arus dan waktu. Kuat arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir setiap sekon. Kuat arus listrik dilambangkan dengan I dan satuannya adalah ampere (A). Satu ampere merupakan muatan 1 Coulomb yang mengalir setiap satu sekon. Jika definisi kuat arus ini dituliskan dalam bentuk matematika, diperoleh:



3. Mengukur Kuat Arus Listrik Telah disebutkan bahwa kuat arus listrik mempunyai satuan ampere. Satu ampere didefinisikan sebagai banyaknya



muatan yang mengalir setiap satu sekon. Untuk mengukur kuat arus listrik digunakan sebuah alat yang dinamakan amperemeter. Penggunaan amperemeter ini dihubungkan dengan kedua kutub baterai yaitu kutub positif dan kutub negatif sedemikian sehingga arus listrik dari baterai melewati amperemeter. Ketika amperemeter dihubungkan dengan baterai, jarum amperemeter tersebut akan bergerak. Hal ini menandakan bahwa baterai tersebut masih dapat mengeluarkan arus listrik dan rangkaiannya benar. 4. Potensial Listrik Angkatlah sebuah beban yang terletak pada lantai setinggi h. Ketika kamu mengangkat beban tersebut, kamu mengeluarkan gaya untuk melawan gaya tarik gravitasi terhadap benda tersebut. Besarnya gaya yang kamu berikan dikalikan perpindahan benda dari keadaan semula dalam hal ini ketinggian h dinamakan usaha. Usaha juga dapat dihitung dengan menghitung beda potensial ketika benda berada di atas lantai dan ketika benda berada pada ketinggian h. Hal serupa terjadi ketika sebuah muatan uji +q yang berada dalam sebuah medan listrik dari sebuah muatan –Q digerakkan menjauhi muatan –Q. Karena antara kedua muatan ini saling menarik, diperlukan sebuah usaha untuk memindahkan muatan uji q tersebut. Besarnya usaha dibagi besarnya muatan uji dinamakan beda potensial listrik. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.



5. Beda Potensial Listrik Arus listrik dapat mengalir karena adanya beda potensial. Baterai dapat mengalirkan arus listrik karena baterai mempunyai



beda potensial antara kedua kutubnya yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif mempunyai potensial lebih besar daripada kutub negatif. Dengan demikian, arus listrik pada baterai akan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Perbedaan potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian dinamakan tegangan. Biasanya, baterai mempunyai tegangan yang tertulis pada bagian luarnya misalnya 1,5 V, artinya baterai tersebut mempunyai beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif sebesar 1,5 V. Seperti halnya arus listrik yang dapat diukur menggunakan amperemeter, tegangan (beda potensial) dapat juga diukur. Alat untuk mengukur beda potensial disebut voltmeter. Ada perbedaan cara mengukur beda potensial dengan cara mengukur arus. Arus listrik diukur dengan merangkai amperemeter secara seri dalam suatu rangkaian, sedangkan mengukur beda potensial listrik dilakukan dengan merangkai voltmeter secara sejajar (paralel) dalam suatu rangkaian. Beda potensial dapat diukur jika rangkaian dalam keadaan tertutup dan ada arus listrik yang mengalir dari sebuah sumber arus listrik misalnya baterai. Tapi perlu diingat, voltmeter harus dirangkai secara paralel. Angka yang ditunjukkan oleh voltmeter merupakan beda potensial antara dua buah kutub. 6. Rangkaian Listrik Sebuah rangkaian listrik terdiri dari beberapa komponen. Komponen listrik adalah alat-alat yang digunakan untuk membuat sebuah peranti dan dapat berfungsi jika dialiri arus listrik. Saklar merupakan sebuah komponen listrik. Saklar digunakan untuk menyambungkan atau memutuskan arus listrik pada sebuah rangkaian listrik. Jika kamu menekan saklar pada posisi ON, berarti kamu telah membuat rangkaian menjadi tertutup dan arus listrik dapat mengalir dalam rangkaian sehingga lampu menyala. Saklar diperlukan untuk mematikan dan menghidupkan sebuah alat listrik. Hampir



semua peralatan yang menggunakan listrik mempunyai saklar. Misalnya, televisi, radio, kipas angin, mobil-mobilan, dan sebagainya. Saklar diberi simbol Sekring merupakan contoh komponen listrik lainnya. Jika kamu menghubungkan kutub positif dan kutub negatif pada baterai dengan kabel secara langsung, kamu telah membuat sebuah hubungan singkat. Hubungan singkat terjadi jika kutub-kutub yang berbeda dari sebuah sumber arus dihubungkan tanpa melalui hambatan. Jika tegangannya sangat besar, maka hubungan singkat akan sangat berbahaya. Arus listrik yang mengalir dalam kabel akan sangat besar sehingga menimbulkan pemanasan pada kabel tersebut dan dapat mengakibatkan kebakaran. Mengapa arus yang mengalir dalam hubungan singkat dapat sangat besar? Hal ini karena dalam hubungan singkat hambatannya sangat kecil. Kebakaran sering terjadi akibat hubungan singkat tersebut. Jadi, kamu harus hati-hati dalam menggunakan listrik. Untuk menghindari bahaya tersebut, maka dipasang sekring. Fungsi sekring adalah untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Sekring akan putus bila arusnya melebihi batas.



hambatan yang lainnya. Dalam rangkaian seri, besarnya hambatan total rangkaian merupakan jumlah dari keseluruhan hambatan peralatan listrik yang disambungkan dalam rangkaian. Gambar di bawah merupakan sebuah contoh rangkaian seri. Pada rangkaian tersebut terdapat komponen-komponen listrik, yaitu baterai, tiga buah lampu, dan amperemeter. Sebuah rangkaian seri ditandai dengan tidak adanya percabangan di rangkaian tersebut. Rangkaian seri



Sekring diberi simbol



b. Rangkaian Paralel Selain rangkaian seri, sebuah rangkaian listrik dapat berupa rangkaian paralel. Pada rangkaian paralel, komponenkomponen listrik disusun secara paralel/sejajar dengan sumber arus listrik. Contoh sebuah rangkaian paralel ditunjukkan pada gambar di bawah ini.



a. Rangkaian Seri Rangkaian Seri adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara sejajar (seri). Baterai dalam senter umumnya disusun dalam rangkaian seri. Di dalam sebuah rangkaian terdapat komponen-komponen listrik, seperti lampu, kabel, amperemeter, voltmeter, dan sebagainya. Telah disinggung pula bahwa untuk mengukur kuat arus listrik di dalam sebuah rangkaian tertutup, amperemeter harus disusun secara seri dengan sumber arus listrik misalnya baterai. Rangkaian seri adalah rangkaian listrik di mana semua hambatan listrik (atau peralatan listrik) disusun berderet, ujung hambatan satu bersambungan dengan ujung



R = Resistor = hambatan Jumlah hambatan total rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan tiap- tiap komponen (resistor).



Dalam rangkaian paralel, besarnya hambatan total dalam rangkaian lebih kecil dari hambatan setiap peralatan listrik yang disambungkan.



Besarnya hambatan pengganti dari rangkaian seri dan paralel serta besarnya kuat arus dan tegangan yang mengalir dalam rangkaian akan dipelajari di subbab berikutnya tentang hambatan listrik. Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian paralel. Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya Alat-alat listrik di rumah disusun secara paralel. Dengan cara ini, kita dapat menonton televisi dan menyalakan lampu secara bersamaan. Jika televisi dimatikan, lampu akan tetap menyala. C. Rangkaian Listrik Tertutup Ternyata, ada hubungan antara potensial, kuat arus listrik, dan hambatan listrik. Perlu diketahui bahwa setiap komponen listrik mempunyai hambatan (resistansi). Hubungan singkat terjadi karena dua kutub listrik yaitu kutub positif dan kutub negatif dihubungkan secara langsung tanpa adanya komponen listrik di antara keduanya. Dalam hal ini, komponen listrik bertindak sebagai hambatan karena pada dasarnya setiap alat listrik mempunyai hambatan. Rangkaian paralel



R = Resistor = hambatan Jumlah kebalikan hambatan total rangkaian paralel sama dengan jumlah dari kebalikan hambatan tiap- tiap komponen (resistor). 1. Hubungan Kuat Arus Listrik, Beda Potensial, dan Hambatan Telah disebutkan bahwa ada hubungan antara kuat arus listrik (I), beda potensial (V), dan hambatan (R). Hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus listrik (I) dapat dibuat grafik, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.21. Berdasarkan grafik tersebut dapat dicari harga gradiennya (ingat pelajaran matematika), yang secara matematis dituliskan sebagai berikut. y=m·x Dengan m adalah suatu tetapan atau gradien. Harga gradien ini dapat dicari melalui perbandingan berikut.



Secara analog, grafik V terhadap I dapat juga ditentukan gradiennya sebagai berikut.



Nilai m yang tetap tersebut kemudian



disebut besaran hambatan listrik, yang diberi simbol R. George Simone Ohm (1789–1854) meneliti hubungan antara potensial listrik (V), kuat arus (I), dan hambatan listrik (R). Secara matematis dituliskan sebagai berikut.



Rumus di atas dikenal sebagai Hukum Ohm, yaitu hambatan di dalam suatu rangkaian sama dengan tegangan dibagi arus. 2. Hukum Ohm dalam Keseharian Dalam kehidupan sehari-hari, pengetahuan tentang Hukum Ohm sangat bermanfaat dalam pemilihan komponenkomponen listrik yang baik serta sesuai dengan besarnya tegangan yang tersedia. Misalnya, jika kamu menggunakan lampu baterai. Lampu baterai mempunyai tahanan yang dibuat sesuai dengan nilai tegangan yang besarnya tertentu. Jika lampu baterai tersebut dihubungkan dengan baterai yang tegangannya terlalu besar, maka lampu tersebut akan rusak. Sebaliknya jika lampu tersebut dihubungkan dengan baterai yang tegangannya terlalu kecil, lampu tersebut tidak akan menyala secara maksimal atau lampu tersebut akan terlihat redup.Biasanya alat-alat listrik dibuat sedemikian rupa sehingga besarnya tegangan yang diperlukan untuk mengoperasikan alat tersebut dapat menggunakan sumber tegangan dari sumber listrik dari PLN. Untuk menyesuaikan kebutuhan tegangan yang diperlukan guna mengoperasikan alat tersebut, biasanya alat-alat listrik dibuat dengan menambahkan hambatan. Baik dari segi bahan pembuatannya, atau ditambahkan resistor lain untuk menambah tahanan alat tersebut.



3. Hambatan Jenis Sekedar mengingatkan, arus listrik mirip dengan aliran arus air di dalam slang. Banyaknya air yang mengalir dari slang bergantung pada besarnya pipa. Semakin besar ukuran pipa, semakin besar pula air yang mengalir setiap waktu.Hal serupa terjadi pada arus listrik. Kamu telah mengetahui bahwa arus listrik bergantung pada hambatan penghantarnya yaitu kabel dan komponen-komponen listrik yang terdapat dalam rangkaian tersebut. Hambatan listrik bergantung pada jenis bahan hambatan, panjang hambatan dan luas penampang yang dilalui arus listrik. Nilai hambatan suatu penghantar bergantung pada hal-hal berikut ini. a. Panjang kawat, semakin panjang kawat maka hambatan semakin besar. b. Luas penampang kawat, semakin besar luas penampang maka hambatannya semakin kecil. c. Jenis bahan. Jika dituliskan dalam bentuk matematika, hambatan dapat dituliskan sebagai berikut.



Contoh beberapa jenis penghambat dalam rangkaian listrik: a. rheostat b. resistor pita warn c. potensiometer



Hambatan jenis merupakan sifat khas dari suatu bahan. Bahan yang terbuat dari besi akan berbeda hambatan jenisnya dengan bahan yang terbuat dari tembaga. Sebuah penghantar misalnya kabel harus memiliki hambatan jenis yang kecil sehingga arus dari sumber tegangan tidak banyak yang hilang ketika sampai pada alat listrik. Ukuran panjang dan luas penampang bahan juga memengaruhi hambatan sebuah bahan. Semakin panjang sebuah penghantar dan semakin kecil luas penampangnya, semakin besar hambatannya. Demikian sebaliknya.Dari Hukum Ohm ini kita dapat mengetahui bahwa bentuk dan sifat-sifat bahan sebuah penghantar listrik memengaruhi nilai hambatannya. Semakin kecil nilai hambatan suatu bahan semakin baik bahan tersebut dijadikan penghantar listrik. Panjang penghantar yang memengaruhi besarnya hambatan menjadi kendala bagi PLN untuk mendistribusikan listrik. Kamu bayangkan berapa ratus kilometer panjang kabel PLN yang digunakan untuk mendistribusikan arus listrik ini. Akan tetapi, hal ini dapat ditanggulangi dengan adanya alat transformator. Transformator berfungsi untuk meningkatkan atau menurunkan tegangan. 4. Konduktor, Isolator, dan Semikonduktor Hukum Ohm menyatakan bahwa jenis bahan memengaruhi nilai hambatan listriknya. Sifat alami yang dimiliki suatu bahan adalah hambatan jenisnya. Hambatan jenis besi akan berbeda dengan hambatan jenis tembaga. Jika kamu mengganti kabel penghantar pada suatu rangkaian listrik dengan tali plastik, arus listrik ini pasti tidak akan mengalir. Mengapa demikian? Plastik merupakan bahan yang hambatan jenisnya sangat besar sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir melaluinya. Berdasarkan sifat menghantarkan listriknya, bahan dibedakan menjadi tiga kelompok,



yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor. Konduktor adalah bahan-bahan yang dapat menghantarkan arus listrik dengan baik. Bahan-bahan yang termasuk jenis konduktor ini di antaranya besi, baja, tembaga, dan nikel. Isolator adalah bahan-bahan yang sama sekali tidak dapat menghantarkan arus listrik. Contoh bahan-bahan yang termasuk isolator, di antaranya plastik, kayu kering, dan kertas. Jika konduktor merupakan bahan yang dapat menghantarkan arus listrik dan isolator merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, semikonduktor merupakan bahan yang bersifat di antara isolator dan konduktor. Artinya, semikonduktor dapat menghantarkan arus listrik dan dapat pula tidak menghantarkan arus listrik. Sifat semikonduktor ini bergantung suhu. Jika suhu bahan semakin tinggi, bahan ini akan bersifat konduktor. Sebaliknya, jika suhunya semakin rendah bahan ini akan menjadi isolator.Sifat-sifat semikonduktor dimanfaatkan dalam pembuatan komponen-komponen listrik seperti transistor dan IC (Integrated Circuit). Bahan-bahan semikonduktor contohnya germanium, silikon, dan selenium. Jika diperhatikan, alat-alat listrik yang ada di rumah pasti ada yang menggunakan bahanbahan konduktor dan bahan isolator. Sebuah obeng dibuat dari bahan besi dengan pegangannya dibuat dari kayu atau plastik. Mengapa dirancang demikian? Rancangan seperti ini bermanfaat ketika digunakan untuk memperbaiki bagian dalam alat-alat elektronik, agar pengguna tidak terkena aliran listrik. 5. Hukum I Kirchhoff Dalam sebuah rangkaian seringkali terdapat rangkaian yang rumit sehingga diperlukan teknik tertentu dalam menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan rangkaian tersebut.



listrik ini berkumpul kembali dan keluar melalui titik B, sehingga arus yang memasuki percabangan akan sama dengan arus yang keluar dari percabangan. 6. Rangkaian Hambatan Listrik (Resistor)



Gambar di atas memperlihatkan gambar sebuah rangkaian yang terdiri atas rangkaian seri dan rangkaian paralel. Terlihat bahwa besarnya arus yang melalui R2, R3, dan R4 merupakan satu per tiganya dari arus listrik yang melalui R1 karena R2, R3, dan R4 nilainya sama. Kuat arus setelah melalui percabangan akan terbagi tiga sama besar. Gustav Kirchhoff pada pertengahan abad ke19 telah melakukan penelitian tentang perilaku arus listrik yang melalui sebuah percabangan. Hasil penelitian Kirchhoff ini dikenal sebagai Hukum Kirchhoff. Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa arus listrik yang masuk melalui percabangan sama dengan arus yang keluar dari percabangan. Hukum II Kirchhoff menyatakan tentang beda potensial yang mengitari suatu rangkaian tertutup. Yang akan kamu pelajari berikut hanya Hukum I Kirchhoff. Jika Gambardi atas disederhanakan, dan digambarkan percabangannya saja, maka diperoleh Gambar berikut.



Besarnya kuat arus mengikuti turunan Hukum Ohm, yaitu besarnya arus yang melewati suatu rangkaian merupakan hasil bagi antara tegangan V dan hambatan R. a. Rangkaian Seri Resistor Rangkaian seri resistor adalah rangkaian yang terdiri atas sumber tegangan dan minimal dua resistor (hambatan listrik) yang disusun secara berderet. Kuat arus listrik yang mengalir pada setiap resistor adalah sama besar dan besar tegangan tergantung besar hambatan. Rangkaian seri dapat juga disebut sebagai rangkaian pembagi tegangan.



Gambar di atas memperlihatkan empat buah resistor yang disusun secara seri. Telah disebutkan bahwa rangkaian seri resistor merupakan rangkaian pembagi tegangan. Dari rangkaian tersebut dapat diperoleh sebagai berikut.



Pada percabangan A, arus listrik I terbagi menjadi dua, yaitu yang melalui kawat ab yakni I1, I2, I3 dan yang melalui kawat cd, yaitu I4. Setelah melalui percabangan, arus



persamaan



tegangan



E = Vae = Vab + Vbc + Vcd + Vde Menurut hukum Ohm tegangan merupakan hasil kali kuat arus I dan hambatan R. Dengan demikian persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut. E = Vae = Iab · R1 + Ibc · R2 + Icd · R3 + Ide · R4 Karena di dalam rangkaian seri kuat arus yang melalui setiap resistor besarnya sama,



persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut. E = Vae = I · R1 + I · R2 + I · R3 + I · R4 E = Vae = I · (R1 + R2 + R3 + R4) E = Vae = I · Rs Rs adalah hambatan pengganti dari rangkaian resistor yang dirangkai seri. Rs = R1 + R2 + R3 + R4 Secara umum persamaan tahanan pengganti dari resistor yang disusun secara seri dituliskan sebagai berikut. Rs = R1 + R2 + R3 + R4 + … Rn ……… b. Rangkaian Paralel Resistor Rangkaian paralel resistor adalah rangkaian yang terdiri atas resistor yang disusun paralel/sejajar satu sama lainnya. Jika pada rangkaian seri, arus yang melalui resistor akan sama dan tegangannya berbeda bergantung pada nilai hambatannya. Adapun pada rangkaian paralel resistor, arus yang melalui setiap hambatan akan berbeda dan tegangan setiap resistor akan sama. Gambar di bawah merupakan gambar sebuah rangkaian paralel resistor.



setiap resistor pada rangkaian paralel adalah sama. Vab = Vcd = Vef = Vgh = V Sehingga diperoleh:



Dengan demikian paralel dirumuskan:



hambatan



pengganti



7. Jembatan Wheatstone Jembatan Wheatstone merupakan rangkaian yang digunakan untuk mengukur tahanan yang tidak diketahui nilainya. Perhatikan Gambar berikut.



Misal tahanan R1 tidak diketahui. Tahanan R2, R3, dan R4 diatur sampai tidak ada arus yang mengalir melalui galvanometer. Maka VA = VB, I1 = I2, dan I3 = I4 dan dapat diperlihatkan bahwa Berdasarkan Hukum I Kirchhoff diperoleh:



Dari persamaan tersebut, maka R1 dapat dihitung. Telah disebutkan bahwa tegangan pada



berpautan tanpa adanya sumber daya listrik atau dengan kata lain benda tersebut dapat menghasilkan proton maupun elektron tanpa menggunakan elemen pembangkit energi listrik. Listrik statis dapat ditimbulkan oleh dua benda yang memiliki muatan listrik berbeda. Salah satu contoh peristiwa timbulnya listrik statis yaitu penggaris plastik yang digosok-



gosokanan pada rambut kering, lalu di dekatkan pada kertas yang sudah dirobek kecil-kecil maka kertas tersebut akan tertarik oleh penggaris jadi seolah-olah penggaris seperti magnet yang dapat menarik benda, padahal itu merupakan adanya listrik statis. Kesimpulan



Kenapa bisa seperti itu? sebab serpihan kertas yang asalnya bermuatan netral akan



Listrik statis adalah suatu kumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tidak



terinduksi akibat tertarik muatan negatif yang terdapat pada penggaris.



mengalir atau tetap (statis), tapi jika terjadi pengosongan muatan akan memakan waktu yang cukup singkat. Atau definisi listrik statis yang lainnya yaitu suatu fenomena kelistrikan yang dimana muatan listriknya tidak bergerak dan biasanya terdapat pada benda yang bermuatan listrik. Dapat dikatakan juga listrik statis timbul karena adanya fenomena dimana bendabenda yang memiliki aliran listrik saling



SARAN Semoga materi didalam Jurnal ini bisa dirmanfaatkan dalam kehidupan kita tentang listrik dinamis, arus listrik , rangkaian arus listrik ,tegangan AC dan DC serta beberapa materi lain. Krirtik serta saran yang membangun kami harapkan



dari



semua



pihak



demi



kesempurnaan makalah kami dikemudian hari. Terima kasih.



DAFTAR PUSTAKA http://downloads.ziddu.com/downloadfile/9826779/Handoutslistrikdinamis.do cx.html http://bergiussim.blogspot.co.id/ http://hikmah-d.blogspot.co.id/2013/09/bab-8-listrik-dinamis.html http://www.ilmusiana.com/2015/10/listrik-dinamis-pengertian-rumuscontoh.html http://www.yuksinau.com/2016/03/listrik-dinamis.html https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik_statis http://www.ilmusiana.com/2015/10/listrik-statis-materi-lengkap.html http://fisikastudycenter.com/fisika-xii-sma/49-listrik-statis-12 http://www.yuksinau.com/2016/03/listrik-statis.html http://www.pengertianku.net/2015/10/pengertian-listrik-statis-dancontohnya.html http://tanya-tanya.com/rangkuman-contoh-soal-pembahasan-listrik-statis/ http://www.ikhtisarilmu.net/2014/03/listrik-statis-hukum-coulombmedan.html http://www.gatewan.com/2015/12/penyelesaian-soal-listrikstatis.html