LISTRIK DINAMIS - Di Sini Rudi Susanto

LISTRIK DINAMISRudi Susantohttp://rudist.wordpress.com1

Tujuan Instruksional Dapat menentukan arus listrik, hambatanlistrik, energi listrik, daya listrik serta dapatmenggunakan hukum Ohm dan aturanKirchhoff pada analisa rangkaian listrik. Pembatasan:– Arus listrik bersifat steady dimana besar danarahnya konstan (arus DC )– Rangkaian hanya terdiri atas komponen resistor2

Arus Listrik Definisi: arus listrik adalah jumlah totalmuatan yang melewati suatu lokasi persatuan waktu. Misalkan jumlah muatan DQ yang melewati area Adalam selang waktu Dt, maka arus merupakanperbandingan antara muatan dan waktu tersebut.Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).– 1 A 1 C/s ( 1 C muatan yang melewati area dalamselang waktu 1 s) Arus Konvensional dinyatakan sebagai aliran yangsearah dengan pergerakan muatan positif.Pada konduktor logam seperti tembaga, arus listrikmerupakan pergerakan dari elektron (muatannegatif ).DQI Dt I A- --v3

Contoh :Jumlah muatan yang melewati filamen dari lampu bolam dalam 2.00 s adalah1,67 C. Tentukan :(a)arus listrik pada lampuSolusi :a.DQ 1.67CI 0.835 ADt2.00s4

Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawatpenghantar. Tentukan:a) muatan yang berpindahb) jumlah elektronPembahasanHubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah:I Q/tQ IxtDengan demikian :a) Q I x tQ 2 x 120Q 240 Coulombb) menentukan jumlah elektron dalam muatan n Q/Qedimana:n jumlah elektronQe muatan satu elektron (1,6 x 10 19 Coulomb)Q muatan yang akan dihitung jumlah elektronnyasehingga:n Q/Qen 240 / (1,6 x 10 19)n 150 x 1019n 1,5 x 1021 buah elektron5

Hambatan Listrik dan Hukum Ohm Ketika tegangan listrik (beda potensial) diberikan pada ujung-pangkal konduktor logammaka didapatkan arus yang sebanding dengan tegangan yang diberikan.DVDVIII DVDVR IDengan satuan R : volt/ampere atau ohm (Ω).6

Georg Simon Ohm(1787-1854)Hukum OhmDV IRR konstan dan tidak tergantungterhadap VLinier atau Ohmic MaterialINon-Linier atauNon-Ohmic MaterialIDVMost metals, ceramicsDVSemiconductorse.g. diodes7

Contoh :Sebuah setrika listrik menarik arus 2A ketikadihubungkan dengan sumber tegangan 220 V.Tentukan hambatan listrik dari seterika tersebut.8

Hambat jenis (Resistivity) Pergerakan elektron dalam konduktor mengalami hambatan olehadanya tumbukan dengan atom-atom di dalamnya. Nilai hambatan ini akan sebanding dengan panjang l dan berbandingterbalik dengan luas penampang A dari konduktor.lR A9

Konstanta kesebandingan ρ disebut hambat jenis bahan (resistivity) dengansatuan Wm.Konduktor mempunyai hambat jenis rendah dan Insulator mempunyaihambat jenis tinggi.Nilai hambat jenis tergantung lingkungan misalnya temperatur. o 1 T To α disebut temperature coefficient of resistivity. Sehingga untuk konduktor dengan luas penampang tetap berlaku :R Ro 1 T To 10

Resistivity of various materialsMaterialResistivity (10-8 Wm)MaterialResistivity (10-8 151x10171x10211x10222x102311

Energi dan Daya Listrik Dengan adanya tumbukan pada proses pergerakan elektron dalamkonduktor maka energi listrik dapat berubah menjadi energi termal yangselanjutnya menghasilkan kalor. Contoh pemanas, setelika, toaster, lampupijar.Laju perubahan energi ini disebut Daya P dengan satuan watt (joule/s)DE DQP DV I DVDtDt Dari hukum Ohm :P I DV I2DV R 2RPada sebuah lampu pijar tertulis 100W, 220V. Perkirakanhambatan listrik dari lampu pijar tersebut!12

Contoh :Sebuah pemanas listrik beroperasi 3 jam sehariselama 30 hari. Jika harga pemakaian listrik per kWhRp. 300, berapakah biaya yang harus dikelurkan jikapemanas beroperasi pada tegangan 120V danmenarik arus 15A.SolusiDE P Dt I V Dt 15 (A) 120 (V) 3 (h) 30 162.000 Wh 162 kWhBiaya Rp.300 x 162 Rp. 48.60013

Rangkaian Arus Searah Syarat terjadinya arus dalam rangkaian :- Ada sumber tegangan ( Baterai, Generator, Accu, PLN)- Rangkaian tertutup ( Close loop circuit )V IRI -V IR VbatVbatHindari terjadinya hubung singkat ( R 0 ohm )Gunakan pembatas arus / sekering untuk pengaman rangkaian14

Baterai Mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai membangkitkan gaya gerak listrik / EMF (E) danmempunyai hambatan dalam (r). Hambatan dalam makin lama membesar seiring dengan lamapemakaian sehingga dikatakan baterai habis. Tegangan terminal VAB dirumuskan sebagai berikut :BCVAB E Ir IRrREEAE IR IrD15

Resistor dalam Rangkaian Seri Arus: I I1 I2 Tegangan : V V1 V2I Rt I R 1 I R2 Resistor: R t R1 R 2BR1V Untuk kombinasi seri berlaku :Req R1 R2 R3 .CR2AD Rangkaian berprilaku sebagai pembagitegangan (voltage divider)16

Resistor dalam Rangkaian Paralel Tegangan : V V1 V2 Arus: I I1 I2V / Rt V1 / R1 V2 / R2 Resistor: 1/Rt 1/R1 1/R2 Untuk kombinasi Paralel berlaku :1111 .Req R1 R2 R3BVACR1R2D Rangkaian berperilaku sebagai pembagitegangan (current divider)17

Contoh Soal:R1 V 18 volt R1 2W ; R2 6W ; R3 12W Hitung: Hambatan ekivalen padarangkaian tersebut Arus yang melalui masingmasing hambatan Beda tegangan di C dan di D(VCD VC – VD)BVACR2R3DJawab: Rek 6W ; I1 3A, I2 2A , I3 1A ; VCD 12 V18

Contoh SoalRangkaian di bawah ini sering disebut sebagai rangkaian tangga(ladder network). Tentukan tegangan pada tahanan-tahanan R2,R4 dan R6.Jawab :V6 R6V4R5 R6V4 R 456V2R 456 R 3V2 R 23456(100)R 23456 R1(5)(20)R 56 10 10 20 R 456 45 20

(5)(20) 4W5 20(10)(10)R 3456 R 3 R 456 6 4 10 W R 23456 5W10 10R 56 10 10 20 W R 456 R 234565V2 (100) (100) 50 VR 23456 R15 5V4 R 4564V2 (50) 20 VR 456 R 34 6R610V6 V4 (20) 10 VR6 R510 10

Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah: I Q / t Q I x t Dengan demikian : a) Q I x t Q 2 x 120 Q 240 Coulomb b) menentukan jumlah elektron dalam muatan n Q/Q e dimana: n jumlah elektron Q e muatan satu elektron (1,6 x 10 19Coulomb) Q muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya sehingga: n Q/Q e n .