Home / Fisika / listrik dinamis

Listrik Dinamis

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Dimas Widianto Ramadhan Mahasiswa Jurusan Fisika UIN Jakarta

Ditinjau dan edit kembali oleh Deyan Prashna ( 15 juli 2020 )

Listrik Dinamis – Pernahkah kalian sadari bagaimana semua komponen listrik di rumah kita menyala ? kalian juga tahu bahwa listrik statis tidak mungkin membuat komponen listrik di rumah kita menyala dikarenakan muatan listriknya hanya bergerak dalam waktu yang singkat, sedangkan listrik di rumah kita itu muatannya harus terus bergerak dengan waktu yang lama. Lantas dengan listrik apa komponen di rumah kita menyala ? Jawabannya tentu saja dengan listrik dinamis.

Kenapa listrik dinamis ? Jawabannya akan dijelaskan pada materi kita kali ini yaitu tentang listrik dinamis. Kita akan mempelajari apa itu listrik dinamis, bagaimana rumusan yang digunakan terkait dengan listrik dinamis, serta contoh soal terkait dengan listrik dinamis.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Pengertian Listrik Dinamis

Seperti yang kita tahu bahwa selain listrik yang muatannya diam, ada juga listrik

Loading...
yang muatannya bergerak yang dinamakan listrik dinamis. Secara definisi listrik dinamis adalah kondisi dimana muatan listrik yang berupa elektron-elektron bergerak melalui perantara konduktor selama selang waktu tertentu.

Listrik dinamis berbeda dengan listrik statis dimana pada listrik statis arus listrik timbul sebagai akibat adanya pelepasan muatan listrik pada bendanya. Pada listrik statis, muatan yang timbul sebagai akibat adanya ketidakseimbangan muatan pada suatu area benda (biasanya hanya di permukaan bendanya saja) akibat adanya suatu gesekkan dengan benda lain.

Muatan yang timbul ini hanya sementara dan muatannya pun tidak bergerak (statis). Dalam waktu yang singkat, muatannya tersebut dapat kembali netral. Sedangkan pada listrik dinamis, muatannya bergerak dari potensial tinggi menuju potensial rendah.

Sehingga timbul suatu arus listrik yang memiliki nilai dinamakan sebagai kuat arus listrik.

Muatan yang bergerak dalam selang waktu tertentu ini biasa kita sebut sebagai arus listrik. Arus listrik yang kita tahu dalam suatu rangkaian sebenarnya adalah kumpulan dari muatan listrik yang bergerak dari potensial tinggi menuju potensial rendah.

Rumus Listrik Dinamis

Secara umum arus listrik pada suatu kawat didefinsikan sebagai total muatan listrik yang melewati sekitar penampang kawat pada sembarang titik per satuan waktu. Secara matematis kuat arus listrik dirumuskan sebagai berikut :

rumus kuat arus listrik
rumus kuat arus listrik
Gambar 1. Muatan listrik yang mengalir

Pada gambar 1 Muatan listrik q yang mengalir pada suatu luas penampang A pada waktu tertentu yang disebut dengan kuat arus dimana ΔQ adalah total jumlah muatan listrik yang melewati suatu bahan konduktor di sembarang titik dalam selang waktu Δt. Kuat arus listrik diukur dalam satuan coulomb per detik; atau biasa kita sebut sebagai ampere (dengan satuan SInya adalah A), dikemukakan oleh fisikawan Perancis yaitu André Ampère (1775–1836) sehingga definisinya menjadi:

Kuat arus listrik diukur dalam satuan coulomb per detik

Pada aplikasi untuk suatu rangkaian listrik sederhana, ukuran 1 A itu termasuk ukuran yang sangat besar dalam menghitung kuat arus listrik. Satuan dari kuat arus yang lebih kecil umumnya adalah 1 miliampere (1 mA = 10-3 A) dan 1 mikroampere (1 µA = 10-6 A).

Arus Konvensional dan Aliran Elektron

Perlu kalian ketahui bahwa pada suatu baterai dalam rangkaian listrik, yang mengalir pada kawat bukan hanya kuat arus saja, namun ada lagi yang mengalir yaitu kita sebut sebagai aliran elektron.

aliran elektron.
Gambar 2 Arus konvensional dan aliran elektron

Ketika muatan positif dan muatan negatif ditemukan pada sekitar 2 abad yang lalu, para ilmuwan sudah membuat ketetapan terkait arah arus listrik ketika berhubungan dengan analisa rangkaian listrik. Perhatikan gambar 2, Pada dasarnya muatan positif yang mengalir dari kutub positif memiliki jumlah yang sama dengan muatan negatif dari kutub negatif yang mengalir dengan arah yang berlawanan dari arah muatan positif.

Sampai sekarang ketika kita dihadapkan dengan penentuan arah arus listrik pada suatu rangkaian listrik, kita lebih sering menggunakan arah muatan positif sebagai acuan. Jadi ketika kita berbicara tentang arah arus listrik pada rangkaian listrik, kita berbicara tentang arus konvensional.

Jadi dalam pembahasan arus listrik, sebetulnya kita membahas aliran dari muatan positif dimana dalam hal ini adalah arah arus konvensional. Arah arus ini mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif.

Sedangkan arah elektron mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif. Kuat arus itu merujuk pada arus konvensional, bukan arus elektron. Bagi kamu yang ingin mengetahui lebih dalam mengenai arus listrik, maka kamu dapat membaca tulisan arus listrik.

Namun ketika kita berbicara tentang arah elektron mengalir, maka kita menyebut itu sebagai arus elektron.

Resistansi dan Hukum Ohm

Untuk memperoleh arus listrik dalam suatu rangkaian listrik, dibutuhkan beda potensial atau beda tegangan V. Salah satu cara untuk mendapatkan beda potensial dalam suatu kawat adalah dengan menghubungkan kawat tersebut ke dua terminal (positif dan negatif) pada baterai.

george simon ohm

Eksperimen pertama dilakukan oleh George Simon Ohm (1787-1854) dengan membuktikan bahwa kuat arus pada suatu kawat logam berbanding lurus dengan beda potensial V yang ada pada kedua titik :

potensial V

Seperti contoh, ketika kita menghubungkan kawat dengan baterai 6 V, kuat arus yang mengalir akan lebih banyak 2 kali lipat dibandingkan dengan menghubungkan kawat dengan baterai 3 V.

Perlu diketahui juga bahwa membalikkan tanda baterai (negatif ke positif) tidak mengubah besar kuat arus yang dihasilkan, namun akan mengubah arah arus nya saja sehingga arus menjadi negatif.

Rasio dari beda potensial pada suatu titik dengan kuat arusnya dapat kita sebut sebagai resistansi :

resistansi

Dengan V adalah beda potensial (V) dan I adalah kuat arus yang mengalir pada titik tertentu. Satuan SI dari resistansi adalah volt per ampere, atau bisa disebut juga ohm (Ω) :

ohm (Ω)

Untuk beberapa kasus terkait bahan, resistansi suatu bahan tidak bergantung pada beda potensial maupun kuat arusnya. Bahan yang seperti ini kita sebut sebagai bahan ohmic, dimana bahan ohmic ini mempunyai resistansi yang selalu konstan. Pada kasus ini, beda potensial yang melewati bahan ohmic akan berbanding lurus dengan arus yang melewati bahan ohmic tersebut, bisa ditulis dengan :

ohmic

Hubungan antara V, I, dan R ini biasa kita sebut sebagai Hukum Ohm.

hukum ohm

Gambar 3 Grafik hubungan V dengan I (a) beda potensial berbanding lurus dengan kuat arus sesuai Hukum Ohm (b) beda potensial tidak berbanding lurus dengan kuat arus

Pada gambar 3 menunjukkan grafik hubungan beda potensial V dengan kuat arus I untuk 2 konduktor yang berbeda. Untuk konduktor pada gambar 3a, hubungannya adalah linear, namun untuk konduktor pada gambar 3b, hubungannya tidak linear. Hal ini membuktikan bahwa Hukum Ohm bukanlah hukum alam yang mendasar.

Namun Hukum Ohm adalah adalah deskripsi empiris suatu bahan dalam kondisi tertentu. Seperti yang kita tahu resistansi pada bahan konduktor akan bervariasi tergantung pada suhu yang diberikan.

Untuk resistansi R dari suatu kawat konduktor diketahui berbanding lurus dengan panjang kawat L dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat A, sehingga dirumuskan :

resistansi R

Dimana ρ adalah konstanta perbandingan yang disebut sebagai resistivitas dan konstantanya bergantung dari bahan yang digunakan. Satuan dari resistivitas adalah Ω.m. Berikut contoh tabel yang meliputi bahan dengan resistivitas yang berbeda-beda.

Loading...

Table 1 Bahan dengan berbagai macam resistivitas

Bahan dengan berbagai macam resistivitas

Daya Listrik

Jika ada suatu muatan bergerak pada suatu kawat, maka akan terjadi perubahan energi listrik selama selang waktu tertentu. Kejadian inilah yang kita sebut sebagai daya listrik. Untuk mencari daya listrik pada suatu perangkat elektronik, pertama kita sebut energi yang dihasilkan ketika muatan Q bergerak melewati beda potensial V adalah W = QV.

Daya listrik juga dapat didefinisikan sebagai jumlah energi listrik yang diperlukan dari suatu rangkaian. Selain itu, daya listrik juga dapat diartikan sebagai besarnya energi yang dibutuhkan untuk melakukan usaha memindahkan muatan listrik sehingga timbul arus listrik per satuan waktu tertentu.

Daya listrik juga menunjukkan konsumsi listrik yang diperlukan pada suatu rangkaian listrik. Sumber listrik akan menghasilkan daya listrik. Sedangkan beban yang terhubung dengan sumber listrik akan menyerap daya listrik tersebut.

Sehingga daya listrik P, yang mana adalah perubahan energi terhadap waktu, dirumuskan :

perubahan energi terhadap waktu

Jumlah muatan dalam satuan waktu seperti yang kita ketahui adalah I, sehingga dapat diubah menjadi :

Dengan satuan SI untuk daya listrik adalah watt (1 W = 1 J/s).

Daya listrik pada suatu resistansi R dapat ditulis dalam dua bentuk dengan mensubstitusi Hukum Ohm (V = I R) :

Jadi, dapat disimpulkan bahwa listrik dinamis merupakan listrik dengan muatan yang mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif sehingga menimbulkan adanya arus listrik. Arah dari arus listrik mengikuti arah arus konvensional.

Dalam setiap alirannya, terdapat hambatan atau disebut juga resistansi. Arus listrik timbul karena adanya beda potensial (tegangan) sepanjang penghantar listrik (konduktor).

Hubungan antara arus listrik dengan tegangan telah diatur pada hukum Ohm. Diperlukan sejumlah energi untuk mengalirkan arus listrik yang dinamakan sebagai daya listrik.

Perhitungan daya listrik sangat erat kaitannya dengan kuat arus, resistansi, dan tegangan listrik. Listrik dinamis sangat berbeda dengan listrik statis.

Contoh Soal Latihan

  1. Seekor burung sedang bertengger pada kabel transmisi listrik yang memiliki kuat arus 4100 A. Kabel tersebut memiliki resistansi 2,5 x 10-5 Ω tiap meternya, dan jarak antara kedua kaki burung adalah 4 cm. Tentukan beda potensial antara kedua kaki burung tersebut !

Jawab :

Diketahui :

jawaban soal latihan 1

Pertama kita harus mencari resistansi kaki burung dengan kabel transmisinya :

jawaban soal latihan 2

Lalu kita dapat mencari beda potensial V pada kedua kaki burung tersebut :

jawaban soal latihan 3

2. Dua kabel aluminium memiliki resistansi yang sama. Jika aluminium pertama panjangnya dua kali lipat aluminium kedua, berapakah rasio diameter aluminium pertama dengan aluminium yang kedua ?

Jawab :

Diketahui :

jawaban soal latihan 4

Untuk rumus resistansi :

jawaban soal latihan 5

Karena penampang kabel berbentuk lingkaran maka gunakan luas lingkaran :

Dan karena kita tahu bahwa r = D/2 sehingga rumus untuk resistansi akan menjadi :

jawaban soal latihan 6

Masukkan rumus untuk kedua aluminium tersebut :

jawaban soal latihan 7

Karena R1 = R2 dan bahannya sama (ρ1 = ρ2 ), maka :

jawaban soal latihan 8

3. Dengan biaya Rp. 2.000,00 per kWh, Berapa total biaya yang dibutuhkan untuk tetap menyalakan bohlam 25 Watt selama 24 jam dalam setahun ?

Jawab :

Diketahui :

jawaban soal latihan 9

Mencari energi dalam satuan Watt.hour untuk bohlam :

jawaban soal latihan 10
jawaban soal latihan 11

Konversi menjadi kWh :

jawaban soal latihan 12

Kemudian kita dapat menentukan biayanya dengan mengalikan energi dengan biaya listriknya :

jawaban soal latihan 13

Daftar Pustaka

  • Giancoli, Douglas C. 1985. Physics: Principles with Applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
  • Tipler, Paul Allen, Gene P. Mosca, Paul Allen Tipler, Paul Allen Tipler, and Paul Allen Tipler. 2003. Physics for scientists and engineers. New York: W.H. Freeman.

Baca juga:

Loading...
Loading...