Pengaruh terhadap Hambatan Jenis Bahan

Pengaruh terhadap Hambatan Jenis Bahan

Pengaruh terhadap Hambatan Jenis Bahan

Hambatan Jenis Bahan

Hambatan yang dimiliki oleh suatu bahan penghantar ternyata dapat mempengaruhi kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Hambatan yang besar pada suatu bahan menyebabkan bahan tersebut sukar mengalirkan arus listrik, sedangkan bahan yang hambatannya kecil akan lebih mudah mengalirkan arus listrik. Berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, bahan dibedakan menjadi konduktor, isolator, semi konduktor, dan super konduktor.

Hambatan Jenis Bahan
Hambatan Jenis Bahan

Hambatan Jenis Bahan

a. Konduktor Bahan konduktor adalah bahan yang mudah mengalirkan arus karena elektron-elektron di setiap atomnya tidak terikat kuat oleh inti atom sehingga mudah bergerak atau berpindah. Dengan kata lain, bahan konduktor adalah bahan yang memiliki hambatan kecil. Bahan yang termasuk konduktor di antaranya adalah besi, baja, dan tembaga.

Hambatan Jenis Bahan

b. Isolator Bahan isolator memiliki sifat yang berlawanan dengan bahan konduktor. Bahan yang termasuk isolator sangat sulit, bahkan tidak bisa mengalirkan arus listrik. Pada bahan isolator, elektron-elektron di setiap atom pada bahan isolator terikat kuat oleh inti atom sehingga sangat sukar untuk bergerak dan berpindah. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa bahan isolator memiliki hambatan yang sangat besar. Namun, pada kondisi tertentu bahan isolator dapat berubah menjadi bahan konduktor. Kondisi tersebut adalah ketika bahan isolator mendapat tegangan yang sangat tinggi. Tegangan tinggi ini akan melepaskan elektron dari ikatan dengan inti atom sehingga elektron pada bahan isolator tersebut akan menjadi mudah bergerak dan berpindah. Bahan yang tergolong isolator adalah kayu dan plastik.

Hambatan Jenis Bahan

c. Semi Konduktor Bahan semi konduktor adalah bahan-bahan yang kadang bersifat isolator dan kadang bersifat konduktor. Yang termasuk bahan ini adalah karbon, silikon, dan germanium.

Hambatan Jenis Bahan

d. Super Konduktor Bahan super konduktor adalah bahan yang sangat kuat mengalirkan arus. Ilmuwan yang pertama kali menemukan bahan ini adalah tokoh yang berasal dari Belanda yang bernama Kamerlingh Onnes pada 1991. Bahan yang beliau temukan adalah raksa dan timah.

Hambatan Jenis Bahan

Hambatan Kawat Logam

Pada suatu kawat logam, hambatan listrik yang dimilikinya ternyata dipengaruhi oleh panjang bahan (kawat), luas penampang, dan hambatan jenis bahan kawat tersebut. Hambatan jenis suatu bahan (kawat) atau resistivitas adalah suatu besaran fisika dari suatu bahan yang tergantung pada temperatur dan jenis bahan tersebut. Bahan konduktor memiliki hambatan jenis yang kecil, sebaliknya bahan isolator memiliki hambatan jenis yang besar.

Berdasarkan banyak percobaan, para ahli menyimpulkan bahwa makin panjang dan makin besar hambatan jenis kawat, maka hambatan kawat pun akan makin besar. Tetapi, hambatan kawat logam tersebut akan berkurang jika luas penampang kawat logam tersebut makin besar. Hubungan ini dipenuhi oleh persamaan: dengan: R = hambatan kawat logam (ohm) ? = hambatan jenis kawat (ohm m) ? = panjang kawat (m) A = luas penampang kawat (m2 ) R = ——– ??? A

Rangkaian Listrik

Pernahkah kamu mematikan saklar lampu, lalu lampu di seluruh ruangan tempat kamu itu padam? Mengapa itu bisa terjadi? Lalu, mengapa pula di rumah kita terdapat banyak saklar?

Ketika saklar dimatikan, maka semua lampu padam. Hal ini dikarenakan lampu-lampu itu disusun dengan rangkaian seri, seperti rangkaian yang kamu buat pada eksperimen mengukur arus listrik. Sedangkan, alasan dibuat banyaknya saklar di rumah adalah untuk menghindari terhentinya semua aliran listrik jika kamu mematikan lampu. Banyaknya saklar menunjukkan bahwa rangkaian yang digunakan adalah rangkaian paralel, seperti yang kamu buat saat mengukur beda potensial.

1. Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah penyusunan komponenkomponen listrik secara berderet. Rangkaian seri dibuat untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus memperbesar hambatan listrik. Karenanya, rangkaian seri jarang digunakan untuk merangkai komponen listrik di rumah-rumah. Jika suatu hambatan listrik dirangkai seri, maka kuat arus yang mengalir pada masing-masing hambatan akan sama besar, meskipun hambatan masing-masing komponen berbeda. Sehingga, pada rangkaian ini berlaku: a. I tot = I 1 = I 2 = I 3 = … = I n b. Vtot = V1 + V2 + V3 + … + Vn c. Karena 1) dan 2), maka berdasarkan hukum Ohm: Vtot = V1 + V2 + V3 + … + Vn Itot Rtot = I1 R1 + I 2 R2 + I3 R3 + … + I n Rn I tot Rtot = Itot R1 + I tot R2 + Itot R3 + … + I tot Rn I tot Rtot = Itot (R1 + R2 + R3 + … + Rn ) Rtot = R1 + R2 + R3 + … + Rn Jadi, untuk n buah hambatan yang disusun seri, maka hambatan penggantinya adalah Rtot= R1 + R2 + R3 + … + Rn .

Hukum I Kirchoff

Pada pembahasan rangkaian listrik telah disebutkan bahwa arus listrik yang mengalir di setiap hambatan pada rangkaian seri sama besar. Sedangkan, arus listrik pada rangkaian paralel sebanding dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatan resistornya. Hubungan antara arus yang mengalir dan rangkaian hambatan listriknya pertama kali ditemukan oleh ilmuwan fisika bernama Kirchoff. Kesimpulan dari hasil penelitiannya yang hingga sekarang dikenal sebagai Hukum Kirchoff, menyatakan bahwa kuat arus yang masuk melalui suatu penghantar sama dengan kuat arus yang keluar dari penghantar tersebut.

Ketika dihubungkan dengan alat listrik, sebuah baterai mengeluarkan arus sebesar 3 A. Jika arus yang mengalir pada R1 adalah 0,5 A, berapakah besar arus yang mengalir pada R2 dan I k 

• Arus listrik adalah aliran proton atau muatan listrik positif yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. • Gaya gerak listrik (?) adalah beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus. • Tegangan jepit (V) adalah beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik. • Hukum Ohm menyatakan bahwa: R = — atau V = IR • Resistivitas adalah besaran fisika dari suatu bahan yang tergantung pada temperatur dan jenis bahan tersebut. • Rangkaian seri dibuat untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus memperbesar hambatan listrik. • Hambatan pengganti untuk hambatan-hambatan yang disusun seri adalah: • Hambatan pengganti untuk hambatan-hambatan yang disusun paralel adalah: —— = —– + —– + —– + … + —– • Hukum Kirchoff menyatakan bahwa kuat arus yang masuk melalui suatu penghantar sama dengan kuat arus yang keluar dari penghantar tersebut. Jumlah Imasuk = Jumlah Ikeluar

Setelah kamu mempelajari tentang listrik dinamis, coba kamu jelaskan kembali konsep listrik dinamis! Manfaat apa yang kamu peroleh setelah mempelajari listrik dinamis?

1. Muatan listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah disebut …. a. beda potensial b. arus listrik c. hambatan listrik d. gaya gerak listrik 2. Peristiwa munculnya gelembunggelembung gas hidrogen pada elektroda positif (tembaga) dalam sel listrik disebut …. a. polarisasi b. depolarisasi c. polarisator d. depolarisator 3. Timah dan raksa tergolong jenis bahan …. a. isolator b. semi konduktor c. konduktor d. super konduktor 4. Sel listrik yang tidak mengalami polarisasi sehingga digunakan untuk mengukur beda potensial adalah …. a. sel volta b. sel kering c. sel Weston d. akumulator 5. Jika sebuah baterai HP dialiri arus sebesar 5 A selama 4 jam, muatan yang ada dalam baterai itu adalah …. a. 72 kC b. 36 kC c. 1200 C d. 20 C 6. Beda potensial sebuah baterai pada saat saklar tertutup adalah 6 volt dengan hambatan dalam 0,2 ohm. Jika saklar ditutup sehingga mengalir arus sebesar 10 V, beda potensial saat itu adalah …. a. 3 V c. 5 V b. 4 V d. 6 V 7. Suatu penghantar yang dihubungkan dengan sumber listrik yang beda potensialnya 9 V dapat mengalirkan arus sebesar 6 A. Hambatan penghantar tersebut adalah …. a. 0,67 ohm b. 1,5 ohm c. 3 ohm d. 54 ohm 8. Berikut ini adalah yang adalah yang mempengaruhi hambatan kawat logam, kecuali …. a. massa jenis kawat b. diameter kawat c. panjang kawat d. massa kawat 9. 4 ? 2 ? 6 ? A. Pilihlah jawaban yang paling tepat! Uji Kemampuan Suatu penghantar dirangkai seperti pada gambar di atas. Jika beda potensial yang dihubungkan pada rangkaian adalah 6 V, kuat arusnya adalah …. a. 2 A c. 0,2 A b. 1 A d. 0,1 A 10. Jumlah kuat arus yang masuk melalui satu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang keluar darinya. Pernyataan tersebut dikenal dengan nama …. a. hukum Ohm b. hukum Kirchoff d. hukum listrik c. hukum Ampere

1. Sebuah baterai mobil mainan mampu menyimpan hingga 50.000 Coulomb. Jika baterai tersebut dapat mengalirkan arus sebesar 5 A, berapa usia pakai baterai tersebut? 2. Akfen mempunyai 16 buah lampu pijar berwarna yang akan ia susun menjadi dua buah rangkaian terpisah masing-masing 8 buah lampu. Rangkaian pertama disusun secara seri dan rangkaian kedua disusun secara pararel. Jika salah satu lampu pada tiap rangkaian dipadamkan, apa yang akan terjadi pada lampu lain dari masing-masing rangkaian tersebut? Jelaskan jawabanmu! 3. Dua buah hambatan masing-masing 3 W dan 9 W dirangkai secara pararel, kemudian dirangkai kembali secara seri dengan hambatan lain sebesar 1,75 W. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang memiliki GGL 12 volt dan hambatan dalam 2 W. Tentukan: a. kuat arus yang mengalir pada tiap-tiap hambatan luar b. tegangan pada tiap-tiap hambatan luar 4. Suatu penghantar yang memiliki tiga cabang dialiri arus sebesar 40 A. Perbandingan arus yang mengalir pada cabang pertama, kedua, dan ketiga adalah 2 : 3 : 5. Hitunglah besar arus yang mengalir pada cabang ketiga! 5. Perhatikan gambar di samping! Tentukan: a. hambatan pengganti b. kuat arus yang melalui setiap hambatan c. tegangan tiap-tiap hambatan.

 

Materi Tentang Pengertian Listrik Dinamis

Materi Tentang Pengertian Listrik Dinamis

Materi Tentang Pengertian Listrik Dinamis

Pengertian Listrik Dinamis
Pengertian Listrik Dinamis

Listrik yang digunakan di rumah penduduk berasal dari pembangkit tenaga listrik. Listrik tersebut mengalir melalui sebual kabel penghantar sehingga disebut listrik dinamis. Apa yang disebut listrik dinamis? Apa saja yang dikaji dalam listrik dinamis? Ayo cermati uraian dalam bab ini agar kamu dapat menemukan jawabannya. Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapat mendeskripsikan pengertian listrik dinamis, arus listrik, beda potensial, dan hambatan listrik, mendeskripsikan cara kerja alat ukur listrik dalam suatu rangkaian, membedakan rangkaian seri dan paralel, melakukan percobaan cara mengukur arus listrik dan beda potensial, serta mendeskripsikan hubungan arus listrik dengan rangkaian hambatannya.

Coba kamu perhatikan kincir air. Ketika air menyentuh kincir, kincir akan berputar untuk menggerakkan turbin. Setelah turbin bergerak, generator akan bergerak pula dan menghasilkan arus. Begitulah cara kerja kincir air sebagai pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dan melalui proses yang panjang nantinya listrik tersebut akan disalurkan ke perumahan-perumahan penduduk. Listrik dinamis adalah kajian kelistrikan yang muatannya bergerak/mengalir. Pada pelajaran listrik dinamis ini, kamu akan mengenal istilah yang disebut dengan arus listrik, beda potensial, dan hambatan listrik. Listrik yang kini dapat dirasakan di rumah sehari-hari merupakan listrik yang muatannya bergerak. Untuk dapat memanfaatkan dan menghemat listrik yang digunakan, ikutilah pelajaran ini dengan cermat.

A. Arus Listrik

Berikut ini adalah uraian tentang pengertian arus listrik, pengukurannya, dan sumber arus listrik. Pelajarilah dengan cermat dan saksama.

1. Pengertian dan Pengukuran Arus Listrik Seperti halnya air yang mengalir karena adanya perbedaan ketinggian, muatan listrik pun dapat mengalir karena adanya suatu perbedaan, yaitu perbedaan potensial listrik. Proton dan elektron dalam suatu muatan listrik mengalir dengan arah yang berbeda. Proton yang menyebabkan listrik bermuatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Sedangkan, elektron (muatan listrik negatif) mengalir dari tempat yang potensialnya rendah ke tempat yang potensialnya tinggi. Menurutmu, apakah kedua aliran muatan ini merupakan arus listrik?

Yang disebut arus listrik hanyalah salah satu di antaranya, yaitu aliran proton atau muatan listrik positif yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Pada pelajaran sebelumnya, kamu telah mengenal arus listrik sebagai besaran pokok dengan satuan ampere (A). Untuk mengukur arus listrik ini, kita dapat menggunakan alat yang bernama amperemeter. Jarum amperemeter akan bergerak jika ada arus yang melaluinya. Adanya arus dapat dilihat dari nyala bola lampu atau kerja alat listrik lainnya. Untuk mengenal dan memahami cara kerja amperemeter, ikutilah eksperimen berikut!

Baca juga : Materi Pengertian Tentang Muatan Listrik Statis

Lakukan aktivitas ini dengan temanmu! Tujuan : Mengenal cara kerja amperemeter dan mengukur arus listrik. Alat dan bahan : Sebuah amperemeter, sebuah baterai, sebuah bola lampu kecil, dan penjepit buaya. Aktivitas Siswa Secara fisika, besar arus listrik atau disebut dengan kuat arus listrik, didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik positif yang mengalir pada suatu penghantar tiap satu satuan waktu, dapat ditulis oleh persamaan: I = — atau Q = It Q t dengan: Q = muatan listrik (Coloumb, C) I = kuat arus listrik (Ampere, A) t = waktu (sekon, s) baterai amperemeter (dipasang seri) arus listrik

Cara mengukur arus listrik Sumber: Encarta 2005 Contoh: Arus yang mengalir pada sebuah kawat tembaga dalam waktu 5 menit adalah 2 A. Hitunglah muatan listrik yang mengalir pada kawat tersebut! Penyelesaian: Diketahui : I = 2 A t = 5 menit = 300 s Ditanya : Q Jawab: Q = It = 2 ? 300 = 600 C Jadi, muatan listrik yang mengalir pada kawat tembaga tersebut adalah 600 C. Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat seperti pada Gambar 8.4! Apakah bola lampu menyala? 2. Hubungkan baterai dengan amperemeter menggunakan penjepit! Amati yang terjadi pada bola lampu dan jarum amperemeter! 3. Lepaskan salah satu ujung penjepit dari amperemeter dan amati yang terjadi! 4. Buatlah kesimpulan dari eksperimenmu!

Secara fisika, besar arus listrik atau disebut dengan kuat arus listrik, didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik positif yang mengalir pada suatu penghantar tiap satu satuan waktu, dapat ditulis oleh persamaan: I = — atau Q = It Q t dengan: Q = muatan listrik (Coloumb, C) I = kuat arus listrik (Ampere, A) t = waktu (sekon, s)

1. Berapa banyaknya elektron yang mengalir selama 1,5 menit dalam suatu kawat penghantar jika dihasilkan arus listrik 15 mA? (muatan elektron = 1,6 × 10-19 C)

2. Pada sebuah kawat penghantar listrik mengalir muatan sebesar 5 coulomb dalam waktu setengah menit. Berapa kuat arus yang mengalir melalui kawat tersebut?

2. Sumber Arus Listrik

Dalam kehidupan sehari-hari, sumber arus listrik lebih dikenal dengan istilah sel listrik atau elemen listrik. Batu baterai dan aki (accumulator) adalah jenis sel listrik yang paling banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa jenis sel listrik, di antaranya sel volta, baterai, aki, dan sel Weston. Berdasarkan kemampuannya untuk dapat diisi ulang, sel-sel ini terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel primer dan sel sekunder.

a. Sel Primer Sel primer adalah kelompok sumber arus listrik yang apabila telah habis digunakan, muatannya tidak dapat diisi kembali. Sel listrik yang termasuk sel primer adalah sel volta, baterai, dan sel Weston. 1) Sel Volta Sel volta merupakan sumber arus listrik yang pertama kali ditemukan oleh Alessandro Volta. Sel yang memiliki rangkaian paling sederhana ini pertama kali dibuat pada tahun 1800. Sel ini disusun oleh sebuah lempeng seng sebagai elektroda negatif dan sebuah lempeng tembaga sebagai elektroda positif yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat (H2 SO4 ).

Karena rangkaiannya yang sangat sederhana, beda potensial yang dihasilkan pun relatif kecil, yaitu sekitar 1 volt. Ketika kedua lempeng yang telah dicelupkan dihubungkan dengan kawat, reaksi kimia kemudian terjadi di dalamnya. Unsur seng dalam lempeng seng melarut dalam asam sehingga ion-ion positifnya akan berpindah ke dalam larutan. Akibatnya, lempeng seng akan bermuatan negatif  dan bergerak melalui kawat menuju lempengan tembaga.

Pada lempengan tembaga, elektron ditangkap oleh ion-ion positif hidrogen yang terdapat dalam larutan asam sehingga ion hidrogen berubah menjadi gas hidrogen. Setelah elemen bekerja, seng pada lempengan seng akan berkurang dan gelembung-gelembung gas hidrogen akan mengumpul pada lempeng tembaga. Gelembung-gelembung yang menempel pada lempeng tembaga akan menghalangi kontak lempeng tembaga ini dengan larutan asam sehingga akan memberhentikan reaksi kimia yang terjadi. Peristiwa mengumpulnya gelembunggelembung gas hidrogen di sekitar tembaga disebut polarisasi. Akibatnya, sel volta hanya dapat berfungsi dalam waktu yang relatif singkat dan kurang efisien untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

2) Baterai

Baterai adalah istilah sehari-hari yang digunakan untuk menyebutkan sel kering. Sumber arus listrik ini disebut sel kering karena sama sekali tidak mengandung cairan. Sel kering (dry cell) atau batu baterai terdiri atas dua elektroda sebagai kutub positif dan kutub negatif. Elektroda positif (anoda) adalah sebatang karbon yang dikelilingi campuran mangan dioksida dan serbuk karbon yang berfungsi untuk melindungi karbon dari kemungkinan terjadinya polarisasi, disebut juga sebagai depolarisator. Baterai adalah istilah sehari-hari yang digunakan untuk menyebutkan sel kering.

Sumber arus listrik ini disebut sel kering karena sama sekali tidak mengandung cairan. Sel kering (dry cell) atau batu baterai terdiri atas dua elektroda sebagai kutub positif dan kutub negatif. Elektroda positif (anoda) adalah sebatang karbon yang dikelilingi campuran mangan dioksida dan serbuk karbon yang berfungsi untuk melindungi karbon dari kemungkinan terjadinya polarisasi, disebut juga sebagai depolarisator dengan serbuk kayu atau getah yang berfungsi sebagai elektrolit. Beda potensial antara kutub-kutub sel kering adalah 1,5 V atau kelipatannya.

3) Elemen Weston

Sel Weston disusun oleh air raksa (Hg) sebagai elektroda positif dan larutan (Amalgama cadnium -1% cadnium, 89% Hg) sebagai elektroda negatif, dan larutan elektrolit berupa larutan jenuh kadnium sulfat. Sebagai depolarisator, sel Weston menggunakan campuran merkuri sulfat (HgSO4 ) dan kadnium sulfat (CdSO4 ). Beda potensial yang dihasilkan sel Weston adalah konstan karena tidak dipengaruhi oleh suhu dan tidak mengalami polarisasi. Akibatnya, sel Weston banyak digunakan untuk mengukur beda potensial.

b. Sel Sekunder Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel elektrokimia yang menjadi penyusunnya tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi meskipun telah mengeluarkan sejumlah energi melalui rangkaian-rangkaian luarnya. Agar dapat bekerja dengan baik, maka pada pertama kali sel harus dimuati terlebih dahulu dengan cara melewatkan arus listrik dari sumber lain menuju sel. Dalam kehidupan sehari-hari, sel sekunder yang sering digunakan adalah akumulator (aki).

Aki terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal dioksida yang bertindak sebagai elektroda positif dan timbal sebagai elektroda negatif. Setiap pasangan memberikan beda potensial 2 volt. Aki dirangkai seri sehingga dapat menghasilkan beda potensial yang lebih besar. Dalam sel ini, kepingan-kepingan timbal dan timbal dioksida dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat sekitar 30%. Pada saat aki digunakan, konsentrasi larutan elektrolit berkurang dan mengakibatkan tidak adanya beda potensial pada kedua elektroda. Aki membutuhkan pengisian ulang jika arus listrik tidak lagi mengalir.

Untuk mengisinya, pastikan berada dalam keadaan kosong. Arus listrik dialirkan berlawanan arah dengan arah arus listrik yang dihasilkan aki. Kapasitas aki diukur dalam satuan ampere-jam (ampere-hour disingkat Ah). Kapasitas aki 40 Ah, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1 Ampere atau selama 20 jam pada arus 2 A, dan seterusnya, sebelum aki diisi ulang. Alat yang digunakan untuk memeriksa muatan aki dinamakan hidrometer.

B. Beda Potensial

Telah disebutkan bahwa dalam suatu penghantar, arus listrik mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke tempat yang potensialnya rendah. Selisih potensial antara dua tempat dalam penghantar ini disebut dengan beda potensial. Dalam Sistem Internasional, satuan beda potensial adalah volt (V). Beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus adalah gaya gerak listrik (ggl), dinotasikan ?. Sedangkan, beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik disebut tegangan jepit, dilambangkan V. Nilai V berubah-ubah bergantung pada nilai hambatan bebannya.

Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah voltmeter. Jarum pada voltmeter akan bergerak jika digunakan untuk mengukur rangkaian listrik yang memiliki beda potensial. Besarnya beda potensial rangkaian listrik yang diukur ditunjukkan oleh jarum voltmeter. Pada rangkaian listrik yang akan diukur, voltmeter dipasang secara paralel.

C. Hambatan

Pada 1927, seorang fisikawan Jerman bernama George Simon Ohm melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil penelitiannya, Ohm membuat suatu grafik beda potensial terhadap arus listrik. Ternyata, grafik tersebut membentuk suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik pusat koordinat (0, 0). Dari grafik ini, Ohm menemukan bahwa kemiringan grafik sama dengan besar hambatan rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut. Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm, yang berbunyi: “Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut”.

 

Materi Pengertian Tentang Muatan Listrik Statis

Materi Pengertian Tentang Muatan Listrik Statis

Materi Pengertian Tentang Muatan Listrik Statis

Muatan Listrik Statis – Pelajaran listrik statis merupakan pelajaran yang membahas tentang muatan listrik yang untuk sementara diam pada suatu benda. Kajian tentang listrik statis pertama kali dilakukan oleh seorang matematikawan Yunani kuno bernama Thales of Miletus (625-574 SM). Ia menggosokkan batu ambar pada kain wol dan mendekatkannya pada benda ringan, seperti bulu ayam. Saat itu, bulu ayam tersebut terbang dan menempel pada batu ambar. Dari kata batu ambar inilah istilah listrik berasal. Listrik (electricity) diambil dari kata elektron, yang dalam bahasa Yunani berarti batu ambar.

Muatan Listrik Statis

Muatan Listrik Statis
Muatan Listrik Statis

Muatan Listrik Statis

A. Muatan Listrik

Atom sebagai unsur penyusun zat pada dasarnya tersusun dari partikel-partikel yang sangat kecil, disebut partikel subatom. Terdapat tiga jenis partikel subatom yang penting dan perlu kita kenali, yaitu proton, neutron, dan elektron. Subpartikel atom yang memiliki sifat sama, yaitu proton dan elektron, kemudian disebut sebagai muatan listrik. Muatan listrik ibarat udara yang tidak bisa dilihat, tetapi bisa dirasakan. Akibatnya, penelitian mengenai muatan listrik hanya bisa dilakukan berdasarkan efek reaksi yang diberikannya. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik disebut elektroskop.

Muatan Listrik Statis

Besar muatan listrik proton dan elektron adalah sama, tetapi jenisnya berbeda. Muatan listrik ini pertama kali ditemukan oleh Benjamin Franklin. Ia kemudian memberikan tanda (+) atau (-) pada muatan listrik yang tak mengandung arti fisis. Jenis muatan listrik proton adalah positif (+), neutron adalah netral, dan elektron adalah (-). Untuk dapat mengamati efek dari muatan listrik, lakukanlah kegiatan berikut.

Muatan Listrik Statis

Apabila kegiatan pada Aktivitas

Muatan Listrik Statis – Siswa dilakukan dengan benar, kamu dapat mengamati bahwa ketika sisir plastik didekatkan pada sobekan kertas, sobekan kertas akan menempel pada sisir plastik yang telah digosok-gosokkan pada kain wol, tetapi tidak menempel pada sisir plastik yang belum digosokkan. Sebelum sisir plastik digosokkan, muatan listrik pada sisir tersebut berada dalam keadaan seimbang. Saat digosokkan, terjadi perpindahan muatan listrik dari kain wol ke sisir. Muatan listrik yang berpindah adalah elektron. Dengan demikian, sisir plastik tersebut bermuatan negatif (-) sehingga dapat menarik sobekan kertas untuk menempel padanya.

Muatan Listrik Statis

1. Sifat-Sifat Muatan Listrik Sifat-sifat yang dimiliki muatan listrik adalah: a) Muatan listrik yang sejenis (negatif dengan negatif atau positif dengan positif) jika didekatkan akan saling tolakmenolak. b) Muatan listrik yang tidak sejenis (negatif dengan positif) jika didekatkan akan saling tarik-menarik. Untuk memahami sifat-sifat dari muatan listrik ini, lakukanlah kegiatan berikut.

Muatan Listrik Statis – Pada kegiatan tersebut, mistar plastik yang telah digosokkan akan bermuatan negatif, sedangkan batang kaca yang telah digosokkan akan bermuatan positif. Saat dua buah mistar plastik atau batang kaca saling didekatkan, keduanya saling tolak-menolak. Namun, saat kita mendekatkan satu batang kaca pada mistar yang muatan listriknya berbeda, keduanya akan saling tarik-menarik.

2. Pemuatan Listrik Terdapat tiga cara untuk proses pemuatan listrik, yaitu menggosok, induksi, dan arus listrik. Untuk lebih memahami ketiganya.

3. Elektroskop Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik pada suatu benda. Salah satu jenis elektroskop yang sering digunakan adalah elektroskop daun. Bagian penting elektroskop daun adalah sebuah tangkai logam dari bagian logam kuningan dengan ujung bawah berbentuk pipih. Pada ujung ini ditempatkan dua helai logam sangat tipis yang terbuat dari bahan aluminium atau emas, biasa disebut dengan bagian daun. Ujung atas berbentuk cakram atau bola yang berfungsi sebagai penghantar muatan dan kotak kaca.

B. Hukum Coloumb Hukum Coloumb adalah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masingmasing muatan listrik. Nama Coloumb diambil dari nama fisikawan yang pertama kali mengamati gaya tarik-menarik atau tolak-menolak benda bermuatan listrik, yaitu Charles Augustin de Coloumb (1736-1804). Dalam pengamatannya, ia melakukan percobaan menggunakan alat yang bernama neraca puntir. Berdasarkan percobaan ini, Coloumb mengemukakan suatu aturan atau hukum yang berbunyi: “Gaya listrik (tarik-menarik atau tolak-menolak) antara dua muatan sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik.” Secara matematis, Hukum Coloumb dapat ditulis dalam persamaan:

F ? ———— ? F = k ———— atau F = ———— ? ———— Q1 Q2 r2 Q1 Q2 r2 1 4??0 dengan: F = gaya Coloumb (Newton = N) Q1 ,Q2 = muatan listrik benda 1 dan 2 (Coloumb = C) r = jarak antara dua muatan listrik (m) k = konstanta pembanding = konstanta gaya Coloumb = 9 × 109 Nm2 C-2 ?0 = permitivitas ruang hampa = 8,854 × 10-12 C2 N-1m-2 Pada umumnya, nilai permitivitas (?) medium selain udara atau ruang hampa atau zat lainnya, lebih besar daripada permitivitas ruang hampa (?0 ), dinotasikan ? > ?0 . Perbandingan antara ? dan ?0 disebut konstanta dielektrik suatu zat dan diberi lambang k. Jadi, k = — dan gaya

C. Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-Hari

Listrik statis yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari ada yang terjadi secara alami, ada pula yang buatan. Munculnya petir ketika hujan merupakan salah satu bukti keberadaan listrik statis yang muncul secara alami, tanpa ada campur tangan manusia secara langsung. Sedangkan, listrik statis yang terjadi secara buatan di antaranya listrik yang digunakan dalam proses pengecatan mobil dan pada mesin fotokopi.

1. Petir

Petir merupakan peristiwa lepasnya muatan listrik statis yang terjadi secara dramatik dan alamiah. Peristiwa ini akibat dari keluarnya muatan-muatan listrik dari benda, dalam hal ini adalah awan. Pelepasan listrik statis kadangkadang terjadi secara perlahan dan tenang. Namun, sesekali berlangsung cepat disertai percikan cahaya atau suatu bunyi ledakan. Percikan cahaya yang muncul ini disebut dengan kilat.

Petir terjadi akibat adanya dua awan bermuatan listrik sangat besar dan berbeda jenis yang bergerak saling mendekati. Lalu, bagaimana awan dapat memiliki muatan listrik yang sangat besar? Pada awan hitam yang merupakan gumpalan air hujan, berhembus angin yang sangat kencang. Akibatnya, partikel-partikel di dalam awan yang bercampur debu, garam dari lautan, dan lain-lain, saling bertabrakan. Tabrakan ini menyebabkan lepasnya elektron dari partikelpartikel tersebut.

Partikel yang kehilangan elektron bermuatan positif dan yang mendapat tambahan elektron bermuatan negatif. Akibatnya, awan yang memuat partikel tersebut akan menyimpan muatan listrik yang sangat besar. Muatan listrik negatif turun ke bagian dasar awan dan muatan positif naik ke bagian atas. Ketika awan melewati sebuah bangunan, terutama yang tinggi, bagian bawah awan yang merupakan tempat terkumpulnya muatan negatif menginduksi bagian atas bangunan sehingga menyebabkan bagian atas bangunan ini bermuatan positif dan muatan negatif bangunan dipaksa turun ke bagian bawah bangunan. Karena muatan pada kedua benda ini berlainan jenis berdasarkan sifat muatan, maka masing-masing muatan akan saling menarik satu sama lain. Saat itu, elektron melompat ke bagian atas bangunan dan menimbulkan kilat dengan energi panas yang sangat besar dan seringkali disertai bunyi menggelegar yang disebut petir.

Selain bangunan, benda lain yang ada dan menjulang tinggi di permukaan bumi akan mengalami peristiwa yang sama. Benda yang terinduksi awan hingga menyebabkan timbulnya loncatan bunga api listrik (kilat) biasa disebut sebagai benda yang terkena sambaran petir. Untuk menghindari bahaya yang diakibatkan oleh sambaran petir, Benjamin Franklin, orang pertama yang mengamati bahwa petir tak lain adalah listrik statis membuat alat yang ditujukan sebagai penangkal petir. Ia mengusulkan untuk menggunakan batang logam runcing yang ditaruh di atas benda yang akan dihindarkan dari petir, biasanya benda yang berupa bangunan, seperti gedung.

Alat penangkal petir terdiri atas batang logam runcing yang disimpan di atap bangunan, lempeng logam tembaga yang tertanam dalam tanah sekitar kedalaman 2 meter, dan kawat penghantar sebagai penghubung batang logam dan lempeng tembaga. Bagian ujung penangkal terbuat dari logam yang merupakan konduktor. Aliran ion positif dari logam yang runcing ini menuju ke awan sehingga dapat mengurangi muatan listrik induksi pada atap bangunan dan menetralkan beberapa muatan listrik negatif pada awan. Ini dapat mengurangi kesempatan atap gedung tersambar petir. Jika petir masih menyambar, kawat penghantar pada alat ini menjadi jalan untuk elektron-elektron bergerak menuju ke dalam tanah tanpa merusak bangunan.

Baca juga : Listrik Sederhana Energi Angin

2. Pengecatan Mobil

Di negara kita, saat ini motor dan mobil tak lagi menjadi barang istimewa. Setiap harinya ribuan kendaraan melintas di jalan. Untuk memperoleh mobil dengan warna yang diinginkan, pengecatan pun dilakukan. Pengecatan mobil dengan menggunakan penyemprotan cat elektrostatis banyak digunakan untuk memperoleh hasil yang maksimal. Pada proses ini, butiran cat yang berupa aerosol akan bermuatan listrik ketika bergesekan dengan mulut penyemprot. Butiran-butiran cat ini akan ditarik menuju badan mobil yang ditanahkan selama penyemprotan. Hasilnya dijamin pengecatan akan sampai pada bagian yang paling sukar dicapai apabila digunakan metode pengecatan yang biasa.

3. Mesin Fotokopi

Selain memanfaatkan konsep listrik statis, pada mesin fotokopi juga dimanfaatkan konsep optik. Proses fotokopi ini menggunakan sifat unik dari logam selenium. Sebagai konduktor foto, selenium akan menjadi konduktor jika dikenai cahaya dan menjadi isolator jika berada dalam keadaan gelap. Langkah-langkah utama dalam mesin fotokopi adalah:

1) Permukaan drum mesin yang dilapisi logam selenium yang tipis diberi muatan positif dengan cara diputas di dekat kawat yang bermuatan tinggi. 2) Proses pembentukan suatu pola muatan yang merupakan pola cetakan dari halaman asli. 3) Bubuk tinta (toner) yang bermuatan negatif ditaburkan pada permukaan drum fotokonduktif. 4) Pemindahan toner ke kertas, diperoleh hasil fotokopi. 5) Setelah kertas difotokopi, perlahan-lahan permukaan drum itu kembali netral.