Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik

Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik

Medan Magnet di Sekitar Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik
Sumber Arus Listrik

Sumber Arus Listrik

Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik

Sumber Arus Listrik – Di sekitar kawat yang dialiri arus listrik terdapat medan magnet. Hal ini ditemukan oleh Hans Cristian Oersted berdasarkan hasil percobaannya.

1. Percobaan Oersted Berdasarkan namanya, percobaan ini dilakukan oleh seorang fisikawan bernama Hans Cristian Oersted (1777- 1851). Percobaan yang dilakukan pada 1819 ini berhasil menunjukkan bahwa terdapat medan magnet di sekitar kawat yang berarus listrik.

Pada percobaannya, Oersted membuat kesimpulan sebagai berikut:

a) Di sekitar kawat (penghantar) yang dialiri arus listrik terdapat atau timbul medan magnet.

b) Arah gaya magnet yang menyimpangkan jarum kompas bergantung pada arah arus listrik yang mengalir dalam penghantar.

c) Besarnya medan magnet di sekitar kawat berarus listrik bergantung pada kuat arus listrik dan jaraknya terhadap kawat.

Untuk dapat lebih memahami percobaan Oersted, ikutilah kegiatan berikut ini.

Tujuan : Mengamati keberadaan medan magnet di sekitar arus listrik. Alat dan bahan : Sebuah batu baterai, kabel penghubung secukupnya, kawat penghantar yang panjang, dan sebuah kompas. Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat dan bahan yang telah kamu sediakan seperti pada Gambar 10.8.

2. Dalam keadaan saklar yang masih terbuka, letakkan penghantar sedikit di atas jarum kompas dengan arah memanjang, sejajar dengan arah jarum kompas. Perhatikan kedudukan jarum kompas tersebut!

3. Alirkan arus pada penghantar dengan menutup saklar, lalu perhatikan apa yang terjadi pada jarum kompas.

4. Buka saklar, lalu balikkan arah arus dengan cara menukar kutub baterai.

5. Tutup kembali saklar agar mengalir pada arah yang diharapkan. Perhatikan apa yang terjadi pada jarum kompas.

6. Bandingkan hasil langkah 2, 3, dan 4, kemudian buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Untuk menunjukkan arah medan magnet di sekitar kawat lurus berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kananmu. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan arah arus, sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnet. Kaidah tangan kanan pun dapat digunakan untuk menentukan arah medan magnet pada kawat melingkar berarus listrik. Berbeda dengan kaidah tangan kanan yang berlaku pada kawat lurus, pada kawat melingkar yang berarus ini ibu jari menunjukkan arah medan magnet sementara keempat jari yang lain menunjukkan arah arus listrik.

Untuk membuat medan magnet yang lebih kuat di sekitar arus listrik, dapat dibuat lilitan kawat membentuk kumparan. Kumparan yang seperti ini disebut solenoida. Solenoida memiliki sifat yang sama dengan magnet batang, yaitu mempunyai kutub utara dan kutub selatan. Jika kita menggenggam solenoida dengan tangan kanan, maka ibu jari akan mengarah pada ujung yang merupakan kutub utara dan keempat jari lain menunjukkan arah arus listrik. Dengan demikian, kita telah menerapkan kaidah tangan kanan untuk menentukan arah arus dan medan magnet yang terjadi.

2. Elektromagnet

Elektromagnet adalah kumparan berarus listrik yang disisipi inti besi sehingga menghasilkan sebuah medan magnet yang kuat. Untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan, dapat dilakukan beberapa cara berikut ini:

a) Menyisipkan kumparan dengan inti besi yang lebih bersifat magnetik.

b) Memperbanyak lilitan kumparan.

c) Memperbesar arus listrik.

Prinsip elektromagnetik digunakan untuk menarik logam yang berat dan sebagai dasar kerja dari peralatan listrik, seperti bel listrik, relai, dan pesawat telepon.

3. Gaya yang Dialami Penghantar Berarus dalam Medan Magnet Gaya yang muncul akibat adanya arus listrik pada penghantar di dalam medan magnet disebut gaya Lorenz atau gaya magnet. Untuk lebih memahami adanya gaya magnet ini, ikutilah kegiatan berikut ini.

Tujuan : Mengamati gaya magnet pada kawat berarus listrik. Alat dan bahan : Pita/kertas aluminium (aluminium foil) satu lembar, magnet U yang kuat, saklar, dan batu baterai.

Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat dan bahan yang telah kamu sediakan seperti pada Gambar 10.12. 2. Rentangkan selembar aluminium foil di antara kutub utara dan kutub selatan magnet U. 3. Hubungkan ujung-ujung lembaran aluminium foil ke baterai melalui saklar, lalu tutuplah saklar. Amati apa yang terjadi pada pita aluminium. 4. Buatlah kesimpulan dari hasil kegiatan yang telah kamu ikuti.

Dengan menggunakan kaidah tangan kanan, kita dapat menentukan arah dari gaya magnet ini. Bila tangan kanan terbuka dengan ibu jari menunjukkan arah arus I dan keempat jari lain yang dirapatkan menunjukkan arah garis gaya B, arah gaya magnet F adalah ke atas, tegak lurus terhadap permukaan tangan kanan.

Besar gaya magnet ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:

1) Besarnya kuat arus yang dialirkan pada kawat. 2) Kuatnya medan magnet di sekitar kawat. 3) Panjang kawat penghantar. 4) Arah garis gaya magnet terhadap arus. Prinsip gaya magnet ini menjadi inspirasi dari pembuatan alat-alat listrik seperti motor listrik, alat ukur listrik, dan kipas angin. Pada pembelajaran kali ini akan dibahas hanya dua alat, yaitu motor listrik dan alat ukur listrik.

a. Motor Listrik Motor listrik adalah bagian yang bergerak pada beberapa jenis alat listrik, seperti pada hair dryer, bor listrik, dan yang paling mudah dijumpai adalah tape recorder. Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Alat ini bekerja dengan memanfaatkan adanya perputaran kumparan berarus listrik di sekitar medan magnet. Pada motor listrik, arah arus listrik selalu melalui medan magnet dalam arah yang sama sehingga kumparan dapat terus berputar. Untuk menghindari tersendatnya putaran kumparan, biasanya digunakan kumparan dengan jumlah lebih dari satu.

b. Alat Ukur Listrik Selama mempelajari fisika, tentunya kamu tidak asing dengan istilah voltmeter, galvanometer, dan amperemeter. Alat ukur listrik inilah yang memanfaatkan prinsip kerja elektromagnet. Bagian utama dari alat-alat ini adalah inti besi lunak berbentuk silinder yang statik (tidak dapat berputar). Pada inti besi ini dililitkan kawat sehingga membentuk kumparan yang kemudian diletakkan di antara pasangan kutub sebuah magnet permanen. Besarnya arus/tegangan listrik yang mengalir melalui kumparan dinyatakan oleh sebuah jarum yang menunjukkan skala tertentu.

Induksi Elektromagnetik

Induksi elektromagnetik adalah proses pembuatan arus listrik dengan cara mendekatkan sumber listrik pada sebuah magnet.

1. Proses Terjadinya Induksi Elektromagnetik Induksi elektromgnetik pertama kali diteliti oleh Michael Faraday (Inggris) dan Joseph Henry (Amerika). Dari percobaan yang dilakukan secara terpisah pada tahun 1831 oleh dua ilmuwan tersebut, diperoleh kesimpulan bahwa bahwa arus listrik dapat dimunculkan dari sebuah magnet dengan cara menggerak-gerakkan sebuah kawat pada medan magnetnya atau dengan cara memasukkan dan mengeluarkan magnet ke dalam suatu kumparan kawat.

Dengan menggunakan alat seperti pada Gambar 10.14, Faraday mulai melakukan percobaannya untuk mengamati induksi elektromagnetik. Sebelum magnet digerakkan, ia tidak melihat adanya arus yang melalui amperemeter. Kemudian ia menggerakkan magnetnya dan jarum amperemeter pun mulai bergerak. Berdasarkan peristiwa ini ia menyimpulkan bahwa gerakan magnet yang dilakukan telah menghasilkan arus yang arahnya bergantung pada arah gerakan magnet. Setelah itu, Faraday menukar benda yang digerakkan. Ia mencoba menggerakkan kawat melingkar dan memegang sebuah magnet di tengah-tengah lingkaran tersebut. Pada percobaan ini pun Faraday menemukan bahwa arus kembali diinduksi karena jarum amperemeter bergerak.

potensial atau tegangan antara ujung-ujung kumparan yang diinduksi. Tegangan yang demikian disebut dengan tegangan induksi. Dalam percobaan Faraday, ia menemukan bahwa besarnya tegangan induksi ini bergantung pada tiga faktor lain, yaitu: a) Jumlah lititan kumparan. Makin banyak lilitan kumparan, makin besar tegangan induksi yang dihasilkan. b) Kecepatan gerakan magnet. Makin cepat gerakan magnet, makin besar pula tegangan induksi yang dihasilkan. c) Jumlah garis gaya magnet. Makin banyak garis gaya magnet, makin besar tegangan induksi yang dihasilkan.

Jika magnet pada kumparan tersebut terus digerakkan, maka arus yang melewati kumparan akan berubah-ubah arah sesuai dengan gerakan magnetnya. Arus yang demikian disebut dengan arus bolak-balik (AC = alternating curent). Beberapa alat yang menggunakan prinsip kerja hasil percobaan Faraday, di antaranya adalah generator dan transformator. 2. Generator Tentunya kita tidak asing lagi dengan istilah generator. Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Untuk mengenal bentuk nyata dari generator, akan lebih mudah jika kita mengunjungi wilayah pembangkit listrik karena di sana generator banyak digunakan. Terdapat dua jenis generator, yaitu generator arus bolak-balik dan generator arus searah.

Pada generator arus bolak-balik, kumparan yang diletakkan pada batang diputar dalam medan magnet yang diam sehingga menghasilkan tegangan induksi. Melalui sikat-sikat karbon yang dihubungkan dengan cincin-cincin generator, tegangan yang dihasilkan dapat menyalakan sebuah lampu. Generator ini dinamakan generator arus bolak-balik karena arah arus induksi berlawanan dengan arah putaran kumparan. Bagian generator yang berputar disebut rotor, sedangkan bagian yang diam disebut stator. Pada dasarnya, prinsip kerja generator arus bolak-balik dan generator arus searah adalah sama. Hanya saja pada generator arus searah, cincin yang digunakan adalah cincin belah. Cincin ini bekerja sebagai komutator yang mengubah arus listrik yang dikeluarkan generator. Dengan demikian, arus listrik yang awalnya merupakan arus bolak-balik pada kumparan, dalam rangkaian di luar kumparan menjadi arus searah.

Dapat dilakukan beberapa cara untuk memperbesar tegangan dan arus induksi, yaitu:

1) Mempercepat putaran rotor.

2) Memperbanyak lilitan pada kumparan.

3) Menggunakkan magnet yang lebih kuat.

4) Memasukkan inti besi lunak ke dalam kumparan. Dalam kehidupan sehari-hari, generator arus bolakbalik ini dapat kita temukan pada sepeda yang berlampu.

Untuk menyalakan lampu tersebut, generator dipasang pada roda. Kayuhan yang dilakukan telah mengubah energi dalam tubuhmu menjadi energi mekanis pada gerak roda. Gerak roda ini kemudian menghasilkan tegangan listrik yang dapat menyalakan lampu. Sedangkan, generator arus searah dapat kita jumpai pada alat-alat pemanas.

Listrik yang kita gunakan sehari-hari berasal dari PLN merupakan listrik yang berasal dari generator arus bolakbalik. Generator ini menghasilkan arus yang sangat besar sehingga susunannya lebih rumit daripada generator serupa yang digunakan untuk menyalakan lampu sepeda. Pada generator ini, energi mekanis diperoleh dari gerakan benda yang disebut turbin. Turbin adalah roda besar yang diputar oleh dorongan air, angin, atau uap, bahkan nuklir. Secara umum, cara menghasilkan arus induksi pada generator ini hampir sama dengan generator sederhana. Hanya saja, arus induksi yang dihasilkan akan diproses terlebih dahulu sebelum akhirnya sampai ke rumah-rumah untuk digunakan. Salah satu alat yang digunakan pada proses ini adalah transformator.

3. Transformator

Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik. Alat ini terdiri dari dua buah kumparan. Arus pada salah satu kumparan akan menghasilkan medan magnet yang akan menginduksi arus pada kumparan lain. Kumparan yang pertama disebut kumparan primer, sementara kumparan yang kedua, yaitu kumparan yang menghasilkan arus induksi disebut kumparan sekunder.

a. Jenis-Jenis Transformator Berdasarkan fungsinya, transformator dikelompokkan menjadi dua, yaitu transformator step-up dan transformator step-down.

1) Transformator step-up Transformator step-up adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menaikkan tegangan induksi. Pada transformator ini, jumlah lilitan pada kumparan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan kumparan sekunder (ingat bahwa tegangan induksi sebanding dengan jumlah lilitan) sehingga arus induksi yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan lebih besar daripada arus pada kumparan primer. Dengan demikian, tegangan induksi pun akan naik. Transformator ini digunakan pada televisi untuk menaikkan tegangan 220 V menjadi 20.000 V.

2) Transformator step-down Transformator step-down adalah jenis transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan induksi. Sesuai tujuannya, jumlah lilitan kumparan sekunder pada transformator ini dibuat lebih sedikit daripada jumlah lilitan pada kumparan primer. Transformator ini banyak digunakan pada radio, tape recorder, dan komputer Secara bersamaan, kedua transformator ini digunakan pada penyaluran listrik dari pembangkit listrik menuju pelanggan. Pembangkit listrik yang biasanya terletak cukup jauh dari tempat pelanggan, dapat kehilangan energi yang cukup banyak pada proses penyalurannya. Faktor utama penyebabnya adalah tegangan dan arus yang dihasilkan generator relatif kecil.

Untuk itu, dalam jarak yang cukup dekat dari sumber pembangkit listrik, digunakan transformator step-up sehingga tegangan akan membesar dan energi yang hilang selama penyaluran listrik akan lebih kecil. Sebelum sampai ke pelanggan, tegangan tinggi yang berbahaya ini kemudian diturunkan lagi menggunakan transformator step-down yang biasa tersimpan pada tiang listrik di dekat rumah pelanggan. Selain dapat meminimalisir kehilangan energi, pemanfaatan transformator ini pun berfungsi untuk menjaga keamanan dan keselamatan pelanggan dari bahaya tegangan tinggi.

b. Efisiensi Transformator Ketika kita menggunakan transformator, kita akan merasakan panas di sekitar transformator tersebut. Panas yang timbul pada transformator ini merupakan energi yang dihasilkan oleh inti besi dan kumparan yang telah mengubah sebagian energi listrik yang dihasilkan menjadi energi panas. Akibatnya, jumlah energi listrik yang dihasilkan kumparan primer ketika dipindahkan ke kumparan sekunder akan berkurang. Kondisi ini merugikan karena telah mengurangi hasil kerja transformator tersebut. Kerugian ini dapat dihitung dari selisih daya pada kumparan primer dengan kumparan sekunder.

Baca juga : Produk Pembangkit Listrik Sederhana

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.