Transcript Arus dan Hambatan_AhmadFirdaus

Arus dan Hambatan
Oleh:
Ahmad Firdaus 201221049
Rakhmat Andriyani 201221034
Arus Listrik
• Adalah arus elektron dari satu atom ke
atom disebelahnya
• 1 ampere adalah perpindahan elektron
sebanyak 6.24 x 1018 yang melewati
satu titik pada setiap detiknya.
• Simbol= I, dan simbol satuan arus
listrik = A
Arus Listrik
Gambar ini menunjukkan perpindahan
elektron melalui konduktor karena
pengaruh gaya luarnya yang ditimbulkan
oleh batterai
Arah Arus
• Pada rangkaian listrik elektron mengalir dari negatif
ke positif
• Pada saat awal dilakukan percobaan-percobaan listrik
muncul asumsi bahwa arus listrik mengalir dari kutub
positif ke kutub negatif.
• Arus listrik bisa saja dianggap benar untuk kedua
pendapat di atas, tetapi kita membutuhkan sebutan
sendiri-sendiri untuk membedakan.
• Untuk itu kita menyebutnya sebagai Electron Current
Flow (Aliran Arus Listrik) dan Conventional Current
Flow (Aliran Arus Konvensional).
Jenis-jenis Arus
• Arus Searah (Direct Current / DC):
perpindahan Elektron dalam satu arah
saja.
• Arus Bolak-balik (Alternating Current /
AC): perpindahan elektrok dengan arah
tertentu, kemudian kembali ke arah
sebaliknya.
Efek Arus Listrik
Setiap kali terdapat arus listrik pasti timbul panas dan
medan magnet. Selain itu kadang juga timbul 2 efek
lain, yaitu efek kimia dan fisiologis
• Efek Panas: Arus listrin menimbulkan panas.
Kegunaan praktis: radiator listrik, ketel, pelindung
rangkaian
• Efek Magnet: Layaknya panas, efek magnet juga
selalu timbul setiap kali ada arus listrik. Kegunaan
praktis: motor listrik, generator, transformator
Arus Dan Rapat Arus
• Sebuah arus listrik i dihasilkan jika
sebuah muatan netto q melewati suatu
penampang penghantar selama waktu t,
maka arus (dianggap konstan) adalah:
𝑖 =
Dimana:
Satuan arus adalah Ampere (A)
Coloumb untuk muatan q, dan
Detik untuk satuan waktu (t)
𝑞
𝑡
Arus dan Rapat Arus
• Jika banyaknya mautan yang mengalir per
satuan waktu tidak konstan maka arus akan
berubah dengan waktu dan diberikan oleh
limit diferensial dari persamaan di atas, atau:
𝑑𝑞
𝑖=
𝑑𝑡
Besarnya rapat arus didefinisikan sebagai:
𝑖
𝑗=
𝐴
; 𝐴 = 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑃𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔
Contoh Soal 1
• Berapa banyak electron yang mengalir melewati
sebuah bola lampu setiap detiknya, jika arus yang
melewati lampu tersebut sebesar 0.75A.
Diketahui: I=0.75A; t=1 detik
Ditanya: e?
Jawab: Muatan yang mengalir melewati bola lampu tersebut dalam
1 detik =
𝒒 = 𝑰 . 𝒕 = 𝟎. 𝟕𝟓 𝑨 𝟏, 𝟎 𝒅𝒆𝒕𝒊𝒌 = 𝟎, 𝟕𝟓𝑪
Besar muatan pd masing-masing electron adalah: e=1.6 x 10-19 C,
maka:
𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛
0.75 𝐶
𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ =
=
= 4.7 𝑥 1018
−19
𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑜𝑛
1.6 𝑥 10
Hukum Ohm:
Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas.
• Hambatan: Sebuat kawat atau benda
lain adalah ukuran beda potensial (V)
yang harus terpasang antara benda
tersebut sehingga arus sebesar 1
Ampere dapat mengalir melewatinya.
• Simbol kuantitas untuk tahanan adalah:
R. Simbol satuannya: Ω (Omega
Yunani) digunakan 1 Ω = 1 V/A
Hukum Ohm:
Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas.
• Hukum Ohm mendefinisikan tentang
hubungan antara arus, tahanan dan beda
tegangan pada rangkaian listrik
• Dinyatakan secara matematis:
𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛
𝐴𝑟𝑢𝑠 =
𝑇𝑎ℎ𝑎𝑛
𝑉
𝐼=
𝑅
Hukum Ohm:
Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas.
• Persamaan pada Hukum Ohm akan
mudah diingat-ingat dan diterapkan
secara efektif jika anda mengetahui
lingkaran hukum Ohm. Untk mencari
V, I atau R jika dua nilai komponennya
sudah diketahui, tutupi komponen yang
belum diketahui pada lingkaran berikut
ini
Hukum Ohm:
Hambatan, Resistivitas dan Konduktivitas.
V
I R
• 𝑉 = 𝐼. 𝑅
𝐼=𝑉 𝑅
𝑅=𝑉 𝐼
Percobaan 1
• Sebuah rangkain memiliki tahanan sebesar 10 dan
disambungkan dengan sumber tegangan (baterai)
10VDC. Tentukan besarnya arus yang mengalir pada
rangkaian tersebut.
Percobaan 2
• Dengan rangkaian serupa namun sumber tegangan
(baterai) dinaikkan dari 10V menjadi 20V.
Tentukan arus listriknya:
Pada rangkaian ini aliran arus listrik yang mengalir adalah 2
Ampere
Percobaan 3
• Sekali lagi dengan rangkaian serupa, jika sumber
tegangan (batteri) dikurangi dari 10 Volt menjadi
setengahnya, hitunglah arus listrik yang mengalir.
Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 0.5 Ampere
Kesimpulan percobaan 1,2 dan 3
• Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan
dinaikkan maka arusnya juga akan naik . Dan
• Untuk nilai hambatan tetap, jika tegangan
diturunkan maka arusnya juga akan turun.
Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa:
Arus listrik berbanding lurus dengan
tegangan
Percobaan 4
• Sekarang tegangannya tetap sama tetapi nilai
hambatannya. Pada percobaan ini, tegangannya tetap
konstan pada 10V, sementara nilai hambatannya
diubah dari 10 Ω (percobaan 1) menjadi 5 Ω.
Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah: 2 Ampere
Kesimpulan percobaan 4
• Untuk nilai tegangan tetap, pengurangan nilai
hambatan akan menambah nilai arus listriknya.
• Untuk nilai tegangan tetap, penambahan nilai
hambatan akan mengurangi nilai arus listriknya.
Dengan kata lain dapat disimpulkan bahwa:
Arus listrik berbanding terbalik dengan nilai
hambatan
Contoh Soal 2
• Sebuah bola lampu senter kecil menarik 300mA dari
baterai 1.5V.
a. Berapa hambatan bola lampu tersebut?
b. Jika tegangan turun sampai 1,2V, bagaimana arus
akan berubah ?
Diketahui: I=300mA = 0.3A ; V=1,5V
Ditanya: a. R ? b. I ? Jika V menjadi 1,2V
Jawab:
V 1.5
R 
 5ohms
I 0.3
Contoh Soal 2
Jika V menjadi 1.2 dengan hambatan =
5ohms maka arus akan berubah sbb:
V 1.2
I 
 0.24 A  240mA
R
5
Resistivitas Bahan
• Didefiniskan dari
𝐸
𝜌=
𝑗
Satuan SI dari 𝜌 𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎ℎ Ωm
Dimana:
E=Kuat Medan
J= Rapat Arus
Konduktivitas bahan
• Adalah kebalikan dari resistivitas,
diberikan oleh:
1
𝜎=
𝜌
Satuan SI dari 𝜎 adalah (Ωm)-1
Dimana
𝜌 = Resistivitas bahan
Dari hubungan:
V
E
l
dan
i
j
A
Maka kita dapat menuliskan resistivitas 𝜌 sebagai:
V
E
V A
A
l
 

R
i
j
i l
l
A
Dan V/I adalah hambatan R yang dapat dinyatakan
sebagai:
Daya Listrik
• Energi yang diubah bila muatan q bergerak melintasi
beda potensial sebesar V adalah qV, maka daya P
diberikan oleh:
energi _ yang _ diubah qV
P  daya 

waktu
t
• Muatan yang mengalir per detik, q/t merupakan arus
listrik, I . Dengan demikian kita dapatkan:
P  I V
• Satuan SI daya listrik adalah Watt (1W=1J/det)
• Dengan menggunakan hukum Ohm
(V=IR), akan didapatkan:
P  I V
P  I ( I  R)  I 2 R
V
V2
P  ( ) V 
R
R
Contoh Soal 3
• Dengan menggunakan nilai yang
terdapat pada gambar di bawah ini,
hitunglah:
– Daya yang terpakai oleh tiap komponen
– Total daya yang hilang pada rangkaian
Contoh Soal 3
• Jawab:
a. Daya individual
(i)
PR1 = VxI
= 10 x 3
= 30W
(ii) PR2= VxI
=4x3
= 12W
(iii) PR3= VxI
=6x3
= 18W
b.
Total daya
(i)
PT1 = PR1+PR2+PR3
= 30 + 12 + 18
= 60W
(ii) PT dgn cara lain:
PT = VT x IT
= 20 x 3
= 60
Contoh Soal 4
Sebuah pemanas listrik dengan hambatan 8ohms membutuhkan 15
A dari kawat utamanya. Dengan laju berapakah energi termal
terjadi, dalam W? Berapakah biaya operasional pemanas selama 4
jam jika biaya per jam adalah 10 sen/kW jam?
Diketahui: I = 15A ; R= 8 Ohms ; t=4 jam = 7200 detik. Biaya per
kW jam = 10 sen
Ditanya: Energi termal (W) ? Dan Biaya selama 4 jam.
Jawab:
W  I 2 R  (15 A) 2 (8)  1800W  1,8kW
Biaya  (1,8kW )  (4 jam)  (10sen / kW  jam)  72sen
TERIMA KASIH