Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari, Mari Belajar Bersama!

Halo, sobat pintar semuanya? Tetap semangat kan dalam mengikuti pembelajaran hari ini? Karena pada kesempatan kali ini, semua pembahasan yang berkaitan dengan topik listrik dinamis dalam kehidupan sehari-hari akan dibahas secara satu per satu dengan detail. Jadi, tunggu apalagi? Ayo langsung siapkan diri kamu untuk mulai membaca ringkasannya secara seksama dalam artikel di bawah ini ya!

Konsep Listrik Dinamis

Sebagai dasarnya, aliran arus listrik itu pastilah bersumber dari pembangkit listrik. Dari hal tersebut, pembahasan akan dikembangkan lebih dalam lagi mengenai konsep listrik dinamis, yang dimulai dengan materi arus listrik, hantaran listrik, rangkaian listrik, karakteristik rangkaian listrik, sumber arus listrik, sumber-sumber energi listrik serta transmisi energi listrik.

Baca juga: Sistem Reproduksi pada Manusia, Yuk Ketahui!

Arus Listrik

Selain dihasilkan oleh pembangkit listrik seperti generator, arus lisrik dapat dihasilkan oleh baterai, aki (accu), serta buah-buahan khususnya yang mengandung asam sebagai contohnya adalah jeruk.

Pada suatau percobaan yang membuktikan bahwa buah dapat menghantarkan listrik, buah memiliki peran sebagai sumber tegangan sebab adanya penggunaan lempeng seng dan lempeng besi yang berfungsi untuk menimbulkan beda potensial dalam buah. Ringkasnya, lempeng seng memiliki fungsi penting sebagai kutub negatif, sedangkan lempeng besi bertindak sebagai kutub positif.

Adanya beda potensial dalam buah tersebut yang mendorong elektron untuk kemudian bergerak sehingga memicu terjadinya arus listik dalam rangkaian. Terdapat sambungan dari baterai, lampu, dan kabel atau sambungan dari beberapa buah seperti semangka, lampu, dan kabel yang ternyata sambungannya terhubung satu sama lain sehingga disebut sebagai rangkaian tertutup.

Sebuah rangkaian listrik tertutup akan menghasilkan nyala lampu. Jadi, saat kamu menghubungkan lampu dan sumber listrik (baterai) dengan kabel, sebenarnya itu merupakan sebuah rangkaian listrik tertutup. Arus listrik dapat mengalir karena pada kedua ujung rangkaian terdapat tegangan atau beda potensial listrik yang diberikan oleh baterai.

Ujung kawat penghantar yang punya banyak eletron yang terhubung dengan kutub negatif baterai memiliki potensial listrik yang rendah. Sedang pada ujung kawat penghantar yang lainnya dengan sedikit elektron yang terhubung pada kutub positif baterai memiliki potensial listrik yang tinggi. Nah, arus listrik ini mengalir dari potensial tinggi ke rendah, dengan arah aliran elektron dari kutub negatif menuju ke kutub yang positif.

Pada suatu rangkaian listrik yang tertutup, besar dari arus listrik yang mengalir dapat dihitung dengan besar nilai muatan listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut setiap detiknya. Sebab arus listrik yang mengalir memiliki besar yang sebanding dengan muatan listrik yang juga mengalir pada setiap detik. Sehingga, untuk menentukan besarnya arus listrik dapat menggunakan rumus berikut.

dengan keterangan :

I = Arus listrik (Ampere)

q =  Muatan listrik (Coulomb)

t = Waktu (sekon)

Hantaran Listrik

Prinsipnya, listrik dapat mengalir karena berhubungan dengan muatan yang berpindah. Peristiwa perpindahan elektron yang terjadi pada bahan mampu menghasilkan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan elektron itu. Terdapat tiga kelompok bahan yang dibagi secara garis besar jika didasarkan pada kemampuannya dalam menghantarkan listrik yang akan dibahas berikut ini.

Baca juga: Pewarisan Sifat pada Makhluk Hidup

Konduktor Listrik

Alasan kabel selalu digunakan untuk membantu mengalirkan arus listrik dari sumber listrik ke peralatan elektronik yang ada di rumah kamu adalah karena arus listrik dapat tersalurkan dengan baik jika menggunakan kabel sebagai penghantarnya. Kabel biasanya terdiri dari bahan tembaga dan perak di bagian dalamnya serta dilapisi oleh bahan plastik atau karet pada bagian luarnya.

Tembaga dan perak adalah bahan yang paling baik untuk dapat menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan juga karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Jadi, yang berperan sebagai konduktor listrik atau sering juga disebut sebagai bahan yang mampu menghantarkan listrik pada kabel adalah tembaga dan perak.Pada bahan-bahan tersebut elektron dapat dengan mudah mengalir.

Selain tembaga dan perak, emas juga merupakan konduktor listrik. Tetapi karena harga dari emas dan perak yang sangat mahal sebagai bahan yang digunakan pada bagian dalam untuk pembuatan kabel. Akhirnya, kabel rumah tangga mayoritas menggunakan bahan tembaga sebagai konduktor karena dinilai jauh lebih murah harganya.

Isolator Listrik

Bahan plastik dan karet yang terdapat pada bagian luar kabel bertindak sebagai isolator listrik karena merupakan termasuk bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Tujuan digunakan bahan isolator pada kabel ialah supaya kabel tetap lebih aman digunakan sebab elektron akan sukar mengalir pada bahan jenis ini.

Semikonduktor Listrik

Semikonduktor listrik adalah jenis bahan yang jika berada pada suhu rendah akan bersifat sebagai isolator, sedangkan jika pada suhu yang tinggi akan berubah sifatnya menjadi konduktor. Misalnya adalah silikon, germanium, dan karbon. Penerapan bahan semikonduktor dalam bidang elektronika digunakan sebagai pembuat transistor yang selanjutnya akan dirangkai menjadi Integrated Circuit (IC).

Secara general, setiap bahan mempunyai kemampuan yang berbeda dalam menghantarkan listrik yang bergantung pada nilai hambatan jenis suatu benda atau bahan itu sendiri. Apabila semakin kecil nilai hambatan jenis suatu bahan, maka akan semakin baik kemampuan dari bahan tersebut untuk menghantarkan listrik. Coba kamu perhatikan tabel hambatan jenis bahan yang ada di bawah ini secara seksama!

Hambatan jenis (ρ) merupakan besar hambatan pada setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang. Nah, tentu saja besar nilai dari hambatan jenis akan berbeda-beda untuk setiap jenis kawat. Sehingga, berikut rumus yang dapat kamu gunakan dalam menentukan besar nilai hambatan (R) pada kawat.

dengan keterangan :

R = Hambatan kawat (Ω)

 ρ = Hambatan jenis kawat (Ωm)

L = Panjang kawat (m)

A = Luas penampang kawat (m²)

Rangkaian Listrik

Terdapat sebuah sakelar yang bisa digunakan untuk menyalakan beberapa lampu dalam satu waktu secara sekaligus. Tetapi, juga ada sebuah sakelar yang hanya mampu menyalakan satu lampu. Nah, semua hal yang berkaitan dengan nyala atau tidaknya lampu listrik bergantung pada rangkaian listriknya.

Secara umum, ada dua jenis rangkaian listrik yairu rangkaian seri dan paralel. Untuk rangkaian listrik yang tidak mempunyai percabangan kabel disebut sebagai rangkaian seri. Dalam rangkaian ini, apabila salah satu ujung kabel terputus maka aliran listrik juga ikut terputus sebab tidak adanya arus yang menglis di dalam rangkaian tersebut yang menjadikan seluruh lampu yang terhubung pada rangkaian seri akan padam.

Berbeda dengan rangkaian paralel yang apabila terjadi kabel putus pada salah satu ujungnya, arus listrik tetap dapat mengalir pada kabel yang lainnya yang menghubungkan lampu-lampu lain dalam rangkaian tersebut sehingga lampu masih tetap akan menyala. Coba amati perbedaan rangkaian listrik seri dan paralel pada gambar berikut.

Karakteristik Rangkaian Listrik

Setelah mengetahui perbedaan dari rangkaian listrik seri dan paralel pada pembahasan sebelumnya, saatnya kini kamu mempelajari karakteristik rangkaian listrik. Materinya akan seputar hukum Kirchhoff, rangkaian hambatan listrik, serta rangkaian GGL dan hukum Ohm pada rangkaian tertutup. Ayo, segara pelajari seksama dengan antusias dalam penjelasan berikut!

Hukum Kirchhoff

Bunyi dari hukum Kirchhoff adalah besar arus listrik yang masuk ke dalam titik cabang kawat penghantar memiliki nilai yang sama dengan besar arus yang keluar melalui titik cabang kawat penghantar itu. Sehingga untuk perumusannya dapat ditulis seperti ini :

Rangkaian Hambatan Listrik

Hambatan listrik (R) yang ada pada rangkaian listrik sebenarnya juga dapat dipasang secara seri maupun paralel. Nah, pola pemasangan dari hambatan listrik tersebut ternyata mampu mempengaruhi besar arus listik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik.

1.) Rangkaian Hambatan Listrik Seri

Perhatikan gambar rangkaian seri hambatan listrik di atas! Ketika rangkaian listrik seri maka arus (I) akan bernilai tetap sama tetapi tidak dengan tegangan (V) yang menjadi berbeda-beda nilainya, sehingga akan berlaku :

2.) Rangkaian Hambatan Listrik Paralel

Dalam rangkaian listrik paralel, tegangan (V) akan bernilai sama namun arus (I) akan menjadi berbeda nilainya, sehingga berlaku rumus :

3.) Rangkaian GGL dan Hukum Ohm pada Rangkaian Tertutup

Pada baterai yang masih baru dan belum pernah dilakukan pemakain, secara umum akan memiliki GGL (Gaya Gerak Listrik) yang maksudnya sebelum dirangkaikan untuk menghasilkan arus listrik, terdapat tegangan sebesar 1,5 V yang berada di antara kutub-kutub baterai tersebut. Apabila baterai ini kemudian dihubungkan dengan suatu rangkaian yang membuat ada arus mengalir, tegangan jepit atau tegangan yang berada di antara kutub-kutub baterai pun dapat terjadi.

Perbedaan besar GGL dan juga tegangan jepit pada baterai itu dapat terjadi sebab timbulnya hambatan di dalam baterai. Berdasarkan hukum Ohm, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup dapat dirumuskan sebagai berikut.

Jadi, nilai dari tegangan jepitnya adalah

dengan keterangan :

r = Hambatan dalam (Ω)

R = Hambatan luar (Ω)

E = GGL baterai (Volt)

V = Tegangan jepit (Volt)

I = Arus listrik (Ampere)

Untuk elemen listrik yang dipasangan secara seri, rumus perhitungannya menjadi :

Sehingga akan diperoleh rumus untuk menentukan besar kuat arusnya, yaitu :

Sumber Arus Listrik

Secara konseptual, listrik juga termasuk ke dalam bentuk energi. Jadi, berdasarkan hukum kekekalan energi agar kamu dapat menghasilkan energi listrik diperlukan adanya suatu alat yang mampu untuk mengubah energi lain menjadi energi listrik. Sumber arus listrik terbagi menjadi dua macam, yakni sumber arus searah (Direct Current = DC) serta sumber arus bolak-balik (Alternating Current = AC).

Sumber arus DC seperti elemen volta, baterai, dan akumulator dihasilkan dari reaksi kimia sehingga dapat disebut juga sebagai elektrokimia. Sumber arus listrik dibedakan menjadi elemen primer dan sekunder jikan didasarkan pada dapat atau tidaknya diisi ulang. Elemen primer merupakan arus listrik yang tidak dapat dilakukan pengisian secara ulang apabila energinya sudah habis sebagai contoh baterai kering dan elemen volta.

Sedangkan untuk elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat dilakukan pengisian secara ulang jika energinya telah habis misalnya yaitu akumulator dan baterai Lithium-ion (Li-ion) yang biasanya digunakan pada telepon genggam atau kamera. Beriktu ringkasan mengenai jenis sumber arus listrik yang dapat kamu amati pada tabel di bawah ini.

Sumber-Sumber Energi Listrik

Permasalahan ketersediaan energi tambang yang terbatas seperti minyak bumi maupun batu bara membuat dunia mencari energi lain sebagai alternatif. Energi alternatif atau energi pengganti tersebut meliputi energi matahari, air, angin, dan bionergi yang secara ketersediannnya dinilai sangat melimpah di alam dan diasumsikan tidak akan pernah habis jumlahnya jika dimanfaatkan. Penjelasan rincinya dapat kamu baca di bawah ini.

Baca juga: Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari, Yuk Simak!

Energi Matahari

Sebagai salah satu sumber energi terbesar dan yang paling melimpah di alam, energi matahari dapat dimanfaatkan dalam penggunaan panel surya yang mampu mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik. Cara kerjanya, ketika matahari bersinar terang energinya akan disimpan dalam baterai yang kemudian terjadi pengubahan energi panas matahari menjadi energi listrik sehingga listrik tersebut dapat digunakan saat cuaca mendung atau bahkan pada malam hari.

Namun, adapun kelemahan pada panel surya adalah pada saat cuaca sedang mendung tentu saja energi listrik yang dasarnya diperoleh dari sinar matahari tidak dapat dihasilkan secara optimal. Karena matahari tertutup oleh awan mendung ketika cuaca sedang mendung tersebut.

Di Indonesia sendiri, inovasi penerapan penggunaan energi surya telah dilakukan dalam dua macam teknologi yaitu teknologi energi surya termal serta energi surya fotovoltaik. Suhu tinggi dari matahari dimanfaatkan untuk memasak dengan menggunakan kompor surya, mengeringkan hasil pertanian, serta memanaskan air.

Berbeda dengan energi surya fotovoltaik yang digunakan untuk menghasilkan listrik yang nantinya mampu untuk menyalakan lampu, televisi, pompa air, bahkan sebagai energi alat telekomunikasi.

Energi Angin (Kincir Angin)

Angin mampu menghasilkan energi gerak untuk kincir yang kemudian diubah menjadi energi listrik oleh generator. Kincir angin tersebut tidak menimbulkan polusi udara yang berbahaya bagi lingkungan sekitar sehingga dapat digolongkan sebagai teknologi yang ramah lingkungan.

Pada tahun 1930, negara Amerika telah memanfaatkan kincir angin sebagai sumber utama energi listrik yang dibuktikan dengan pembangunan 13.000 buah kincir angin yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik sebesar 1,5 hingga 4 juta kWh setiap tahunnya atau sekitar suplai kebutuhan listrik untuk 150-400 rumah yang ada di California.

Tetapi, kelemahannya untuk energi kincir angini ini pastinya jika tidak ada hembusan angin, kincir tidak mampu bergerak dan hasilnya tidak ada energi listrik yang diproduksi sehingga pada saat itu masih sangat diperlukan sejumlah batubara, gas, maupun minyak bumi untuk memenuhi kebutuhan energi listriknya.

Berbeda dengan di Indonesia, yang saat ini telah berhasil membangun beberapa unit kincir angin di daerah Yogyakarta dengan kapasitas masing-masing unit sekitar 80 KW dan segera menargetkan untuk pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Baru (PLTB) yang digadang-gadang mampu menghasilkan sekitar 250 MW pada tahun 2025 mendatang.

Energi Air (Hydropower)

Arus air yang biasanya mengalir dari hulu ke hilir pada sungai-sungai yang deras dapat kamu manfaatkan sebagai salah satu sumber alternatif dalam hal pembangkit listrik. Prinsip kerjanya adalah dengan menggerakkan turbin yang sudah terhubung pada generator sebagai sumber listrik sehingga energi listrik pun akan dapat dihasilkan.

Di Indonesia, dalam rangka pemanfaatan energi air tersebut PLTA (Pembangkit Listrik Tenaga Air) telah berhasil membangun banyak unit pembangkit yang tersebar di seluruh tanah air. Diperkirakan potensinya ialah sebesar 75.684 MW dengan jumlah yang sudah dimanfaatkan masih sekitar 100 MW yang berasal dari 800 buah pembangkit. Salah satu contohnya adalah PLTA Karangkates yang berlokasi di Kabupaten Malang Provinsi Jawa Timur.

Bioenergi

Asal dari bioenergi adalah biomassa yang merupakan bahan organik yang berasal dari makhluk hidup baik dari tumbuhan maupun hewan. Pemanfaatan limbah dari budidaya pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, dan perikanan yang biasanya digunakan sebagai sumber bioenergi.

Prinsip kerja dari bioenergi ialah dengan mengolah biomassa yang menjadi bahan bakar nabati sebagai contoh etanol atau biodiesel. Nah, bahan bakar inilah yang kemudian dapat digunakan sebagai bahan bakar generator atau diesel untuk dapat memproduksi listrik.

Transmisi Energi Listrik

Pembahasan transmisi energi listrik sangat erat kaitannya dengan cara kerja energi listrik agar dapat tersalurkan dengan baik dan efektif  ke rumah-rumah yang dapat kamu amati skema gambarnya di bawah ini.

Prinsip kerja dari transmisi listrik jarak jauh adalah dengan menaikkan tegangan listriknya. Apabila tegangan listrik untuk transmisi jarak jauh tersebut rendah maka arus listrik yang dihasilkan akan menjadi besar sehingga sangat diperlukan bantuan kabel listrik yang besar dan banyak energi yang terbuang akan menjadi kalor saat listrik disalurkan dari PLN ke rumah-rumah.

Tetapi dengan tegangan yang tinggi, arus listrik akan menjadi kecil sehingga nantinya kabel listrik yang dibutuhkan juga kecil supaya tidak terlalu banyak energi yang terbuang. Agar tegangan listrik yang berasal dari PLN dapat dinaikkan, maka tentu diperlukan transformator step up.

PLN yang menghasilkan listrik dengan tegangan sebesar 10.000 volt, akan dinaikkan menjadi sekitar 150.000 volt. Transmisi dari energi listrik dengan tegangan sebesar ini akan dilakukan dengan menaikkan kabel pada gardu-gardu listrik yang tinggi supaya dapat aman bagi penduduk. Selanjutnya, digunakan transformator step down untuk menurunkan tegangan sampai menjadi 220 volt sehingga bisa langsung dilakukan pendistribusian ke rumah-rumah penduduk.

Penggunaan Energi Listrik, Upaya Penghematan, dan Pencegahan Bahaya Penggunaannya

Setelah belajar mengenai konsep dinamis, pembahasan selanjutnya adalah tentang penggunaan energi listrik, upaya penghematan, dan pencegahan bahaya penggunaannya. Yuk, simak dalam materi lengkapnya yang ada di bawah ini dengan semangat ya!

Penggunaan Energi Listrik di Lingkungan Sekitar

Penemuan mengenai bola lampu yang merupakan hasil temuan dari seorang ilmuwan yang bernama Thomas Alva Edison berhasil memberikan dampak yang sangat besar bagi kamu. Tentu saja, dengan bola lampu keadaan malam yang awalnya gelap menjadi terang dan indah.

Selain itu, berbagai alat hasil teknologi yang menunjang keberlangsungan kehidupan manusia juga merupakan salah satu pemanfaatan lain dari energi listrik. Berhubungan dengan itu, tahukah kamu seberapa besar energi listrik yang digunakan untuk menghidupkan berbagai peralatan teknologi yang ada di rumahmu setiap bulannya?

Untuk menghitungnya, PLN (Pembangkit Listrik Nasional) akan mengamati kWh meter yang dipasang di rumah. Petugas akan mendatangi rumah kamu setiap bulan dan mencatat besar energi listrik yang telah digunakan. Cara penghitungannya adalah dengan mengalikan energi yang telah digunakan dengan tarif dasar listrik yang telah ditentukan.

Upaya Penghematan Energi Listrik

Sebagai salah satu upaya untuk menghemat energi listrik adalah dengan memakai energi listrik secara bijaksana atau seperlunya dan dapat melakukan penggantian peralatan listrik yang mengkonsumsi energi listrik cukup besar dengan peralatan yang berdaya lebih kecil.

Tentu saja ada alasan yang mendasari pentingnya melakukan usaha penghematan listrik karena besarnya emisi karbon yang dihasilkan oleh pembangkit listrik yang menggunakan batu bara merupakan penyumbang terbesar terjadinya global warming, disamping alasan utama agar energi listrik yang dapat kamu nikmati saat ini tidak cepat habis.

Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik

Berbagai tindakan preventif yang bertujuan untuk mencegah terjadinya jatuh korban akibat kelalaian manusia dalam menggunakan listrik dimasukkan ke dalam konteks prosedur “Aman Menggunakan Listrik”, antara lain :

1. Kabel dicabut dari stop kontak jika sudah tidak menggunakan peralatan listrik.
2. Menghindari air serta kondisi tangan yang basah ketika ingin melakukan penyambungan atau pelepasan sambungan kabel dengan stop kontak.
3. Menghindari untuk memegang stop kontak atau sambungan kabel yang terbuka.
4. Selalu berhati-hati dengan memperhatikan peringatan penggunaan listrik yang biasanya terdapat pada peralatan listrik.
5. Melakukan pemasangan sakering dengan benar agar terhindar dari kebakaran dengan cara memutus arus pendek yang terjadi di rumah secara otomatis.

Pemahaman Akhir

Arus Listrik dan Hantaran Listrik:
Teks menjelaskan tentang bagaimana arus listrik dapat dihasilkan melalui berbagai sumber seperti pembangkit listrik, baterai, dan buah-buahan. Konsep hantaran listrik juga diuraikan dengan membedakan antara konduktor, isolator, dan semikonduktor.

Rangkaian Listrik dan Karakteristiknya:
Rangkaian listrik seri dan paralel dijelaskan dengan baik. Rangkaian seri memiliki aliran arus yang sama dan tegangan yang berbeda, sedangkan rangkaian paralel memiliki tegangan yang sama namun arus yang berbeda. Hukum Kirchhoff untuk konservasi arus dijelaskan sebagai prinsip penting dalam rangkaian listrik.

Hambatan Listrik dan Hukum Ohm:
Teks membahas tentang hambatan listrik pada bahan konduktor, semikonduktor, dan isolator. Konsep hambatan jenis dan hambatan total diterangkan dengan mengacu pada rumus yang melibatkan panjang, luas penampang, dan hambatan jenis kawat.

Sumber Arus Listrik:
Sumber arus listrik dibagi menjadi arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Berbagai sumber energi seperti matahari, angin, air, dan bioenergi dijelaskan sebagai alternatif untuk menghasilkan energi listrik. Transmisi energi listrik melalui transformator juga dijelaskan.

Penggunaan Energi Listrik dan Penghematan:
Teks menjelaskan pentingnya penggunaan energi listrik secara bijaksana dan penghematan energi sebagai langkah penting untuk mengurangi dampak lingkungan dan kebutuhan energi. Konsep penghitungan energi menggunakan kWh meter juga diuraikan.

Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik:
Aspek keselamatan dalam penggunaan energi listrik ditekankan, termasuk langkah-langkah seperti mencabut kabel dari stop kontak, menghindari kondisi basah, dan mengikuti petunjuk peringatan pada peralatan listrik.

Seru ya pembahasan mengenai listrik dinamis dalam kehidupan sehari-hari pada ulasan di atas! Nah, disamping besarnya pemanfaatan dalam penggunaan listrik, kamu juga harus melakukan penghematan supaya energi listrik ini tidak cepat habis. Terima kasih telah mengikuti pembelajaran hari ini dengan sangat baik. Sampai bertemu dalam pembelajaran selanjutnya ya, sobat pinter!

Sumber :

Mulyatno. Fisika Umum II. Jakarta: Universitas Terbuka. 2014

Zubaedah, Siti dkk. Ilmu Pengetahuan Alam Edisi Revisi untuk SMP/ MTs Kelas IX. Jakarta: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018