Setelah sebelumnya mempelajari muatan listrik dan interaksi antar muatan pada pembahasan listrik statis. Di artikel ini, kamu akan mempelajari listrik Dinamis dari bagaimana jika muatan listrik bergerak dalam selang waktu tertentu, hingga pemanfaatannya listrik dinamis yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Daftar Isi
Pengertian
Listrik dinamis adalah ilmu yang mempelajari fenomena dan faktor penyebab muatan listrik bergerak dalam rangkaian listrik. Listrik dinamis disebut juga elektrodinamis. Untuk memahami materi listrik dinamis beberapa bahasan yang perlu kamu pahami adalah besaran arus listrik, potensial listrik, dan hambatan rangkaian.
Baca juga: Induksi Magnet: Pembahasan Serta Contoh Soal
Arus Listrik
Muatan yang bergerak dalam selang waktu tertentu disebut arus listrik. Seperti sudah kamu ketahui pada pembahasan listrik statis, muatan yang dapat bergerak adalah jenis muatan negatif atau yang disebut elektron. Muatan dapat berpindah akibat adanya beda potensial yang dihubungkan. Elektron bergerak dari beda potensial negatif ke arah positif sedangkan arus listrik disepakati bergerak di arah sebaliknya yakni dari potensial tinggi ke rendah.
Arus listrik merupakan salah satu dari 7 besaran pokok dengan satuan ampere (A), dan dapat diukur menggunakan alat ukur amperemeter.
I = kuat arus listrik (A)
Q = muatan listrik ( c )
t = waktu (s)
Hukum Ohm
George Simon Ohm adalah ilmuwan yang mengungkapkan Hukum ohm pertama kali. Ia menemukan hubungan antara kuat arus listrik (I) dan beda potensial (V) pada ujung-ujung hambatan. Ohm menyatakan bahwa arus listrik berbanding lurus dengan tegangan listrik, dan berbanding terbalik dengan hambatan listrik. Nama Ohm kemudian dijadikan satuan dari hambatan listrik.
Secara matematis dapat ditulis :
I = kuat arus listrik (A)
V = tegangan listrik atau beda potensial sumber listrik (v)
R = hambatan listrik (Ω )
Hambatan Listrik
Hambatan listrik atau resistor (R) adalah suatu komponen listrik yang merupakan nilai perbandingan tegangan listrik (V) pada sebuah rangakaian listrik terhadap arus listrik (I) yang melintas melaluinya.
Sesuai dengan namanya yakni hambatan, komponen resistor ini menghambat laju muatan yang mengalir sehingga mempengaruhi nilai arus listrik suatu rangkaian. Akibatnya, Semakin besar nilai hambatannya maka semakin kecil arus listrik yang melaluinya.
Nilai hambatan suatu komponen dipengaruhi beberapa faktor yaitu, jenis bahan resistor atau hambat jenis, panjang hambatan, luas penampang, serta suhu pada beberapa hambatan.
Jenis dan Nilai Hambatan
Berdasarkan pengaruh suhu pada nilai hambatan :
1. Hambatan Ohmik
hambatan ohmik adalah sebutan untuk jenis hambatan yang tidak dipengaruhi suhu. sehingga akibatnya perbandingan antara tegangan dan arus selalu sama. Dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut :
R = hambatan listrik (Ω )
ρ = hambat jenis penghantar atau resisvitas (Ωm)
L = panjang penghantar (m)
A = luas penampang penghantar (m²)
2. Hambatan Nonohmik
Hambatan nonohmik adalah jenis hambatan yang nilainya dapat berubah bergantung suhu hambatan tersebut. Suhu mempengaruhi kelajuan getaran elektron yang mengalir dalam rangkaian. Semakin besar / panas suhunya semakin besar juga nilai hambatan.
R = hambatan listrik (Ω )
Ro = hambatan listrik pada suhu To (Ω )
α = koefisien suhu hambat jenis
ΔT = perubahan suhu = T – To (°C atau K)
Selain dapat dibagi berdasarkan pengaruh suhu terhadap hambatan, hambatan juga dapat dibagi berdasarkan apakah nilainya tetap dan apakah dapat diubah-ubah.
1. Hambatan Tetap
Nilai hambatan komponen selalu tetap.
2. Hambatan Variabel
Hambatan atau resistor yang nilainya dapat diubah dengan cara mengubah panjang hambatan. Misalnya : rheostat.
Berdasarkan jenis bahan penyusun hambatan, hambatan dapat dibagi menjadi 2 jenis besar, yakni konduktor dan isolator :
1. Isolator
Bahan isolator adalah bahan yang sangat sulit bahkan tidak bisa mengalirkan arus listrik. Hal ini disebabkan elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya. Seperti kayu, kaca, dan udara. Meski begitu, pada kondisi tertentu bahan isolator dapat berubah menjadi konduktor contohnya ketika dihubungkan dengan tegangan yang sangat tinggi. Sehingga dapat dikatakan sebenarnya bahan isolator memiliki hambatan yang sangat besar membuat arus sangat kesulitan untuk melaluinya.
2. Konduktor
Bahan yang mudah mengalirkan arus listrik karena memiliki banyak elektron bebas sehingga elektronnya dapat dengan mudah menghantar arus listrik. Seperti besi, baja, dan tembaga. Beberapa ahli bahkan membagi bahan jenis konduktor menjadi konduktor biasa, Semi konduktor, dan super konduktor.
Bahan semi konduktor adalah bahan yang kadang bersifat sebagai isolator dan kadang sebagai konduktor, seperti silikon dan germanium. Sedangkan super konduktor adalah bahan yang mampu mengalirkan arus listrik dengan sangat cepat, contohnya timah dan merkuri atau raksa.
Rangkaian Listrik
Rangkaian listrik adalah rangakaian tertutup yang dapat mengalirkan arus listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah. Komponen rangkaian listrik terdiri dari, sumber tegangan dan hambatan listrik. Rangkaian komponen listrik dapat disusun menjadi rangkaian seri dan paralel.
Rangkaian Seri
Disebut rangkaian listrik seri, jika komponen listriknya disusun sejajar. Pada rangkaian seri berlaku :
- Tegangan rangkaian total adalah total penjumlahan seluruh tegangan yang melalui hambatan.
- Kuat arus listrik rangkaian di seluruh bagian sama besar.
- Jumlah hambatan atau nilai hambatan pengganti dari resistor yang disusun seri adalah penjumlahan seluruh nilai hambatan.
- Jika salah satu komponen rangkaian listrik seri diputus maka arus listrik akan terhenti.
Rangkaian Paralel
Rangkaian listrik disebut rangkaian paralel jika komponennya disusun bertingkat. Pada rangkaian paralel berlaku :
- Tegangan di seluruh resistor dan tegangan total sama besar.
- Kuat arus total rangkaian adalah penjumlahan dari seluruh arus listrik yang mengalir ke setiap hambatan.
- Nilai hambatan pengganti atau hambatan total rangkaian paralel dapat ditentukan dengan
- Jika salah satu komponen listrik pada rangkaian paralel diputus maka arus listrik masih dapat mengalir melalui cabang rangkaian listrik yang lain.
sumber : materi 78
Hukum Kirchoff
Selain hukum ohm, pada rangkaian listrik juga berlaku hukum khirchoff untuk menjelaskan fenomena arus dan tegangan listrik.
Hukum I Kirchoff
Hukum I kirchoff berbunyi “ Jumlah kuat arus yang masuk ke satu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut”. Hukum I kirchoff sering juga disebut hukum arus listrik.
Bunyi hukum I kirchoff tersebut dapat dirumuskan :
Imasuk = Ikeluar
Hukum II Kirchoff
Hukum kirchoff II adalah hukum mengenai tegangan listrik, dengan bunyi “Jumlah gaya gerak (ggl) listrik dan beda potensial pada rangkaian tertutup adalah nol”. Hukum II kirchoff disebut juga hukum tegangan listrik.
Secara tidak langsung kirchoff menyatakan bahwa tidak ada perbedaan potensial di satu titik rangkaian tertutup yang sama.
Persamaan hukum kirchoff dapat diselesaikan menggunakan aturan loop atau putaran. Aturan loop antara lain :
- Jika loop searah dengan arus, maka tegangan resistornya (I.r) bernilai positif.
- Sebaliknya, jika arah loop berlawanan dengan arus maka nilai tegangan resistornya bernilai negatif.
- Jika loop bertemu dengan kutub positif terlebih dahulu dari sumber tegangan, maka gglnya bernilai positif.
- Sebaliknya, jika loop bertemu dengan kutub negatif terlebih dahulu dari sumber tegangan, maka gglnya bernilai negatif.
Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit
Gaya gerak listrik atau ggl ( E ) adalah nilai beda potensial antara ujung-ujung penghantar sebelum dialiri arus listrik. Sebuah sumber beda potensial (contoh : baterai) disebut ideal jika nilai gglnya sama dengan nilai beda potensial antara ujung-ujung kutubnya. Sedangkan tegangan jepit adalah tegangan pada hambatan ketika dialiri arus. Sama seperti tegangan lainnya, satuan gaya gerak listrik dan tegangan jepit adalah volt.
Sama seperti komponen hambatan, sumber tegangan juga dapat disusun seri dan paralel. Jika tegangan di susun paralel, maka total tegangan adalah nilai masing-masing tegangan yang disusun sehingga tidak perlu di jumlahkan. Sedangkan jika tegangan di susun seri maka total tegangan adalah jumlah seluruh baterai yang disusun seri.
Energi dan Daya Listrik
Pada pembahasan energi listrik statis kamu sudah mengetahui bahwa energi potensial listrik dapat berubah menjadi energi kinetik muatan akibat berlakunya hukum kekekalan energi. Setiap detiknya muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, yang kita kenal sebagai arus. Sehingga dapat didefinisikan, Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh arus listrik akibat perpindahan muatan listrik selama selang waktu tertentu.
W = Energi listrik (joule)
V = tegangan listrik (V)
I = arus listrik (A)
R = hambatan lisrik (Ω)
T = waktu (s)
Daya listrik adalah energi tiap waktu. Satuan daya adalah joule persekon atau watt.
sehingga rumus daya listrik dapat dituliskan :
Baca juga: Kapasitor: Fungsi, Jenis, Rangkaian dan Contoh
Pemanfaatan Listrik Dinamis Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Rangkaian listrik
Misalnya remote baterai, lampu emergency.
Kwh Meter
Kwh meter atau alat pengukur pemakaian daya listrik ini umum digunakan di rumah-rumah. Pada rangkaiannya tidak dapat terlepas dari penggunaan rangkaian listrik.
Alat Pemutus Daya
Alat Ukur Listrik
Alat ukur besaran listrik seperti Amperemeter digunakan untuk mengukur arus, sedangkan voltmeter untuk mengukur tegangan. Untuk amperemeter harus disusun seri, sedangkan voltmeter harus disusun paralel.
Konduksi Impuls pada Sel Saraf Manusia dan Hewan
Konduksi impuls pada saraf manusia menggunakan sambungan listrik untuk menghubungkan rangsangan pada setiap bagian saraf hingga ke otak dan sebaliknya.
Contoh Soal Listrik Dinamis
Soal Listrik Dinamis
Pembahasan :
Pada kondisi pertama, yakni saat saklar S terbuka voltmeter mengukur tegangan yang melalui hambatan R1. sedangkan antara hambatan r1, r2 dan r2 dirangkai seri. sehingga arus awal yang memasuki R1 adalah arus total. Nilai arus yang besar dikalikan hambatan R1 maka menghasilkan nilai tegangan yang besar pula.
Kemudian, ketika saklar dihubungkan, maka arus akan terbagi pada percabangan. Voltmeter pada kondisi ini akan mengukur tegangan pada R1 di bagian atas saja. Karena arus yang masuk hanya “sebagian yakni setengah dari arus total” maka nilai tegangan yang terukur voltmeterpun akan mengecil.
Jawaban : D
Soal Listrik Dinamis
Pembahasan :
Nilai arus dapat dicari dengan menggunakan hukum ohm.
Itotal = Vtotal / Rtotal
Maka yang pertama kita cari adalah nilai hambatan pengganti atau hambatan total.
Rs = 3 + 9 = 12 Ω
Rp = 12/2 = 6 Ω
Rtotal = 4 + 6 = 10 Ω
Lalu, karena baterainya ada dua dan disusun seri maka cari juga nilai tegangan total.
V total = V1 + V2
Vtotal = 18 + (-8) = 10 V
*catatan salah satu baterai bernilai negatif karena arah arus yang dihasilkan saling berlawanan
Maka Nilai Itotal adalah
Itotal = 1 A
Jawaban : C
Baca juga: Materi Listrik Statis
Pemahaman Akhir
Dalam pembahasan mengenai listrik dinamis atau elektrodinamis, kita mempelajari fenomena dan faktor penyebab muatan listrik bergerak dalam rangkaian listrik. Muatan listrik yang bergerak dalam selang waktu tertentu disebut arus listrik, dan ini disebabkan oleh adanya beda potensial yang menghubungkan muatan. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke rendah, dan satuan untuk arus listrik adalah ampere (A).
Hukum Ohm ditemukan oleh George Simon Ohm dan menyatakan bahwa arus listrik berbanding lurus dengan tegangan listrik, dan berbanding terbalik dengan hambatan listrik. Hambatan listrik, diukur dalam ohm (Ω), adalah suatu komponen listrik yang menghambat laju arus listrik, dan bisa dibagi menjadi hambatan tetap dan hambatan variabel.
Rangkaian listrik adalah rangkaian tertutup yang dapat mengalirkan arus listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah. Rangkaian listrik dapat disusun dalam rangkaian seri atau paralel. Pada rangkaian seri, tegangan total adalah penjumlahan tegangan di setiap hambatan, sementara pada rangkaian paralel, tegangan di setiap resistor adalah sama.
Selain hukum Ohm, hukum Kirchoff juga berlaku untuk menjelaskan fenomena arus dan tegangan listrik dalam rangkaian tertutup. Hukum I Kirchoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Hukum II Kirchoff menyatakan bahwa jumlah gaya gerak listrik (gglnya) dan beda potensial pada rangkaian tertutup adalah nol.
Pemanfaatan listrik dinamis dapat ditemukan dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari. Rangkaian listrik digunakan dalam remote baterai, lampu emergency, dan alat pemutus daya. Alat ukur listrik seperti amperemeter dan voltmeter juga merupakan pemanfaatan listrik dinamis yang umum dijumpai. Selain itu, konduksi impuls pada sel saraf manusia dan hewan juga memanfaatkan listrik dinamis untuk menghubungkan rangsangan dari setiap bagian saraf hingga ke otak.
Energi dan daya listrik juga menjadi bagian penting dalam pemahaman listrik dinamis. Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh arus listrik akibat perpindahan muatan listrik selama selang waktu tertentu. Daya listrik, diukur dalam watt, adalah energi tiap waktu.
Dengan pemahaman mengenai listrik dinamis, kita dapat memahami bagaimana arus listrik bergerak dalam rangkaian listrik dan pemanfaatannya dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari.
Nah, itu dia pembahasan materi fisika kelas 12 SMA mengenai listrik dinamis . Ada yang ingin kamu diskusikan? komen di bawah ya.
Sumber :
Sunardi, dkk. 2018. fisika untuk siswa sma/ ma kelas xii
kelompok peminatan matematika dan Ilmu-ilmu Alam. Bandung : Yrama Widya.
Tipler, Paul. 1998. Fisika Untuk Teknik Dan Sains. Jil 2 Edisi 3. Jakarta : Erlangga.
