Arus Listrik

Arus listrik terjadi karena adanya aliran muatan dari satu tempat ke tempat yang lain. Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-). Aliran listrik pada suatu kawat penghantar terdiri dari aliran elektron, arus listrik dianggap berlawanan arah gerakan elektron.

Satuan arus listrik adalah Amper, 1 Amper didefinisikan sebagai sejumlah aliran arus yang memuat elektron satu coulomb dimana muatan bergerak ke suatu titik dalam satuan detik.

Jika sejumlah muatan (Q) melewati suatu titik dalam penghantar pada kurun waktu tertentu (t) maka arus dapat diketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Keterangan :
I   = Arus listrik (Amper)
Q = Muatan listrik (Coulomb)
t   = waktu (detik)

Arus listrik pada umumnya dibagi dalam dua jenis yaitu arus listrik yaitu :

1. Arus listrik DC (Direct Current)

Arus listrik DC (Direct Current) adalah aliran elektron yang dari suatu titik yang memiliki energi potensial tinggi ke titik yang memiliki energi potensial rendah. Arus listrik DC merupakan muatan negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke positif. Aliran elektron tersebut menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif yang tampak mengalir dari kutub positif ke negatif. Pada umumnya arus listrik DC berasal dari sumber arus listrik berupa baterai, akumulator, dan panel surya.

 Gambar gelombang sinusoida pada arus AC

2. Arus listrik AC (Alternating Current)

Arus listrik AC (Alternating Current) adalah arus listrik yang besar dan arah arus nya selalu berubah-ubah secara bolak-balik. Ketika arus listrik diamati dengan menggunakan alat ukur berupa Osiloskop akan terlihat bentuk gelombang sinusoida. Arus listrik bolak-balik memiliki bentuk gelombang sinusoida karena berasal dari Generator.

Gambar gelombang sinusoida pada arus DC

Untuk mengetahui besar-kecilnya arus listrik DC atau pun AC yang mengalir pada suatu rangkaian dapat diukur dengan menggunakan alat ukur berupa multimeter atau AVOmeter.

Contoh soal :
1. muatan sebanyak 0,54 Coulomb bergerak dalam waktu 0,3 detik, berapakah besar arus listrik yang mengalir?

Diketahui : Q = 0,54 Coulomb
                  t  = 0,3 detik
Ditanya    : I   = ?
Jawab  :

Kapasitor Berbentuk Plat

Kapasitor yang berbentuk pelat terdiri dari 2 buah kepingan pelat konduktor yang memiliki luas sama dan disusun secara sejajar.

Kuat medan listrik antar keping :

E = Kuat medan listrik antara 2 keping (N/C)
Q = Muatan (C)
∈₀ = Permitivitas ruang hampa (8,85 x 10^-12C²/Nm²)
A = Luas (m²)

Beda potensial :

V = Beda potensial / tegangan (V)
E = Kuat medan listrik (N/C)
d = jarak antara kedua keping pelat (m²)

Kapasitas kapasitor :

C = Kapasitas kapasitor (F)
∈₀  = permitivitas ruang hamapa (8,85 x 10^-12C²/Nm²)
A = Luas (m²)
d  = Jarak antara kedua pelat (m)

jika diantara kedua keping berisi medium selain udara yang mempunyai koefisien dielektrikum (K), maka :

Kapasitor (Kondensator)

Kapasitor atau Kondensator adalah suatu alat yang terdiri dari dua keping penghantar sejajar yang dapat menyimpan energi didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.
Kapasitor merupakan komponen pasif yaitu komponen bekerja tanpa membutuhkan arus pemicu. Kapasitor terdiri dari dua keping logam yang dipisahkan dengan bahan isolator sebagai penyekat yang bisanya disebut Zat dielektrik. Zat dielektrik tersebut berfungsi untuk membedakan jenis-jenis kapasitor. Ada berbagai macam jenis bahan untuk membuat zat dielektrik yaitu kertas, plastik, mika dan lain sebagainya. 

Simbol Kapasitor

Kapasitor berfungsi untuk menyimpan energi di dalam medan listrik dengan cara mengumpulkan ketidaksetaraan internal dari muatan listrik. Untuk arus DC, kapasitor dapat berfungsi sebagai isolator (penahan arus listrik), sedangkan untuk arus AC kapasitor berfungsi sebagai konduktor (melewatkan arus listrik). tapi dalam kehidupan sehari-hari kapasitor digunakan sebagai filter atau saringan.
Kapasitor terdiri dari dua buah plat logam yang dipisahkan oleh suatu bahan yang disebut bahan dielektrik. bahan dielektrik tersebut pada umumnya berupa keramik, kaca, kertas, elektrolit, dan lain lain sebagainya.
Kapasitor akan bekerja ketika kedua ujung plat logam di beri tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan terkumpul pada salah satu kaki (elektroda) dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lainnya. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung katub negatif  dan sebaliknya muatan negatif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub positif, karena terpish oleh beban dielektrik yang bersifat isolator. Peristiwa tersebut menyebabkan muatan-muatan pada kutub positif dan negatif akan tersimpan, selama tidak ada bagian ujung-ujung kaki kapasitor tidak dihubungkan dengan beban.

Kapasitor memiliki satuan yang disebut Farad. 1 Farad = 9 x 10¹¹ cm² yang artinya luas permukaan kepingan  tersebut menjadi 1 Farad sama dengan 10 ⁶ μF maka 1μF = 9 x 10⁵ cm². Satuan (cm²) jarang sekali digunakan karena tidak efisien, pada umumnya satuan kapasitor yang banyak digunakan adalah :

1 F   = 1.000.000μF
1 μF = 1.000.000ρF

1 μF = 1000 nF
1 nF = 1000 ρF

Kapasitas sebuah kapasitor ditentukan oleh :

C = Kapasitas kapasitor (F)
Q = Muatan (C)
V = Beda potensial (V)

Beberapa cara untuk mengatur nilai kapasitas kapasitor yaitu dengan :
1. Disusun secara berlapis-lapis
2. Memperluas permukaan variable
3. Menggunakan bahan yang memiliki daya tembus besar

Tegangan Listrik

Tegangan atau beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian adalah suatu usaha yang dibutuhkan untuk membawa muatan satu coulomb dari satu titik ke titik lain. 

Nilai tegangan dinyatakan dalam satuan volt (V) karena berasal dari nama ilmuwan Italia yang bernama Alessandro Volta, satuan tersebut mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tegangan menurut perbedaan potensial listriknya, terdapat empat macam yaitu Tegangan Ekstra Rendah, Tegangan Rendah, Tegangan Tinggi, Tegangan Ekstra Tinggi.

Tegangan listrik menyebabkan suatu obyek yang memiliki muatan listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan tinggi, sehingga arah arus listrik konversional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi menuju tegangan rendah.
Untuk mengetahui nilai besar atau kecilnya tegangan listrik pada suatu rangkaian dapat dilakukan dengan menggunakan voltmeter atau multi meter.

Jika mengukur nilai tegangan dengan voltmeter harus dirangkai secara paralel dengan beban atau pun sumber tegangan.
cara mengukur nilai tegangan dengan mengunakan multimeter .

Model Visual Tegangan :
1. Tidak Terjadi Tegangan

Dua bola yang bermuatan positif dan negatif, karena muatan keduanya sangat lemah dimana beda potensial antara keduanya mendekati nol, maka kedua bola tersebut tidak terjadi interaksi (kedua bola tersebut diam saja)

2. Terjadi Tegangan

Dua buah bola masing-masing bermuatan positif dan negatif. dengan muatan berbeda kedua bola akan saling tarik menarik. untuk memisahkan kedua bola tersebut diperlukan usaha F1

3. Tegangan Dua Kali Lipat dari Tegangan Nomor 2

Kejadian 2 buah bola bermuatan positif dan negatif, dipisahkan jaraknya dua kali jarak pada contoh diperlukan usaha F2 sebesar F1

4. Tegangan 1/2 Kali dari Tegangan Nomor 3

Terdapat 4 buah bola, bola pertama bermuatan positif dan bola ke 2 bermuatan negatif, dan 2 bola lainnya tidak bermuatan. jika dipisahkan diperlukan usaha F2 sebesar 2 x F1

Satu volt adalah beda potensial antara dua titik jika diperlukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb. Potensial listrik (V) adalah besarnya energi potensial listrik setiapi satuan muatan positif. Persamaan tegangan :

Keterangan :
V = Tegangan listrik (V)
E_P= Energi potensial (J)
Q = Muatan listrik (C)
R = Jarak (m)
k  = Konstanta (9 x 10⁹Nm²/C²)

Jika muatan berpindah dari suatu titik (titik A) yang memiliki besar potensial tertentu (V_A) menuju ke titik lain (titik B) yang memiliki nilai potensial yang berbeda (V_B), maka akan diperoleh persamaan :

Besar usaha yang diperlukan, sama dengan perubahan energi potensial (ΔEp) dan besarnya tidak tergantung pada lintasan untuk untuk memindahkan muatan. Persamaan tegangan yang terpengaruh oleh daya listrik dan muatan :

Keterangan :
V  = Tegangan (V)
W = Usaha (Nm, Joule)
Q  = Muatan (C)

Contoh soal :

1. Jika diperlukan usaha 100 Joule untuk memindahkan setiap muatan sebesar 25 Coulomb. Berapa besarkah tegangan yang dihasilkan?

Diketahui : W = 10 Joule
                 Q  = 25 Coulomb
Ditanya    : V  = ?
Jawab :