Pengertian Arus Listrik, Hambatan, dan Rangkaian Listrik

Pengertian Arus Listrik - Arus listrik biasanya dianggap sebagai aliran elektron. Ketika dua ujung baterai dihubungkan satu sama lain melalui kawat logam, elektron mengalir dari satu ujung (elektrode atau kutub) baterai, melalui kabel, dan ke ujung baterai yang berlawanan.


Arus listrik juga dapat dianggap sebagai aliran "lubang" positif. "Lubang" dalam pengertian ini adalah wilayah ruang di mana sebuah elektron biasanya ditemukan tetapi tidak ada. Tidak adanya muatan negatif elektron dapat dianggap sebagai menciptakan lubang bermuatan positif.


Dalam beberapa kasus, arus listrik juga dapat terdiri dari aliran partikel bermuatan positif yang dikenal sebagai kation. Kation hanyalah sebuah atom atau sekelompok atom yang membawa muatan positif.


[irp posts="281" name="Pengertian Atom dan Sejarah Penemuannya"]

Pengukuran saat ini


Ampere (A) digunakan untuk mengukur jumlah aliran arus. Satuan ini berasal dari nama ahli matematika dan fisika Prancis André Marie Ampère (1775–1836), yang mendirikan studi modern tentang arus listrik. Ampere didefinisikan dalam hal jumlah elektron yang melewati titik tertentu dalam beberapa satuan waktu. Karena muatan listrik diukur dalam coulomb, definisi yang tepat untuk ampere adalah jumlah coulomb yang melewati titik tertentu setiap detik.



Karakteristik arus listrik


Beda potensial. Agar arus listrik mengalir, sejumlah kondisi harus dipenuhi. Pertama, perbedaan potensial harus ada antara dua titik. Istilah beda potensial (Voltase bahasa inggrisnya voltage) adalah gaya yang diciptakan oleh sekelompok elektron di satu tempat yang lebih besar daripada gaya elektron di beberapa tempat lain. Gaya yang lebih besar mendorong elektron menjauh dari tempat pertama dan menuju tempat kedua.


Perbedaan potensial biasanya tidak terjadi di alam. Dalam kebanyakan kasus, distribusi elektron di dunia di sekitar kita cukup merata. Namun, para ilmuwan telah menemukan jenis perangkat tertentu, di mana elektron dapat terakumulasi, dan menghasilkan perbedaan potensial. Baterai, misalnya, tidak lain adalah alat untuk menghasilkan massa elektron besar pada satu elektroda (titik dari mana arus listrik dikirim atau diterima) dan kekurangan elektron di elektroda lainnya. Perbedaan ini menjelaskan kemampuan baterai untuk menghasilkan perbedaan potensial, atau tegangan.


Hambatan listrik. Kondisi kedua yang diperlukan agar arus mengalir adalah jalur di mana elektron dapat berjalan. Beberapa bahan mampu menyediakan jalur seperti itu, dan yang lainnya tidak. Bahan yang memungkinkan aliran arus listrik dikatakan sebagai konduktor. Benda yang menghalangi aliran arus listrik disebut nonconductor atau isolator. Kawat logam yang menghubungkan dua kutub baterai dalam contoh yang disebutkan sebelumnya memberikan jalur untuk pergerakan elektron dari satu kutub baterai ke kutub lainnya.


Konduktivitas material adalah sifat intrinsik (atau alami) yang didasarkan pada ketahanannya terhadap pergerakan elektron. Elektron dalam beberapa bahan diikat dalam ikatan kimia dan tidak tersedia untuk mengalirkan arus listrik. Dalam bahan lain, sejumlah besar elektron bebas bergerak, dan mentransmisikan aliran elektron dengan mudah.


Hambatan listrik (atau resistivitas) diukur dalam satuan yang dikenal sebagai ohm (Ω). Satuan ini digunakan untuk menghormati fisikawan Jerman Georg Simon Ohm (1789-1854), orang pertama yang mengungkapkan hukum konduktivitas listrik. Kebalikan dari resistensi adalah konduktansi, yang diukur dalam satuan yang disebut mho (ohm dieja mundur).


Ketahanan sepotong kawat yang digunakan dalam rangkaian listrik tergantung pada tiga faktor: panjang kawat, luas penampang, dan resistivitas bahan pembuatan kawat tersebut. Untuk memahami efek hambatan listrik, bayangkan air yang mengalir melalui selang.


[irp posts="761" name="Pengertian Tegangan, Arus, Hambatan, dan Hukum Ohm"]

[caption id="attachment_3220" align="aligncenter" width="989"]Rumus Hambatan (R) Rumus Hambatan (R)[/caption]

Jumlah air yang mengalir melalui selang mirip dengan arus di kawat. Sama seperti lebih banyak air yang bisa melewati selang yang besar daripada selang yang kecil, kawat logam yang besar bisa membawa arus yang lebih banyak daripada kabel logam yang kecil.


Perbandingan serupa dapat dibuat berkenaan dengan panjang. Lebih sulit air mengalir melalui selang panjang  karena harus bergerak lebih jauh. Demikian pula, lebih sulit bagi arus untuk melakukan perjalanan melalui kabel panjang daripada melalui kabel pendek.


Tahanan adalah sifat dari material yang kawatnya dibuat dan berbeda dari bahan ke bahan. Bayangkan mengisi selang kebakaran dengan molase daripada air. Molase akan mengalir lebih lambat  karena viskositasnya (kekakuan atau ketahanan untuk mengalir). Demikian pula, arus listrik mengalir melalui beberapa logam (seperti timah) dengan lebih banyak kesulitan daripada yang melalui logam lain (seperti perak).



Sirkuit listrik


Dalam kebanyakan kasus, jalur yang dilalui oleh arus listrik dikenal sebagai sirkuit listrik/rangkaian listrik. Paling tidak, sebuah rangkain terdiri dari (1) sumber elektron (seperti baterai) yang akan memberikan perbedaan potensial dan (2) jalur di mana elektron dapat melakukan perjalanan (seperti pada kawat logam). Ingatlah bahwa perbedaan potensial (atau tegangan) mengacu pada kekuatan elektron yang lebih besar di satu tempat daripada di tempat lain, gaya yang lebih besar itu mendorong elektron menuju tempat dengan gaya yang lebih rendah.


Untuk setiap aplikasi praktis, arus juga memerlukan (3) alat yang operasinya tergantung pada aliran arus listrik. Peranti seperti itu termasuk jam listrik, pemanggang roti, radio, pesawat televisi, dan berbagai jenis motor listrik. Dalam banyak kasus, rangkaian listrik juga mengandung (4) semacam meter yang menunjukkan jumlah arus listrik atau perbedaan potensial dalam suatu rangkaian. Akhirnya, sebuah rangkaian kemungkinan mencakup (5) berbagai perangkat untuk mengontrol aliran arus listrik, seperti penyearah, transformer, kondensor, dan pemutus sirkuit.


Peranti dapat ditempatkan ke dalam rangkaian listrik dengan salah satu dari dua cara. Dalam rangkaian seri, arus mengalir melalui peralatan satu demi satu. Dalam sirkuit paralel, arus yang masuk dibagi dan dikirim melalui masing-masing sirkuit yang terpisah secara independen.


Keuntungan penting dari rangkaian paralel adalah ketahanannya terhadap kerusakan. Misalkan saja salah satu peralatan dalam rangkaian seri rusak sehingga arus tidak dapat mengalir melaluinya. Kerusakan ini mencegah arus mengalir di salah satu peralatan. Masalah seperti itu tidak muncul pada rangkaian paralel. Jika salah satu peralatan di sirkuit paralel gagal/rusak, arus masih terus mengalir melalui peralatan lain di sirkuit.


Hubungan matematika prinsip yang mengatur aliran arus listrik dalam suatu rangkaian ditemukan oleh Ohm pada tahun 1827. Hukum Ohm menyatakan bahwa jumlah arus (I) dalam suatu rangkaian berhubungan langsung dengan perbedaan potensial (V) dan berbanding terbalik dengan resistansi/hambatan (R) di rangkaian. Dengan kata lain, I=V/R.


Apa yang dikatakan hukum Ohm adalah peningkatan perbedaan potensial (V)  atau penurunan resistensi/hambatan  (R) menghasilkan peningkatan aliran arus (I). Sebaliknya, penurunan beda potensial (V) atau peningkatan resistansi  (R) menghasilkan penurunan aliran arus (I). Semakin rumit sirkuit listrik, semakin sulit menerapkan hukum Ohm.




[caption id="attachment_3223" align="aligncenter" width="989"]Rumus Hukum Ohm Rumus Hukum Ohm[/caption]

Aliran arus dan aliran elektron


Bidang teknik listrik dibebani dengan masalah aneh yang berkembang lebih dari 200 tahun yang lalu. Ketika para ilmuwan pertama kali mempelajari aliran arus listrik dari satu tempat ke tempat lain, mereka percaya bahwa aliran itu dihasilkan oleh gerakan partikel-partikel kecil. Karena elektron belum ditemukan, mereka mengasumsikan bahwa partikel-partikel membawa muatan positif.


Hari ini kita tahu sebaliknya. Arus listrik adalah aliran partikel bermuatan negatif yaitu elektron. Tetapi kebiasaan menunjukkan arus listrik sebagai positif telah ada sejak lama, dan masih banyak digunakan. Oleh karena itu, tidak jarang melihat arus listrik digambarkan sebagai aliran muatan positif, meskipun kita telah lama mengetahui yang lebih baik.



Arus AC dan DC


Jenis arus listrik yang dijelaskan sejauh ini adalah arus searah (arus DC). Arus searah selalu melibatkan pergerakan elektron dari daerah bermuatan negatif tinggi ke salah satu bermuatan negatif lebih rendah. Arus listrik yang dihasilkan oleh baterai adalah arus searah.


Yang cukup menarik, sebagian besar arus listrik yang digunakan untuk tujuan praktis adalah arus bolak - balik (arus AC). Arus bolak-balik adalah arus yang mengubah arah aliran sangat cepat. Di Amerika Utara, misalnya, saluran listrik komersial beroperasi pada frekuensi 60 hertz. (Hertz adalah satuan frekuensi.) Dalam garis 60 hertz, arus mengubah arahnya 60 kali setiap detik.


Jenis arus bolak-balik lainnya juga digunakan secara luas. Di luar Amerika Utara, saluran listrik 50 hertz lebih umum. Dan di pesawat terbang, arus bolak-balik biasanya diberi nilai 400 hertz.


Belum ada Komentar untuk "Pengertian Arus Listrik, Hambatan, dan Rangkaian Listrik"

Posting Komentar

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel