Materi Arus Listrik

Amper adalah satuan SI untuk besaran pokok listrik, dilambangkan dengan huruf A. Satu amper adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar newton per meter. Satuan ini diambil dari nama André-Marie Ampère, salah satu penemu elektromagnetik.

DEFINISI ARUS  LISTRIK

Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar tiap detik.atau dengan kata lain adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.

Besarnya arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan jumlah elektron bebas yang melewati penampang konduktor setiap detik. Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik dinyatakan dengan satuan ampere, disingkat A.Satu amperA sama  dengan pergerakan 6.25 x 1018 elektron bebas yang melewati konduktor setiap detik. Atau dengan pengertian lain 1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x1016 (6,24151 × 1018) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 3. Gerakan Elektron

Elektron bebas yang bermuatan negative selamanya akan selalu tolak menolak satu dengan lainnya. Bila ada kelebihan electron disatu tempat, maka akan ada kekurangan electron ditempat lainnya, electron akan selalu bergerak ketempat yang kosong, dan kemudian mencoba untuk saling menjauh satu sama lainnya. Saat pergerakan ini terjadi, aliran atau arus elektron terbentuk, Arus akan terus berlanjut sampai electron genap terpisah dari intinya.

Arus dapat digambarkan seperti laju aliran elektron, besarnya aliran electron bias diumpamakan seperti pada pipa air. Pada pipa yang diameternya lebih besar mempunyai kapasitas aliran yang lebih besar pula. Artinya adalah aliran arus akan besar bila jumlah electron yang bergerak juga banyak, sehingga semburan air bisa jauh seperti gambar dibawah ini.

Pada pipa yang diameter kecil mempunyai kapasitas aliran yang lebih kecil, artinya aliran arus akan kecil karena jumlah elektron yang mengalir kecil. Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.

Gambar 4. Perumpaman Aliran arus

Jadi kesimpulannya adalah mengalirnya suatu electron sama dengan mengalirnya suatu arus. Arus adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.

Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik

Formula arus listrik adalah:

Dimana:

I           = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere

Q         = Besarnya muatan listrik,            coulomb

t           = waktu,                                        detik

1.1.KUAT ARUS LISTRIK.

Definisi Kuat Arus Listrik

     Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu, dengan kata lain  Amper adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

“Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”. listrik yang dapat memisahkan,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.

Formula arus listrik adalah

1 (satu) Coulomb         = 6,28 x 1018 electron

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb

I = Kuat Arus dalam satuan Amper.

t = waktu dalam satuan detik.

PERMASALAHAN  KUAT ARUS LISTRIK

Sebuahbateraimemberikanarus0,5Akepadasebuahlampuselama 2menit. Berapakahbanyaknyamuatanlistrikyangdipindahkan  ?

PEMECAHAN MASALAH

 

Diketahui: I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan: Q (muatan listrik).

Penyelesaian:

t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

1.2.RAPAT ARUS

Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Definisi Rapat Arus

Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat (mm²)

Gambar 6.Kerapatan arus listrik.

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm².Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

Formula arus listrik adalah :             Dijabarkan  sebagai berikut :

                          

Dimana:S=Rapatarus                              [A/mm²]

I=Kuatarus                              [Amp]

Q=luaspenampangkawat[mm²]

Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik

Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan menyebabkan (menimbulkan) tiga kejadian :

a.    Pembangkit panas

Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat sistem bekerja. Contohnya meliputi :Lampu kepala (Head Light), Korek api dimobil (Cigarette Lighter), sekring (Fuse) dll.

Gambar7. aliran arus

b.    Aksi kimia

Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui /dialiri arus listrik) akan menyebabkan arus listrik mengalir. Baterai jenis basah bekerja berdasarkan prinsip kimia.

Saat kondisi baterai kosong (teganan dan arus) yang tersimpan dibaterai berkurang, reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut :

Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20

Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian. baterai perlu diisi tegangan dan arus (charging) mengakibatkan pada reaksi kimia akan berubah. Perubahannya sebagai berikut :2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02

Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai

c.    Aksi magnet

Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya. Prinsip ini digunakan pada koil pengapian (ignition coil), alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.

RANGKUMAN ARUS LISTRIK:

Ø  Arus listrik terjadi karena mengalirnya elektron.

Ø  Bila aliran elektronnya banyak, maka arus yang mengalir juga lebih banyak.

Ø  Melalui perbedaan potensial, arus bisa mengalir dari potensial yang tinggi ke potensial yang lebih rendah.

Ø  Bila aliran elektron bebasnya banyak, maka akan menghasilkan panas, karena itu kawat listrik menjadi panas dikarenakan banyaknya arus yang lewat.

Ø  Jumlah arus dapat diterangkan dengan mengambil perumpamaan pada jumlah air yang mengalir pada sebuah pipa.

Ø  Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti tenaga listriknya juga kuat.

PERMASALAHAN RAPAT ARUS

1. Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ? 2. Muatan listrik 4500 C, arus listrik 1500 mA. Hitunglah waktunya

Diketahui :  I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan : Q (muatan listrik).

Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

PEMECAHAN MASALAH 2

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

Diketahui : Q = 4500 C

                   I = 1500 mA = 1.5 A

Ditanyakan : t = ?

Jawab :

t      = Q / I

       = 4500 C / 1.5 A

       = 3000 s = 3000 dt

       = 50 menit = 5/6 jam