HUKUM KELISTRIKAN ARUS SEARAH

HK. KELISTRIKAN ARUS SEARAH

• Pengertian arus listrik searah

     Listrik Arus Searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik yang lebih rendah. Pada umumnya sumber arus listrik searah adalah baterai seperti aki dan elemen volta dan juga panel surya. Selain dari aki sumber arus searah didapat juga melalui arus bolak balik yang yang dirubah menjadi arus searah yaitu dengan menggunakan penyearah (Rectifier).

   Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor. Dahulunya arus listrik searah dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung sumber positif ke ujung sumber negatif. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Arus listrik searah banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga, hal ini karena komponen elelktonika sebagian besar adalah menggunakan arus searah.

• Pengertian arus listrik

     Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan brmuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

     Ketika dua benda yang berbeda jumlah muatannya ( positif dan negative ) dihubungkan dengan sebuah konduktor, sebagian muatan (positif dan negatif ) salah satu dari kedua benda akan saling mengalir menuju benda lainnya melalui konduktorsehingga dicapai keadaan seimbang yakni muatan listrik kedua benda menjadi sama. Terjadinya aliran arus listrik karena perbedaan potensial listrik yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif in disebut arus listrik. Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat ( potensial gravitasi ) tinggi ke tempat ( potensial gravitasi) rendah.

• Kuat arus listrik

    banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar tiap satuan waktu. Simbol kuat arus listrik adalah I.

Secara sistematis kuat arus listrik dituliskan dengan persamaan sebagai berikut:

Ket :
I = kuat arus listrik (A)

           q = muatan listrik (C)

t = waktu (s)

     Banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama dengan kelipatan besar muatan sebuah electron – 1,6. C Jika pada konduktor mengalir n buah , maka total muatan yang mengalir memenuhi persamaan sebagai berikut. Rapat arus (J) adalah besar kuat arus listrik per satuan luas penampang. Satuan rapat arus dalam system SI adalah ampere / atau A.

• Hukum-hukum kelistrikan arus searah

1. Hukum Ohm

     Arus Listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dari hasil percobaan George Simon Ohm ( 1787 – 1854 ) beliau menyimpulkan bahwa “Besarnya beda potensial listrik ujung – ujung penghantar yang berhambatan tetap sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar tersebut selama suhu penghantar tersebut dijaga tetap”. Karena beda potensial sebanding dengan kuat arus, maka perbandingan tegangan dengan kuat arus adalah konstan.

     Dari percobaan lebih lanjut dengan menggunakan penghantar yang berhambatan R, ternyata diperoleh huungan sebagai berikut.

Ket :
V = beda potensial ( volt )

I = kuat arus ( ampere )

R = hambatan kawat penghantar ( Ω )

2. Hukum Kirchhoff

     Rangkaian sederhana dapat terdiri dari lampu, sakelar, dan baterai yang satu sama lain terhubung oleh kawat / kabel. Ketika sakelar masih terbuka, arus listrik b`elum mengalir shingga lampu menjadi padam. Sebaliknya ketika sakelar dismbungkan, arus mengalir dari kutub positif baterai ke kutub negative baterai melalui kabel dan lampu sehingga lampu menyala. Sebelum sakelar dihubungkan, rangkaian listrik disebut rangkaian listrik terbuka, sedangkan setelah dihubungkan dengan sakelar, disebut rangkaian listrik tertutup. Rangkaianseperti ini secara umum disebut rangkaian listrik arus searah.Rangkaian listrik arus searah yang terdiri dari sebuah baterai dan beban disebut rangkaian listrik sederhana.

ü  Hukum I Kirchhoff

     Kuat arus listrik dalam suatu rangkain tak bercabang, besarnya selalu sama. Lampu – Lampu dirumah kita pada umumnya terpasang secara pararel.Rangkaian listrik biasanya terdiri banyak hubugan sehingga akan terdapat banya cabang atau lebih. Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk pada titik percbangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Ilustrasi hokum I Kirchhoff seperti pada gambar berikut ini.

ü  Hukum II Kirchhoff

     Menjelaskan tentang beda potensial mengitari suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirhhoff menyatakan di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( E ) dengan penurunan tegangan ( I.R ) sama dengan 0.Secara sistematis, hokum II Kirchhoff memenuhi persamaan :

Beberapa langkah untuk menganalisis rangkaian tertutup dengan loop tungal sesuai hukum II kirchhoff menggunakan ketentuan – ketentuan sebagai berikut.

Pilih rmasing rangkaian untuk msing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.pemilihan loop bebas,talpi jika memungkinkan di usahakan searah dengan arah arus listrik ,

     Jika pada suatu cabang,arah loop sama dengan arah arus,maka penurunan tegangan (IR) betanda positif,sedangkan bila arah loop brlawanan arah dengan arah arus,maka penurunan tegangan (I, R) bertanda negatif.

         Bila saat mengikuti arah loop, kutulp sumber tegangan yang lllebih dahulu di jumpai adalah kutup positif ,maka gaya gerak listrik bertanda positif,sebalik nya bila kutup negatif.maka penurunan tegangan (I , R) bertanda negatif,

Hambatan Kawat

Hambatan suatu kawat adalah;

1. sebanding dengan hambat jenis kawat

2. sebanding dengan panjang kawat

3. sebanding terbalik dengan luas penampung kawat

dengan rumus:

R = . l

A

R = hambatan kawat (ohm) l = panjang kawat (m)

= hambatan jenis kawat (ohm.m) = luas penampung kawat (m2)

     Bagaimana Arus, Tegangan, dan Tahanan / Resistansi pada suatu rangkaian listrik berhubungan? Rangkaian listrik terbentuk ketika jalur konduktif dibuat untuk memperbolehkan elektron bebas untuk bergerak secara berkelanjutan. Pergerakan elektron bebas secara berkelanjutan ini disebut sebagai Arus Listrik. Sedangkan gaya yang menyebabkan elektron mengalir dalam sebuah rangkaian listrik disebut Tegangan.

    Elektron bebas yang mengalir melalui konduktor mendapat gesekan-gesekan yang menyebabkan terhambat-nya aliran elektron tersebut, gesekan-gesekan yang menghambat aliran elektron tersebut disebut sebagai Resistansi.

    Hubungan antara arus, tegangan, dan resistansi dalam suatu rangkaian listrik ini ditemukan oleh seseorang berkebangsaan Jerman bernama Georg Simon Ohm. Prinsip yang ditemukan oleh Ohm bahwa jumlah arus listrik yang mengalir pada konduktor dalam suatu rangkaian berbanding lurus terhadap tegangan yang melewati-nya, pada temperatur berapapun. Ohm mengekspresikan temuan-nya tentang bagaimana hubungan antara arus, tegangan, dan resistansi dalam sebuah persamaan sederhana.

V = I x R

    Dimana “V” merupakan tegangan listrik yang diukur dalam satuan Volt (V), “I” merupakan arus listrik yang diukur dalam satuan Ampere (A), dan “R” merupakan resistansi yang diukur dalam satuan Ohm (Ω).

rangkaian-listrik

    Pada ilustrasi gambar rangkaian di atas diketahui bahwa rangkaian memiliki tegangan sebesar 12V dan resistansi beban sebesar 5Ω sedangkan arus listrik-nya tidak diketahui. Untuk mengetahui-nya gunakan persamaan hukum Ohm dengan sedikit modifikasi. Untuk mengetahui arus listrik jika tegangan dan resistansi-nya diketahui adalah.

I = V / R

    I = 12V / 5Ω

    I = 2.4 Ampere

    Jadi arus listrik yang mengalir pada rangkaian di atas adalah 2.4 Ampere.

     Hukum Ohm sangat sederhana dan sangat berguna untuk menganalisa suatu rangkaian listrik. Untuk mempermudah menggunakan persamaan Ohm jika kita akan menggunakan persamaan tersebut bukan hanya untuk mencari tegangan, misal kita ingin mengetahui arus listrik atau nilai resistansi yang belum diketahui pada suatu rangkaian listrik, gunakan trik berikut dengan menyusun V, I, dan R dalam bentuk segitiga transposisi seperti diilustrasikan berikut ini.

persamaan-ohm1

     Untuk mengetahui tegangan (V), pada segitiga persamaan Ohm di atas, “V” diberi warna biru yang berarti nilai yang dicari. Sedangkan arus (I) dan resistansi ® diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “V”, karena posisi “I” dan “R” sejajar secara horizontal dalam segitiga tersebut yang memiliki arti I x R, jadi V = I x R.

persamaan-ohm2

     Pada segitiga kedua digunakan untuk mencari nilai arus (I) ditandai dengan “I” diberi warna biru. Sedangkan tegangan “V” dan resistansi “R” diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “I”. Posisi “V” dan “R” berada pada posisi vertikal sehingga memiliki arti V / R, jadi I = V / R.

persamaan-ohm3

     Pada segitiga ketiga digunakan untuk mencari nilai resistansi ® yang ditandai dengan “R” diberi warna biru. Sedangkan tegangan “V” dan arus “I” diberi warna hijau yang berarti solusi untuk mencari nilai “R” dan posisi “V” dan “I” berada pada posisi vertikal sehingga memiliki arti V / I, jadi R = V / I.

§  Daya pada rangkaian listrik arus searah.

 

     Power atau daya adalah berapa besar gaya yang dapat dilakukan dalam setiap waktu. Daya secara mekanik yang biasa digunakan di amerika adalah menggunakan horsepower. Daya listrik biasanya diberi satuan watt, dan bisa dihitung dengan persamaan P = IE. Daya listrik dihasilkan oleh tegangan dan arus. Horsepower dan watt adalah dua hal yang berbeda namun menjelaskan hal yang sama dalam menjelaskan persamaan fisika, dengan 1 horsepower setara dengan 747,5 watt. 

     Beberapa bentuk persamaan daya atau biasa disebut dengan hukum joule P = IE , namun dengan persamaan tersebut untuk rangkaian DC kita bisa menghasilkan beberapa persamaan lagi apabila disatukan dengan persamaan pada hukum ohm. 

P =IE , hukum joule

E = IR , hukum ohm

 Maka akan diperoleh persamaan sbb;

P = IE, apabila E dimasukkan ke persamaan maka akan menghasilkan P = I  I R, atau akan menjadi P = I2R, 

     Dan ketika pada hukum ohm apabila kita hanya mengetahui E dan R saja maka akan didapat persamaan. I = E/R, dan apa bila dimasukkan ke persamaan joule maka akan menjadi P = E/R.xE, atau sama dengan P = E2/R.

Maka akan didapatkan persamaan hasil gabungan antara persamaan joule dan ohm menjadi P = I2R ; P = IE ; P = E2/R , dan untuk daya dengan satuan watt biasa diberi symbol W.