Arus Listrik dan pengukurannya

1. Arus Listrik

Arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Berdasarkan perjanjian arah arus listrik diambil sesuai arah gerakan muatan positif. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah, sedangkan elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi.

Syarat terjadinya arus listrik:

1. Terdapat beda potensial antara kedua ujung konduktor

2. Terjadi dalam rangkaian tertutup (seluruh elemen terhubung)

Gambar 1 menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik tersebut merupakan susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat penghantar, lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar 1a saklar dalam keadaan terbuka dan rangkaian tersebut disebut rangkaian terbuka. Pada rangkaian terbuka maka arus listrik tidak dapat mengalir sehingga lampu tidak menyala. Pada gambar 1b saklar dalam keadaan tertutup dan rangkaian tersebut disebut rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup 1b maka arus listrik mengalir melalui rangkaian sehingga lampu menyala

2. Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang konduktor tiap detik.

Jika ada muatan sebesar melewati suatu penampang konduktor dalam interval waktu, maka besar kuat arus listrik yang mengalir dalam konduktor itu adalah:

dalam SI (Sistem Internasional) satuan arus adalah ampere (A).

Satu ampere didefinisikan sebagai muatan satu coulomb yang melewati suatu permukaan dalam waktu 1 detik.

Muatan listrik satu electron adalah 1,6 x 10^-19C. Jika besarnya muatan listrik yang melalui pengantar dalam waktu tertentu adalah Q Coulomb, maka jumlah electron yang melalui penghantar adalah;

3. Alat Ukur Listrik

a. Amperemeter

Amperemeter (ammeter): adalah

alat ukur kuat arus listrik. Untuk

mengukur arus yang mengalir melalui resistor pada rangkaian, amperemeter dipasang secara seri dengan resistor itu.

Simbol amperemeter dalam rangkaian adalah;

Dengan demikian, pada amperemeter dan resistor akan mengalir arus yang sama. Idealnya, amperemeter memiliki hambatan yang sangat kecil sehingga hanya sedikit perubahan yang terjadi pada arus yang diukur. Amperemeter memiliki skala penuh atau batas ukur maksimum, sedangkan kuat arus listrik yang akan diukur mungkin melebihi batas ukur maksimum amperemeter. Galvanometer adalah komponen utam

a yang menyusun amperemeter analog. Agar amperemeter dapat digunakan, maka dipasang suatu hambatan yang paralel dengan galvanometer sehingga kelebihan arus akan mengalir ke hambatan paralel (hambatan shunt) atau R_sh

Arus maksimum yang melalui galvanometer adalah I_m, sehingga arus yang melalui R_sh adalah I-I_m. Resistor R_G dan R_sh dipasang secara pararel, maka beda potensial antara a dan b sama besar. Dengan demikian,berlaku

Dengan R_G resistor galvanometer dan

b. Voltmeter

Voltmeter adalah alat pengukur beda potensial (tegangan) antara dua titik. Untuk mengukur beda potensial pada ujung-ujung resistor maka voltmeter dipasang pararel dengan resistor itu.

Voltmeter juga memiliki resistansi sehingga pemasangan voltmeter akan mengurangi hambatan antara titik a dan b. Akibatnya, arus yang mengalir pada rangkaian meningkat dan mempengaruhi tegangan pada titik a-b. Idealnya, voltmeter mempunyai hambatan yang sangat besar sehingga efeknya pada rangkaian menjadi minimal.

Agar voltmeter dapat digunakan untuk mengukur tegangan yang lebih besar maka batas ukur maksimum voltmeter dapat diperbesar dengan menambah hambatan yang dipasang seri dengan galvanometer penyusun voltmeter itu.

Untuk menghitung besar R_s maka tegangan sebesar V dibagi menjadi dua, yaitu tegangan pada galvanometer V_m dan tegangan pada ujung-ujung resistor R_s yaitu V_s. Jadi, V = V_m + V_s. Resistor R_s dan R_G disusun seri sehingga diperoleh resistor ekivalen R = R_s + R_G. Untuk resistor susunan seri, berlaku

Dengan R_G adalah resistor galvanometer dan n = V / V_m menunjukkan perbandingan antara tegangan skala penuh dan tegangan skala penuh galvanometer.

c. Ohmmeter

Ohmmeter adalah alat pengukur hambatan atau resistansi resistor. Untuk membuat ohmmeter, galvanometer dihubungkan seri dengan baterai dan resistor R_s.

Ketika terminal-terminal x dan y dihubungkan ke resistor R yang tidak diketahui, arus I yang mengalir melalui galvanometer adalah

4. Pembacaan alat ukur listrik dalam rangkaian listrik

Pada dasarnya pembacaan alat ukur baik itu amperemeter dan voltmeter adalah sama. Yang perlu diperhatikan adalah batas ukur yang digunakan. Batas ukur adalah batas nilai maksimal yang bisa diukur oleh suatu alat ukur.

Cara untuk membaca hasil pengkuran adalah:

Amperemeter ada yang mempunyai batas ukur dan skala terbatas. Misalnya sebuah amperemeter batas ukurnya 5A dengan skala 1–10. Jika saat digunakan jarum menunjukkan angka 4 pada skala, besar kuat arus listrik yang terukur adalah sebagai berikut.

Dengan demikian, arus listrik yang terukur sebesar 2 A.

Contoh soal:

Kuat arus listrik yang mengalir dalam 1 jam pada suatu kabel yang luas penampang kawatnya 0,2 mm dalam suatu rangkaian elektronika adalah 0,17 mA. Manakah dari pernyataan berikut ini yang benar?

1. Rapat arus dalam 1 jam adalah 8500 A/m²

2. Besar muatan yang melalui kabel adalah 0,61 C

3. Banyaknya elektron yang mengalir dalam 1 jam adalah 3,81 x 10¹⁶ buah

4. Rapat arus dalam 1 jam adalah 850 A/m²

a. 1, 2, dan 3

b. 1 dan 3

c. 2 dan 4

d. 4 saja

e. Semua benar

Penyelesaian:

Diketahui: A = 0,2 mm²

I = 0,17 mA

t = 1 jam = 3600 sekon

Ditanya:

a. J = …..?

b. Q = …..?

c. n = …..?

Jawab:

a) Rapat arus dapat dihitung dengan Persamaan:

b) Untuk selang waktu t = 1 jam = 3600 sekon, muatan yang melalui kabel tersebut diperoleh adalah:

q = It = 0,17 x 10^-3 x 3600 = 0,61 C

c) Banyaknya elektron yang menghasilkan muatan 0,61 C adalah

Jadi jawabannya adalah 2 dan 4 (C).

WARM-UP 1

1. Definisikan dan jelaskan arus listrik dan kuat arus listrik!

2. Jelaskan cara membaca alat ukur listrik dan berikan contohnya!

PUZZEL

1. Dua buah benda bermuatan listrik masing-masing bermuatan positif dan negatif dihubungkan melalui seutas kawat (diperlihatkan seperti gambar):

Kawat (a) Kawat (b)

Ke manakah arus listrik mengalir dalam rangkaian (a), dan ke manakah arus elektron mengalir dalam rangkaian (b)?

2. Dalam kegiatan praktikum Adward mendapat tugas untuk mengukur hambatan suatu resistor. Jika alat ukur yang digunakan oleh Adward menunjukkan skala seperti pada gambar, manakah pernyataan berikut ini yang benar? Jelaskan!

1. Beda potensial ujung-ujung resistor sebesar 3 V

2. Beda Potensial ujung-ujung resistor sebesar 6 V

3. kuat arus yang mengalir pada rangkaian 4 mA

4. kuat arus yang mengalir pada rangkaian sebesar 3 mA

5. Nilai hambatan resistor 0,75 kΩ

6. Nilai hambatan resistor 2 kΩ

3. Sebutkan syarat-syarat terjadinya arus listrik dalam suatu rangkaian!

Untuk melihat simulasi pemasangan alat - alat listrik bisa dilihat di sini