04/18/2304/18/23

Fisika Umum (MA 301)

Topik hari Topik hari iniini

Kelistrikan

PendahuluanPendahuluan

Pengetahuan kelistrikan sudah diamati pada zaman Pengetahuan kelistrikan sudah diamati pada zaman yunani kuno (700 SM).yunani kuno (700 SM).

Dimulai dengan pengamatan bahwa batu amber (fosil) Dimulai dengan pengamatan bahwa batu amber (fosil) ketika digosok dengan kapas akan menarik benda-benda ketika digosok dengan kapas akan menarik benda-benda kecil seperti jerami atau bulu.kecil seperti jerami atau bulu.

Fenomena ini ternyata tidak terbatas pada amber/kapas Fenomena ini ternyata tidak terbatas pada amber/kapas tetapi dapat juga terjadi ketika bahan bukan penghantar tetapi dapat juga terjadi ketika bahan bukan penghantar saling digosok.saling digosok.

Sifat Muatan ListrikSifat Muatan ListrikPenemuanPenemuan

Pengamatan pada Listrik StatisPengamatan pada Listrik Statis Dua batang plastik yang telah digosokkan pada rambut ketika Dua batang plastik yang telah digosokkan pada rambut ketika

didekatkan akan saling tolak-menolak.didekatkan akan saling tolak-menolak. Dua batang gelas yang telah digosokkan pada kain sutra ketika Dua batang gelas yang telah digosokkan pada kain sutra ketika

didekatkan akan saling tolak menolak.didekatkan akan saling tolak menolak. Batang plastik dan batang gelas ketika didekatkan akan saling Batang plastik dan batang gelas ketika didekatkan akan saling

tarik-menariktarik-menarik

TermuatiTermuati Batang plastik atau batang gelas setelah digosok masing-Batang plastik atau batang gelas setelah digosok masing-

masing pada rambut dan kain menjadi bermuatan.masing pada rambut dan kain menjadi bermuatan.

Dua Jenis MuatanDua Jenis Muatan Dinamai oleh Benjamin Franklin (1706-1790) sebagai Dinamai oleh Benjamin Franklin (1706-1790) sebagai positifpositif

dan dan negatifnegatif..

Muatan yang sama saling tolak-menolak dan muatan Muatan yang sama saling tolak-menolak dan muatan yang berlawanan saling tarik-menarikyang berlawanan saling tarik-menarik ( (ada gaya ada gaya listriklistrik))

Sifat Muatan ListrikSifat Muatan Listrik (lanjutan)(lanjutan)

Asal dari muatan muncul pada tingkat atomik.Asal dari muatan muncul pada tingkat atomik. Nukleus : “tetap”,Nukleus : “tetap”,positifpositif.. Elektron : gerak, Elektron : gerak, negatifnegatif..

Keadaan atom biasanya adalah Keadaan atom biasanya adalah netralnetral..

Muatan mempunyai sifat cenderung untuk berpindah Muatan mempunyai sifat cenderung untuk berpindah diantara material yang berbeda.diantara material yang berbeda.

Muatan listrik adalah Muatan listrik adalah kekal kekal dalam setiap proses.dalam setiap proses. Muatan tidak bisa diciptakan.Muatan tidak bisa diciptakan. Biasanya, muatan Biasanya, muatan negatifnegatif ditransfer dari benda yang satu ke ditransfer dari benda yang satu ke

benda yang lain.benda yang lain.

Sifat Muatan Listrik (lanjutan)Sifat Muatan Listrik (lanjutan)KuantisasiKuantisasi

Pada tahun 1909 Robert Millikan menemukan bahwa benda Pada tahun 1909 Robert Millikan menemukan bahwa benda bermuatan hanya dapat memiliki kelipatan bulat dari satuan muatan bermuatan hanya dapat memiliki kelipatan bulat dari satuan muatan fundamental.fundamental.

Muatan adalah Muatan adalah terkuantisasiterkuantisasi.. Sebuah benda dapat memiliki muatan Sebuah benda dapat memiliki muatan e, atau e, atau 2e, atau 2e, atau 3e, dst 3e, dst

tetapi tidak dapat tetapi tidak dapat 1.5e. 1.5e. Proton memiliki muatan Proton memiliki muatan +1e+1e.. Elektron memiliki muatan Elektron memiliki muatan –1e–1e.. Beberapa partikel seperti Beberapa partikel seperti neutronneutron tidak memiliki muatanj. tidak memiliki muatanj. Sebuah atom yang netral memiliki muatan positif sebanyak muatan Sebuah atom yang netral memiliki muatan positif sebanyak muatan

negatif.negatif.

SatuanSatuan SI, coulomb ( C).SI, coulomb ( C). Nilai dari |Nilai dari |e| = 1.602 19 x 10e| = 1.602 19 x 10-19-19 C C..

Hukum CoulombHukum CoulombObservasiObservasi

Tahun 1785, Charles Coulomb menemukan hukum fundamental Tahun 1785, Charles Coulomb menemukan hukum fundamental tentang gaya listrik antara dua partikel statis yang bermuatan.tentang gaya listrik antara dua partikel statis yang bermuatan.

Gaya listrik yang muncul mempunyai sifat-sifat berikut:Gaya listrik yang muncul mempunyai sifat-sifat berikut: Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara partikel bermuatan Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara partikel bermuatan

tersebut.tersebut. Berbanding lurus dengan perkalian besarnya muatan partikel tersebut, Berbanding lurus dengan perkalian besarnya muatan partikel tersebut,

misalnya |qmisalnya |q11| dan |q| dan |q22|. |. Tarik menarik jika muatan partikel berlawanan dan tolak menolak jika Tarik menarik jika muatan partikel berlawanan dan tolak menolak jika

muatan partikel sama.muatan partikel sama.

q1 q2

r

Hukum CoulombHukum CoulombFormulasi MatematikFormulasi Matematik

kkee dikenal sebagai konstanta Coulomb. dikenal sebagai konstanta Coulomb.

Nilai Nilai kkee bergantung pada pemilihan satuan. bergantung pada pemilihan satuan.

Satuan SI Satuan SI GayaGaya : Newton (N): Newton (N) MuatanMuatan : coulomb ( C).: coulomb ( C). ArusArus : ampere (A =1 C/s).: ampere (A =1 C/s). JarakJarak : meter (m).: meter (m).

Pengukuran secara eksperimenPengukuran secara eksperimen: : kkee = 8.9875 = 8.9875101099 Nm Nm22/C/C22..

Nilai pendekatan yang digunakan: kNilai pendekatan yang digunakan: kee = 8.99 = 8.99101099 Nm Nm22/C/C22..

Muatan dan massa dari Elektron, Muatan dan massa dari Elektron, Proton dan NeutronProton dan Neutron..

PartikelPartikel Muatan ( C)Muatan ( C) Massa (kg)Massa (kg)

ElektronElektron -1.60 -1.60 1010+19+19 9.11 9.11 1010+31+31

ProtonProton +1.60 +1.60 1010+19+19 1.67 1.67 1010+27+27

NeutronNeutron 00 1.67 1.67 1010+27+27

Isulator, Konduktor dan SemikonduktorIsulator, Konduktor dan SemikonduktorKlasifikasi MaterialKlasifikasi Material

Material/bahan dapat diklasifikasikan menurut Material/bahan dapat diklasifikasikan menurut kapasitasnya membawa muatan listrik kapasitasnya membawa muatan listrik KonduktorKonduktor adalah material dimana muatan listrik dapat adalah material dimana muatan listrik dapat bergerak bebas.bergerak bebas.Isulator Isulator adalah material dimana muatan listrik tidak adalah material dimana muatan listrik tidak dapat bergerak bebas.dapat bergerak bebas.

Gelas dan Karet adalah isulator yang baik.Gelas dan Karet adalah isulator yang baik. Baja, aluminum, dan perak adalah konduktor yang baik.Baja, aluminum, dan perak adalah konduktor yang baik.

SemikonduktorSemikonduktor adalah material kelas ketiga yang sifat adalah material kelas ketiga yang sifat listriknya antar konduktor dan isulator.listriknya antar konduktor dan isulator.

Silikon dan germanium adalah semikonduktor yang biasa Silikon dan germanium adalah semikonduktor yang biasa digunakan sebagai divais elektronik (dioda, transistor dll).digunakan sebagai divais elektronik (dioda, transistor dll).

Proses PemuatanProses Pemuatan

Tinjau batang yang bermuatan negatif, kemudian kontak Tinjau batang yang bermuatan negatif, kemudian kontak dengan bola konduktor netraldengan bola konduktor netral

Beberapa elektron pada batang akan bergerak menuju bolaBeberapa elektron pada batang akan bergerak menuju bola

Pindahkan batang yang bermuatan negatif tersebutPindahkan batang yang bermuatan negatif tersebut

Bola menjadi bermuatan negatifBola menjadi bermuatan negatif

Proses seperti ini dinamakan proses Proses seperti ini dinamakan proses pemuatan secara pemuatan secara konduksikonduksi (kontak) (kontak)

Pemuatan Secara KonduksiPemuatan Secara Konduksi

Pemuatan Secara InduksiPemuatan Secara Induksi Tinjau batang bermuatan negatif didekatkan Tinjau batang bermuatan negatif didekatkan

pada bola konduktor netral.pada bola konduktor netral. Gaya tolak antar elektron mengakibatkan Gaya tolak antar elektron mengakibatkan

redistribusi muatan pada bola.redistribusi muatan pada bola. Elektron-elektron pada bola akan menjauhi Elektron-elektron pada bola akan menjauhi

batang akibatnya muatan-muatan positif batang akibatnya muatan-muatan positif berada dekat batang. berada dekat batang.

Hubungkan bola dengan bumi misalnya oleh Hubungkan bola dengan bumi misalnya oleh sebuah kawat.sebuah kawat.

Gaya tolak antar elektron mengakibatjkan Gaya tolak antar elektron mengakibatjkan elektron-elektron bergerak dari bola menuju elektron-elektron bergerak dari bola menuju bumi.bumi.

Putuskan kawat.Putuskan kawat. Sekarang, bola menjadi bermuatan positif.Sekarang, bola menjadi bermuatan positif. Proses seperti ini dinamakan Proses seperti ini dinamakan pemuatan pemuatan

secara induksisecara induksi.. Pemuatan secara induksiPemuatan secara induksi tidaktidak membutuhkan membutuhkan

kontak dengan benda yang terinduksi.kontak dengan benda yang terinduksi.

PolarisasiPolarisasi

Polarisasi adalah pengelompokan muatan yang Polarisasi adalah pengelompokan muatan yang terjadi dalam tiap molekul.terjadi dalam tiap molekul.

Menghasilkan muatan induksi pada permukaan Menghasilkan muatan induksi pada permukaan isulator.isulator.

Tes konsep 1Tes konsep 1Sebuah bola muatan positif digantungkan pada sebuah benang dan Sebuah bola muatan positif digantungkan pada sebuah benang dan kemudian didekatkan pada bola lain yang bukan penghantar. Bola kemudian didekatkan pada bola lain yang bukan penghantar. Bola bukan penghantar tersebut tertarik oleh bola yang bermuatan positif. bukan penghantar tersebut tertarik oleh bola yang bermuatan positif. Jelaskan kemungkinan jenis muatan yang dimiliki bola yang bukan Jelaskan kemungkinan jenis muatan yang dimiliki bola yang bukan penghantar tersebut! penghantar tersebut!

? +

Ada dua kemungkinan: Ada dua kemungkinan:

- +

+----

++

++

Jawab:

Muatan negatif, karena gaya tarik muncul antara benda yang Muatan negatif, karena gaya tarik muncul antara benda yang berlawanan muatan.berlawanan muatan.

Netral, karena gaya tarik yang muncul antara benda bermuatan Netral, karena gaya tarik yang muncul antara benda bermuatan dan benda netral terjadi karena benda netral terpolarisasi.dan benda netral terjadi karena benda netral terpolarisasi.

Medan ListrikMedan Listrik PenemuanPenemuan

Gaya listrik muncul dalam ruang meskipun tidak ada Gaya listrik muncul dalam ruang meskipun tidak ada kontak fisik.kontak fisik.

Diduga adanya Diduga adanya medan listrikmedan listrik (dikenalkan pertama kali (dikenalkan pertama kali oleh Michael Faraday (1791-1867)).oleh Michael Faraday (1791-1867)).

Medan listrik muncul dalam ruang disekitar benda Medan listrik muncul dalam ruang disekitar benda bermuatan.bermuatan.

Jika muatan lain memasuki wilayah yang terdapat Jika muatan lain memasuki wilayah yang terdapat medan listrik, maka muatan tersebut akan mengalami medan listrik, maka muatan tersebut akan mengalami gaya listrikgaya listrik

Medan : Secara umum berubah terhadap posisi (lokasi)Medan : Secara umum berubah terhadap posisi (lokasi)

Kuantitas vektor : besar dan arah.Kuantitas vektor : besar dan arah.

Besarnya pada suatu daerahBesarnya pada suatu daerah Dinyataka sebagai fungsi dari gaya yang diberikan oleh medan Dinyataka sebagai fungsi dari gaya yang diberikan oleh medan

pada sebuah muatan uji.pada sebuah muatan uji.

Medan ListrikMedan ListrikDefinisi Kuantitatif (1)Definisi Kuantitatif (1)

o

FE

q

Arahnya didefinisikan sebagai arah gaya listrik yang Arahnya didefinisikan sebagai arah gaya listrik yang dialami oleh sebuah muatan positif yang ditempatkan dialami oleh sebuah muatan positif yang ditempatkan pada daerah tersebut. pada daerah tersebut.

- -- - -

- - - -- - -

- -

E

+ ++ + +

+ + + ++ + +

+ +

E

+

+ ++ + + +

+ + ++ +

Medan ListrikMedan ListrikDefinisi Kuantitatif (2)Definisi Kuantitatif (2)

DiberikanDiberikan

MakaMaka

2o

e

q qF k

r

2e

qE k

r

Medan ListrikMedan ListrikMedan Listrik oleh Sebuah Muatan qMedan Listrik oleh Sebuah Muatan q

+

r

qqo

E

r

-q

qoE

• Jika q>0, medan pada suatu titik berarah radial menjauh dari q.

• Jika q<0, medan pada suatu titik berarah radial menuju q.

Garis Medan Listrik (1)Garis Medan Listrik (1)

Sebuah cara yang tepat untuk memvisualisasikan pola Sebuah cara yang tepat untuk memvisualisasikan pola medan adalah dengan menggambar medan adalah dengan menggambar garisgaris yang yang berarah sesuai dengan arah medan listrik.berarah sesuai dengan arah medan listrik.Garis-garis tersebut dinamakan Garis-garis tersebut dinamakan garis medangaris medan..Catatan:Catatan:1.1. Vektor medan listrik, E, adalah menyinggung garis medan listrik Vektor medan listrik, E, adalah menyinggung garis medan listrik

pada tiap titik dalam ruang.pada tiap titik dalam ruang.2.2. Jumlah garis medan tiap satuan luas yang melalui permukaan Jumlah garis medan tiap satuan luas yang melalui permukaan

secara tegak lurus berbanding lurus dengan kekuatan medan secara tegak lurus berbanding lurus dengan kekuatan medan listrik di wilayah tersebut.listrik di wilayah tersebut.

E kuat ketika garis-garis medannya rapat dan lemah ketika E kuat ketika garis-garis medannya rapat dan lemah ketika garis-garis medannya renggang.garis-garis medannya renggang.

Garis medan listrik dari muatan positif tunggal (a) dan Garis medan listrik dari muatan positif tunggal (a) dan muatan negatif tunggal (b)muatan negatif tunggal (b)

+ q

a)

- q

b)

Garis Medan Listrik (2)Garis Medan Listrik (2)

Aturan untuk menggambarkan garis medan listrik dari Aturan untuk menggambarkan garis medan listrik dari distribusi muatan.distribusi muatan.1.1. Garis harus dimulai pada muatan positif (atau pada tak hingga) Garis harus dimulai pada muatan positif (atau pada tak hingga)

dan berakhir pada muatan negatif (atau pada tak hingga).dan berakhir pada muatan negatif (atau pada tak hingga).

2.2. Jumlah garis medan yang meninggalkan muatan positif atau Jumlah garis medan yang meninggalkan muatan positif atau yang menuju muatan negatif berbanding lurus dengan yang menuju muatan negatif berbanding lurus dengan besarnya muatan.besarnya muatan.

3.3. Tidak ada dua garis medan yang saling berpotongan.Tidak ada dua garis medan yang saling berpotongan.

Garis Medan Listrik (3)Garis Medan Listrik (3)

Garis medan listrik dari sebuah Garis medan listrik dari sebuah dipoldipol..

+ -

Garis Medan Listrik (4)Garis Medan Listrik (4)

Tes konsep 2Tes konsep 2Misalkan sebuah muatan positif +Q berada dalam ruang hampa. Misalkan sebuah muatan positif +Q berada dalam ruang hampa. Kemudian dengan suatu cara tertentu, muatan positif tersebut Kemudian dengan suatu cara tertentu, muatan positif tersebut ditempatkan pada pusat suatu bola konduktor berongga. Apa yang ditempatkan pada pusat suatu bola konduktor berongga. Apa yang terjadi pada garis medan dari muatan positif tersebut?terjadi pada garis medan dari muatan positif tersebut?

+ q +

?

Jawab:Jawab:Muatan negatif akan berada di kulit sebelah dalam.Muatan negatif akan berada di kulit sebelah dalam.Muatan positif akan berada di kulit sebelah luarMuatan positif akan berada di kulit sebelah luarTidak ada medan di dalam konduktor tetapi garis medan akan Tidak ada medan di dalam konduktor tetapi garis medan akan muncul kembali di luar konduktor.muncul kembali di luar konduktor.

+ q+

--

-

-

--

- -

-

-

-

-

++

+

+

+

+

++

+

+

+

+

Tes konsep 3Tes konsep 3

Apakah aman untuk berada dalam sebuah mobil ketika Apakah aman untuk berada dalam sebuah mobil ketika terjadi badai yang disertai petir!terjadi badai yang disertai petir!

Jawab:Jawab:

Aman, body mobil yang terbuat dari logam membawa kelebihan Aman, body mobil yang terbuat dari logam membawa kelebihan muatan pada permukaan luar. Pengemudi atau penumpang yang ada muatan pada permukaan luar. Pengemudi atau penumpang yang ada dalam mobil tidak akan berbahaya bila menyentuh permukaan dalam.dalam mobil tidak akan berbahaya bila menyentuh permukaan dalam.

aman

Energi Potensial ListrikEnergi Potensial Listrik

Energi yang dimiliki oleh benda karena posisinya Energi yang dimiliki oleh benda karena posisinya dinamakan energi potensialdinamakan energi potensial

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda bermassa karena posisinya dalam medan benda bermassa karena posisinya dalam medan gravitasi gravitasi

Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki benda Energi potensial listrik adalah energi yang dimiliki benda bermuatan karena posisinya dalam medan listrik bermuatan karena posisinya dalam medan listrik

+

+

+

+++

+

+

++ +

+ F + b a

Potensial ListrikPotensial ListrikPotensial listrik Potensial listrik adalah energi potensial listrik persatuan adalah energi potensial listrik persatuan muatanmuatan

Beda potensialBeda potensial antara titik A dan B , V antara titik A dan B , VBB-V-VAA, didefinisikan , didefinisikan sebagai perubahan energi potensial (akhir kurang awal) sebagai perubahan energi potensial (akhir kurang awal) dari sebuah muatan q, yang bergerak dari A ke B, dibagi dari sebuah muatan q, yang bergerak dari A ke B, dibagi oleh muatan tersebutoleh muatan tersebut

Potensial listrik adalah Potensial listrik adalah kuantitas skalarkuantitas skalarBeda potensial listrik adalah ukuran energi listrik tiap Beda potensial listrik adalah ukuran energi listrik tiap satuan muatansatuan muatanPotensial biasanya disebut sebagai tegangan listrikPotensial biasanya disebut sebagai tegangan listrik

B A

PEV V V

q

Potensial ListrikPotensial ListrikSatuanSatuan

Satuan SI untuk potensial listrik Satuan SI untuk potensial listrik

Artinya, kerja sebesar 1 Joule dibutuhkan untuk Artinya, kerja sebesar 1 Joule dibutuhkan untuk menggerakan muatan sebesar 1 coulomb diantara dua menggerakan muatan sebesar 1 coulomb diantara dua titik yang berbeda potensial sebesar 1 volttitik yang berbeda potensial sebesar 1 volt

1 1V J C

Elektron VoltElektron VoltSatuan energi yang biasa digunakan dalam fisika atomik, Satuan energi yang biasa digunakan dalam fisika atomik, inti dan partikel adalah elektron volt (eV)inti dan partikel adalah elektron volt (eV)

Satu elektron volt didefinisikan sebagai energi yang Satu elektron volt didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan oleh sebuah elektron atau sebuah proton untuk dibutuhkan oleh sebuah elektron atau sebuah proton untuk melewati daerah dengan beda potensial satu volt melewati daerah dengan beda potensial satu volt

Vab=1 V

Hubungan dengan SI:Hubungan dengan SI:1 eV = 1.60´10-19 C·V = 1.60´10-19 J1 eV = 1.60´10-19 C·V = 1.60´10-19 J

a+Q

b-Q

Definisi KapasitansiDefinisi Kapasitansi

Kapasitor: Dua konduktor berlawanan muatan yang dipisahkan oleh vakum atau bahan isulator

Kapasitansi, C, dari sebuah kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan besarnya muatan pada tiap konduktor dengan beda potensial pada kedua konduktor

QC

V

Penyimpan Energi ListrikPenyimpan Energi Listrik

1. Sebuah kapasitor dasarnya adalah dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan isulator. Kapasitor tidak harus terlihat seperti keping logam.

2. Ketika sebuah kapasitor dihubungkan dengan beda potensial luar, muatan mengalir pada kepingan dan menghasilkan beda potensial antara plat.

+ -

- -3. Simbol kapasitor dalam

rangkaian listrik

Satuan KapasitansiSatuan Kapasitansi

Satuan dari C adalah farad (F), tetapi kebanyakan kapasitor memiliki nilai C dalam rentang picofarad ke microfarad (pF ke F).

Recall, micro 10-6, nano 10-9, pico 10-12

Jika potensial luar diputus, muatan akan berada dalam plat, sehingga kapasitor sangat baik digunakan untuk menyimpan muatan (dan energi)

1 1F C V

1

2U QV

Energi Disimpan dalam KapsitorEnergi Disimpan dalam Kapsitor

Tinjau sebuah batrei yang dihubungkan dengan kapasitor

Batrei herus melakukan kerja untuk menggerakan elektron dari satu plat ke plat yang lain. Kerja yang dilakukan untuk memindahkan muatan kecil q melalui beda potensial V adalah W = V q.

Ketika muatan meningkat, V meningkat juga sehingga kerja untuk membawaq juga meningkat. Dengan bantuan kalkulus kita akan menemukan bahwa energi (U) yang disimpan dalam kapasitor adalah

V

V

q

221

2 2

QCV

C

Q

Generator Van de GraaffGenerator Van de Graaff

Arus ListrikArus Listrik

Ketika muatan-muatan bertanda sama bergerak dalam Ketika muatan-muatan bertanda sama bergerak dalam arah tertentu, sebuah arus dikatakan hadir.arah tertentu, sebuah arus dikatakan hadir.Tinjau muatan-muatan yang bergerak melalui sebuah Tinjau muatan-muatan yang bergerak melalui sebuah permukaan seluas A secara tegaklurus.permukaan seluas A secara tegaklurus.Definisi: Definisi: Arus adalah laju muatan –muatan yang Arus adalah laju muatan –muatan yang mengalir melalui suatu permukaanmengalir melalui suatu permukaan..

A

+

+

+

+

+

I

Arus ListrikArus Listrik Definisi Definisi

Dikatahui sejumlah muatan, Dikatahui sejumlah muatan, Q, bergerak melewati luas Q, bergerak melewati luas permukaan A dalam selang waktu permukaan A dalam selang waktu t, arus adalah perbandingan t, arus adalah perbandingan muatan terhadap selang waktu.muatan terhadap selang waktu.

A

+

+

+

+

+

I

QI

t

Arus ListrikArus Listrik SatuanSatuan

Satuan SI dari arus adalah Satuan SI dari arus adalah ampere (A)ampere (A).. 1 A = 1 C/s1 A = 1 C/s 1 A arus ekivalen dengan 1 C muatan yang melalui suatu 1 A arus ekivalen dengan 1 C muatan yang melalui suatu

permukaan dalam selang waktu 1 s.permukaan dalam selang waktu 1 s.

Arus Listrik Arus Listrik (tambahan)(tambahan)

Arus dapat dikatakan sebagai gerak dari muatan-muatan Arus dapat dikatakan sebagai gerak dari muatan-muatan positif atau negatif positif atau negatif ..

Perjanjian, arah arus searah dengan arah aliran Perjanjian, arah arus searah dengan arah aliran muatan muatan positifpositif..

Dalam sebuah konduktor, seperti tembaga, arus adalah Dalam sebuah konduktor, seperti tembaga, arus adalah gerak dari elektron (muatan negatif). gerak dari elektron (muatan negatif).

Arah arus dalam tembaga adalah berlawanan dengan arah Arah arus dalam tembaga adalah berlawanan dengan arah gerak elektrongerak elektron..

--

-- v

I

Mengapa arus dapat mengalir?

Jika medan listrik diberikan pada suatu konduktor, muatan akan mengalir membentuk arus yang searah dengan E.

Cat: ketika arus mengalir, E di dalam konduktor ≠ 0)!

Arus: Tinjauan Mikroskopik

Kecepatan Drift adalah kecepatan alir yang diakibatkan adanya medan listrik

Besar kecepatan drift: 4x10-5 m/sec, atau 0.04 mm/sekon!

Untuk berpindah sejauh 1 meter dengan kecapatan drift, membutuhkan waktu 10 jam!

Hambatan dan Hukum OhmHambatan dan Hukum OhmPendahuluanPendahuluan

Ketika beda potensial diberikan pada ujung-ujung Ketika beda potensial diberikan pada ujung-ujung sebuah konduktor, nilai arus yang muncul berbanding sebuah konduktor, nilai arus yang muncul berbanding lurus dengan beda potensial yang diberikan.lurus dengan beda potensial yang diberikan.

I V V

I

HambatanHambatanDefinisiDefinisi

Dalam keadaan dimana kesebandingan arus dan Dalam keadaan dimana kesebandingan arus dan tegangan sangat akurat, dapat dituliskantegangan sangat akurat, dapat dituliskan

Konstanta kesebandingan R dinamakan hambatan dari konduktor.

Hambatan didefinisikan sebagai perbandingan antara:

V IR

VR

I

Dalam SI, hambatan dinyatakan dalam volt per ampere.Dalam SI, hambatan dinyatakan dalam volt per ampere.

Sebuah penamaan khusus diberikan: Sebuah penamaan khusus diberikan: ohms (ohms ().).

Contoh: jika beda potensial 10 V diberikan pada sebuah Contoh: jika beda potensial 10 V diberikan pada sebuah konduktor memberikan arus 0.2 A, maka kita dapat konduktor memberikan arus 0.2 A, maka kita dapat menyimpulkan bahwa konduktor tersebut mempunyai menyimpulkan bahwa konduktor tersebut mempunyai hambatan sebesar 10 V/0.2 A = hambatan sebesar 10 V/0.2 A = 50 50 ..

HambatanHambatanSatuanSatuan

Hukum OhmHukum Ohm

Hambatan dalam sebuah konduktor muncul karena adanya Hambatan dalam sebuah konduktor muncul karena adanya tumbukan antara elektron-elektron dan muatan yang tetap tumbukan antara elektron-elektron dan muatan yang tetap dalam suatu material.dalam suatu material.

Dalam kebanyakan material, hambatan yang dimiliki adalah Dalam kebanyakan material, hambatan yang dimiliki adalah konstan terhadap beda potensial yang diberikankonstan terhadap beda potensial yang diberikan

Ini adalah pernyataan dari hukum Ohm.Ini adalah pernyataan dari hukum Ohm.

George Simon Ohm(1787-1854)

I

V

I

V

Linier atau Material Ohmik Non-Linier atau Material Non-Ohmik

Semikonduktorcontoh dioda

Kebanyakan logam

V IR

Hukum Ohm

R tidak bergantung pada nilai V

Contoh-Contoh ResistorContoh-Contoh Resistor

Energi ListrikEnergi Listrik

Dalam rangkaian tertentu, batrei digunakan untuk Dalam rangkaian tertentu, batrei digunakan untuk membangkitkan arus listrikmembangkitkan arus listrik

energi kimiaenergi kimia dari batrei ditransfer menjadi dari batrei ditransfer menjadi energi kinetik energi kinetik dari dari pembawa muatan bergerak (energi listrik meningkat)pembawa muatan bergerak (energi listrik meningkat)

Pada alat-alat tertentu yang mempunyai hambatan Pada alat-alat tertentu yang mempunyai hambatan (resistor) dan hadir dalam rangkaian listrik, akan (resistor) dan hadir dalam rangkaian listrik, akan mentransfer energi listrik menjadi panasmentransfer energi listrik menjadi panas

Energi kinetikEnergi kinetik dari pembawa muatan ditransfer menjadi panas dari pembawa muatan ditransfer menjadi panas melalui tumbukan dengan atom-atom dalam sebuah konduktor melalui tumbukan dengan atom-atom dalam sebuah konduktor (energi listrik berkurang)(energi listrik berkurang)

DayaDaya

Menghitung laju kehilangan energi (daya disipasi pada Menghitung laju kehilangan energi (daya disipasi pada resistor)resistor)

Satuan daya (SI): Watt Satuan daya (SI): Watt energi yang tersalurkan: kilowatt-hours (kWh) energi yang tersalurkan: kilowatt-hours (kWh)

3 61 kWh 10 3600 3.60 10W s J

Tes konsep 4

Sebuah bola lampu yang dibeli di toko memiliki spesifikasi 60 Watt – 220 Volt.Apa artinya!

Sumber TeganganSumber Tegangan

Contoh : Batrei dan generator listrikContoh : Batrei dan generator listrik

Setiap batrei mempunyai Setiap batrei mempunyai hambatan hambatan internal internal

Beda potensial AB: Beda potensial AB:

Potensial naik oleh E sebagai sumber Potensial naik oleh E sebagai sumber GGL, kemudian menurun oleh Ir GGL, kemudian menurun oleh Ir (karena hambatan internal)(karena hambatan internal)

Jadi, beda potensial terminal pada Jadi, beda potensial terminal pada batrei batrei V adalahV adalah

Catatan: E adalah sebagai tegangan Catatan: E adalah sebagai tegangan terminal ketika arus pada rangkaian terminal ketika arus pada rangkaian nol)nol)

E

r

R

A

B C

D

V Ir E

Voltmeter mengukur beda potensial (atau tegangan) dari sebuah divais dengan menempatkannya secara paralel dengan divais tersebut.

Ammeter mengukur arus listrik yang melalui sebuah divais dengan menempatkannya secara seri dengan divais tersebut.

A

V

Pengukuran dalam Rangkaian ListrikPengukuran dalam Rangkaian Listrik

Hambatan dalam voltmeter!

Hambatan dalam ammeter!

ab eq

abeq

V IR

VR

I

Req

I

a

b

Rangkaian Listrik DCRangkaian Listrik DC

Dua prinsip dasar:

- Kekekalan muatan

- Kekekalan energi

Ekivalensi hambatan

1 21 2

eq

eq

V IR

IR IRVR R R

I I

Hambatan SeriHambatan Seri

1 2I I I

1. Kekealan muatan, akibatnya

1 2V IR IR

2. Kekekalan energi, akibatnya

1 2eqR R R

R 2

R 1

v 2

v 1+ +

+

_

_

_v i1

A B

C

I

1 2

1 2 1 2

eq

eq

VI

R

V VV V VI

R R R R R

Hambatan ParalelHambatan Paralel

1 2V V V

1. Beda potensial pada R1 dan R2 sama,

1 2I I I

2. Kekekalan muatan, akibatnya

1 2

1 1 1

eqR R R

I

I 2 I 1

R 2 R 1V

+

_

I

R e qV

+

_

A

atau 1 2

1 2eq

R RR

R R

Seri vs ParalelSeri vs Paralel

Seri Paralel

Jika beda potensial terminal pada batrei adalah E, lampu manakah yang Jika beda potensial terminal pada batrei adalah E, lampu manakah yang menyala paling terang!menyala paling terang!

Tes konsep 5

1. Jelaskan mengapa seekor burung tidak tersengat arus listrik (kesetrum) ketika bertengger di sebuah kabel telanjang bertegangan tinggi?

2. Apa fungsi sikring?

3. Perbedaan DC & AC?