Listrik Arus Searah: Pengertian, Jenis dan Contoh Soal | Fisika Kelas XII

Halo sahabat Latis, jika sebelumnya kita membahas tentang listrik arus bolak-balik, maka pada materi kali ini, kita akan mempelajari tentang listrik arus searah. Yuk, belajar bareng-bareng!

Agar lampu bisa menyala, tentunya perlu arus listrik yang dialirkan. Pada materi ini, kamu akan membahas bagaimana prinsip arus listrik mengalir.

Pengertian Arus Listrik

Sebelum masuk ke pembahasan, cari tahu dulu yuk tentang arus listrik. Pada dasarnya rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik terbuka adalah suatu rangkaian yang belum dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan rangkaian listrik tertutup adalah suatu rangkaian yang sudah dihubungkan dengan sumber tegangan.

Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran muatan-muatan listrik. Aliran muatan listrik positif identik dengan aliran air. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah atau dari kutub (+) ke kutub (-).  Sedangkan muatan elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.

Nah, sekarang coba sahabat Latis perhatikan gambar di bawah ini

Dua buah benda bermuatan masing-masing A dan B dihubungkan dengan sebuah penghantar. Bila potensial A lebih tinggi dari pada potensial B, maka arus akan mengalir dari A ke B. Arus ini mengalir dalam waktu yang sangat singkat. Setelah potensial A sama dengan potensial B maka arus berhenti mengalir.

Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik melalui suatu penghantar. Simbol kuat arus adalah I. Satuan kuat arus listrik adalah Ampere, rumus kuat arus listrik yaitu:

I = Q/t

I = kuat arus listrik (Ampere)

Q = muatan listrik (Coulomb)

t = waktu (sekon)

Beda Potensial Listrik

Sumber tegangan listrik yaitu peralatan yang dapat menghasilkan beda potensial listrik secara terus menerus. Beda potensial listrik diukur dalam satuan volt (V).  Alat yang digunakan adalah voltmeter.

Beda potensial adalah Banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung-ujung penghantar disebut beda potensial listrik atau tegangan listrik. Hubungan

antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematis dirumuskan :

V= W/ Q

V = Beda potensial listrik dalam volt (V)

W = energi listrik dalam joule (J)

Q = muatan listrik dalam coulomb (C).

Arus listrik hanya akan terjadi dalam penghantar jika antara ujung-ujung penghantar terdapat beda potensial (tegangan listrik). Alat ukur beda potensial listrik adalah volt meter. Dalam rangkaian voltmeter dipasang paralel dengan hambatan (beban).

Hukum Ohm

Hukum ohm mempelajari tentang hubungan kuat arus dengan beda potensial  ujung-ujung hambatan. George Simon Ohm (1787-1854), melalui eksperimennya menyimpulkan bahwa arus I pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial V yang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut:

Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan:

I ~ 1/R

Makin besar hambatan ini, makin kecil arus untuk suatu tegangan V. Dengan demikian, arus I yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatannya. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Ohm, dan dinyatakan dengan

persamaan :

V = I x R

Hambatan Penghantar Listrik

Hambatan atau resistor suatu penghantar berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik. 

Bila panjang kawat penghantar dinyatakan dengan huruf l, luas penampangnya dinyatakan dengan huruf A, maka untuk berbagai jenis penghantar, panjang dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut.  Ternyata hambatan sepotong kawat penghantar adalah :

R = IA

Jenis Bahan Penghantar Listrik

Konduktor

adalah bahan yang mudah menghantarkan arus listrik. Bahan konduktor memiliki hambatan kecil karena hambatan jenisnya kecil. Bahan konduktor memiliki elektron pada kulit atom terluar yang gaya tariknya terhadap inti atom lemah. Dengan demikian, apabila ujung-ujung konduktor dihubungkan dengan tegangan kecil saja elektron akan bergerak bebas sehingga mendukung terjadinya aliran elektron (arus listrik) melalui konduktor. Contohnya: tembaga, perak, dan aluminium.

Isolator 

Merupakan bahan yang sulit menghantarkan arus listrik. Bahan isolator memiliki hambatan besar karena hambatan jenisnya besar. Bahan isolator memiliki elektron-elektron pada kulit atom terluar yang gaya tariknya dengan inti atom sangat kuat. Apabila ujung-ujung isolator dihubungkan dengan  tegangan kecil, elektron terluarnya tidak sanggup melepaskan gaya ikat inti. Oleh karena itu, tidak ada elektron yang mengalir dalam isolator, sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir melalui isolator. Contoh isolator antara lain : Plastik, kaca, karet busa termasuk   isolator.

Semikonduktor 

Adalah bahan yang daya hantar listriknya berada di antara konduktor dan isolator. Semikonduktor memiliki elektron-elektron pada kulit terluar terikat kuat oleh gaya inti atom. Namun tidak sekuat seperti pada isolator. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah karbon, silikon dan germanium. Karbon digunakan untuk membuat komponen elektronika, seperti resistor. Silikon dan germanium digunakan untuk membuat komponen elektronika, seperti diode, transistor, dan IC (integrated circuit).

Susunan Seri Hambatan Listrik

Pada susunan seri , jika satu komponen gagal atau rusak , maka komponen-komponen lain dalam rangkaian seri operasinya terputus. Manfaat susunan seri adalah sebagai pengaruh terhadap komponen lainnya, misalnya sekring atau pemutus daya yang selalu dipasang seri dengan rangkaian.

Empat prinsip susunan seri hambatan listrik :

1. Susunan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian
2. Kuat arus yang melalui tiap hambatan sama, yaitu sama dengan kuat arus yang melalui hambatan pengganti serinya .  I1 = I2 = I3 =....= Iseri
3. Tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti seri sama dengan jumlah tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan. Vseri = V1 + V2 + V3 +.....+ Vn
4. Susunan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan , di mana tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan sebanding dengan hambatannya. V1 : V2 : V3 :....: Vseri = R1 : R2 : R3....: R seri

Rumus:

Susunan Paralel Hambatan listrik

Pada susunan parallel , jika salah satu komponen rusak/gagal, komponen-komponen lainnya tetap bekerja.

Empat prinsip susunan parallel hambatan listrik :

1. Susunan parallel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian
2. Tegangan pada ujung-ujung tia hambatan sama , yaitu sama dengan tegangan pada ujung-ujung hambatan paralelnya. V₁ = V₂ = V₃.....= V _paralel
3. Kuat arus yang melalui hambatan pengganti parallel sama dengan jumlah kuat arus tiap-tiap hambatan.              I_pararel parallel = I₁ + I₂ + I₃ +......
4. Susunan parallel berfungsi sebagai pembagi arus , di mana kuat arus yang melalui tiap-tiap hambatan sebanding dengan kebalikan hambatannya.

   I₁ : I₂ : I₃ :......: Iparalel = 1/R1 : 1/R2 : 1/R3 : 1/Rp

Nah, itulah pembahasan materi pembelajaran fisika kelas dua belas tentang listrik arus bolak-balik. Apabila ada pertanyaan atau pendapat yang ingin disampaikan, Anda bisa langsung serukan di kolom komentar di bawah yaaaah… 

Anda juga dapat menghubungi kami di 085810779967atau Head Office kami 021-77844897 di setiap hari Senin s.d Jumat pada pukul 09.00-17.00. 

Anda bisa menemui kami langsung di kantor Ocean Terrace Residence Blok E1 No.1 Jalan Tole Iskandar, Tirtajaya, Kec. Sukmajaya, Kota Depok, Jawa Barat. Latis Education melayani les privat untuk semua wilayah di Indonesia.

Baca juga: Blog Supercamp Alumni UI

Referensi: Repositori Kemdikbud