LISTRIK DINAMIS

A. Pengertian Listrik Dinamis

Listrik adalah daya atau kekuatan yang ditimbulkan oleh adanya pergesekan atau melalui proses kimia, dapat digunakan untuk menghasilkan panas atau cahaya, atau untuk menjalankan mesin. Dinamis artinya berubah-ubah atau bergerak.

Dapat disimpulkan listrik dinamis adalah listrik yang bergerak atau mengalir atau sering disebut dengan arus listrik. Arus listrik ini berasal dari aliran elektron yang berlangsung secara terus-menerus dari kutub negatif ke kutub positif, dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah dari sumber tegangan (beda potensial). Arus listrik itu sendiri terbagi menjadi dua jenis, yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC). Sedangkan, jumlah arus listrik yang mengalir dalam waktu tertentu disebut dengan kuat arus listrik (I).

Arus listrik yang mengalir dipengaruhi oleh beda potensial dan besar hambatan. Semakin besar besar nilai dari sumber tegangan, maka semakin besar pula jumlah arus yang mengalir. Tetapi, jika hambatannya diperbesar, maka aliran arus itu akan berkurang. Kira-kira seperti itulah yang dijelaskan dalam hukum ohm. Hukum ohm itu adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara kuat arus listrik, sumber tegangan, dan besar hambatan. Akan kita lihat formulasinya dalam rumus dibawah.

B. Kuat Arus Listrik (I)

Kuat arus listrik disimbolkan dengan I, memiliki satuan Ampere (A), dirumuskan:

Keterangan:
I = kuat arus listrik (A)
Q = jumlah muatan listrik (Coulomb)
t = selang waktu (s)

C. Hukum ohm dan Hambatan Listrik

Keterangan:
R = hambatan listrik (ohm)
ρ = hambatan jenis (ohm.mm²/m)
A = luas penampang kawat (m²)

D. Beda potensial atau sumber tegangan (V)

Keterangan:
V = beda potensia atau sumber tegangan listrik (Volt)
W = energi (Joule)
Q = muatan (Coulomb)

E. Rangkaian Listrik

1. Rangkaian Seri

Yaitu rangkaian Rangkaian yang disusun secara sejajar

Is = I1 = I2 = I3 = I4

Vs = V1 + V2

Rs = R1 + R2

2. Rangkaian Pararel

Yaitu rangkaian yang disusun secara berderet

Ip = I1 + I2 + I3 + I4

Vp = V1 = V2 = V3 = V4

F. Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchhoff 1 merupakan Hukum Kirchhoff yang berkaitan dengan dengan arah arus dalam menghadapi titik percabangan, Bunyi hukum Kirchoff  “Arus Total yang masuk melalui suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan arus total yang keluar dari titik percabangan tersebut.”

Berdasarkan Rangkaian diatas, dapat dirumuskan bahwa : I2 + I3 = I1 + I4

G. Hukum Kirchoff 2

Hukum Kirchhoff 2 merupakan Hukum Kirchhoff yang digunakan untuk menganalisis  tegangan (beda potensial) komponen-komponen elektronika pada suatu rangkaian tertutup. Hukum Kirchhoff 2 ini juga dikenal dengan sebutan Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL).

Bunyi Hukum Kirchhoff 2 adalah sebagai berikut : “Total Tegangan (beda potensial) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol”

∑ε + ∑IR = 0

Berdasarkan Rangkaian diatas, dapat dirumuskan bahwa :

V_ab + V_bc + V_cd + V_da = 0

H. Contoh Soal

Contoh 1:
Kuat arus di dalam sepotong kawat penghantar adalah 10 A. Berapa menit waktu yang diperlukan oleh muatan sebesar 4.800 coulomb untuk mengalir melalui penampang tersebut?
Jawaban:
Diketahui:
I = 10 A
Q = 4.800 coulomb
Ditanyakan:
t…?
Penyelesaian:
I = Q / t
t = Q / I = 4.800 C / 10 A = 480 s atau 8 menit

Contoh 2:
Sepotong kawat dihubungkan pada beda potensial 6 V. Jika kuat arus yang melalui kawat tersebut 2 A, berapakah hambatan kawat tersebut?
Jawaban:
Diketahui:
V = 6 Volt
I = 2 A
Ditanyakatan:
R….?
Penyelesaian:
I = V / R
R = V / I = 6 V / 2 A = 3 Ohm

Contoh 3 (Ebtanas 1997)
Dari percobaan tegangan (V) dengan kuat arus (I) pada resistor dihasilkan grafik V-I pada gambar dibawah.

Jika V = 4,5 Volt, maka kuat arus yang mengalir adalah…
A. 5 mA
B. 10 mA
C. 20 mA
D. 30 mA
E. 35 mA

Pembahasan:
Dari grafik diketahui:
V = 3 V
I = 0,02 A
Ditanya: i (V = 4,5 V) = …
Jawab:
Terlebih dahulu hitung R
R = (V / i) = 3 V / 0,02 A = 150 Ω
Menghitung i
i = (V / R) = 4,5 V / 150 Ω = 0,03 A
i = 30 mA
Jawaban: D

Contoh 4 (UN 2008)
Untuk mengetahui nilai hambatan (R) suatu kawat kumparan digunakan rangkaian seperti gambar.

Nilai hambatan R adalah….
A. 4,0 Ω
B. 6,5 Ω
C. 8,0 Ω
D. 9,5 Ω
E. 12,0 Ω

Pembahasan:
Diketahui:
Batas ukur Voltmeter = 10 V
Batas skala Voltmeter = 5 V
Angka pada jarum Voltmeter = 3 V
Batas ukur Amperemeter = 5 A
Batas skala Amperemeter = 5 A
Angka pada jarum Amperemeter = 1,5 A
Ditanya: R
Jawab:
Terlebih dahulu hitung V
V = (10 V/5V) . 3V = 6 V
Menghitung i
i = (5A / 5A) . 1,5 A = 1,5 A
Menghitung R
R = (V / i) = (6V / 1,5 A) = 4 Ohm
Jawaban: A

Contoh 5 (UN 2010)
Sebuah lampu X dihubungkan dengan sumber tegangan searah seperti pada gambar di bawah.

Daya lampu X adalah….
A. 150 W
B. 275 W
C. 300 W
D. 425 W
E. 490 W

Pembahasan:
Diketahui:
batas ukur = 10 A
Batas skala = 100 A
Angka pada jarum = 70 A
R = 10 ohm
Ditanya: P = …
Jawab:
Terlebih dahulu hitung i
i = 10 / 100 . 7 A = 0,7 A

Menghitung P

P = i² . R = (7 A)² . 10 Ohm = 490 Watt

Jawaban: E

Contoh 6 (UN 2010)
Rangkaian sederhana 3 hambatan identik R seperti gambar.

Jika titik A dan C diberi beda potensial 120 volt, maka potensial VAB adalah….
A. 48 volt
B. 72 volt
C. 80 volt
D. 96 volt
E. 100 volt

Pembahasan:
Diketahui:
VAC = 120 Volt
Ditanya: VAB =…
Jawab:

Contoh 7 (Hukum Kirchoff 1)

Dari rangkaian diatas, diketahui bahwa

I₁ = 5A
I₂ = 1A
I₃ = 2A

Berapakah I4 (arus yang mengalir pada AB) ?

Penyelesaian :

Dari gambar rangkaian yang diberikan diatas, belum diketahui apakah arus I4 adalah arus masuk atau keluar. Oleh karena itu, kita perlu membuat asumsi awal, misalnya kita mengasumsikan arus pada I4 adalah arus keluar.

Jadi arus yang masuk adalah :

I₂ + I₃ = 1 + 2 = 3A

Arus yang keluar adalah :
I1 + I4 = 5 + I4
3 = 5 + I4
I4 = 3 – 5
I4 = -2

Karena nilai yang didapatkan adalah nilai negatif, ini berbeda dengan asumsi kita sebelumnya, berarti arus I4 yang sebenarnya adalah arus masuk

Contoh 8 (Hukum Kirchoff 2)

Perhatikan rangkaian diatas, nilai-nilai Resistor yang terdapat di rangkaian adalah sebagai berikut :

R1 = 10Ω
R2 = 20Ω
R3 = 40Ω
V1 = 10V
V2 = 20V

Berakah arus yang melewati resistor R3 ?

Penyelesaian :

Di dalam rangkaian tersebut, terdapat 3 percabangan, 2 titik, dan 2 loop bebas (independent).

Gunakan Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) untuk persamaan pada titik A dan titik B

Titik A :    I₁ + I₂ = I₃
Titik B :    I₃ = I₁ + I₂

Gunakan Hukum Kirchhoff II (Hukum Tegangan Kirchhoff) untuk Loop 1, Loop 2 dan Loop 3.

Loop 1  :    10 = R1 x I₁ + R3 x I₃ = 10I₁ + 40I₃
Loop 2  :    20 = R2 x I₂ + R3 x I₃ = 20I₂ + 40I₃
Loop 3  :    10 – 20 = 10I₁ – 20I₂

Seperti yang dikatakan sebelumnya bahwa I₃ adalah hasil dari penjumlahan I₁ dan I₂, maka persamaannya dapat kita buat seperti dibawah ini :

Persamaan 1 :    10 = 10I₁ + 40(I₁ + I₂)  =  50I₁ + 40I₂
Persamaan 2 :    20 = 20I₂ + 40(I₁ + I₂)  =  40I₁ + 60I₂

Jadi saat ini kita memiliki 2 persamaan, dari persamaan tersebut kita mendapatkan nilai I₁ dan I₂ sebagai berikut :

I₁ = -0.143 Ampere
I₂ = +0.429 Ampere

Seperti yang diketahui bahwa I₃ = I₁ + I₂
Maka arus listrik yang mengalir pada R₃ adalah -0.143 + 0.429 = 0.286 Ampere
Sedangkan Tegangan yang melewati R₃ adalah 0.286 x 40 = 11.44 Volt

Tanda Negatif (-) pada arus I₁ menandakan arah alir arus listrik yang diasumsikan dalam rangkaian diatas adalah salah. Jadi arah alir arus listrik seharusnya menuju ke V₁, sehingga V₂ (20V) melakukan pengisian arus (charging) terhadap V₁.