Fisika

Listrik Dinamis: Beda Potensial, Hambatan, Rangkaian

Halo Sobat Edura! Artikel ini adalah lanjutan dari Artikel sebelumnya Listrik Dinamis: Arus Listrik, kunjungi terlebih dahulu ya Sobat!. Di Artikel kali ini kita akan membahas sub materi berikutnya yaitu Listrik Dinamis: Beda Potensial, Hambatan, Rangkaian. Langsung saja kita bahas yuk!

Listrik Dinamis: Beda Potensial, Hambatan, Rangkaian

Beda Potensial

Telah disebutkan bahwa dalam suatu penghantar, arus listrik mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke tempat yang potensialnya rendah. Selisih potensial antara dua tempat dalam penghantar ini disebut dengan beda potensial. Dalam Sistem Internasional, satuan beda potensial adalah volt (V).

Beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus adalah gaya gerak listrik (ggl), dinotasikan ε. Sedangkan, beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik disebut tegangan jepit, dilambangkan V. Nilai V berubah-ubah bergantung pada nilai hambatan bebannya. Hubungan antara ggl dengan sumber tegangan jepit dirumuskan sebagai berikut:
V = ε – I R

dan tegangan jepit dapat dihitung dengan hambatan luar:
V = I R

Dari kedua persamaan di atas, maka:
ε – I r = I R
ε = I R + I r, sehingga
ε = I (R + r), atau  I = \frac{\varepsilon}{R + r}

Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah voltmeter. Jarum pada voltmeter akan bergerak jika digunakan untuk mengukur rangkaian listrik yang memiliki beda potensial. Besarnya beda potensial rangkaian listrik yang diukur ditunjukkan oleh jarum voltmeter. Pada rangkaian listrik yang akan diukur, voltmeter dipasang secara paralel.

Hambatan

Pada 1927, seorang fisikawan Jerman bernama George Simon Ohm melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil penelitiannya, Ohm membuat suatu grafik beda potensial terhadap arus listrik. Ternyata, grafik tersebut membentuk suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik pusat koordinat (0, 0). Dari grafik ini, Ohm menemukan bahwa kemiringan grafik sama dengan besar hambatan rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut. Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm, yang berbunyi: “Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut”. Kesimpulan ini dapat dirumuskan dengan persamaan

R = V/I  atau V = IR
dengan:
V = beda potensial (volt, V)
I = kuat arus listrik (ampere, A)
R = hambatan (Ohm, Ω)

Pengaruh Hambatan terhadap Jenis Bahan

Hambatan yang dimiliki oleh suatu bahan penghantar ternyata dapat mempengaruhi kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Hambatan yang besar pada suatu bahan menyebabkan bahan tersebut sukar mengalirkan arus listrik, sedangkan bahan yang hambatannya kecil akan lebih mudah mengalirkan arus listrik. Berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, bahan dibedakan menjadi konduktor, isolator, semi konduktor, dan super konduktor.

a. Konduktor Bahan

konduktor adalah bahan yang mudah mengalirkan arus karena elektron-elektron di setiap atomnya tidak terikat kuat oleh inti atom sehingga mudah bergerak atau berpindah. Dengan kata lain, bahan konduktor adalah bahan yang memiliki hambatan kecil. Bahan yang termasuk konduktor di antaranya adalah besi, baja, dan tembaga.

b. Isolator

Bahan isolator memiliki sifat yang berlawanan dengan bahan konduktor. Bahan yang termasuk isolator sangat sulit, bahkan tidak bisa mengalirkan arus listrik. Pada bahan isolator, elektron-elektron di setiap atom pada bahan isolator terikat kuat oleh inti atom sehingga sangat sukar untuk bergerak dan berpindah. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa bahan isolator memiliki hambatan yang sangat besar. Namun, pada kondisi tertentu bahan isolator dapat berubah menjadi bahan konduktor. Kondisi tersebut adalah ketika bahan isolator mendapat tegangan yang sangat tinggi. Tegangan tinggi ini akan melepaskan elektron dari ikatan dengan inti atom sehingga elektron pada bahan isolator tersebut akan menjadi mudah bergerak dan berpindah. Bahan yang tergolong isolator adalah kayu dan plastik.

c. Semi Konduktor

Bahan semi konduktor adalah bahan-bahan yang kadang bersifat isolator dan kadang bersifat konduktor. Yang termasuk bahan ini adalah karbon, silikon, dan germanium.

d. Super Konduktor

Bahan super konduktor adalah bahan yang sangat kuat mengalirkan arus. Ilmuwan yang pertama kali menemukan bahan ini adalah tokoh yang berasal dari Belanda yang bernama Kamerlingh Onnes pada 1991. Bahan yang beliau temukan adalah raksa dan timah.

Hambatan Kawat Logam

Pada suatu kawat logam, hambatan listrik yang dimilikinya ternyata dipengaruhi oleh panjang bahan(kawat), luas penampang, dan hambatan jenis bahan kawat tersebut. Hambatan jenis suatu bahan (kawat) atau resistivitas adalah suatu besaran fisika dari suatu bahan yang tergantung pada temperatur dan jenis bahan tersebut. Bahan konduktor memiliki hambatan jenis yang kecil, sebaliknya bahan isolator memiliki hambatan jenis yang besar. Hambatan jenis beberapa bahan dapat kamu lihat pada tabel berikut ini.

Tabel Hambatan Jenis Bahan
Listrik Dinamis: Beda Potensial, Hambatan, Rangkaian

Berdasarkan banyak percobaan, para ahli menyimpulkan bahwa makin panjang dan makin besar hambatan jenis kawat, maka hambatan kawat pun akan makin besar. Tetapi, hambatan kawat logam tersebut akan berkurang jika luas penampang kawat logam tersebut makin besar. Hubungan ini dipenuhi oleh persamaan:

R = \frac{\rho . \lambda }{A}

dengan:

R = hambatan kawat logam (ohm)

ρ = hambatan jenis kawat (ohm m)

λ = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m2)

Rangkaian Listrik

Pernahkah kamu mematikan saklar lampu, lalu lampu di seluruh ruangan tempat kamu itu padam? Mengapa itu bisa terjadi? Lalu, mengapa pula di rumah kita terdapat banyak saklar?

Ketika saklar dimatikan, maka semua lampu padam. Hal ini dikarenakan lampu-lampu itu disusun dengan rangkaian seri, seperti rangkaian yang kamu buat pada eksperimen mengukur arus listrik. Sedangkan, alasan dibuat banyaknya saklar di rumah adalah untuk menghindari terhentinya semua aliran listrik jika kamu mematikan lampu. Banyaknya saklar menunjukkan bahwa rangkaian yang digunakan adalah rangkaian paralel, seperti yang kamu buat saat mengukur beda potensial.

Rangkaian Seri

Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah penyusunan komponenkomponen listrik secara berderet. Rangkaian seri dibuat untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus memperbesar hambatan listrik. Karenanya, rangkaian seri jarang digunakan untuk merangkai komponen listrik di rumah-rumah.Jika suatu hambatan listrik dirangkai seri, maka kuat arus yang mengalir pada masing-masing hambatan akan sama besar, meskipun hambatan masing-masing komponen berbeda. Sehingga, pada rangkaian ini berlaku:

a. Itot = I1 = I2 = I3 = … = In

b. Vtot = V1 + V2 + V3 + … + Vn

c. Karena 1) dan 2), maka berdasarkan hukum Ohm:

  • Vtot = V1 + V2 + V3 + … + Vn
  • Itot Rtot = I1 R1 + I2 R2 + I3 R3 + … + In Rn
  • Itot Rtot = Itot R1 + Itot R2 + Itot R3 + … + Itot Rn
  • Itot Rtot = Itot (R1 + R2 + R3 + … + Rn)
  • Rtot = R1 + R2 + R3 + … + Rn

Jadi, untuk n buah hambatan yang disusun seri, maka

hambatan penggantinya adalah Rtot = R1 + R2 + R3 + … + Rn.

Rangkaian Paralel

Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel adalah penyusunan komponenkomponen listrik secara berjajar. Rangkaian ini berfungsi untuk membagi-bagi arus dan memperkecil hambatan listrik. Jika suatu hambatan listrik dirangkai paralel, maka beda potensial pada masing-masing hambatan akan sama besar sehingga pada rangkaian ini berlaku:

Jadi, untuk n buah hambatan yang disusun paralel, maka hambatan penggantinya adalah

Hukum I Kirchoff

Pada pembahasan rangkaian listrik telah disebutkan bahwa arus listrik yang mengalir di setiap hambatan pada rangkaian seri sama besar. Sedangkan, arus listrik pada rangkaian paralel sebanding dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatan resistornya. Hubungan antara arus yang mengalir dan rangkaian hambatan listriknya pertama kali ditemukan oleh ilmuwan fisika bernama Kirchoff. Kesimpulan dari hasil penelitiannya yang hingga sekarang dikenal sebagai Hukum Kirchoff, menyatakan bahwa kuat arus yang masuk melalui suatu penghantar sama dengan kuat arus yang keluar dari penghantar tersebut.

Kesimpulan ini dapat dituliskan dalam persamaan:

Jumlah I masuk = Jumlah I keluar


Nah, sobat Edura sekian informasi tentang materi fisika Listrik Dinamis: Beda Potensial, Hambatan, Rangkaian. Ternyata konsep fisika itu ada disekeliling kita kan? Nantikan informasi lainnya seputar materi fisika dari Edura.    

Belajar materi fisika lainnya disini ya.

Informasi yang kami ambil dari beberapa sumber bacaan. Untuk konsultasi mengenai pendidikan atau lebih spesifiknya tentang materi sekolah . Kamu dapat menghubungi kami lewat akun instagram kami ya. Silakan klik disini untuk menghubungi kami lewat instagram.

Jangan lupa juga untuk subscribe newsletter dan mailing list kita untuk dapatkan info update yang akan kami kirim melalui browser notification dan email kamu.

Terima Kasih

Semangat mengejar cita-citamu ya sobat Edura!

Tags

Haruna Elfathin

Mahasiswa S1 Informatika UIN Sunan Gunung Djati Bandung

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Close