Pengertian arus listrik dan beda potensia

1. PENGERTIAN ARUS LISTRIK DAN BEDA POTENSIAL

Ada beberapa asas penting yang perlu Anda ingat dan pahami kembali, yaitu sebagai berikut :

• Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu positif dan muatan negatif
• Muatan positif ada pada inti atom, sedangkan muatan negatif ada pada elektron
• Elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, sedangkan inti tidak dapat berpindah
• Atom-atom penghantar ke tempat lain di dalam penghantar itu
• Muatan listrik dapat bergerak (mengalir) jika ada beda potensial (tegangan)

Dari beberapa asas tersebut, kita dapat mengatakan bahwa arus listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang berpindah atau muatan listrik yang bergerak. Bila dalam suatu penghantar terus-menerus terjadi perpindahan muatan atau elektron, maka berarti dalam penghantar itu terjadi arus listrik

Apa yang menyebabkan arus listrik mengalir? Mengalirnya arus listrik kejadiannya serupa dengan mengalirnya air. Air selalu mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah. Jadi, agar terjadi arus listrik pada suatu penghantar maka ujung-ujung kawat penghantar itu harus dibuat potensial yang menyebabkan terjadinya arus listrik, sering disebut tegangan listrik.

Listrik Dinamis

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. ^[1] Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detikatau Ampere.^[1] Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (${\displaystyle \mu A}$) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir.^[2][3] Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.^[1]

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional.^[4] Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A).^[4]Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkangaya sebesar 2 x 10^-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.^[4]

Penerapan listrik statis

Penerapan Listrik Statis Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Listrik statis di definisi kan sebagi fenomena fisika yang bisa memperlihatkan terjadinya suatu interaksi diantara benda-benda yang memiliki muatan listrik. Jenis muatan listrik yang ada di tiap-tiap benda tersebut dapat saja muatannya negatif ataupun positif. Bila dicontohkan mengenai fenomena fisika ini, maka seperti pada saat kita menggosokkan batu ambar dengan kain sutra hingga dihasilkannya muatan listrik. Bukti terjadinya listrik ini bisa kita saksikan dengan mendekatkan potongan kertas kecil, yang menyebabkan kertas tersebut akan tertarik dan menempel pada batu ambar.

1.   Halilintar.

Halilintar terjadi disaat belum terjadinya hujan adalah awan dalam keadaan netral, yaitu jumlah dari elektron dan proton nya sama. Nah disaat hujan turun, terjadilah pergesekan diantara partikel diawan dengan udara yang menyebabkan dihasilkanya awan bermuatan listrik statis. Kemudian disaat proses pelepasan dari muatan listrik dari awan dimulai, maka akan menghasilkan bunga api listrik yg kita kenal dgn sebutan halilintar.

Benjamin Franklin ialah orang yg pertama kalinya pada tahun 1700 menyebutkan bahwa halilintar merupakan salah satu penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. Dalam penyelidikan yang diungkapkannya disebut bahwa listrik statis itu bisa bergerak dengan cepat tergantung pada media yang menjadi perantaranya atau bahan-bahan tertentu. Disebut juga bahwa permukaan yang bentuknya lancip atau uncing juga akan dengan mudah menarik lebih banyak elektron jika dibandingkan dengan permukaan datar. 

2.   Generator Van De Graff

 Rambut akan berdiri karena Generator Van de Graaff. Dilaboratorium-laboratorium penelitan biasa dipakai mesin pembangkit listrik yang bernama Generator Van de Graff. Generator inilah contoh kedua penerapan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari karena merupakan alat yang digunakan untuk menghasilkan listrik statis tersebut. Cara kerjanya adalah dengan metode gesekan, yaitu gosokan antara silinder bagian bawah dengan sabuk karet yang menjadikan adanya muatan listrik negatif di sabuk karetnya.

3.   Silinder politilen

Dibagian lain, gesekan diantara silinder politilen bagian atas dan sabuk karet akan menimbulkan muatan listrik positif disabuk karet lainnya tersebut. Kemudian gerakan dari sabuk karet menuju atas akan membawa muatan negatif yang dihasilkan mengalir melalui bagian ujung yang lancip dibagian atas kekubah .

Sampai sini elektron disebar kepermukaan kubah, namun kubah dibagian dalam tidak mengandung elektron. Bersamaan dengan itu, terjadi gerakan dari sabuk karet kebawah dengan membawa muatan listrik positif. Muatan listrik postif ini akan mengalir ketanah untuk dinetralkan melalui ujung lancipnya.

Proses terakhirnya adalah, silinder logan bagian bawah berjalan memakan motor listrik hingga sabuk karetnya bergerak terus dan hasilnya adalah muatan listrik negatif yang mengalir kekubah. Proses ini  bisa menghasilkan muatan listrik yang sangat besar di kubah generator Van de Graff, yakni bisa berjumlah 200.000.000 volt.

4.   Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.

Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka).

5.   Mesin fotocopy elektrostatik   

Mesin fotocopy bekerja berdasarkan prinsip gaya tarik menarik antar muatan yang tidak sejenis. Muatan positif di berikan pada silinder almumunium (Al) berlapis selenium (Se). selanjutnya silinder di sinari dengan proyeksi gambar/naskah yang akan di kopi. Selenium merupakanFotokonduktor, yaitu materi yang bersifat isolator dalam keadaan gelap dan bersifat konduktor jika mendapat cahaya. Bagian Se yang terkena sinar akan bersifat konduktif dan akan menghantarkan elektron dari Al untuk menetralkan muatan positif di bagian tersebut. Bagian Se yang tidak mendapat sinar tetap bermuatan positif. Partikel toner akan menempel pada lapisan Se yang bermuatan positif. Selembar kertas di beri muatan positif di lewatkan pada silinder itu  sehingga partikel toner yang bermuatan negatif akan di tarik menuju kertas yang bermuatan positif. Pola partikel toner pada kertas akan membentuk bayangan naskah/gambar yang di kopi. Toner akan melekat pada kertas yang selanjutnya di lewatkan di antara pelat penggulung yang panas. Prinsip ini juga berlaku padaprinter laser.

Contoh soal hukum Coulomb

1. Dua muatan disusun seperti pada gambar di bawah ini. Muatan di A adalah +8 mikro Coulomb dan muatan di B adalah -5 mikro Coulomb. Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan adalah... (k = 9 x 109 Nm2C−2, 1 mikro Coulomb = 10−6 C)Pembahasan Diketahui :Ditanya : Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan Jawab :

Rumus hukum Coulomb :Besar gaya listrik yang bekerja pada kedua muatan :

2. Muatan listrik P = +10 mikro Coulomb dan muatan listrik Q = +20 mikro Coulomb terpisah seperti pada gambar. Besar gaya Coulomb yang bekerja pada kedua muatan adalah...Pembahasan Diketahui :

Rumus hukum coulomb

Rumus Hukum Coulomb

Misalkan muatan pertama dilambangkan dengan Q1, muatan kedua dilambangkan dengan Q2, dan jarak antara kedua muatan tersebut dilambangkan r. Besarnya gaya coulomb dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.

Keterangan:

F = gaya coulomb (N)

k = tetapan = 9 × 109 Nm2/C2

Q1, Q2 = besar muatan (coulomb)

r = jarak antarmuatan (m)

Gambar: Mutan yang Sejenis akan Tolak-menolak dan yang tidak sejenis akan tarik menarik

Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah hukum yang menjelaskan hubungan antara gayayang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.

${\displaystyle F=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}}$

Hukum ini menyatakan apabila terdapat dua buah titik muatan maka akan timbul gaya di antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian nilai keduamuatan dan berbanding terbalik dengankuadrat jarak antar keduanya ^[1]. Interaksi antara benda-benda bermuatan (tidak hanya titik muatan) terjadi melalui gaya tak-kontak yang bekerja melampaui jarak separasi ^[2]. Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa arah gaya pada masing-masing muatan terletak selalu sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut ^[3]. Gaya yang timbul dapat membuat kedua titik muatan saling tarik-menarik atau saling tolak-menolak, tergantung nilai dari masing-masing muatan. Muatan sejenis (bertanda sama) akan saling tolak-menolak, sedangkan muatan berbeda jenis akan saling tarik-menarik ^[4].

Cara kerja elektroskop

Cara Kerja Elektroskop

1. Pada saat netral, muatan listrik (+ dan -) pada elektroskop tersebar merata pada seluruh bagian elektroskop, sehingga daun logam akan menutup (kuncup).
2. Padasaat knop didekati benda bermuatan negatif, muatan positif pada elektroskop akan berkumpul di sekitar knop dan muatan negatif berkumpul di sekitar daun logam, sehingga daun akan membuka (mekar).
3. Pada saat knop didekati benda bermuatan positif, muatan negatif pada elektroskop akan berkumpul di sekitar knop dan muatan positif berkumpul di sekitar daun logam, sehingga daun akan membuka (mekar).
4. Untuk menetralkan kembali, knop dapat disentuh dengan jari atau dihubungkan ke tanah/bumi.

Alat ukur muatan listrik

Alat Ukur Muatan Listrik

Alat ukur untuk mengetahui keberadaan muatan listrik pada suatu benda adalah elektroskop

Elektroskop terdiri dari:

1. Kepala/Knop
2. Batang logam/konduktor
3. Daun logam yang dapat membuka (mekar) dan menutup (kuncup)
4. Selubung

Prinsip kerja alat ini berdasarkan sifat muatan, yaitu akan saling menolak jika didekatkan dengan muatan yang sejenis. Elektroskop berbentuk tabung. Di dalam tabung terdapat lembaran emas yang dapat diberi muatan dari bagian atas melalui sebuah kawat konduktor. Jika sebuah benda bermuatan ditempelkan pada kawat konduktor, maka lembaran emas dan batang akan bermuatan pula. Karena jenis muatannya sama, keduanya akan saling menolak dan lembaran emas akan menjauhi batang membentuk huruf “V” terbalik. Semakin besar muatan yang diberikan, lembaran tersebut semakin jauh membuka. Dengan demikian kita dapat mengetahui bahwa benda yang ditempelkan pada ujung atas elektroskop bermuatan.

Jenis - jenis muatan listrik

Jenis - jenis muatan listrik

Benyamin Franklin (1706-1790) adalah seorang ilmuwan dengan kebangsaan Amerika Serikat, yang menamakan kedua jenis aliran listrik dengan listrik bermuatan positif serta listrik bermuatan negatif.

1. Muatan Listrik Positif

Beliau menyatakan jika muatan yang terjadi pada kaca adalah muatan positif sementara pada plastik adalah muatan yang berjenis negatif.  Benda yang memiliki muatan positif, umumnya saling tolak menolak dengan kaca yang memiliki muatan. Hal ini terjadi karena muatan sejenis, akan bereaksi dengan tolak menolak.

2. Muatan Listrik Negatif

Benda yang bermuatan listrik dan saling tolak menolak dengan plastik yang juga memiliki muatan, maka bisa dipastikan jika muatan benda tersebut adalah negatif. Hal ini dikarenakan muatan listrik yang sejenis akan bereaksi dengan saling tolak menolak. Sebaliknya benda yang memiliki bermuatan listrik dan tarik menarik dengan plastik yang juga bermuatan, maka bisa dipastikan jika benda tersebut bermuatan positif karena muatan yang tidak sejenis tidaklah saling menarik.

Antara plastik serta kaca yang saling menarik, mempunyai jenis muatan yang berbeda antara satu dengan yang lain. Ketika suatu benda saling tolak menolak dengan plastik, namun tarik menarik dengan kaca, maka benda tersebut bisa dipastikan jika memiliki muatan yang sama dengan kaca.

Namun sebaliknya, ketika suatu benda saling tolak dengan kaca namun malah tarik menarik dengan plastik maka bisa dipastikan jika benda tersebut memiliki jenis muatan yang sama dengan plastik.

Sifat - sifat muatan listrik

Sifat - sifat muatan listrik

Ternyata eh ternyata sifat dari muatan listrik mirip dengan sifat pada manusia. Berikut lengkapnya:

1. Muatan Sejenis akan tolak menolak dan muatan tidak sejenis akan tarik menarik. Ini mirip laki-laki sama perempuan. Jika berlawanan jenis akan punya kecenderungan untuk tarik menarik dan jika sesama jenis akan punya kecenderungan untuk tolak menolak.
2. Muatan Listrik adalah besaran pokok fisika yang diukur dalam satuan coulomb disimbolkan dengan (C). Satu coulomb sama dengan 6,24 x 10¹⁸ e (e = muatan proton).  Sehingga mautan yang dikandung oleh sebuah proton adalah 1,602 x 10^-19 Elektron mempunyai muatan yang sama dengan proton tapi berbeda jenis (-)1,602 x 10^-19 coulomb.
3. Muatan Listrik mirip dengan massa. Ia punya hukum kekekalan muatan sama seperti hukum kekekalan massa.  Gaya yang ditimbulkan oleh dua muatan itu punya karakter yang sama seperti gaya gravitasi yang ditumbulkan oleh dua buah benda dengan massa tertentu. Gaya antar muatan ini juga bersifat konservatif dan terpusat.

Sumber : www.formulafisika.com

Membuat benda bermuatan listrik

 Membuat benda bermuatan listrik

Jika suatu atom berinteraksi dengan atom lain, maka satu atau beberapa elektron satu atom dapat berpindah ke atom yang lain. Bagaimana elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain?

Orang biasanya menggosokkan dua benda. Sebagai contoh, saat kamu menggosokkan balon pada rambutmu berarti kamu memberikan muatan negatif pada balon itu. Ketika kamu dekatkan balon tersebut ke dinding yang bermuatan netral, maka balon akan menempel. Ini menunjukkan bahwa benda yang bermuatan pun akan menarik benda yang netral.

Menempelnya balon yang bermuatan negatif membuat timbulnya bagian bermuatan positif dan negatif pada dinding. Dinding yang dekat balon yang bermuatan negatif akan bermuatan positif sedangkan yang sebelah dalam bermuatan negatif. Peristiwa seperti ini disebut induksi listrik.

Pada kehidupan sehari-hari, benda yang dapat digosok dan menjadi bermuatan listrik tidak hanya balon yang digosok ke rambut. Tabel berikut menyajikan peristiwa penggosokan benda yang menyebabkan elektron dapat berpindah.

Benda bermuatan listrik

Benda bermuatan listrik

Penggaris plastik yang semula dalam keadaan netral (tidak bermuatan listrik), sehingga tidak mampu menarik serpihan kertas kecil. Ketika penggaris plastik digosok kain wol berarti memberikan energi kepada elektron untuk berpindah. Perpindahan electron terjadi pada kain wol menuju penggaris plastik. Penggaris plastic akan bermuatan negatif karena mendapat sejumlah elektron dari kain wol. Akibatnya penggaris plastik kelebihan elektron. Pindahnya elektron pada kain wol mengakibatkan kain wol kekurangan electron sehingga kain wol bermuatan positif. Penggaris plastik yang telah bermuatan listrik dapat menarik serpihan kertas kecil.

Perpindahan elektron dari kain wol ke penggaris

Benda bermuatan positif maupun negatif dapat menarik benda netral. Benda yang bermuatan listrik berusaha memengaruhi muatan yang tidak sejenis pada benda netral dan berupaya menarik ke arahnya. Akibatnya pada benda netral tersebut terjadi pemisahan muatan. Peristiwa pemisahan muatan listrik pada benda netral akibat benda bermuatan listrik didekatkan disebut induksi listrik.

Induksi (pengaruh) listrik ini dapat digunakan untuk membuat benda netral menjadi bermuatan listrik. Benda bermuatan negatif jika didekatkan benda netral akan menarik semua muatan positif benda netral ke salah satu ujung, akibatnya ujung yang lain bermuatan negatif. Jika muatan negatif dihubungkan dengan bumi kemudian diputus, benda netral tadi akan berubah menjadi benda bermuatan positif.

Penggaris plastik yang digosok dengan kain wol dapat menarik kertas-kertas kecil. Serpihan kertas kecil dapat ditarik penggaris plastik yang telah bermuatan listrik negatif, karena kertas kecil yang netral itu terinduksi oleh muatan negatif dari mistar plastik. Elektron pada ujung kertas yang dekat dengan mistar akan ditolak dan pindah ke bagian ujung lainnya. Adapun, muatan positif kertas kecil akan ditarik dan berkumpul mendekati bagian ujung kertas yang dekat dengan penggaris. Akibat perbedaan jenis muatan tersebut, terjadilah tarik-menarik antara kertas dengan penggaris. Karena penggaris memiliki jumlah muatan yang lebih banyak, maka penggaris dapat menarik kertas kecil.

Penggaris yang sudah bermuatan listrik mampu menarik serpihan kertas

Kejadian yang sama terjadi pada batang kaca dan kain sutra yang mula-mula merupakan dua benda netral. Jika batang kaca digosok dengan kain sutra, elektron-elektron dari kaca akan berpindah menuju kain sutra. Kaca menjadi bermuatan positif, karena kekurangan elektron. Kain sutra yang mendapat tambahan elektron akan bermuatan negatif.

Jenis muatan yang dihasilkan bergantung jenis benda yang digosok dan jenis benda yang digunakan untuk menggosok. Kain wol dapat bermuatan positif jika digunakan untuk menggosok penggaris plastik. Namun, kain sutra dapat bermuatan negatif jika digunakan untuk menggosok kaca.

Kaca dan kain sutra mula-mula termasuk benda netral. Jika batang kaca digosok dengan kain sutra, akan terjadi perpindahan elektron dari kaca menuju kain sutra. Kaca akan kekurangan elektron sehingga bermuatan positif.

Listrik statis

Listrik statis

Listrik Statis - Pernahkah saat kecil Anda memainkan sebuah penggaris bersama potongan kertas kecil hasil sobek-sobek kemudian menggosok-gosokan penggaris tersebut ke rambut atau kulit kemudian didekatkan ke potongan kertas kecil tadi? yang terjadi kertas kecil akan terangkat ke penggaris yang baru saja digosok-gosok. Kenapa bisa terjadi seperti itu? itu karena terdapat muatan listrik di kejadian tersebut, mari kita bahas pengertian listrik statis, rumus, contoh soal, dan penerapannya.

Pengertian Listrik Statis

Listrik statis adalahkumpulan muatan listrik dalam jumlah tertentu yang tetap (statis), ketidakseimbangan muatan listrik di dalam atau permukaan benda. Muatan listrik akan tetap ada sampai benda kehilangan dengan cara sebuah arus listrik melepaskan muatan listrik.

Disimpulkan dari hal ini bahwa listrik statis berhubungan dengan gejala kelistrikan yang diam alias tidak mengalir. Listrik statis tidak bisa mengalir dari satu tempat ke tempat lain atau hanya bisa ada sekejap pada suatu tempat, berbeda dengan Listrik Dinamis.

Konsep Dasar Listrik Statis
Kejadian seperti kenapa potongan kertas kecil bisa berinteraksi dengan penggaris yang telah digosok-gosok bisa dijelaskan dengan konsep dasar listrik statis(muatan listrik) ini. Karena berbicara mengenai listrik tentu tidak akan lepas dari muatan listrik, listrik statis (electrostatic) membahas muatan listrik yang ada dalam keadaan statis (diam).

Muatan listrik muncul karena adanya perpindahan elektron dari satu benda ke benda lain. Terdapat 2 muatan listrik yaitumuatan positif dan muatan negatif, dikatakan bermuatan positif apabila protonlebih banyak daripada jumlah elektron, dan begitupun sebaliknya. Sedangkan benda yang tidak memiliki muatan disebut netral.

Benda yang mempunyai muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak ketika didekatkan satu sama lain, sebaliknya benda yang mempunyai muatan yang berbeda akan saling tarik-menarik. Interaksi yang terjadi antar muatan listrik bisa dijelaskan dengan Gaya Coulomb,

Sumber: www.yuksinau.com