BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sebuah benda dikatakan bermuatan listik jika mengalami kekurangan atau

kelebihan elektron.Muatan listrik ada dua jenis yaitu muatan positif (+) dan

muatan negative (-).Suatu benda disebut bermuatan positif (+) jika benda tersebut

kekurangan elektron.Benda disebut bermuatan negative (-), jika benda tersebut

kelebihan elektron. Setelah bermuatan listrik, muatan tersebut akan diam di dalam

benda sehingga muatan listrik tersebut dinamakan muatan listrik statis.

Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel.Arus listrik

adalah elektron-elektron yang berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya

bergerak beraturan dalam sebuah konduktor.listrik terjadi karena adanya gerakan

elektron. Sedangkan arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran

positif ke saluran negatif.

Tiap atom terdiri dari inti yang bermuatan listrik positif dan dikelilingi

elektron yang bermuatan negatif. Dalam inti atom terdapat proton yang bermuatan

positif dan neutron yang tidak bermuatan, Pada dasarnya elektron terikat pada inti

atom, tetapi elektron akan dapat lepas dari suatu atom dan berpindah ke atom lain

karena adanya suatu energi yang mendorong. Jadi kalo gak dikasi reaksi dari luar,

elektron gak akan keluar dan tetap pada garis edarnya (orbitnya). Kalo dikasi

reaksi dari luar seperti digosok, diberi tegangan listrik, maka elektronnya akan

keluar dan terlepas dari orbitnya. Nah elektron yang lepas dari orbitnya itu disebut

elektron bebas.Dengan adanya elektron bebas akan timbul atom bermuatan yang

biasa disebut ion. Pada benda yang terbuat dari logam (besi, tembaga, perak,

timah, dll) elektronnya mudah berpindah.Benda yang elektronnya mudah

berpindah disebut konduktor.Sedangkan pada bahan-bahan bukan logam (kayu,

karet, kaca) elektronnya sulit bergerak.Benda yang elektronnya sulit bergerak

disebut isolator.

1

B. Rumusan Masalah

1. Apakah yang dimaksud dengan listrik itu?

2. Apakah teori atom dan arus listrik itu?

3. Bagaimanakah hubungan rangkaian seri dan paralel?

4. Bagaimanakah aplikasi listrik pada dunia mesin?

C. Tujuan Penulisan

1. Untuk mendiskripsikan tentang listrik.

2. Agar dapat mengetahui teori atom dan arus listrik.

3. Agar dapat mengetahui hubungan rangkaian seri dan parallel.

4. Untuk mengetahui aplikasi listrik pada dunia mesin.

2

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian Listrik

Pada dasarnya, pengertian dan definisi listrik adalah merupakan daya atau

kekuatan yang ditimbulkan oleh adanya pergesekan ataupun melalui sebuah

proses kimia dimana hasil dari proses kimia tersebut bisa digunakan untuk

kemudian menghasilkan panas, cahaya, atau bahkan bisa dimanfaatkan untuk

menggerakkan sebuah mesin. Ada banyak hal dan kata yang berkaitan dengan

listrik itu sendiri.Dimana semua hal yang berkaitan dengan listrik sudah pasti turut

memanfaatkan energi dari listrik itu sendiri.

Setiap zat, di dalamnya ada muatan.Muatan zat ini terdiri atas muatan positif

(proton) dan muatan negatif (elektron), serta inti atau neutron.Proton dan elektron

menempati posisi mengelilingi neutron.

Setiap saat elektron dan proton melakukan pergerakan sedemikian rupa

sehingga terjadi perubahan.Dalam teori listrik dasar, pergerakan muatan inilah

yang menyebabkan pengaliran muatan yang selanjutnya yang dikenal sebagai

aliran listrik.

Hal yang berkaitan dengan listrik:

1. Tegangan Listrik

Adalah sebuah dorongan y ang ditimbulkan oleh sumber listrik.Satuan dari

tegangan listrik adalah Ampere.

2. Daya Listrik

Adalah banyaknya jumlah tenaga listrik yang dibutuhkan per satuan waktu.

Satuan daya listrik adalah Watt 

3. Hambatan Listrik

Adalah sesuatu yang sifatnya menghambat aliran listrik.Satuan dari hambatan

listrik adalah Ohm.

4. Energi Listrik

Adalah tenaga listrik yang digunakan pada waktu tertentu. Satuan dari energi

listrik adalah Joule

3

5. Kejutan Listrik

Adalah gejala terjandinya aliran arus listrik melalui tubuh dengan magnituda

tertentu yang dapat memberikan efek - efek yang membahayakan atau mencederai

6. Gaya Listrik

Adalah gaya yang bekerja diantara muatan listrik

7. Medan Listrik

Merupakan ruang - ruang yang berada di sekitar muatan listrik dimana jika

muatan listrik tersebut diuji dengan cara diletakkan pada ruang / medan tersebut

maka akan mengalami gaya listrik

8. Potensial Listrik

Adalah sebuah usaha untuk memindahkan muatan positif dari satu titik ke titik

yang lainnya 

9. Induksi Listrik

Merupakan pemisahan muatan listrik di dalam suatu pengantar karena pengantar

itu didekati oleh benda yang memiliki muatan listrik.

B. Teori Atom dan Arus Listrik

MODEL ATOM

Pengetahuan para ilmuwan tentang atom bukan berdasarkan pengamatan

langsung terhadap atom per atom, sebab ato terlalu kecil untuk dapat diamati dan

diukur sacara langsung. Diameter atom dinyakini berkisar antara 30 sampai 150

pm. Dengan alat pembesar apapun kita belum dapat melihat atom, tetapi gejala

yang ditimbulkan oleh atom itu dapat diukur seperti jejak atom, nyala, difraksi,

dan lain-lain. Teori-teori atom yang ada sekarang hanya merupakan model yang

dibangun oleh para ilmuwan sebagai kesimpulan dari hasil berbagai kajian

teoritis dan gejala empiris dengan berbagai pendekatan dan metode ilmiah.Itulah

sebabnya terdapat beberapa model atom yang telah dikembangkan dan

dipublikasikan menurut tenemuan-tenemuan yang secara sinergetis saling

mendukung atau bahkan menolak usulan model atom sebelumnya.Sampai saat

ini, teori atom yang paling muktahir adalah berdasarkan teori mekanika kuantum

atau mekanika gelombang dengan berbagai asumsi dan teorema.

4

Perkembangan Model Atom

Definisi awal tentang konsep atom berlangsung > 2000 thn.Dulu atom

dianggap sebagai bola keras sedangkan sekarang atom dianggap sebagai awan

materi yang kompleks. Dibawah ini akan dipaparkan konsep Yunani tentang

atom:

a. Pandangan filosof YunaniAtom adalah Konsep kemampuan untuk dipecah yg tiada berakhir

b. Leucippus  (Abad ke-5 SM)Ada batas kemampuan untuk dibagi, sehingga harus ada bagian yang tidak dapat dibagi lagi

c. Democritus   (380-470 SM)A: tidak, tomos: dibagi. Jadi atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Atom setiap unsur memilki bentuk & ukuran yang berbeda.

d. Lucretius   Sifat atom suatu bahan dalam “ On the Nature of Things ”

Perkembangan Model Atom Secara Ilmiah

Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton

(1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911) dan

disempurnakan oleh Bohr (1914). Setelah model atom Bohr, Heisenberg

mengajukan model atom yang lebih dikenal dengan model atom mekanika

gelombang atau model atom modern. Hasil eksperimen yang memperkuat

konsep atom ini menghasilkan gambaran mengenai susunan partikel-partikel

tersebut di dalam atom.Gambaran ini berfungsi untuk memudahkan dalam

memahami sifat-sifat kimia suatu atom.Gambaran susunan partikel-partikel

dasar dalam atom disebut model atom.

1. Teori Atom John Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan pendapatnaya tentang atom.

Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa

(hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier

mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama

dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa

5

“Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari

kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai

berikut: Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat

dibagi lagi Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur

memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda Atom-

atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan

sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen

Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan

kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan

ataudimusnahkan.Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai

bolapejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:

Percobaan Lavosier

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi

setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A

dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam

pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier

mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan

6

terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang

jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama

Percobaan Joseph Pruost

Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang

dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam

memiliki susunan yang tet

ap.

Percobaan 

ke-

Sebelum

pemanasan

(g Mg)

Setelah

pemanasan (g

MgO)

Perbandingan

Mg/MgO

1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61

2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60

3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Dalton

Kelebihan Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom

Kelemahan 

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan

arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik?

padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat

menghantarkan arus listrik.

2. Teori Atom J. J. Thomson

Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William

Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan

dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar

baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan

ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun

7

atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut

elektron.

Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron

bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk

menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut,

Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan

teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan

bahwa:

“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar

muatan negatif elektron”.

Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas

kulitnya.biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola

daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai

bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai

berikut:

Dengan Percobaan Sinar Katode Thomson mengemukakan tentang elektron,

sehingga disebut sebagai penemu elektron

8

Sinar dihasilkan dari katoda

didekatkan dengan magnet sinar dibelokkan

Dengan magnet sinar dibelokkan

9

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson

Kelebihan Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom.

Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif

dan negatif dalam bola atom tersebut.

3. Teori Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners

Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ)

terhadap lempeng tipis emas.Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa,

yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar

sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya

bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul

merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan

dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa

apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka

sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°),

tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000

partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih. Berdasarkan gejala-gejala

yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:

Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa

diteruskan.Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom

emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang

bermuatan positif. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti

atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila

perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan

ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford

mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang

menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan

positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga

bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat

10

partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.Model atom Rutherford

dapat digambarkan sebagai beriukut:

Kelemahan:

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4. Teori Atom Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki

kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom

hidrogen.Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron

dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom

hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori

kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam

atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap)

elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti. Selama elektron

berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi

dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.Elektron hanya dapat

berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini,

sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE =

hv. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat

tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut

11

merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h

tetapan planck.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada

lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat

energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin

keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

Kelebihan dan Kelemahan

Kelebihan atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat

berpindahnya elektron.

Kelemahan  model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek

Strack

5. Teori Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger

(1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg

mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip

ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum

suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah

kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan

elektron disebut orbital.Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin

Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk

mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan

ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

12

Persamaan Schrodinger

x,y dan zYmђ EV

= Posisi dalam tiga dimensi = Fungsi gelombang= massa= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14= Energi total= Energi potensial

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau

model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada

gambar berikut ini.

Model atom

mutakhir atau model

atom mekanika

gelombang

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital

menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi

yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit

bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit

dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi

posisi orbitalnya belum tentu sama.

Ciri khas model atom mekanika gelombang

Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya

(orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian

kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi

darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu

dalam suatu atom).

13

Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan

kuantumnya.(Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan

kuantum tersebut).

Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu

yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk

partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal

Teori Atom Mekanika Kuantum

Teori atom mengalami perkembangan mulai dari teori atom John Dalton,

Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, dan Niels Henrik David

Bohr.Perkembangan teori atom menunjukkan adanya perubahan konsep susunan

atom dan reaksi kimia antaratom.

Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford disempurnakan

olehNiels Henrik David Bohr.Bohr mengemukakan gagasannya tentang

penggunaan tingkat energi elektron pada struktur atom.Model ini kemudian

dikenal dengan model atom Rutherford-Bohr.Tingkat energy elektron digunakan

untuk menerangkan terjadinya spektrum atom yang dihasilkan oleh atom yang

mengeluarkan energi berupa radiasi cahaya.

14

Penjelasan mengenai radiasi cahaya juga telah dikemukakan oleh Max Planck

pada tahun 1900.Ia mengemukakan teori kuantum yang menyatakan bahwa atom

dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah

tertentu(kuanta).Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam bentuk

radiasi elektromagnetik disebut kuantum.

Adapun besarnya kuantum dinyatakan dalam persamaan berikut:

Keterangan:

E = energi radiasi (Joule = J)

h = konstanta Planck (6,63 x 10-34 J.s)

c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 108 ms-1)

l = panjang gelombang (m)

Dengan Teori Kuantum, kita dapat mengetahui besarnya radiasi yang dipancarkan

maupun yang diserap. Selain itu, Teori Kuantum juga bisa digunakan untuk

menjelaskan terjadinya spektrum atom.Perhatikan spektrum atom hidrogen

berikut.

15

Pada Gambar di atas dapat dilihat bahwa percikan listrik masuk ke dalam tabung

gelas yang mengandung gas hidrogen.Sinar yang keluar dari atom H (setelah

melalui celah) masuk ke dalam prisma, sehingga sinar tersebut terbagi menjadi

beberapa sinar yang membentuk garis spektrum. Ketika sinar itu ditangkap oleh

layar, empat garis yang panjang gelombangnya tertera pada layar adalah bagian

yang dapat dilihat dari spektrum gas hidrogen.

Salah satu alasan atom hidrogen digunakan sebagai model atom Bohr

adalah karena hidrogen mempunyai struktur atom yang paling sederhana (satu

proton dan satu elektron) dan menghasilkan spektrum paling sederhana. Model

atom hidrogen ini disebut solar system (sistem tata surya), di mana electron dalam

atom mengelilingi inti pada suatu orbit dengan bentuk, ukuran, dan energi yang

tetap. Semakin besar ukuran suatu orbit, semakin besar pula energi elektronnya.

Keadaan ini dipengaruhi oleh adanya gaya tarik-menarik antara proton dan

16

elektron. Dengan menggunakan model atom hidrogen, Bohr menemukan

persamaan energi elektron sebagai berikut.

Keterangan:

A = 2,18 x 10-18 J

N = bilangan bulat yang menunjukkan orbit elektron  (1, 2, 3, …, 8)

{Tanda negatif menunjukkan orbit mempunyai energi paling rendah (harga n = 1)

dan paling tinggi (harga n = 8)}.

Pada atom hidrogen, elektron berada pada orbit energi terendah (n = 1).

Jika atom bereaksi, elektron akan bergerak menuju orbit dengan energy yang lebih

tinggi (n = 2, 3, atau 4). Pada saat atom berada pada orbit dengan energi yang

lebih tinggi, atom mempunyai sifat tidak stabil yang menyebabkanelektron jatuh

ke orbit yang memiliki energi lebih rendah. Perpindahan tersebut menjadikan

electron mengubah energinya dalam jumlah tertentu. Besar energi tersebut sama

dengan perbedaan energi antarkedua orbit yang dilepaskan dalam bentuk foton

dengan frekuensi tertentu.

Gambar :  Perpindahan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya

17

menyebabkan energi elektron berubah dalam jumlah tertentu.

Meskipun teori atom Niels Bohr mampu menerangkan spektrum gas hidrogen dan

spektrum atom berelektron tunggal (seperti He+ dan Li2+), tetapi tidak mampu

menerangkan spektrum atom berelektron lebih dari satu. Oleh karena itu,

dibutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom).Pada tahun

1924, ahli fisika dari Perancis bernama Louis de Broglie mengemukakan bahwa

partikel juga bersifat sebagai gelombang.Dengan demikian, partikel mempunyai

panjang gelombang yang dinyatakan dengan persamaan berikut.

Keterangan:

l = panjang gelombang (m)

h = tetapan Planck (6,63 10-34 J.s)

p = momentum (m2s-1)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel (ms-1)

Berdasarkan persamaan de Broglie, diketahui bahwa teori atom Bohr memiliki

kelemahan.Kelemahan itu ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa

elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk

lingkaran.Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan

gerak gelombang.Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi menyebar

pada suatu daerah tertentu.

Selanjutnya, pada tahun 1927, Werner H eisenberg menyatakan bahwa kedudukan

elektron tidak dapat diketahui dengan tepat. Oleh karena itu, ia menganalisis

kedudukan elektron (x) dengan momentum electron (p) untuk mengetahui

kedudukan elektron.

Hasil analisis Heisenberg, yaitu selalu terdapat ketidakpastian dalam menentukan

kedudukan elektron yang dirumuskan sebagai hasil kali ketidakpastian

kedudukan x dengan momentum p. Satu hal yang perlu diingat adalah hasil kali

18

keduanya harus sama atau lebih besar dari tetapan Planck. Persamaan ini dikenal

sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg yang dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

Δx = ketidakpastian kedudukan

Δp = ketidakpastian momentum

h    = tetapan Planck

Selain Werner Heisenberg, ada juga ilmuwan yang menunjukkan kelemahan teori

atom Bohr.  Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom

yang disampaikan oleh Bohr.Dari penyelidikan terhadap gelombang atom

hidrogen, Schrodinger menyatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai

gelombang materi dengan gerakan menyerupai gerakan gelombang.Teori ini lebih

dikenal dengan mekanika gelombang (mekanika kuantum).

Teori model atom Schrodinger memiliki persamaan dengan model atom Bohr

berkaitan dengan adanya tingkat energi dalam atom. Perbedaannya yaitu model

atom Bohr memiliki lintasan elektron yang pasti.Sedangkan pada model atom

Schrodinger, lintasan elektronnya tidak pasti karena menyerupai gelombang yang

memenuhi ruang (tiga dimensi). Fungsi matematik untuk persamaan gelombang

dinyatakan sebagai fungsi gelombang [ dibaca psi (bahasa Yunani)] yang

menunjukkan bentuk dan ener gi gelombang elektron.

Berdasarkan teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa

elektron menempati lintasan yang tidak pasti sehingga electron berada pada

berbagai jarak dari inti atom dan berbagai arah dalam ruang. Jadi, daerah pada inti

atom dengan kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital

Teori Arus Listrik

Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan

berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada

beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah

Ampere.

19

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan

aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari

terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan

dengan arah gerakan elektron.

Arus Listrik di bagi menjadi 2, yaitu Arus Listrik searah (DC) dan Arus Listrik

Bolak-Balik.

1. Arus Listrik Searah (DC)

Direct current atau DC adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi

potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber

arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan

panel surya.Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari

ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya.Pengamatan-pengamatan

yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus

negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.Penyaluran

tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas Edison di akhir

abad ke 19) menggunakan listrik arus searah.Karena listrik arus bolak-balik lebih

mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi

(penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua

transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.

2. Arus Listrik Searah (DC)

Direct current atau DC adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi

potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber

arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan

20

panel surya.Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari

ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya.Pengamatan-pengamatan

yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus

negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.Penyaluran

tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas Edison di akhir

abad ke 19) menggunakan listrik arus searah.Karena listrik arus bolak-balik lebih

mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi

(penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua

transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.

C. Hubungan Rangkaian Seri – Paralel

a. Rangkaian Seri

Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik, di mana input suatu

komponen berasal dari output komponen lainnya. Hal inilah yang menyebabkan

rangkaian listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel

penghubung). Selain memeliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki

suatu kelemahan, yaitu jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka

komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah

bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu akan datang dari output

lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yan lain

akan ikut padam.

Ilustrasi Rangkaian Seri

21

Rangkaian Seri Hambatan

Ketika Anda ingin memperkecil kuat arus yang mengalir pada rangkaian

atau membagi tegangan listrik, Anda dapat melakukannya dengan menyusun

beberapa hambatan secara seri, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.6.

Perhatikanlah bahwa hambatan-hambatan dikatakan tersusun seri jika satu sama

lain tersambung hanya pada satu terminalnya. Pada Gambar 8.6(a), terminal

kanan hambatan R1tersambung dengan terminal kiri hambatan R2 di titik b dan

terminal kanan R2tersambung dengan terminal kiri R3 di titikc. Rangkaian

hambatan seri ini ekivalen dengan sebuah hambatan pengganti seri seperti

pada Gambar 8.6(b).

Gambar 8.6 (a) Rangkaian seri hambatan. (b) Hambatan pengganti seri.

Ekivalensi antara hambatan pengganti seri dan hambatan-hambatan yang

dirangkai seri, ditentukan sebagai berikut. Pada Gambar 8.6(a), tegangan total

antara titik a dan titik d memenuhi persamaan Vad = Vab + Vbc + Vcd

Sesuai dengan Hukum Ohm, V = IR maka persamaan tersebut dapat ditulis

Vad = I1R1 + I2R2 + I3R3

22

 Gambar 8.7 (a) Hambatan tersusun paralel. (b) hambatan penggantinya.

Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada tiap hambatan besarnya sama,

yakni I1= I2 = I3 = I, maka Vad dapat ditulis lagi sebagai berikut.

Vad = I(R1 + R2 + R3)

Adapun dari Gambar 8.6(b) diperoleh

Vad = IRs

Dengan membandingkan dua persamaan terakhir diperoleh

Rs =R1 + R2 + R3 …………. (8–8)

Persamaan (8–8) menunjukkan bahwa hambatan-hambatan yang dirangkai seri

akan memberikan hambatan total (pengganti) yang lebih besar daripada nilai

setiap hambatannya.

Hubungan seri untuk resistor dapat disimpulkan :

1. Hubungan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian.

2. Hubungan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.

3. Kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama.

b. Rangkaian Paralel

Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara

berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan

rangkaian paralel. Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana

semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu

sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam

rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang

diperlukan lebih banyak).Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki

kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika

salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap

berfungsi sebagaimana mestinya

Ilustrasi Rangkaian Paralel

23

Rangkaian Paralel Hambatan

Hambatan yang disusun paralel berfungsi untuk membagi arus atau memperkecil

hambatan total.Pada susunan paralel, setiap hambatan saling tersambung pada

kedua terminalnya, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.7(a). Tegangan

pada setiap hambatan sama, yakni V1 = V2 = V3 = V.

Hambatan ekivalen paralel diperlihatkan pada Gambar 8.7(b). Pada Gambar

8.7(a), arus I yang keluar dari baterai terbagi menjadi tiga yakni I1, I2, dan I3 yang

masing-masing mengalir melalui R1, R2, dan R3.

Hubungan antara arus listrik tersebut memenuhi persamaan

I = I1 + I2 + I3

Sesuai dengan Hukum Ohm, I= V/R maka persamaan di atas dapat ditulis

I = V1/R1 + V2/R2 + V3/R3

Oleh karena V1 = V2 = V3 = V maka persamaan tersebut dapat ditulis lagi sebagai

berikut

1/V = (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)

sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi:

1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

24

Hubungan paralel untuk resistor dapat disimpulkan :

1. Hubungan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian.

2. Hubungan paralel berfungsi sebagai pembagi arus.

3. Beda potensial pada setiap ujung-ujung hambatan adalah sama.

Perhatikan rangkaian seri sederhana berikut, masing-masing komponen terhubung

ujung ke ujung membentuk jalur tunggal bagi aliran elektron.

Untuk rangkaian paralel, semua komponennya terhubung diantra dua titik yang

sama hingga membentuk beberapa jalur/percabangan untuk aliran elektron yang

bergerak dari kutub positif menuju negatif dari baterai.

Dari kedua macam rangakaian dasar ini, kita dapat menentukan beberapa aturan

hubungan antara  tegangan, arus, dan resistansi.

Untuk rangkaian seri:

1. Total tegangan adalah adalah jumlah masing-masing tegangan jatuh (drop)

25

2. Arus yang mengalir pada semua komponen adalah sama

3. Resistansi total adalah jumlah dari masing-masing resistansi

Untuk rangkaian paralel:

1. Tegangan pada semua komponen adalah sama.

2. Total arus adalah jumlah arus masing-masing cabang.

3. Resistansi total lebih kecil dari pada nilai resistansi masing-masing

komponen yang disusun paralel

Namun, apabila komponen rangkaian terhubung seri pada suatu bagian

dan terhubung paralel pada bagian lainnya, kita tidak bisa menggunakan masing-

masing aturan yang telah disebutkan di atas.Namun, kita harus mengidentifikasi

bagian rangkaian mana yang seri dan bagian mana yang paralel, kemudian

gunakan aturan seri dan paralel sesuai pada masing-masing bagian.Perhatikan

contoh rangkaian berikut ini.

Rangkaian ini bukanlah rangkaian seri atupun rangkaian paralel.Tetapi,

rangkaian ini tersusun dari rangkaian seri dan paralel. Arus (arah konvensional)

mengalir dari kutub positif baterai kemudian terpecah dan bercabang melewati

R1 dan R2, kemudian menyatu, lalu terpecah dan bercabang lagi melewati R3 dan

R4, lalu menyatu kembali dan masuk ke terminal negatif baterai. Ada lebih dari

satu jalur untuk dialiri arus (bukan seri), tetapi juga ada lebih dari dua titik yang

26

digunakan bersama oleh komponen pada rangkaian itu (bila anda perhatikan ada

tiga titik/node) sehingga juga bukan rangkaian paralel.

Karena rangkaian tersebut merupakan kombinasi seri dan paralel, kita

tidak bisa memakai aturan tegangan, arus, dan resistansi untuk memulai analisa. 

Andai saja, rangkaian tersebut adalah rangkaian seri, kita tinggal menjumlahkan

R1,R2, R3, dan R4 untuk mendapatkan resistansi totalnya, lalu kita dapatkan arus

totalnya, dan mendapatkan drop tegangan pada masing-masing resistor. Begitu

pula apabila rangkaian tersebut adalah rangkaian paralel, kita bisa memperoleh

nilai arus pada masing-masing cabang, menjumlahkannya untuk mendapatkan

arus totalnya.Namun, untuk menganalisa rangkaian di atas, tidak semudah itu.Kita

harus menganalisanya bagian per bagian, mana yang paralel dan mana yang seri,

serta menggunakan aturan-aturan yang sesuai.Hukum Ohm juga membantu dalam

analisa ini.

Teknik Analisa

Tujuan analisa rangkaian resistor seri-paralel adalah dapat menentukan

tegangan, arus, dan disipasi daya pada masing-masing resistor. Cara umum untuk

menganalisa rangkaian ini adalah:

Langkah 1 : Tentukan mana resistor yang tersusun seri dan mana yang tersusun

paralel, lalu sederhanakan dengan cara mencari resistansi penggantinya.

Langkah 2 : Gambar ulang rangkaian tersebut, gantikan masing-masing resistor

yang terhubung seri ataupun paralel pada langkah 1, gantikan dengan resistor

tunggal (resistansi penggantinya).

Langkah 3 : Ulangi langkah 1 dan 2 hingga resistor menyusut sampai menyisakan

satu resistor tunggal dengan nilai ekivalennya.

Langkah 4 : Hitung arus total menggunakan hukum Ohm (arus total = sumber

tegangan / resistansi penggantinya yang di dapat pada langkah 3)

27

Langkah 5 : Dapatkan tegangan dan arus total, lalu kembali pada langkah terakhir

dalam proses reduksi resistor (pada langkah 3), dan masukkan nilai-nilai ini

dengan tepat.

Langkah 6 : dari resistansi, total tegangan/arus yang telah didapatkan dari langkah

5, gunakan hukum Ohm untuk menghitung nilai-nilai yang belum diketahui

(tegangan dan arus) menggunakan rumus E = IR atau I = E/R).

Langkah 7 : Ulangi langkah 5 dan 6 hingga semua nilai tegangan dan arus

diketahui pada semua komponen pada rangkaian yang asli. Pada dasarnya, anda

harus meneruskan langkah demi langkah hingga anda berhasil mendapatkan

rangkaian yang asli (kembali ke rangkaian yang awal) dengan menggunakan nilai

tegangan dan arus yang cocok.

Langkah 8 : Hitung disipasi daya (bila ditanyakan) dari tegangan, arus, dan/atau

nilai resistansi.

Sepertinya, langkah-langkah di atas terlalu memaksa, tetapi setelah anda melihat

contoh berikut ini, anda akan terbiasa menggunakannya.

Pertama, dari contoh rangkaian di atas, R1 dan R2 dihubungkan dalam  susunan

paralel sederhana, begitu pula R3 dan R4. Jadi kita hitung resistansi penggantinya

masing-masing

RP1 = R1  || R2 = (100 Ω) (250 Ω) / (100 Ω + 250 Ω) = 71.429 Ω

Tanda R1 || R2 berarti R1 tersusun paralel dengan R2.

28

RP2 = R3 || R4 = (350 Ω) (200 Ω) / (350 Ω + 200 Ω) = 127.27 Ω

Nilai RP1 menggantikan R1 dan R2, dan RP2 menggantikan R3 dan R4.Jadi,

sekarang rangkaian telah direduksi menjadi rangkaian seri sederhana.

Maka langkah reduksi selanjutnya adalah menjumlahkan RP1 dan RP2 (karena

terhubung seri) untuk mendapatkan resistansi totalnya, RT.

RT = RP1 + RP2 = 71.429 Ω + 127.27 Ω = 198.70 Ω.

Sekarang, kita menggambar ulang rangkaian dengan sebuah resistansi tunggal,

yaitu RT

Perhatikan pada gambar, resistansi total,RT, dilambangkan dengan R1 ||R2 – -  R3||

R4. Tanda || berarti disusun paralel, sedangkan – - berarti disusun seri.

Setelah resistansi totalnya diperoleh, maka arus total yang mengaliri rangkaian

dapat dihitung menggunakan hukum Ohm

29

Itotal = E/RT= 24 V / 198.70 Ω = 120.78 mA.

Maka arus totalnya adalah 120.78 mA seperti ditunjukkan pada gambar.

Sekarang kita mulai melakukan proses mundur untuk menggambar ulang

rangkaian ke bentuk awalnya. Rangkaian tahap selanjutnya adalah rangkaian

dimana R1 || R2 dan R3 || R4 yang dirangkai seri. Karena terhubung seri, maka arus

yyang mengalir pada R1 || R2 sama dengan arus yang mengalir pada R3 || R4.

Setelah mendapatkan arus, maka kita dapat menghitung drop tegangan pada

resistor ekivalen R1 || R2  (atau RP1) dan R3 || R4 (atau RP2), dengan menggunakan

hukum Ohm (V=IR)

VRP2 = Itotal × RP2 = 120.78 mA × 71.429 Ω = 8.6275 V

VRP1 = Itotal × RP1 = 120.78 mA × 127.27 Ω = 15.373 V

30

Karena kita tahu bahwa R1||R2 (atauRP1) dan R3||R4 (atau RP2) adalah resistor

ekivalen yang disusun paralel, maka drop tegangan pada rangkaian paralel adalah

sama, atau dengan kata lain kita kembali ke bentuk rangkaian yang asli, sehingga

nilai tegangan resistor-resistor individualnya dapat ditentukan

VR1 = VR2 = VRP1 = 8.6275 V dan

VR3 = VR4 = VRP2 = 15.373 V

 Setelah nilai tegangan pada masing-masing resistor telah didapatkan. Maka arus

yang mengalir pada masing-masing resistor dapat dihitung dengan menggunakan

hukum Ohm, yaitu I = V/R

IR1 = VR1 / R1 = 8.6275 V / 100 Ω = 86.275 mA

IR2 = VR2 / R2 = 8.6275 V / 250 Ω = 34.510 mA

IR3 = VR3 / R3 = 15.373 V / 350 Ω = 43.922 mA

IR4 = VR4 / R4 = 15.373 V / 200 Ω = 76.863 mA

31

Setelah kita mendapatkan semua nilai arus dan tegangan pada rangkaian yang asli,

maka nilai-nilai nya ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Dari gambar tersebut dapat dicek kebenarannya, misal arus yang mengalir pada

IR1 + IR2 haruslah sama dengan IR3 + IR4, sesuai dengan hukum arus Kirchhoff.

Contoh

Untuk rangkaian gambar 7-13, hitunglah semua arus dan tegangan yang tertera

pada rangkaian tersebut

Solusi: Karena pada rangkaian di atas berisi tegangan titik, untuk memudahkan

analisa, titik tegangan adalah titik yang mempunyai tegangan terhadap ground,

sehingga kita menggambar ulang rangkaian 7-13 menjadi rangkaian seperti pada

gambar 7-14

32

Sekarang kita lihat rangkaian tersebut dapat disederhanakan yaitu dengan

mengkombinasikan sumber tegangan (E = E1+ E2) sehingga menjadi gambar 7-15

Nilai resistansi totalnya adalah

RT = R1 + [R4||(R2+R3)] = 10 + [(30) (10 + 50)/30 + (10 + 50)] = 30 Ω

Sehingga arus totalnya adalah

I1 = E/RT = 18 V / 30 Ω = 0.6 A

Pada node b, arus ini terbagi menjadi dua cabang, dengan menggunakan aturan

pembagi tegangan

I3 = I1 × (R2 + R3)/(R2 + R3 + R4) = (0.6)  (60) / (30 + 10 + 50) = 0.4 A

I2 = I1 × (R4)/(R2 + R3 + R4) = (0.6)  (30) / (30 + 10 + 50) = 0.2 A

Tegangan Vab adalah sama dengan tegangan pada resistor R2, tetapi dengan

polaritas yang negatif (karena potensial titik b lebih tinggi dari pada a) :

Vab = – I2R2 = – (0.2 A) (10 Ω) = -2 V

33

D. Aplikasi Pada Dunia Mesin

a. Perkakas

b. Mesin Bubut

c. Kelistrikan Pada Kendaraan

BAB III

PENUTUP

34

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Listrik adalah merupakan daya atau kekuatan yang ditimbulkan oleh

adanya pergesekan ataupun melalui sebuah proses kimia dimana hasil dari proses

kimia tersebut bisa digunakan untuk kemudian menghasilkan panas, cahaya, atau

bahkan bisa dimanfaatkan untuk menggerakkan sebuah mesin.

Teori-teori atom yang ada sekarang hanya merupakan model yang

dibangun oleh para ilmuwan sebagai kesimpulan dari hasil berbagai kajian teoritis

dan gejala empiris dengan berbagai pendekatan dan metode ilmiah.Itulah

sebabnya terdapat beberapa model atom yang telah dikembangkan dan

dipublikasikan menurut tenemuan-tenemuan yang secara sinergetis saling

mendukung atau bahkan menolak usulan model atom sebelumnya.Sampai saat ini,

teori atom yang paling muktahir adalah berdasarkan teori mekanika kuantum atau

mekanika gelombang dengan berbagai asumsi dan teorema.

Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan

berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada

beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah

Ampere. Arus Listrik di bagi menjadi 2, yaitu Arus Listrik searah (DC) dan Arus

Listrik Bolak-Balik.

Beberapa aturan hubungan antara  tegangan, arus, dan resistansi.

Untuk rangkaian seri:

1. Total tegangan adalah adalah jumlah masing-masing tegangan jatuh (drop)

2. Arus yang mengalir pada semua komponen adalah sama

3. Resistansi total adalah jumlah dari masing-masing resistansi

Untuk rangkaian paralel:

1. Tegangan pada semua komponen adalah sama.

2. Total arus adalah jumlah arus masing-masing cabang.

35

3. Resistansi total lebih kecil dari pada nilai resistansi masing-masing

komponen yang disusun parallel

Aplikasi Listrik Pada Dunia Mesin :

a. Perkakas

b. Mesin Bubut

c. Kelistrikan Pada Kendaraan

36

DAFTAR PUSTAKA

http://blogfebrian.blogspot.com/

http://rinioktavia19942.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-i/

struktur-atom/teori-atom-mekanika-kuantum/

http://rumushitung.com/2013/01/25/teori-atom-kimia/

http://muhamad94aliza.blogspot.com/2013/01/pengertian-rangkaian-seri-

dan-paralel.html

http://airlangga25.wordpress.com/2011/08/11/rangkaian-seri-paralel/

37