ELEKTRO STATIKA, ARUS ARAH , DAN LISTRIK MAGNET

NAMA: TEGUH SUPRIANTO

KELAS : XI MESIN B

SMK NEGERI 2 BOGOR

I. ELEKTRO STATIKA

Pengertian medan listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai ruang disekitar suatu muatan sumber dimana muatan listrik lainnya dalam ruang ini mengalami gaya coulomb atau gaya listrik ( gaya tarik menarik atau tolak menolak ). Pada gambar 2.1 ditunjukan bahwa diruang sekitar sumber yang bermuatan dihasilkan medan listrik.Benda bermuatan yang dihasilkan medan listrik kita namakan muatan sumber. Muatan lain yang kita taruh dalam medan listrik muatan sumber dinamakan muatan uji. Kuat medan listrik padda lokasi dimana muatan uji berada kita definisikan sebagai besar gaya coulomb ( gaya listrik ) yang bekerja pada muatan uji dibagi dengan besar muatan uji itu sendiri

E = F/qo

atau

dimanaE = kuat medan listrik ( N/m)K = Konstan ( K = 9 x 10-9)

q = muatan ( coulomb)R = jarak antara muatan ( m )

beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk menggambar vektor kuat medan listrik pada suatu titik adalah

1. Vektor E menjauhi muatan sumber positif dan mendekati muatan sumber negatif

2. Vektor E memiliki garis kerja sepanjang garis hubung antara muatan sumber dengan titik yang akan dilukiskan vektor kuat medannya

Mengingat kuat medan listrik merupakan besaran vektor yang bergantung pada posisi, baik besar maupun arah kuat medan listrik tentu berubah-ubah posisinya, untuk memudahkannya, micheal faraday menggambarkan arah dan besar medan listrik ini dalam bentuk garis-garis berarah yang disebut Garis-garis gaya atau garis- garis medan lsitrik.

Ada beberapa hal yang berkaitan dengan garis-garis gaya :

1. Garis-garis gaya listrik tidak pernah berpotongan

2. garis-garis gaya selalu mengarah radial keluar menjauhi muatan positif dan radial masuk atau mendekati muatan negatif

3. tempat dimana garis-garis medan listrik rapat menyatakan tempat medan listriknya kuat, sedangkan tempat dimana garis-garis gaya renggang menyatakan tempat yang medan listriknya lemah

Gambar 2.1 garis-garis medanlistrik untuk dua muatan

Misalkan terdapat beberapa muatan titik q1, q2, ...qn yang tersebar dibeberapa tempat . suatu titik p akan memiliki vektor posisi yang berbeda -beda jika diukur dari masing-masing muatan titik itu. Oleh karena itu, besarnya kuat medan total di titik p merupakan jumlah vektor dari masing-masing medan listrikEp = E1 + E2 + E3 + ...................+ En

3. Hukum GausBagian ini membahas tentang suatu teknis sederhana untuk menentukan kuat medan listrik bagi distribusi muatan kontinu yang dikembangkan ole

h Karl friendrich Gauss .

untuk memahami hukum Gauss ,kita harus mengetahui terlebih dahulu tentang Fluks Listrik. Banyaknya garis-garis gaya yang menembus suatu bidang disebut fluks Listrik.

Φ = E . A cos θ

Dimana :Φ = Fluks listrik ( weber)E = Kuat medan listrik ( N/C)A = Luas Bidang ( m

Hukum Gauss

Elektronika DasarHukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar  1

Gambar 1 : garis-garis medan listrik disekitar muatan listrik positif

Jumlah gais-garis medan listrik yang menembus secara tegak lurus pada suatu bidang dinamakan Fluks Listrik dengan symbol f, seperti pada gambar

Rumus Fluks Listrik :

atau

Hukum Gauss dinyatakan sebagai berikut :

” Jumlah garis medan yang menembus suatau permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”

Di rumuskan sebagai berikut :

Potensial Listrik

Potensial listrik adalah besarnya energi potensial listrik per satuan muatan. Pada Gambar 4. 16, potensial listrik yang dimiliki oleh q1 adalah sebagai berikut.

(4—19)

Secara umum, persamaan potensial listrik di suatu titik yang berjarak r dan muatan sumber Q adalah

(4-20)

Jika muatan listrik yang mengakibatkan munculnya potensial listrik jumlahnya lebih dan satu, potensial listrik di sebuah titik merupakan jumlah aijabar potensial terhadap setiap muatan listrik. Besarnya muatan potensial di titik p yang disebabkan oleh muatan titik q1, q2, …, qn adalah

Perhatikan gambar 4.17.

Jika hanya ada 3 muatan, potensial listrik di titik P adalah

Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor berbeda dengan akumulator dalam menyimpan muatan listrik terutama tidak terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad. Pengertian lain Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas, elektrolit dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan kapasitansi atau kapasitas.

Prinsip Dasar Kapasitor,definisi kapasitor,struktur kapasitor,kapasitas kapasitor,kapasitansi kapasitor,formula kapasitor,teori kapasitor,pengertian

kapasitor,rumus muatan kapasitor,satuan kapasitor,rumus kapasitor,konstanta dielektrik,bahan dielektrik,susunan kapasitor Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis : Q = CV Dimana : Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt) Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut : C = (8.85 x 10-12) (k A/t) Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan Udara vakum k = 1 Aluminium oksida k = 8 Keramik k = 100 – 1000 Gelas k = 8 Polyethylene k = 3 Prinsip Pembentukan Kapasitor Jika dua buah plat atau lebih yang berhadapan dan dibatasi oleh isolasi, kemudian plat tersebut dialiri listrik maka akan terbentuk kondensator (isolasi yang menjadi batas kedua plat tersebut dinamakan dielektrikum). Bahan dielektrikum yang digunakan berbeda-beda sehingga penamaan kapasitor berdasarkan bahan dielektrikum. Luas plat yang berhadapan bahan dielektrikum dan jarak kedua plat mempengaruhi nilai kapasitansinya. Pada suatu rangkaian yang tidak terjadi kapasitor liar. Sifat yang demikian itu disebutkan kapasitansi parasitic. Penyebabnya adalah adanya komponen-komponen yang berdekatan pada jalur penghantar listrik yang berdekatan dan gulungan-gulungan kawat yang berdekatan. Prinsip Dasar Kapasitor,definisi kapasitor,struktur kapasitor,kapasitas kapasitor,kapasitansi kapasitor,formula kapasitor,teori kapasitor,pengertian kapasitor,rumus muatan kapasitor,satuan kapasitor,rumus kapasitor,konstanta dielektrik,bahan dielektrik,susunan kapasitor

Gambar diatas menunjukan bahwa ada dua buah plat yang dibatasi udara. Jarak kedua plat dinyatakan sebagai d dan tegangan listrik yang masuk.

KAPASITOR

Kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik).  Tiap-tiap koduktor disebut keping.  Simbol yang digunakan untuk menampilkan sebuah kapastior dalam suatu rangkaian listrik adalah  

Dalam pemakaian normal, satu keping diberi muatan positif dan keping lainnya diberi muatan negatif yang besarnya sama.  Antara kedua keping tercipta suatu medan listrik yang berarah dari keping positif menuju keping negatif. Dalam rangkaian listrik, kapasitor digunakan antara lain : (1). memilih frekuensi pada radio penerima, (2) filter dalam catudaya, )3). memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil, dan (4). menyimpan energi dalam rangkaian penyala elektronik. Sesuai penggunaannya, dalam praktek terdapat berbagai jenis kapasitor, antara lain : kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variabel.

Kapasitas Kapasitor

Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik dinyatakan oleh besaran kapasitas atau kapasitansi (C), dan didefinisikan sebagai perbandingan anta muatan listrik q yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial V antara kedua keping.

Satuan kapasitas dalam SI adalah farad dan dari persamaan di atas diperoleh hubungan :

Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitas kapasitor keping sejajar adalah : (1) sebanding dengan luas keping, (2) sebanding dengan permitivitas bahan penyekat ε, dan (3) berbanding terbalik dengan jarak pisah antarkeping d.  Secara matematis kapasitas kapasitor keping

sejajar dinyatakan dengan persamaan :

dengan εr adalah permitivitas relatif bahan penyekat, dan εo adalah permitivitas vakum atau udara. Jika antara kedua keping hanya terdapat udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka kapasitas kapasitor dalam vakum atau udara ( diberi lambang Co) adalah

Permitivitas Relatif

Permitivitas relatif εo adalah perbandingan antara kapasitas dalam bahan penyekat Cb dan kapasitas dalam vakum atau udara (Co).

Beda Potensial Kedua Keping

Jika pada suatu kapasitor keping sejajar beda potensial antar kepingnya diijinkan berubah, maka prinsip kita pegang : muatan adalah kekal.  Jadi, muatan

kapasitor sebelum disisipkan bahan penyekat (qo) sama dengan muatan kapasitor sesudah disisipkan bahan penyekat (qb).

Muatan yang disimpan dalam kapasitor

Misalkan keping yang satu dihubungkan dengan kutub positif batrai dan keping lainnya dihubungkan dengan kutub negatif baterai secara tetap, sehingga beda potensial antarkeping selalu sama dengan beda potensial antar kutub-kutub baterai. Jadi, beda potensial antar keping adalah tetap, sehingga muatan yang harus berubah.

Dari persamaan di atas tampak bahwa muatan kapasitor setelah disisipkan bahan penyekat bertambah dibandingkan dengan muatan kapasitor dalam vakum atau udara (qo).

Energi Yang Tersimpan dalam Kapasitor

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik.  Energi yang tersimpan dalam kapasitor (W) dinyatakan oleh :

Susunan Kapasitor Seri dan Paralel

Susunan Seri :

Dalam susunan seri, muatan tiap kapasitor adalah sama, yaitu sama dengan muatan kapasitor penggantinya (q1=q2=q3=qek).  Beda potensial tiap kapasitor dapat dihitung dengan persamaan :

Susunan Paralel

Dalam susunan paralel beda potensial tiap kapasitor adalah sama, yaitu sama dengan beda potensial kapasitor penggantinya (V1=V2=V3=Vek ).  Muatan tiap kapasitor dihitung dengan persamaan :

Dari persamaan di atas tampak, jika salah satu muatan atau beda potensial tidak sama, maka kapasitor tidak disusun seri maupun paralel.

Kapasitor – kapasitor yang disusun seri ataupun paralel dapat diganti dengan sebuah kapasitor tunggal, yang disebut dengan kapasitor pengganti, dengan kapasitas sebesar C ekivalen sedemikian sehingga muatan yang disimpan sama dengan muatan total yang disimpan oleh susunan kapasitor ketika beda potensial sama dengan beda potensial antar ujung-ujung susunan kapasitor.

II . Arus listrik

Arus listrik adalah gerakan muatan listrik di dalam suatu penghantar pada satu arah akibat pengaruh gaya dari luar. Karena secara alamiah di dalam suatu bahan atau zat, pergerakan muatan tidak menentu arahnya. Muatan listrik dapat berupa elektron, ion atau keduanya.

Arus listrik dapat terjadi dengan media :

1. Zat padat2. Zat cair3. Gas4. Ruang Hampa5. Tabung Hampa berisi gas

Pada artikel ini diharapkan setelah selesai membacanya dapat mengerti dan mengetahui perbedaan arus listrik (konvensional) dan arus elektron.

 

Satuan Arus Listrik

Satu muatan listrik sebanding dengan adanya 6,20 x 1018 buah elektron.

Satuan muatan listrik adalah coulomb (simbol Q), jadi 1 coulomb = 6,20 x 1018 buah elektron. Arus listrik dalam penghantar adalah pergerakan terarah sejumlah elektron dari ujung satu ke ujung lainnya.

Dari penjelasan diatas dapat didefinisikan bahwa satuan arus listrik adalah coulomb per detik. Namun satuan arus listrik yang umum digunakan yaitu ampere, dimana satu coulomb per detik = satu ampere atau I = Q/t dimana I adalah lambang dari arus listrik.

Satuan dari arus listrik adalah ampere yang diambil dari nama Andre Marie Ampere (1775-1836).

 

Zat padat

Untuk lebih memudahkan pemahaman maka kita analogikan arus listrik dengan tabung yang diisi bola.

Dapat kita lihat pada gambar, apabila tabung tersebut dimasukkan lagi dengan sebuah bola dari sisi sebelah kiri, maka bola yang disebelahnya akan saling mendorong ke sebelah kanan sehingga sebuah bola keluar dari sisi sebelah kanan.

Apabila sebuah bola tersebut kita artikan dengan elektron dan proses memasukkan bolanya adalah beda potensial, maka didapat pemahaman bahwa Jika sebuah elektron ditambahkan pada ujung suatu penghantar, maka pada ujung lainnya akan keluar sebuah elektron lainnya.

Aliran elektron yang terjadi pada suatu penghantar, kecepatan alirannya sebesar 3×105km/sekon.

Proses terjadinya arus listrik pada kawat tembaga.

Seperti yang telah dijelaskan pada artikel sebelumnya, sifat muatan akan saling tolak menolak apabila muatan tersebut sama (elektron bertemu dengan elektron, proton bertemu dengan proton), dan akan saling tarik menarik apabila muatan tersebut berlawanan (elektron bertemu dengan elektron, positif bertemudangan negatif).

Maka elektron A  tertolak oleh muatan –Q, dan tertarik oleh muatan +Q akibat adanya beda potensial.

Menurut aturan bahwa arus listrik mengalir dari positif ke negatif,sedangkan elektron mengalir dari negatif ke positif, kenapa bisa begitu? Karena sejatinya aturan berpatokan bahwa elektron berpindah dari negatif ke positif meninggalkan hole dan mengisi hole baru maka seolah-olah hole tersebut bergerak dari positif ke negatif.

Kemampuan penghantar mengalirkan elektron ditentukan oleh susunan atom dari bahan penghantar tersebut. Bahan yang mempunyai kemampuan mengalirkan elektron dengan baik disebut dengan konduktor, sedangkan bahan yang sulit untuk mengalirkan elektron disebut dengan isolator.

 

Zat Cair

Untuk lebih memudahkan pemahaman maka sebagai contoh adalah zat cair yang mengandung larutan garam NaCl. Apabila molekul garam kita larutkan kedalam air akan terjadi ion positif dan ion negatif, dimana ion positif terdapat pada ion sodium

(Na+) yang kehilangan satu elektron dan ion negatif terdapat pada ion chlorine (Cl-)yang mendapat tambahan satu elektron.

Apabila diberikan beda potensial pada larutan garam tersebut, maka ion Na akan ditarik kearah elektroda negatif dan ion Cl akan ditarik ke arah elektroda positif.

Pada saat ion Na mencapai elektroda negatif maka atom Na akan menjadi atom netral setelah mendapatkan elektron dari elektroda negatif. Begitu juga pada saat ion Cl mencapai elektroda positif maka atom Cl akan melepaskan kelebihan elektronnya sehingga atom Cl menjadi atom netral.

Proses beda potensial yang diberikan ke larutan garam ini mengakibatkan pergerakkan elektron-elektron tersebut sehingga dapat dikatakan arus listrik.

Zat cair yang mempunyai kemampuan mengalirkan elektron disebut dengan cairan elektrolit, sedangkan zat cair yang tidak mengalirkan elektron disebut dengan cairan non-elektrolit.

 

Gas

Molekul-molekul gas selalu bergerak akibat dari gaya kohesi antar gas yang lemah. Akibat pergerakan molekul tersebut maka terjadi tabrakan antar molekul sehingga elektron terbebas dari atom, atom yang kehilangan elektronnya menjadi ion positif dan elektron-elektron yang bebas menjadi ion negatif.

Apabila elektroda positif dan elektroda negatif ditempatkan dalam gas tersebut maka elektron-elektron bebas akan menuju elektroda positif dan ion positif akan menuju ke elektroda negatif. Hal tersebut yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada gas.

Tekanan gas berpengaruh pada kecepatan aliran elektron. Pada harga arus yang tinggi dapat terjadi timbunan elektron yang sangat banyak sehingga timbul busur api (spark/arc).

 

Ruang Hampa

Di dalam ruang hampa tidak terdapat elektron, maka untuk mengisi ruang hampa dengan elektron dapat dilakukan dengan cara emisi thermionic, yaitu  dengan melakukan pemanasan pada filamen sehingga terjadi awan elektron pada sekitar katoda (elektroda negatif). Jika elektroda-elektrodanya diberikan beda potensial (tegangan) maka elektron akan bergerak ke arah anoda (elektroda positif) mendorong elektron-elektron pada anoda ke luar, sehingga terjadi aliran elektron.

 

Ruang Hampa berisi gas

Di dalam ruang hampa yang berisi gas, maka akan terjadi sifat-sifat molekul gas pada ruang hampa tersebut.

Apabila elektroda positif dan elektroda negatif ditempatkan dalam gas tersebut maka elektron-elektron bebas akan menuju elektroda positif dan ion positif akan menuju ke elektroda negatif. Hal tersebut yang menyebabkan timbulnya arus listrik pada gas.

Fisika

Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut. [5]

Untuk arus yang konstan, besar arus dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

di mana adalah arus listrik, adalah muatan listrik, dan adalah waktu (time).

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:[6]

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga melalui integrasi:[5]

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan maupun waktu merupakan besaran skalar.[5] Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah,[5] salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor.[5] Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam[5] sehingga . Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.[5]

Arah arus

Definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya)[5]

Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional.[7]

Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif.[5] Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel-partikel elektron bermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional.[5] Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:[5]

Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan.[5]

Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.[5]

Rapat arus

Rapat arus (bahasa Inggris: current density) adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar.[5] Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m2).[5]

di mana adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen.[5] Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA sehingga persamaan menjadi:[5]

maka

di mana adalah luas penampang total dan adalah rapat arus dalam satuan A/m2.[5]

Kelajuan hanyutan

Saat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun juga.[5] Sedangkan saat arus listrik mengalir melalui penghantar, elektron tetap bergerak secara acak namun mereka cenderung hanyut sepanjang penghantar dengan arah berlawanan dengan medan listrik yang menghasilkan aliran arus.[5] Tingkat kelajuan hanyutan (bahasa Inggris: drift speed) dalam penghantar adalah kecil dibandingkan dengan kelajuan gerak-acak, yaitu antara 10-5 dan 10-4 m/s dibandingkan dengan sekitar 106 m/s pada sebuah penghantar tembaga.[5]

sumber arus searah

Arus listrik searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah.

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. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negat

B. SUMBER-SUMBER LISTRIK ARUS SEARAH

Semua sumber listrik yang dapat menimbulkan arus listrik tetap terhadap waktu dan arah tertentu disebut sumber-sumber listrik arus searah. Sumber listrik arus searah dibagi menjadi empat macam.

1. Elemen Elektrokimia

Elemen elektrokimia adalah sumber listrik arus searah dari proses kimiawi. Dalam elemen ini terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Elemen elektrokimia dapat dibedakan berdasarkan lama pemakaiannya sebagai berikut.

1) Elemen Primer

Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan setelah dipakai. Contoh elemen primer sebagai berikut:

a) Elemen Volta

Elemen volta adalah sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh Alesandro Volta.. Elemen volta masih diterapkan sampai saat ini. Meskipun bentuknya sudah dimodifikasi. Elemen volta terdiri atas 2 elektroda dari logam yang berbeda yang dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam. Pada zaman dahulu, cairan asam atau garam tersebut berupa kain yang dicelup dalam larutan garam/asam.

b) Elemen Daniell

Penemu elemen daniel adalah John Frederic Daniell. Elemen Daniell adalah elemen yang gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisator. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat).

c) Elemen Leclanche

Jenis elemen leclanche ada dua macam, yaitu elemen kering dan basah, terdiri atas dua bejana kaca yang berisi:

-       batang karbon sebagai kutub positif (anoda)

-       batang seng sebagai kutub negatif (katoda)

-       Batu kawi sebagai depolarisator

-       larutan amonium klorida sebagai elektrolit

d) Elemen Kering

Elemen kering adalah sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering yang tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain, batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk kutub positif digunakan batang karbon, dan untuk kutub negatif  digunakan lempeng seng.

2) Elemen Sekunder

Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus habis digunakan. Sumber ini dapat digunakan kembali setelah diberikan kembali energi (diisi atau disetrum).

Contoh dari elemen sekunder yaitu akumulator (aki). Akumulator adalah termasuk sumber listrik yang dapat menghasilkan Tegangan Listrik Arus Searah (DC). Prinsip kerja dari aumulator adalah berdasarkan proses kimia.

Secara sederhana, prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut.

a) Pemakaian

Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari kutub positif ke pelat kutub negatif. Setelah akumulator dipakai beberapa saat, pelat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal ini menyebabkan beda potensial kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub menjadi netral.

b) Pengisian

Setelah kedua kutub netral dan arus tidak mengalir, kita harus menyetrum aki agar dapat digunakan kembali. Pada saat aki diestrum, arah arus berlawanan dengan pada saat digunakan,yaitu dari kutub negatif ke positif.

Contoh lainnya seperti batu baterai yang digunakan pada telepon genggam (Hp), laptop, kamera, lampu emergensi dll

Generator Arus Searah

Generator arus searah adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak (mekanis) menjadi energi listrik dengan arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:1). Generator penguat terpisah2). Generator shunt3). Generator kompon

Generator DC terdiri dua bagian, yang pertama stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan yang kedua, bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.

Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Prinsip kerja generator ini adalah induksi elektromagnetik (perubahan medan magnet yang terjadi pada kumparan kawat sehingga terjadi arus listrik).

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

3. Termoelemen

Termoelemen adalah sumber arus listrik searah dari proses yang terjadi karena adanya perbedaan suhu. Termoelemen mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peristiwa ini dikemukakan oleh Thomas John Seebach pada tahun 1826.

Arus yang ditimbulkan dari kejadian ini disebut termoelemen. Semakin besar perbedaan suhu antara A dan B, semakin besar arus yang mengalir. Tetapi, karena arus yang dihasilkan relatif kecil, termoelemen belum dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

4. Sel Surya (Solar Cell)

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering. Prinsip kerjanya sebagai berikut.

Jika pelat foil alumunium terkena cahaya matahari, maka pelat alumunium akan panas dan diteruskan ke pelat silikon. Silikon bersifat semikonduktor, sehingga pada suhu yang tinggi, elektron-elektron akan terlepas dan menempel pada foil alumunium dan muatan-muatan positifnya menempel pada foil besi. Jika kedua foil dihubungkan melalui rangkaian luar, maka akan menimbulkan aliran elektron. Ini karena pada kedua foil tersebut, terdapat perbedaan potensial. Potensial yang dibangkitkan oleh sel surya sangat kecil sehingga membutuhkan banyak sekali sel Sel surya juga terlalu mahal sehingga penggunaannya sangat terbatas pada alat-alat tertentu saja.

Besar arusnya pun sangat bergantung pada intensitas cahaya yang menembus pelat, jumlah sel yang ada, dan luas penampang yang terkena cahaya. Contoh barang yang telah menggunakan tenaga surya yaitu, mobil listrik tenaga surya dan sumber energi pada satelit.

Hambatan Listrik

Dalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan/resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Berikut akan dijelaskan secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian listrik1) Hambatan Kawat PenghantarBesarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu Hambatan JenisPenghantar,Panjang Penghantar, dan Luas Penampang Penghantar2) Hambatan ResistorDalam suatu rangkaian, kadangkala digunakan resistor sebagai penghambat arus. Resistor digunakan agar tidak membuang banyak biaya dalam pembuatan suatu hambatan. Besarnya resistansi suatu resistor dapat kita tentukan secara langsung menggunakan alat ukur hambatan (ohmmeter) atau bisa juga dilakukan penghitungan manual menggunakan kode warna resistor. Terkait dengan kode warna resistor, akan dijelaskan seperti berikut Daftar Kode Warna Resistor

Warna Angka I Angka II Faktor Pengali Toleransi

Hitam 0 0 100  

Coklat 1 1 101  

Merah 2 2 102  

Jingga 3 3 103  

Kuning 4 4 104  

Hijau 5 5 105  

Biru 6 6 106  

Ungu 7 7 107  

Abu abu 8 8 108  

Putih 9 9 109 5%

Emas       10%

Tak Berwarna       20

Hambatan Dipengaruhi Oleh Suhu/Temperatur Salah satu faktor luar/eksternal yang sangat berpengaruh terhadap hambatan penghantar adalah suhu atau temperatur. Semakin tinggi temperatur suatu penghantar, semakin tinggi pula getaran elektron-elektron bebas dalam penghantar tersebut. Getaran elektron-elektron bebas inilah yang akan menghambat jalannya muatan listrik (arus listrik) dalam penghantar tersebut. Adapun hambatan jenis penghantar (ρ) akan berubah seiring dengan perubahan temperatur. Semakin tinggi temperatur penghantar, hambatan jenisnya akan semakin tinggi, dan sebaliknya. Perubahan hambatan jenis ini selanjutnya akan diikuti oleh perubahan hambatan

HUKUM OHM

Ohm yang dimaksud diatas bukan om om biasa tetapi Ohm yang luar biasa. Ohm diambil dari nama tokoh fisika George Simon Ohm. Dia merupakan ilmuan yang berhasil menentukan hubungan antara beda potensial dengan arus listrik. Selain tiu dia juga menenmukan bahwa perbandingan antara beda potensial di suatu beban listrik dengan arus yang mengalir pada beban listrik tersebut menghasilkan angka yang konstan. Konstanta ini kemudian di kenal dengan Hambatan listrik (R). Untuk menghargai jasanya maka satuan Hambatan listrik adalah Ohm (Ω).

Bunyi hukum Ohm hampir setiap buku berbeda beda, mungkin karena Mbah Ohm udah keduluan meninggal. Tetapi secara garis besar semuanya hampir sama, dari hasil semedi sambil membaca buku fisika penulis dapat merangkum ada 2 bunyi hukum Ohm yaitu :

1. Besarnya arus listrik yang mengalir sebanding dengan besarnya beda potensial (Tegangan). Untuk sementara tegangan dan beda potensial dianggap sama walau sebenarnya kedua secara konsep berbeda. Secara matematika di tuliskan I ∞ V atau V ∞ I, Untuk menghilangkan kesebandingan ini maka perlu ditambahkan sebuah konstanta yang kemudian di kenal dengan Hambatan (R) sehingga persamaannya menjadi V = I.R. Dimana V adalah tegangan (volt), I adalah kuat arus (A) dan R adalah hambatan (Ohm).

2. Perbandingan antara tegangan dengan kuat arus merupakan suatu bilangan konstan yang disebut hambatan listrik. Secara matematika di tuliskan V/I = R atau dituliskan V = I.R.

Keduanya menghasilkan persamaan yang sama, tinggal anda menyukai dan menyakini yang mana silakan pilih saja karena keduanya benar dan ada buku literaturnya.

Fungsi utama hukum Ohm adalah digunakan untuk mengetahui hubungan tegangan dan kuat arus serta dapat digunakan untuk menentukan suatu hambatan beban listrik tanpa menggunakan Ohmmeter. Kesimpulan akhir hukum Ohm adalah semakin besar sumber tegangan maka semakin besar arus yang dihasilkan. Kemudian konsep yang

sering salah pada siswa adalah hambatan listrik dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus listrik. Konsep ini salah, besar kecilnya hambatan listrik tidak dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus listrik tetapi dipengaruhi oleh panjang penampang, luas penampang dan jenis bahan.

Hukum I KirchoffHukum I Kirchoff merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini

III. LISTRIK MAGNET

Medan magnet

Medan magnet, dalam ilmu Fisika, adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.

Sifat

Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun, berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus, bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2), dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah wujud gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang pengamat).

Medan Magnet Di Sekitar Kawat Berarus Listrik

(Pustaka Fisika). Gejala ini pertama kali dikaji oleh Hans Christian Oersted. Melalui percobaan, ia berhasil mengungkap hubungan antara listrik dan magnet. Ia berhasil membuktikan bahwa penghantar yang berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik.

Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnet. Medan magnet juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Berdasarkan hasil percobaan tersebut terbukti bahwa arus listrik yang mengaliri dalam kawat penghantar ini menghasilkan medan magnetik, atau disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnetik.

Pada saat arus listrik yang mengalir dalam penghantar diperbesar, ternyata kutub utara jarum kompas menyimpang lebih jauh. Hal ini berarti semakin besar arus listrik yang digunakan semakin besar medan magnetik yang dihasilkan.

Gambar: penyimpangan magnet kompas

Arah medan magnetik di sekitar kawat penghantar lurus berarus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), maka arah keempat jari yang lain menunjukkan arah medan magnetik (B). Kaidah tangan kanan ini juga dapat digunakan untuk menemukan arah medan magnetik pada penghantar berbentuk lingkaran yang dialiri listrik.

Gambar: kaidah tangan kanan

Untuk mengetahui letak kutub utara dan kutub selatan yang terbentuk pada kumparan berarus listrik, dapat dilakukan dengan cara:

1. Perhatikan arah listrik yang mengalir pada kumparan.2. Ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus listrik dijadikan sebagai pedoman

untuk menentukan letak kutub-kutub magnet.

3. Kemudian, genggam ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawan pada inti besi.

4. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggam kumparan yang berinti besi.

5. Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan.

6. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tangan ke belakang, kemudian genggam kumparan kawat itu.

7. Dengan cara yang sama kita dapat juga menentukan letak kutub utara, dan kutub selatan magnet.

Ternyata penghantar berarus listrik yang ditempatkan dalam medan magnet  juga mengalami gaya magnet. Hal ini ditemukan pertama kali oleh Hendrik Antoon Lorentz. Gaya Lorentz terjadi apabila kawat penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnetik. Besar gaya Lorentz bergantung pada besar medan magnetik, panjang penghantar, dan besar arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar.

Untuk arah aliran arus listrik tegak lurus terhadap arah medan magnet, gaya Lorentz dapat dinyatakan dengan:

F = B x I x l

Keterangan:

F = gaya Lorentz pada kawat (N)

B = medan magnet (Tesla)

I = arus listrik (A)

l = panjang kawat (m)

SolenoidSolenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya.[1] Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.[1]

Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:[1]

di mana:

adalah kuat medan magnet, adalah permeabilitas ruang kosong, adalah kuat arus yang mengalir, dan adalah jumlah lilitan.[1]

Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan.[2] Hal ini dapat

dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relai