Teori Dasar Listrik

Pada umumnya, listrik listrik memiliki muatan listrik. Muatan listrik tersebut bersifat tolak menolak untuk listrik yang tak sejenis dan bersifta tarik menarik untuk listrik yang sejenis. Media yang dapat dialiliri muatan lisstrik terbagi atas dua bentuk, diantaranya konduktor yakni media yang dapat dialiri aliran listrik dan isolator yakni media yang tidak dapat dialiri muatan listrik. Muatan listrik memiliki dua jenis muatan, diantaranya muatan positif (+) yakni muatan yang kekurangan electron dan muatan negative yakni muatan yang kelebihan electron. Sedangkan muatan yang memiliki muatan positif dan negative sama banyak dinamakan muatan yang bersifat netral.

Menurut Chaeles Coulomb (1785) dengan menggunakan neraca punter disimpulkan bahwa gaya tarik ataupun gaya tolak antara 2 benda yang bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Coulomb, Dimana secara matematis dapat dinyatakan sbb:

F = (k . q₁ . q₂ )/  r²                     atau                 F = [1/(4πε₀ )] (q₁ . q₂) _. r²                                                                    

Dimana :       F = gaya Coulomb dengan satuan Newton (N)

                     q = muatan listrik masing-masing partikel (C)

                     k = tetapan Coulomb (9.10⁹ Nm²c^-2)

                     ε₀ = permitivitas ruang hampa (8,85 . 10^-12 C²N^-1m^-2)

                     r = jarak antara kedua muatan (m)

Apabila dalam sebuah tempat atau bidang terdapat beberapa muatan listrik, maka akan terdapat banyak gaya Coulomb F₁ dan F₂. Maka dapat diturunkan persamaan sbb:

                     F_B = F₁ + F₂

                     F_B = √F₁2+F₂²+F₁F₂ Cos θ

Dimana θ = sudut antara F₁ dan F₂.

Didalam jalannya muatan listrik juga terdapat adanya medan listrik, yakni ruang atau daerah disekitar muatan listrik yang dapat mempengaruhi muatan listrik yang berada di daerah itu. Arah medan di suatu titik dalam medan listrik selalu menjauhi pusat medan listrik yang bermuatan positif dan selalu mendekati pusat medan listrik yang bermuatan negative. Kuat medan listrik dapat dinyatakan dengan persamaan sbb:

E = (k . q)/  r²                  atau                 E =   (1/ 4πε₀ ) (q/  r²)                                                           

Dimana E: Kuat medan listrik (N/C)

Apabila dalam medan listrik terdapat beberapa muatan, maka:

Untuk medan listrik yang segaris, maka besarnya medan listrik dapat dinyatakan dalam persamaan sbb:

E = k . q₁  + q2       

            r₁²    r₂²

Untuk medan listrik yang tak segaris, maka besarnya medan listrik dapat dinyatakan dalam persamaan sbb:

E_B = E₁ + E₂

E_B = √E₁2+E₂²+E₁E₂ Cos θ

Garis medan listrik adalah garis-garis khayal didalam medan listrik yang menjadi tempat kedudukan titik-titik yang arah kuat medannya sama dengan arah garis itu. Apabila garis medan listrik menembus suatu permukaan teidak secara tegak lurus, maka fluks (garis medan listrik) yang menembus bidang dapat dinyatakan sbb:

Ф = E.A_n                 atau                 Ф = E.A cos θPada umumnya, listrik listrik memiliki muatan listrik. Muatan listrik tersebut bersifat tolak menolak untuk listrik yang tak sejenis dan bersifta tarik menarik untuk listrik yang sejenis. Media yang dapat dialiliri muatan lisstrik terbagi atas dua bentuk, diantaranya konduktor yakni media yang dapat dialiri aliran listrik dan isolator yakni media yang tidak dapat dialiri muatan listrik. Muatan listrik memiliki dua jenis muatan, diantaranya muatan positif (+) yakni muatan yang kekurangan electron dan muatan negative yakni muatan yang kelebihan electron. Sedangkan muatan yang memiliki muatan positif dan negative sama banyak dinamakan muatan yang bersifat netral.

Menurut Chaeles Coulomb (1785) dengan menggunakan neraca punter disimpulkan bahwa gaya tarik ataupun gaya tolak antara 2 benda yang bermuatan sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Coulomb, Dimana secara matematis dapat dinyatakan sbb:

F = k . q₁ . q₂                       atau                 F = 1      q₁ . q₂

                r²                                                         4πε₀      r²

Dimana :       F = gaya Coulomb dengan satuan Newton (N)

                     q = muatan listrik masing-masing partikel (C)

                     k = tetapan Coulomb (9.10⁹ Nm²c^-2)

                     ε₀ = permitivitas ruang hampa (8,85 . 10^-12 C²N^-1m^-2)

                     r = jarak antara kedua muatan (m)

Apabila dalam sebuah tempat atau bidang terdapat beberapa muatan listrik, maka akan terdapat banyak gaya Coulomb F₁ dan F₂. Maka dapat diturunkan persamaan sbb:

                     F_B = F₁ + F₂

                     F_B = √F₁2+F₂²+F₁F₂ Cos θ

Dimana θ = sudut antara F₁ dan F₂.

Didalam jalannya muatan listrik juga terdapat adanya medan listrik, yakni ruang atau daerah disekitar muatan listrik yang dapat mempengaruhi muatan listrik yang berada di daerah itu. Arah medan di suatu titik dalam medan listrik selalu menjauhi pusat medan listrik yang bermuatan positif dan selalu mendekati pusat medan listrik yang bermuatan negative. Kuat medan listrik dapat dinyatakan dengan persamaan sbb:

E = k . q                   atau                 E =   1      q

            r²                                                4πε₀   r²

Dimana E: Kuat medan listrik (N/C)

Apabila dalam medan listrik terdapat beberapa muatan, maka:

Untuk medan listrik yang segaris, maka besarnya medan listrik dapat dinyatakan dalam persamaan sbb:

E = k . q₁  + q2       

            r₁²    r₂²

Untuk medan listrik yang tak segaris, maka besarnya medan listrik dapat dinyatakan dalam persamaan sbb:

E_B = E₁ + E₂

E_B = √E₁2+E₂²+E₁E₂ Cos θ

Garis medan listrik adalah garis-garis khayal didalam medan listrik yang menjadi tempat kedudukan titik-titik yang arah kuat medannya sama dengan arah garis itu. Apabila garis medan listrik menembus suatu permukaan teidak secara tegak lurus, maka fluks (garis medan listrik) yang menembus bidang dapat dinyatakan sbb:

Ф = E.A_n                 atau                 Ф = E.A cos θ

Sumber Tegangan

Kita tentu masih ingat hokum Ohm, bahwa besarnya arus listrik (I) selalu berbanding dengan tegangan (V) dan berbanding terbalik dengan hambatan (R).

Arus listrik merupakan partikel-partikel listrik yang bermuatan positif di dalam suatu penghantar. Kuat arus listrik dapat didfinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar per satuan waktu. Sehingga dapat dirumuskan sbb:

                     I = Q / t

Dimana:        I = kuat arus (I)           t = waktu muatan mengalir (s)

                     Q = banyak muatan yang mengalir (C)

Besarnya tegangan listrik yang keluar selalu berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir dan berbanding terbalik dengan besarnya hambatan yang ada. Sehingga dapat dirumuskan sbb:

                     V = I.R

Dimana:        V = tegangan listrik (V)

                     I = kuat arus litrik (A)             R = hambatan listrik (Ω)

Dalam rangkaian bercabang, jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut, sesuai bunyi dari hukum I Kirchoff yang dirumuskan sbb:

                     Σ I_masuk = Σ I_keluar

Jika muatan positif listrik bergerak searah jarum jam pada titik a dan kembali ke titik a maka usaha yang dilakukan muatan itu adala nol, sebab muatan tidak berpindah tempat. Jika penurunan tegangan dalam rangkaian terjadi akibat arus listrik dari suatu tegangan yang mendapat hambatan, maka berlaku persamaan hokum II Kirchoff sbb:

                     Σ V = 0

                     Σ E + Σ I.R = 0

Apabila muatan listrik yang memiliki lebih dari satu loop (putaran) dinamakan rangkaian majemuk. Langkah penyelesaian untuk menentukan rangkaian majemuk adalah sbb:

1.      Gambarlah rangkaian listrik dari rangkaian majemuk tersebut.

2.      Tentukan kuat arus (symbol dan arah) pada setiap percabangan.

3.      Sederhanakan susunan seri – parallel resistor jika memungkinkan.

4.       Tetapkan loop berikut arahnya. Usahakan loop dalam rangkaian seminimal mungkin.

5.      Tulislah persamaan setiap loop dengan menggunakan hokum II Kirchoff.

6.      Tulislah persamaan listrik setiap percabangan dengan menggunakan hokum I Kirchoff.

7.      Selesaikan besaran-besaran yang ditanyakan dengan menggunakan persamaan-persamaan pada butir 5 dan 6.

Pada tegangan listrik yang mengalir deiperlukan adanya energi (W) dan daya listrik (P). Energi listrik dapat berubah menjadi energi bentuk lain. Besarnya energi listrik muncul akibat arus yang mengalir dari sebuah tegangan melalui penghantar yang akan menimbilkan panas pada elemen pemanas (R) selama waktu tertentu (t). Sehingga dapat dirumuskan sbb:

         W = I² R.T                 atau                 W=V²t/ R

         W = 0,24 I² R.T è W (kalori),jika menghitung besar energi panas.

Dimana:        W= energi listrik (joule)

Daya listrik merupakan energi listrik yang diserap oleh alat tiap satuan waktu. Daya listrik dapat dirumuskan sbb:

P = V.I         dimana P= Daya listrik (watt)

Sebuah lampu akan menyala lebih redup jika dipasang tegangan yang lebih rendah. Hal ini karena arus yang mengalir dalam lampu lebih kecil sehingga daya lampu juga menurun sedangkan hambatan lampu tetap. Sehingga dapat diturunkan persamaan sbb:

         V₂² / P₂=    V₁²  / P<sub>1



Sumber : https://verysetiawan.files.wordpress.com/2011/09/modul-elektro.doc</sub>