RANGKAIAN LISTRIK, ENERGI LISTRIK, DAN DAYA LISTRIK

Sumber : pixabay.com

PETA KONSEP

Listrik sudah menjadi hal yang vital bagi kehidupan manusia. Banyak peralatan yang membutuhkan energi listrik untuk menggunakannya, seperti lampu, komputer, dan televisi.

Beberapa sumber listrik yang kita kenal, di antaranya baterai, aki, dan dinamo

RANGKAIAN LISTRIK, ENERGI LISTRIK, DAN DAYA LISTRIK

Akan tetapi, banyaknya penggunaan listrik menimbulkan kekhawatiran akan habisnya persediaan listrik. Untuk itu, saat ini mulai dipikirkan sumbersumber energi listrik alternatif, seperti bioenergi, penggunaan nuklir, energi matahari, panas bumi, angin, dan arus pasang surut air laut

• ARUS LISTRIK

Arus listrik adalah aliran muatan listrik.

Muatan listrik tersebut mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Arah arus listrik sama dengan arah gerak muatan positif.

Arus listrik dapat mengalir pada sebuah rangkaian listrik tertutup (ujung-ujung rangkaian dalam keadaan tertutup).

• Kuat Arus Listrik

• Arus listrik mengalir dari daerah yang mempunyai potensial listrik lebih tinggi (kutub positif) ke daerah yang mempunyai potensial listrik lebih rendah (kutub negatif).
• Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa arus listrik dapat mengalir jika ada perbedaan potensial

• Beda Potensial Listrik

• Beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik disebut juga tegangan listrik.
• Beda potensial listrik mempunyai satuan volt (V) yang diambil dari nama seorang ilmuwan berkebangsaan Italiabernama Alessandro Volta (1775–1827).
• Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial dinamakan voltmeter.

• Rangkaian listrik sederhana terdiri atas sebuah baterai, sakelar, voltmeter, dan lampu.
• Sifat-sifat yang menentukan jumlah arus litrik yang akan mengalir disebut resistansi.
• Resistansi (hambatan) ditentukan dengan memberikan beda potensial di antara dua titik pada konduktor dan mengukur arusnya.

• Hukum Ohm

Definisi satu ohm (1 Ω) adalah beda potensial yang dibutuhkan di antara ujung-ujung hambatan untuk mengalirkan arus sebesar 1 A.

Dua lampu yang sama disusun secara seri dan dihubungkan ke sebuah baterai ditunjukkan seperti pada gambar berikut :

1. Rangkaian seri

Untuk mencari nilai hambatan pengganti pada beberapa resistor yang dirangkai seri, dapat digunakan persamaan berikut.

Arus yang mengalir pada tiap hambatan dalam rangkaian seri adalah sama sehingga dapat disimpulkan menjadi persamaan berikut.

2. Rangkaian paralel

Jika ujung-ujung kabel lampu berhubungan sehingga jika salah satu lampu mati, lampu lain tetap menyala, maka rangkaian semacam ini disebut rangkaian paralel.

Jika tiga resistor disusun secara paralel dan ujung-ujung ketiga jalur hubungan secara bersama-sama, hambatan total dihitung dengan persamaan berikut :

Kuat arus listrik yang masuk sama dengan kuat arus listrik yang keluar sehingga hubungannya adalah sebagai berikut.

Adapun beda potensial di antara ujung-ujung voltmeter sama dengan beda potensial di antara ujung-ujung komponen rangkaian.

• Menentukan Perbedaan Hambatan Beberapa Jenis Bahan (Konduktor, Semikonduktor, dan Isolator)

Simbol ρ sebagai konstanta pembanding yang disebut hambatan jenis, nilainya bergantung pada jenis bahan yang digunakan.

Nilai ρ dinyatakan dalam satuan ohm meter (Ω m).

Hambatan jenis untuk beberapa bahan ditunjukkan pada tabel berikut.

Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa” pada setiap titik persambungan, jumlah seluruh arus yang masuk persambungan sama dengan jumlah seluruh arus yang meninggalkan persambungan.”

Hukum I Kirchhoff dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

Untuk memindahkan muatan dari satu tempat ke tempat lain diperlukan energi. Besarnya energi ini dapat ditulis dalam persamaan berikut.

Satuan lain yang sering digunakan untuk energi kalor, yaitu kalori (kal) atau kilokalori (kkal).

Hubungan antara satuan kalori dan satuan joule adalah sebagai berikut.

Oleh karena itu, dalam peristiwa perubahan energi listrik menjadi energi kalor, berlaku persamaan energi yang bersatuan kalori.

• Energi listrik menjadi energi kalor

Solder listrik merupakan salah satu alat yang mengubah energi listrik menjadi energi kalor.

• Energi listrik menjadi energi kimia

Percobaan energi listrik menjadi energi kimia dapat terjadi pada penyepuhan.

Daya listrik adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh sumber tegangan dalam 1 sekon.

​

Daya listrik dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

• Elemen Volta termasuk elemen primer, yaitu sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan (elemen) setelah digunakan.
• Alessandro Volta (1745–1827), dalam percobaannya menyimpulkan bahwa pasangan logam tembaga dan zink membangkitkan GGL yang lebih besar daripada pasangan logam lainnya.

• Elemen Volta

• Elemen Daniel merupakan modifikasi dari elemen volta, yaitu dengan memperbaiki penampilan elemen.

​

• Bejana tembaga sebagai elektrode positif dan batang zink sebagai elektrode negatif

​

• Elemen Daniel

• Elemen basah sekarang sudah jarang digunakan lagi dan diganti elemen kering.
• Dalam kehidupan sehari-hari, salah satu contoh elemen kering adalah baterai.
• Elemen kering pertama kali dibuat oleh Leclanche sehingga disebut elemen Leclanche.

• Elemen kering

• Contoh elemen sekunder basah adalah aki. Jenis aki yang umum digunakan adalah aki timbel
• Dalam proses pengisian, aki akan mengalami perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kimia, dan sebaliknya dalam pemakaian akan terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik.

• Aki

Angka skala yang ditunjuk oleh jarum voltmeter menunjukkan nilai tegangan atau beda potensial yang diukur.

Cara kerja dalam pemasangan voltmeter untuk mengukur beda potensial atau tegangan antara ujung-ujung lampu L adalah sebagai berikut.

1. Tentukan dua titik pada ujung-ujung lampu L, misalnya titik P dan Q.
2. Berdasarkan arah arus yang keluar dari sumber listrik, titik (kutub) P adalah negatif dan titik (kutub) Q adalah positif.
3. Hubungkan titik P pada terminal negatif voltmeter dan titik Q pada terminal positif voltmeter.

• Nilai yang ditunjukkan oleh jarum voltmeter ketika elemen/sumber arus tidak mengalirkan arus listrik inilah yang disebut dengan gaya gerak listrik (GGL) dan dinyatakan dengan ε.
• Saat suatu rangkaian sakelar dalam keadaan on atau tertutup, berarti terjadi aliran arus listrik. Lihatlah angka yang ditunjukkan jarum pada voltmeter. Nilai yang ditunjukkan oleh jarum voltmeter saat elemen memberikan arus listrik disebut dengan tegangan jepit dan dinyatakan dengan V.

Sumber arus listrik seperti baterai dan aki memiliki hambatan dalam sehingga mengalami kehilangan tegangan sebesar Vr. Jadi, dapat disimpulkan bahwa GGL elemen selalu memiliki nilai lebih besar dibanding nilai tegangan jepitnya (ε > V). Hubungan antara GGL dengan tegangan jepit dan tegangan yang hilang adalah sebagai berikut.

• Energi alternatif merupakan energi yang dapat digunakan untuk menggantikan bahan bakar minyak bumi.
• Energi alternatif dapat dihasilkan dari sumber alami, misalnya cahaya matahari, air, angin, arus pasang surut, panas bumi, biogas, dan bioenergi.
• Dengan teknologi yang telah tersedia, berbagai sumber daya alam tersebut dapat diolah menjadi sumber energi listrik.

​

• Mematikan lampu dan alat-alat listrik lainnya yang sudah tidak digunakan.
• Pemakaian lampu tabung akan lebih hemat energi dibandingkan lampu pijar.
• Memilih alat-alat listrik yang berdaya rendah sehingga hemat dalam pemakaian energi.
• Penggunaan sumber energi alternatif.