Kata Pengantar
Assalamualaikum
Wr.Wb.
Puji syukur saya panjatkan ke
hadirat Allah SWT karena berkat Rahmat dan Karunia-Nya yang begitu besar, saya
dapat menyelesaikan rangkuman Fisika Dasar ini dengan harapan dapat bermanfaat
dalam menambah ilmu dan wawasan kita terhadap pengetahuan kita akan salah satu
pengetahuan fisika dasar “ Listrik Statis & Dinamis “.
Dalam
membuat rangkuman ini, dengan keterbatasan ilmu pengetahuan yang saya
miliki, saya berusaha mencari sumber
data dari berbagai sumber informasi, terutama dari media internet dan beberapa
artikel dari media cetak. Kegiatan penyusunan rangkuman ini memberikan saya
tambahan ilmu pengetahuan yang dapat bermanfaat bagi kehidupan saya,dan semoga
bagi para pengguna rangkuman ini.
Pada kesempatan ini saya
juga mengucapkan terima kasih kepada Ibu Monita selaku Dosen pengampu bidang
study Fisika Dasar serta kepada semua pihak yang tidak saya sebutkan satu
persatu atas bantuannya sehingga saya dapat menyelesaikan rangkuman tentang
fisika dasar ini ( Listrik Statis & Dinamis ). Semoga rangkuman ini dapat
membawa manfaat khususnya bagi saya dan umumnya bagi orang lain yang telah
membaca rangkuman saya.
Saya menyadari bahwa rangkuman ini saya susun masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat saya harapkan
dengan tujuan agar rangkuman ini selanjutnya akan lebih baik. Semoga
bermanfaat.
Wassalamualaikum Wr.Wb.
Tangerang, 15
September 2013
Penulis
Daftar Isi
Halaman Judul
Kata Pengantar
LISTRIK.......................................................................................................................
3
I.
LISTRIK STATIS :
A.
Susunan
Atom ................................................................................................. 3
B.
Muatan
Listrik ................................................................................................ 5
C.
Interaksi
Benda Bermuatan Listrik ............................................................... 5
D.
Hukum
Coulomb ............................................................................................ 6
E.
Induksi
Listrik ................................................................................................. 7
F.
Elektroskop .................................................................................................... 7
G.
Medan
Listrik ................................................................................................ 8
H.
Hukum
Gauss ................................................................................................. 9
I.
Perhitungan
Medan Listrik dengan Menggunakan Hukum Gauss
............... 10
J.
Kuat
Medan Listrik pada Bola Konduktor ..................................................... 12
II. LISTRIK
DINAMIS :
a)
Arus
Listrik ..................................................................................................... 13
b)
Pengukuran
Arus Listrik dan Tegangan Listrik .............................................. 14
c)
Hukum
Ohm .................................................................................................. 15
d)
Hambatan
LIstrik ( R ) ................................................................................... 16
e)
Rangkaian
Hambatan .................................................................................... 17
f)
Hukum
Kirchoff 1 .......................................................................................... 18
g)
Hukum
Kirchoff 2 .......................................................................................... 18
h)
Energy dan Daya Listrik ............................................................................... 19
i)
Energy
Listrik ................................................................................................. 19
j)
Daya
Listrik .................................................................................................... 19
Daftar
Pustaka ........................................................................................................ 20
LISTRIK
I.
LISTRIK
STATIS
Pada saat hujan turun, pernahkah kamu melihat
petir? Petir adalah peristiwa
alam yang sangat berbahaya dan ditakuti semua orang, karena petir menimbulkan
kilatan cahaya yang diikuti dengan suara dahsyat di udara. Apabila seseorang
tersambar petir, maka tubuh orang tersebut akan terbakar. Akibat berbahayanya
petir, maka gedung-gedung bertingkat yang cukup tinggi dilengkapi dengan penangkal petir. Apa yang menyebabkan terjadinya petir?
Mengapa gedung-gedung bertingkat yang tinggi dilengkapi dengan penangkal petir? Temukan jawabannya
dengan mempelajari materi ini.
A. Susunan Atom
Thales Militus, seorang ilmuwan Yunani, menemukan gejala
listrik yang diperoleh dengan menggosok batu ambar, yang dalam bahasa Yunani
disebut elektron.
Setelah digosok ternyata batu ambar tersebut
dapat menarik benda-benda kecil yang berada di dekatnya. Sifat seperti ini
dalam ilmu listrik disebut elektrifikasi. Listrik
yang terjadi pada batu ambar yang digosok disebut listrik statis yaitu listrik yang tidak mengalir.
Teori Atom
Suatu zat terdiri atas partikel-partikel kecil
yang disebut atom. Atom berasal dari kataatomos, yang artinya
tidak dapat dibagi-bagi lagi. Tetapi, dalam perkembangannya ternyata atom ini
masih dapat diuraikan lagi.
Atom terdiri atas dua bagian, yaitu inti atom dan
kulit atom. Inti atom bermuatan positif, sedangkan kulit atom terdiri atas
partikel-partikel bermuatan negatif yang disebut elektron.
Inti atom tersusun dari dua macam partikel, yaitu proton yang
bermuatan positif dan netronyang tidak bermuatan(netral).
Suatu atom dikatakan netral apabila di dalam intinya terdapat muatan
positif(proton) yang jumlahnya sama dengan muatan negatif (elektron) pada
kulitnya.
Suatu atom dikatakan bermuatan positif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih
banyak daripada muatan negatif(elektron) pada kulit atom yang mengelilinginya.
Suatu atom dikatakan bermuatan negatif apabila jumlah muatan positif(proton) pada inti lebih
sedikit daripada jumlah muatan negatif(elektron) pada kulit atom.
Atom yang paling sederhana adalah atom hidrogen
yang hanya tersusun atas 1 proton dan 1 elektron. Karena jumlah proton dan
elektronnya sama, maka atom hidrogen dikatakan sebagai atom netral.
Atom helium terdiri atas 2 proton, 2 netron dan 2
elektron. Karena jumlah proton dan jumlah elektronnya sama, maka atom helium
juga dikatakan sebagai atom netral.
B. Muatan Listrik
Menurut Benyamin Franklin, ada dua muatan lisrik
:
1. Muatan listrik
positif
2. Muatan listrik
negatif
Sifat Muatan Lisrik
- Dua
muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
- Dua
muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menarik
C. Interaksi Benda
Bermuatan Listrik
1.
Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari
kain wool berpindah ke penggaris plastik, sehingga penggaris plastik tersebut
bermuatan listrik negatif.
2.
Ketika ebonit
digosok dengan kain wool, maka elektron-elektron dari kain wool berpindah ke
ebonit, sehingga ebonit tersebut bermuatan listrik negatif.
3.
Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron pada batang
kaca tersebut berpindah ke kain sutera, sehingga batang kaca bermuatan positif
D. Hukum Coulomb
Pada tahun 1785, Charles Agustin Coulomb
menemukan hukum dasar tentang gaya listrik antara dua partikel yang bermuatan.
Hasil penelitiannya dikenal dengan Hukum coulomb,
yang berbunyi :
“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak
antara dua benda bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing
dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda”.
Secara matematis Hukum Newton dituliskan :
Keterangan :
F = Gaya tarik/tolak dua buah muatan (N)
k = Konstanta (9.109 N.m2/C2)
Q1, Q2 = muatan listrik (C)
r =
jarak antara dua muatan (m)
E. Induksi Listrik
Induksi listrik adalah peristiwa pemisahan muatan
pada suatu benda karena pada benda tersebut didekati benda lain yang bermuatan
listrik.
Contoh :
Benda netral didekati benda bermuatan negatif,
maka muatan-muatan negatif benda netral tertolak menjauh, sedangkan
muatan-muatan positif mendekati benda yang menginduksi.
Benda netral didekati benda bermuatan positif,
maka muatan-muatan positif benda netral tertolak menjauh, sedangkan
muatan-muatan negatif mendekati benda yang menginduksi.
F. Elektroskop
Elektroskop adalah alat yang dapat digunakan
untuk mengetahui ada tidaknya muatan listrik pada suatu benda.
Prinsip kerja elektroskop berdasarkan induksi
listrik, yaitu jika sebuah benda bermuatan listrik disentuhkan kepala
elektroskop maka muatan yang sejenis dengan benda bermuatan listrik tadi akan
ke daun elektroskop. Akibatnya kedua daun elektroskop akan bermuatan
sejenis sehingga tolak menolak(daun elektroskop membuka)
G. Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar
benda bermuatan listrik yang masih dipengaruhi oleh
gaya listrik. Medan listrik digambarkan
dengan garis-garis gaya listrik.
Sifat-sifat garis gaya listrik
1.
Garis
gaya listrik berasal dari muatan positif menuju muatan negatif
2.
Garis
gaya listrik tidak pernah berpotongan
3.
Semakin
rapat garis gaya listrik, semakin kuat medan listriknya
Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan
persamaan :
E = Kuat medan listrik (N/C)
F
= Gaya coulomb (N)
Q = muatan listrik (C)
H. Hukum Gauss
Hukum Gauss didasarkan pada konsep fluks. Fluks adalah
kuantitas yang menggambarkan berapa banyak vektor medan/garis-garis gaya yang
menembus suatu permukaan dalam arah tegak lurus. Perhatikan Gambar 4.10. Jika
terdapat garis-garis gaya dan suatu medan listrik homogen yang menembus tegak
lurus suatu bidang seluas A, jumlah garis medan yang menembus tegak lurus bidang
tersebut sama dengan perkalian E dan A. Perkalian antara E dan A ini dinamakan
fluks listrik (Φ). Secara matematis dituliskan sebagai berikut.
Gambar 4.10 Garis-garis gaya yang menembus bidang permukaan.
Φ = EA
Keterangan:
Φ = fluks Iistrik (Nm2/C atau weber)
E = kuat medan listrik (N/C)
A = luas bidang yang ditembus medan listrik (m2)
Jika garis-garis gaya tersebut menembus bidang tidak secara
tegak lurus, fluks listriknva adalah:
Φ = EAcosθ
dengan θ adalah sudut antara vektor medan dan lintas permukaan
yang ditembus medan listrik. Dan konsep fluks listrik inilah, Gauss
mengemukakan hukumnya yang dinyatakan sebagai berikut.
Gambar 4.11 Garis gaya yang menembus suatu permukaan
membentuk sudut θ.
“jumlah garis gaya yang keluar
dari suatu permukaaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang
dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”
Secara matematis ditulis
I.
Perhitungan
Medan Listrik dengan Menggunakan Hukum Gauss
Medan Listrik pada Keping Sejajar
Medan listrik di antara pelat sejajar dapat dihitung dengan
mudah menggunakan Hukum Gauss. Dua buah pelat keping yang memiliki luas A
masing-masing diberi muatan sama tersebar merata, tetapi berlawanan jenis,
yaitu +q dan —q seperti pada Gambar 4.12. Rapat muatan q tiap keping
didefinisikan sebagai muatan q per satuan luas A. Secara maternatis, dituliskan
sebagai berikut.
σ = q/A
Kuat medan listrik E pada pelat konduktor ditentukan
berdasarkan konsep Hukum Gauss. Caranya dengan membuat suatu permukaan
tertutup, seperti silinder untuk memudahkan perhitungan.
Perhatikan Gambar 4.13.
Berdasarkan Persamaan (4—9), fluks listrik pada silinder
tertutup tersebut adalah
Φsilinder tertutup =Φ 1 +Φ 2 +Φ 3= EA1cos 0o + EAacos 90o+ EA3cos 0o
Oleh karena A1 = A2 = A3 = A maka Φ silinder tertutup = 2EA
Dari persamaan Φ silinder
tertutup = q/εo sehingga
Oleh karena q/A = σ (rapat muatan) maka kuat medan listrik E
yang ditimbulkan oleh satu pelat konduktor dinyatakan dengan persamaan
Dengan demikian besarnya kuat medan listrik yang ditimbulkan
oleh 2 pelat konduktor dinyatakan dengan persamaan
Keterangan:
σ= rapat muatan (C/m2)
εo = permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 C2/Nm2)
J. Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor
Berongga
Gambar 4.14. bola konduktor berongga yang memiliki jari-jari
R. r jarak titik ke pusat bola.
Perhatikan Gambar 4.14. jika ke dalam konduktor bola berongga
yang berjari-jari R diberi sejurmlah muatan positif atau muatan negatif, muatan
tersebut akan tersebar merata hanya di permukaan bola. Adapun di dalam bola
tidak terdapat muatan listrik. Berdasarkan Hukurn Gauss dapat ditentukan besar
medan listrik di dalam maupun di luar bola, yang besarnya
Di bagian dalam bola dengan r < R, besarnya medan listrik
E = O. Hal tersebut disebabkan besarya muatan yang dilingkupi permukaan Gauss
I, q = O. Adapun untuk permukaan Gauss II dengan r > R, besarya muatan
listrik yang dilingkupi permukaan Gauss II sama dengan jumlah muatan listrik
pada bola tersebut. Dengan demikian, medan listrik E di permukaan Gauss II
adalah
Kuat medan listrik di luar bola dapat diperoleh dengan
menganggap bola sebagai muatan listrik yang terletak di pusat bola. Jadi,
secara keseluruhan medan listrik di sekitar bola berongga adalah di dalam bola,
E = O karena q = O
di permukaan bola,
diluar permukaan
II.
LISTRIK DINAMIS
Listrik
Dinamis merupakan pergerakan muatan atau aliran muatan.
a)
Arus Listrik
Arus listrik
merupakan arah gerak muatan-muatan bebas positif.
Jika dalam
suatu penghantar,terus-menerus terjadi pemindahan netto muatan,maka di dalam
penghantar itu ada arus listrik.
Didalam
penghantar terdapat muatan-muatan bebas yakni electron-electron yang bergerak
jika mendapat gaya dari medan listrik.
Tiap-tiap
muatan bebas mendapat gaya dari muatan listrik karena geraknya mendapat
percepatan,namun percepatan yang didapat itu hanya berlangsung dalam waktu yang
singkat. Sebab muatan-muatan itu mengalami gesekan akibat tumbukan dengan
partikel yang diam.
Apa yang
menyebabkan arus listrik dapat mengalir?
Beda
potensial listrik adalah dorongan yang menyebabkan electron-electron mengalir
dari suatu tempat ke tempat lain.
Apakah jika
ada beda potensial arus listrik dapat mengalir?
Walaupun
beda potrensial tersedia,electron-electron hanya mengalir dalam suatu rangkaian
jika rangkaian itu tertutup.
Jika
sejumlah muatan Q menembus penampang dalam waktu t,maka kuat arus
I = Q/t.
b)
Pengukuran Arus Listrik dan Tegangan Listrik
Alat untuk
mengukur kuat arus listrik dalam rangkaian disebut amperemeter atau
Ammeter.
Alat yang
mengukur tegangan listrik adalah voltmeter.
Amperemeter
harus dihubungkan seri pada komponen yang akan diukur kuat arus listriknya.
Cara
memasang Amperemeter :
Titik yang
potensialnya lebih tinggi dihubungkan ke terminal “+” dan titik potensialnya
yang lebih rendah dihubungkan ke terminal “-“.
Jika
dihubungkan terbalik,jarum penunjuk akan menyimpang dalam arah berlawanan yaitu
membentur sisi tanda nol {0},sehingga amperemeter dapat rusak.
Dan yang
paling penting diperhatikan,ketika memasang amperemeter seri dengan komponen
yang akan diukur kuat arusnya adalah rangkaiannya harus dipotong.
Untuk
memasang voltmeter secara paralel ,kita tidak perlu memotong rangkaian.
Kita hanya
memperhatikan mana ujung komponen yang potensialnya lebih besar.
Ujung
potensial yang lebih besar tersebut dihubungkan keterminal positif dan yang
potensialnya lebih kecil dihubungkan keterminal negative.
c)
Hukum Ohm
Bunyi hukum
ohm “Kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan
tegangan yang memindahkannya”.
Rumus hukum
Ohm :
V= R* I
Dimana V=tegangan atau beda potensial(volt)
R=hambatan
(ohm)
I=kuat
arus(ampere)
Dalam
persamaan ini kuat arus yang mengalir dalam suatu kawat penghantar(yang tidak
mengalami perubahan suhu)besarnya :
ü
Sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya
ü
Berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar
Contoh:
Pada sebuah
tahanan listrik sebesar 20 ohm terukur arus sebesar 2 A.Tentukan besar
tegangan.
Penyelesaiannya:
R=20Ω
I=2 A
Maka V=R*I
=20*2
=40 volt.
d)
Hambatan Listrik (R)
Dengan
persamaan
R=Þ* l/A
Keterangan :
R= hambatan
(ohm)
L=panjang
penghantar(m)
A=luas penampang(m2)
Þ= hambatan
jenis (ohm m)
Bahan
|
Hambatan(Þ)
|
(°C)-1
|
Konduktor
|
||
Perak
|
1,59*10-8
|
0,0061
|
Tembaga
|
1,68*10-8
|
0,0068
|
Emas
|
2,44*10-8
|
0,0034
|
Milenium
|
2,65*10-8
|
0,00429
|
Besi
|
9,71*10-8
|
0,00651
|
Air Raksa
|
98*10-8
|
0,0009
|
Semi Konduktor
|
||
Silicon
|
0.1-60
|
-0,07
|
Isolator
|
||
Kaca
|
109-1012
|
|
Karet padatan
|
1013-1015
|
Hubungan Þ
dengan kenaikan suhu
ÞT = Þ o (1+α ∆T)
keterangan:
ÞT=hambatan jenis pada suhu T
Þ○=Mula-mula
Α=koefesiensi
suhu (°C)
∆T=Perubahan
suhu(T2-T1)
Α merupakan
kenaikan Þ setiap kenaikan suhu 1°C
Hubungan
hambatan penghantar dengan suhu
RT=R0(1+α∆T)
Keterangan:
RT= hambatan
penghantar pada suhu T
R0= hambatan
penghantar mula-mula
α=
koefisiensi suhu °K(+273)
∆T= kenaikan
suhu
e)
Rangkaian Hambatan
Susunan seri
menyebabkan hambatan total ran gkaian menjadi lebih besar,sedangkan susunan
paralel menyebabkan hambatan total paralel menjadi lebih kecil.
ü
Hambatan Seri
V=i*R
V1= iR1+iR2+iR3
V=V1+V2+V3
iRS=iR1+iR2+iR3
iRs=i(R1+R2+R3)
Rs=R1+R2+R3
Rs=∑Ri
Karena
HAmbatan R menjadi lebih besar maka kuar arus menjadi lebih kecil.
ü
Hambatan Paralel
V=iR
atau i= ∑Ri
I=i1+i2+i3
V/Rp=V/R1+V/R2+V/R3
Jadi
1/Rp=1/R1+1/R2+1/R3
Hambatan
pengganti paralel lebih kecil dari pada hambatan resistor yang terkecil.
Jadi untuk
memperoleh hambatan pengganti paling kecil dari beberapa resistor maka resistor
itu harus disusun paralel.
f)
Hukum Kirchoff 1
Menurut Hukum
Kirchoff 1,”jumlah arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan
jumlah arus yang keluar dari titik percabangan itu.
Dengan
persamaan ;
∑i masuk=∑i keluar
g)
Hukum Kirchoff 2
Hukum
Kirchoff 2 mengatakan bahwa :
Pada suatu
rangkaian tertutup jumlah aljabar ggl (E) sama dengan jmumlah aljabar penurunan
potensial listriknya.
Dengan
persamaan :
∑
E =∑ (i.R)
h)
Energi dan Daya Listrik
Suatu
hambatan (R) yang berbeda pada rangkaian listrik tertutup dapat memiliki
energi daya listrik.
i)
Energi Listrik
Besarnya
energi listrik yang hilang dan berubah menjadi energi bentuk lain ketika saat
hambatan (R) dialiri arus listrik (i) dapat dihitung memakai persamaan sebagai
berikut:
W= V.i.t
Dimana W=
besar energi listrik
V=tegangan
I= kuat arus
T=waktu
j)
Daya Listrik
Daya listrik
adalah besarnya usaha yang dilakukan tiap satuan waktu atau disebut juga
kecepatan melakukan usaha.
Besarnya
daya listrik dapat kita ketahui dengan menggunakan persamaan;
P= W/t
Atau
P= V.i
Daftar Pustaka
http://www.budisma.web.id/menghitung-kuat-medan-listrik.html