Minggu, 17 November 2013

Fisika Dasar " LISTRIK "

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 
  1. Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
  2. 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  1  2  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