Listrik Dinamis

Listrik Dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis adalah muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu adalah detik. kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuata arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar. sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan. Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. pada rangkaian seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. semua itu telah dikemukakan oleh hukum kirchoff yang berbunyi "jumlah kuat arus listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar". berdasarkan hukum ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan listrik adalah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama karena tegangan sebanding dengan kuat arus. tegangan memiliki satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah ohm.

ARUS LISTRIK

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik (I) yang mengalir melalui penghantar didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik
(Q) yang mengalir setiap satu satuan waktu (t).

I = Q/t

Secara matematis dapat dituliskan: I    = arus listrik (A) Q   = muatan listrik (C) t    = selang waktu

Contoh cara menghitung arus listrik:

1.         Pada suatu penghantar mengalir muatan listrik sebanyak 60 coulomb selama 0,5 menit.
Hitung besar arus listrik yang mengalir pada penghantar tersebut ?

Penyelesaian:
Diketahui: Q = 60 C
                 t  = 0,5 menit
                    = 30 sekon
Ditanyakan: I = ........ ?
Dijawab:                   

I = Q/t  

I = 60 / 30

I = 2 ampere

Jadi besar kuat arus listrik yang mengalir pada penghantar 2 ampere.

Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10^-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

Fisika

Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut. i₁ + i₄ = i₂ + i₃

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

I=Q/t

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

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah

I =dQ/dt

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

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan Q maupun waktu t merupakan besaran skalar. Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor. 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 sehingga i₁ + i₄ = i₂ + i₃. Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.

Arah arus

DeFinisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya)

Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional. Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif. Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel-partikel elektron bermuatan negatif yang didorong olehmedan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:

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.

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.

Rapat arus

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

di mana I 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. Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA 

di mana A adalah luas penampang total dan J adalah rapat arus dalam satuan A/m².

Kelajuan hanyutan

Saat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun juga. 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. 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.

TEGANGAN LISTRIK

Sumber tegangan listrik yaitu peralatan yang dapat menghasilkan beda potensial listrik secara terus menerus. Beda potensial listrik diukur dalam satuan volt (V).  Alat yang digunakan adalah volmeter.

Beda potensial adalah usaha yang digunakan untuk memindahkan satuan  muatan listrik . hubungan antara energi listrik, muatan listrik dan beda potensial dapat dituliskan dalam persamaan:

V= W/ Q

V = Beda potensial listrik dalam volt (V)

W = energi listrik dalam joule (J)

Q = muatan listrik dalam coulomb (C).

Arus listrik hanya akan terjadi dalam penghantar jika antara ujung-ujung penghantar terdapat beda potensial (tegangan listrik). Alat ukur beda potensial listrik adalah volmeter. Dalam rangkaian voltmeter dipasang paralel dengan hambatan (beban).

Contoh, Beda potensial antara ujung penghantaradalah 12 volt, hitunglah besarnya energi listrik jika jumlah muatan yang mengalir sebesar 4 coulomb.

Diketahui:

V = 12 volt

Q = 4 C

W = ?

Jawab:

W = V. Q

W = 12 volt x 4 C

W = 48 joule

Dalam rangkaian tertutup pemasangan voltmeter dan amperemeter dapat dilakukan bersama-sama. Voltmeter dipasang paralel terhadap hambatan dan amperemeter dipasang seri terhadap hambatan. Di laboratorium volmeter dapat dibuat dari rangkaian basic mater dan multiplier, sedangkan ampere meter dapat di buat dari rangkaian basic meter dan shun. Baik shun maupun multiplier memiliki batas ukur. Oleh karena itu dalam pembacaan sekalanya perlu diperhatikan antara batas ukur dan pembacaan pada skala basic meter. Berikut ini cara menggunakan basic meter dan cara pembacaannya.

Dalam rangkaian listrik, volt meter dipasang paralel terhadap alat listrik.

Jika voltmeternya dengan menggunakan kombinasi basic meter dan multiplier, maka pembacaan hasil pengukurannya perlu memperhatikan sekala maksimum dan batas ukurnya.

Batas ukur maksimumnya = 10 volt

Sekala maksimumnya = 30 volt

Pengukuran dengan menggunakan basic mater dan multiplier yang memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Contoh, Batas ukur multiplier adalah 12 volt, skala maksimum basik meter adalah 120 volt, jika jarum pada saat digunakan menunjukkan angka 40, maka hitunglah besrnya tegangan listrik yang terukur

Diketahui:

Batas ukur : 12 volt

Skala maksimum : 120 volt

Pembacaan skala = 40

Jawab:

Hasil pengukuran  = (12/120) x 40 volt

                           = 0,1 x 40 volt

                           = 4 volt

HUKUM OHM

Hukum Ohm merupakan hukum dasar dalam rangkaian elektronik. Hukum Ohm menjelaskan hubungan antara tegangan, kuat arus dan hambatan listrik dalam rangkaian.

Besarnya tegangan listrik dalam sebuah rangkaian sebanding dengan kuat arus listrik. Pernyataan ini di kenal sebagai hukum Ohm. Hal ini  menyatakan bahwa tegangan listrik dalam rangkaian akan bertambah jika arus yang mengalir dalam rangkaian bertambah. Hubungan tersebut dapat di tuliskan dalam persamaan matematika.

V ~ I atau

V = R I (Hukum Ohm)

R adalah konstanta yang disebut hambatan penghantar, satuannya adalah ohm (W)

Contoh, Arus listrik sebesar 2 A mengalir dalam rangkaian yang memiliki hambatan sebesar 2 ohm, hitunglah besarnya beda potensial antara ujung-ujung hambatan tersebut.

Diketahui:

I = 2 A

R = 2 ohm

V = ?

Jawab:

V = I x R

V = 2 A x 2 ohm

V = 4 volt

Jika dalam hambatan R mengalir arus listrik I, maka antara ujung-ujung hambatan timbul beda potensial V.     

V = IR

Jika diantara ujung-ujung hambatan R terdapat beda potensial V, maka dalam hambatan pasti mengalir arus listrik I

I = V/R

Jika arus listrik I mengalir dalam suatu penghantar dan antara ujung-ujung penghantar muncul beda potensial V, maka dalam penghantar tersebut terdapat hambatan. 

R = V/I

Read More

Listik Statis

Inti atom
Partikel-partikel penyusun suatu atom:

    Elektron → bermuatan negatif
Proton→ bermuatan positif
Neutron→ tidak bermuatan

Inti atom terdiri dari proton dan neutron, sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan tertentu.

Interaksi Muatan-Muatan
Muatan yang sejenis akan saling tolak (plus dengan plus, minus dengan minus)
Muatan yang berlawanan jenis akan saling tarik(plus dengan minus)

Besar gaya tarik atau gaya tolak tersebut bisa ditemukan dengan rumus berikut:

Dimana
F = gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak dalam satuan newton (N)
q₁ = besar muatan pertama dalam satuan coulomb (C)
q₂ = besar muatan kedua dalam satuan coulomb (C)
k = konstanta gaya coulomb yang nilainya 9 x 10⁹ dalam satuan yang standar

Catatan

• 1μC = 10⁻⁶ C = 0,000001 C (sepersejuta)
• Jika menjumpai muatan negatif, tidak perlu diikutkan tanda  minusnya dalam perhitungan.

Muatan Bahan-Bahan
Sebaiknya dihafal saja, muatan-muatan dari interaksi berbagai kombinasi (gosok-menggosok) bahan berikut:

Bahan-bahan	Hasil	Proses
Kaca - Kain Sutera	Kaca (+), Sutera (−)	Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera
Mistar plastik - Kain wool	Mistar plastik (−), Kain wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik
Sisir - Rambut Manusia	Sisir (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke sisir
Penggaris/mistar plastik - Rambut manusia	Penggaris (−), Rambut Manusia (+)	Elektron dari rambut manusia berpindah ke penggaris
Balon - Kain Wool	Balon (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke balon
Ebonit - Kain Wool	Ebonit (−), Kain Wool (+)	Elektron dari kain wool berpindah ke ebonit

Kesimpulan dari tabel diatas (TERBATAS UNTUK BAHAN-BAHAN TERSEBUT saja) :
-Bahan yang digosok , (yang sebelah kiri) semuanya menjadi negatif , kecuali kaca.

Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera bisa juga dibahasakan, kain sutera mendapatkan tambahan elektron dari kaca, elektron dari kain wool berpindah ke mistar plastik bisa juga di katakan, mistar plastik mendapatkan tambahan elektron dari kain wool dan seterusnya.

Yang belum tahu ebonit, sedikit informasi, ebonit itu sebangsa karet vulkanisir yang teksturnya keras. Dibuat dari karet yang dicampur dengan belerang atau sulfur, banyak dipakai diperalatan listrik sebagai isolator atau bahan penyekat.

Elektroskop
Berikut ilustrasi saat sebuah elektroskop netral di dekati oleh benda bermuatan negatif.

                                          

Ilustrasi saat sebuah elektroskop masih netral, intinya adalah jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, baik di kepala (atas) maupun di daun kaki (bawah).

Sebuah benda bermuatan negatif kemudian didekatkan ke elektroskop.

                

Muatan negatif dari benda akan tolak menolak dengan muatan negatif dari kepala elektroskop, sehingga muatan negatif di kepala elektroskop kemudian menjauh jalan-jalan ke bawah /kaki.

Akibatnya, daun kaki yang tadinya netral, seimbang jumlah plus minusnya, sekarang menjadi menjadi lebih banyak muatan negatifnya, akhirnya kaki elektroskop akan terbuka akibat gaya tolak menolak muatan negatif di kaki kiri dan kanan elektroskop.

            

Bagamana jika elektroskop kondisi awalnya tidak netral, tapi sudah bermuatan positif atau negatif terlebih dahulu?
Kita coba terapkan pada soal berikut, dari soal Ebtanas IPA tahun 1990 (dah lahir beluum,..)

• Gambar manakah yang benar untuk sebuah benda bermuatan listrik negatif didekatkan pada elektroskop bermuatan listrik positif?

            

Ntar kita jawab jg di sini, yang jelas antara B atau C krn bagian kepala musti positif,  skrg diskusikan dulu ya,..elektroskop positif itu yang seperti apa dan bagaimana sebuah elektroskop bisa menjadi bermuatan positif.

Video Listrik Statis

Contoh-Contoh Soal Teori dan Hitungan di Listrik Statis 9 SMP
Soal No. 1
Dua buah muatan masing-masing q₁ = 6 μC dan q₂ = 12 μC terpisah sejauh 30 cm. Tentukan besar gaya yang terjadi antara dua buah muatan tersebut, gunakan tetapan k = 9 x 10⁹ dalam satuan standar!

Pembahasan
Data dari soal:
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 12μC = 12 x 10⁻⁶ C
r = 30 cm = 0,3 m = 3 x 10⁻¹ meter
F = ....?
Dari rumus gaya coulomb didapatkan



Soal No. 2
Dua buah muatan listrik memiliki besar yang sama yaitu 6 μC. Jika gaya coulomb yang terjadi antara dua muatan tadi adalah  1,6 C      1,6 N, tentukan jarak pisah kedua muatan tersebut!

Pembahasan
Data :
q₁ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
q₂ = 6μC = 6 x 10⁻⁶ C
F = 1,6 C   1,6 N
r =....?

Gunakan rumus yang sama dari soal nomor 1

Salah rupanya,..kita coba sekali lagi,..

Jarak kedua muatan dalam centimeter adalah 45 cm.  (Thanks to sahs & raqib atas koreksinya,...)

Soal No. 3
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan didekatkan menjadi 1/3 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (1/3)² adalah 1/9 kemudian dibalik menjadi 9/1 atau 9 saja. Jadi jawabannya adalah menjadi 9 F

Kenapa tiba2 begitu?

Jalan panjangnya seperti berikut ya:

Rumus dasar yang digunakan adalah ini



Untuk keadaan mula-mula, gayanya dikasih nama F₁, dimana F₁ nanti besarnya sama dengan F saja. Untuk keadaan kedua (saat jaraknya dijadikan 1/3 semula) gayanya dinamakan F₂.

Jika dibandingkan, kedua gaya tadi maka



kQ₁Q₂ nya bisa dicoret saja, bukan berarti jadi nol, tapi diganti angka satu di bekas bagian yang dicoret.



Susun lagi yang bagus, pindahkan F₁ ke ruas kanan, kita dapat rumus jadi untuk kasus2 seperti soal ini.



Saatnya dimasukkan datanya, r₁ bisa dicoret,  hingga diperoleh



Nomor 4 dikerjakan dengan cara yang sama jika menghendaki jalan panjangnya.

Soal No. 4
Dua buah benda bermuatan listrik tidak sejenis, tarik-menarik dengan gaya sebesar F. Jika jarak kedua muatan dijauhkan menjadi 4 kali semula, maka gaya tarik-menarik antara kedua muatan menjadi...F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas terlihat bahwa besarnya gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan. Jadi (4)² adalah 16 atau dalam pecahan 16/1, kemudian dibalik menjadi 1/16. Jadi jawabannya adalah menjadi 1/16 F

Soal No. 5
Titik A dan titik B mempunyai beda potensial listrik sebesar 12 volt. Tentukan energi yang diperlukan untuk membawa muatan listrik 6μ Coulomb dari satu titik A ke titik B!

Pembahasan
Berikut rumus untuk menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk membawa atau memindahkan muatan antara dua buah titik:

W = Q × ΔV

dimana:
W = energi atau usaha  yang diperlukan dalam satuan joule (J)
Q = besar muatan dalam satuan Coulomb (C)
Δ V = beda potensial atau selisih potensial antara dua titik dalam satuan volt (V)

Sehingga:
W = Q × ΔV
W = 6μC × 12 volt = 72 μJ

Soal No. 6
Dua buah partikel bermuatan listrik didekatkan pada jarak tertentu hingga timbul gaya sebesar F. Jika besar muatan listrik partikel pertama dijadikan 1/2 kali muatan semula dan besar muatan partikel kedua dijadikan 8 kali semula maka gaya yang timbul menjadi....
A. 0,5 F
B. 4 F
C. 8,5 F
D. 16 F

Pembahasan
Dari rumus gaya coulomb di atas, terlihat besarnya gaya sebanding dengan besar perkalian kedua muatan. Sehingga tinggal dikalikan saja 1/2 × 8 = 4 . Jadi hasilnya adalah B. 4 F

Soal No. 7
Kaca yang digosokkan kain sutera akan bermuatan positif. Hal ini terjadi karena...
A. elektron berpindah dari kain sutera ke kaca
B. elektron berpindah dari kaca ke kain sutera
C. proton berpindah dari kain sutera ke kaca
D. proton berpindah dari kaca ke kain sutera
(Ebtanas 2003)

Pembahasan
Muatan kaca positif karena elektron dari kaca berpindah ke kain sutera.

Soal No. 8
Sepotong ebonit akan bermuatan listrik negatif bila digosok dengan wol, karena...
A. muatan positif dari ebonit pindah ke wol
B. elektron dari wol pindah ke ebonit
C. muatan positif dari wol pindah ke ebonit
D. elektron dari ebonit pindah ke wol
(Ebtanas 1991)

Pembahasan
Ebonit menjadi negatif karena elektron dari kain wol pindah ke ebonit.

Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut!



Nomor atom dan nomor massa pada model atom di samping adalah...
A. 2 dan 4
B. 6 dan 4
C. 4 dan 2
D. 4 dan 6
(Ebtanas 1993)

Pembahasan
Untuk atom netral berlaku ketentuan berikut:
Nomor atom = jumlah proton
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Dari gambar, jumlah proton (yang +) ada 2, jumlah netron (yang netral) ada 2 sehingga:
Nomor atom = jumlah proton = 2
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = 2 + 2 = 4

Soal No. 10
Perhatikan gambar penggaris plastik digosok kain wol berikut!



Setelah penggaris plastik digosok dengan kain wol, maka aliran elektron dan muatan yang terjadi pada penggaris plastik adalah...

.	aliran elektron	penggaris plastik bermuatan
A	dari penggaris plastik ke wool	(−)
B	dari penggaris plastik ke wool	(+)
C	dari wool ke penggaris plastik	(+)
D	dari wool ke penggaris plastik	(−)

(Dari UN IPA Fisika SMP 2012)

Pembahasan
Tengok tabel di atas, setelah di gosok kain wool, penggaris plastik jadi negatif. Aliran elektron dari kain wool ke penggaris plastik.

Bank Soal Semester Listrik Statis 9 SMP

Try Out Listrik Statis 9 SMP

Soal No. 11
Dari tiap-tiap pasangan objek bermuatan berikut ini, tentukan objek yang memiliki potensial listrik lebih tinggi!



Pembahasan
(i) Positif dengan positif, yang lebih BANYAK jumlah tanda positifnya lebih tinggi.  -> A lebih tinggi
(ii) Positif dengan negatif, yang lebih tinggi ya yang positif  -> A lebih tinggi
(iii) Negatif dengan negatif, yang lebih SEDIKIT jumlah tanda negatifnya lebih tinggi -> B lebih tinggi

Soal No. 12
Dua buah benda bermuatan listrik ditunjukkan gambar berikut ini.



Jika kedua benda dihubungkan dengan seutas kawat konduktor, tentukan arah aliran elektron yang terjadi!

Pembahasan
Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Lain dengan perjanjian arah arus listrik ya,..Kalo arah arus listrik dari potensial lebih tinggi ke rendah, jadi jangan terbalik ya,..



Jadi arah aliran elektron dari benda B ke benda A

Read More