fisika pert3 listrik-dinamis

KUAT ARUS LISTRIKKuat arus ( i ) di definisikan sebagai :

Jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang persatuan waktu.

arah arus adalah searah dengan arah muatan positif

idq

dt

dq = jumlah muatan (Coulomb) dt = selisih waktu (detik) i = kuat arus

Satuan dari kuat arus adalah Coulomb/detik Atau amper

n adalah partikel persatuan volume dan e muatan tiap partikel

dq = n.e.V.A.dt

idq

dtn e V A . . .

Rapat arus J didefinisikan sebagai kuat arus persatuan luas

Ji

An e V . .

CONTOH SOAL KUAT ARUS

Di dalam penghantar kawat yang penampang nya 1 mm^2 terdapat 3.10^21 elektron bebas per m^3. Berapa kecepatan elektron-elektron tersebut, jika dialiri listrik dengan kuat arus 12 amper. Berapa rapat arusnya ?

JAWABAN CONTOH SOALKUAT ARUS

I = n.e.v.A21 19 612 3.10 .1,6.10 . .10v

34

1225.10 /

4,8.10v m s

J = n. e . v21 19 3 6 23.10 .1,6.10 .25.10 12.10 /J A m

HUKUM OHMDalam suatu rantai aliran listrik, kuat arus berbanding lurus

dengan beda potensial antara kedua ujung-ujungnya dan berbanding terbalik dengan besarnya hambatan kawat

konduktor tersebut.

Hambatan kawat konduktor biasanya dituliskan sebagai “R”.

iV V

RA B

I = kuat arus VA - VB =VAB = beda potensial titik A dan titik B R = hambatan

CONTOH SOALHUKUM OHM

A

V

0,3 amper

1,5 volt

Metode amper-voltmeter dipasang sedemikian Rupa untuk mengetahui besar hambatan R, Seperti tampak gambar di atas, Hitung R.

JAWABAN CONTOH SOALHUKUM OHM

A

V

0,3 amper

1,5 volt

VR

I

1,55

0,3R ohm

RESISTOR/HAMBATANBesarnya hambatan dari suatu konduktor dinyatakan dalam :

A

LR

R = hambatan satuan = ohm

L = panjang konduktor satuan = meter

A = luas penampang satuan = m2

= hambat jenis atau resistivitas satuan = ohm meter

Grafik hambat jenis lawan temperatur untuk suatu konduktor memenuhi hubungan :

( )( . )

tt

01

R(t) = R0 ( 1 + .t ) = koef suhu hambat jenis

CONTOH SOAL HAMBATAN (RESISTOR)

Sebatang aluminium panjangnya 2,5 m, berpenampang = 5 cm^2. Hambatan jenis aluminium = 2,63.10^-8 ohm.meter. Jika hambatan yang ditimbulkan oleh aluminium sama dengan hambatan yang ditimbulkan oleh sepotong kawat besi yang berdiameter 15 mm dan hambatan jenisnya = 10.10^-8 ohm .meter. Berapakah panjang kawat besi ?

JAWABAN CONTOH SOALHAMBATAN (RESISTOR)

8 54

2,52,63.10 . 13,15.10

5.10

LR ohm

A

2 3 2 6 21. 3,14( .15.10 ) 176,625.10

2FeA r m

86

10.10176,625.10

L LR

A

5 86

13,15.10 10.10 .176,625.10

L

5 6

8

13,15.10 .176,625.1023,23

10.10L cm

SUSUNAN HAMBATANS E R I

i = i1 = i2 = i3 = ....

VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + ...

RS = R1 + R2 + R3 + ...

321321 :::: RRRVVV

SUSUNAN HAMBATANPARAREL

Beda potensial pada masing-masing ujung tahanan besar ( VA = VB ).

i = i1 + i2 + i3 + ....

1 1 1 1

1 2 3R R R Rp

...

321321

1:

1:

1::

RRRiii

CONTOH SOALRANGKAIAN SERI-PARAREL

A

B

5 ohm

3 ohm

4 ohm

5 ohm

3 ohm

6 ohm

7 ohm

7 ohm9 ohm

6 ohm

12 ohm

8 ohm

4 ohm

10 ohm5 ohm

4 ohm

2 ohm

Hitunglah hambatan pengganti di atas.

JAWABAN CONTOH SOALRANGKAIAN SERI-PARAREL

A

B

5 ohm

3 ohm

4 ohm

5 ohm

3 ohm6 ohm

7 ohm

7 ohm

9 ohm

6 ohm

12 ohm

8 ohm

4 ohm

10 ohm5 ohm

4 ohm

2 ohm

Hambatan 5 ohm dan 3 ohm paling kanan dapat dihilangkan (tidak dihitung) karena arus listrik tidak akan melaluinya. PERHITUNGAN DILAKUKAN DARI BELAKANG.

5 4 3 12sR ohm 1 1 1

6 12

124

2 1

p

p

R

R ohm

7 7 4 18sR ohm

1 1 1

9 18

186

2 1

p

p

R

R ohm

6 6 12 24sR ohm

1 1 1

8 24

246

3 1

p

p

R

R ohm

10 4 6 20sR ohm

1 1 1

5 20

204

4 1

p

p

R

R ohm

4 2 4 10sR ohm

RANGKAIAN HAMBATANSEGITIGA - BINTANG

R1

R2R

3

RA

RB

RC

1 2

1 2 3

.A

R RR

R R R

2 3

1 2 3

.B

R RR

R R R

1 3

1 2 3

.C

R RR

R R R

CONTOH SOALRANGKAIAN SEGITIGA-BINTANG

12 ohm 6 ohm

10 oh

m

4 ohm 2 ohm

6 ohm 10 ohm

6 ohm 2 ohm

6 oh

m

Hitunglah hambatan pengganti.

Hitunglah hambatan pengganti.

JAWABAN CONTOH SOALRANGKAIAN SEGITIGA-BINTANG

12 ohm 6 ohm

10 oh

m

4 ohm 2 ohm

6 ohm 10 ohm

6 ohm 2 ohm

6 oh

m

Jika besar perkalian silang hambatan sama : Maka rangkaian mengalami jembatan wheatstone hambatan yang di tengah tidak diperhitungkan karena tidak ada arus yang melalui hambatan tersebut.

12 6 18sR ohm 4 2 6sR ohm 1 1 1

18 6pR 18

4,53 1pR ohm

RA

RB

RC

6.62

6 6 6A B CR R R ohm

2 10 12sR ohm 2 2 4sR ohm

1 1 1

12 4pR 12

31 3pR ohm 3 2 5sR ohm

ALAT UKUR JEMBATAN WHEATSTONE

untuk mengukur besar tahanan suatu penghantar

•Bila arus yang lewat G = 0, maka :

RR R

RX 1 3

2

.

CONTOH SOAL JEMBATAN WHEATSTONE

Suatu hambatan yang belum diketahui besar- nya ialah Rx dipasang pada jembatan Wheat- stone. Hambatan-hambatan yang diketahui adalah 3 ohm, 2 ohm dan 10 ohm. Galvanome ter yang dipasang menunjukkan angka nol. Hitunglah Rx.

JAWABAN CONTOH SOALJEMBATAN WHEATSTONE

Rx

R3 = 10 ohm

R1 = 3 ohm R2

= 2

ohm

2 1 3. .xR R R R

1 3

2

.x

R RR

R

3.1015

2xR ohm

ALAT UKURAMPERMETER/GALVANOMETER

Dipakai untuk mengukur kuat arus. Mempunyai hambatan yang sangat kecil.

Dipasang seri dengan alat yang akan diukur. Untuk mengukur kuat arus yang sangat besar

(melebihi batas ukurnya) dipasang tahanan SHUNT paralel dengan Amperemeter (alat Amperemeter

dengan tahanan Shunt disebut AMMETER)•untuk mengukur arus yang kuat arusnya n x i Ampere harus dipasang Shunt sebesar :

Rn

RS d1

1

CONTOH SOALAMPERMETER/GALVANOMETER

Sebuah galvanometer dengan hambatan 5 ohm dilengkapi shunt, agar dapat diguna- kan untuk mengukur kuat arus sebesar 50 A. pada 100 millivolt jarum menunjukkan skala maksimum. Berapa besar hambatan shunt tersebut ?

JAWABAN CONTOH SOALAMPERMETER/GALVANOMETER

Rv

Rshunt

0,10,02

5maks

maks

vi amper

R

502.500

0,02diukur

maks

in

i

1.5 0,002

2500 1shuntR ohm ohm

i

ALAT UKURVOLTMETER

Dipakai untuk mengukur beda potensial. Mempunyai tahanan dalam yang sangat besar.

Dipasang paralel dengan alat (kawat) yang hendak diukur potensialnya.

Untuk mengukur beda potensial yang melebihi batas ukurnya, dipasang tahanan depan seri dengan

Voltmeter.Untuk mengukur beda potensial n x batas ukur maksimumnya, harus dipasang tahanan depan

(RV):

Rv = ( n - 1 ) Rd

CONTOH SOALVOLTMETER

Sebuah voltmeter yang mempunyai hambatan 1000 ohm dipergunakan untuk mengukur po- tensial sampai 120 volt. Jika daya ukur volt- meter= = 6 volt. Berapa besar hambatan Multiplier agar pengukuran dapat dilakukan ?

JAWABAN CONTOH SOALVOLTMETER

Rv

Rdepan

12020

6diukur

maks

Vn

V ( 1)multiplier vR n R

(20 1)1000 19.000multiplierR ohm

ENERGI LISTRIKHUKUM JOULE

Karena gerakan muatan-muatan bebas yang menumbuk partikel yang tetap dalam

penghantar, maka terjadi perpindahan energi kinetik menjadi energi kalor, sehingga

penghantar menjadi panas.

tr

VtiVtriw

22 ....

W = Jumlah Kalor (Joule). i = Kuat arus yang mengalir (Ampere). r = Tahanan kawat penghantar (Ohm). t = Waktu (detik). V = Beda potensial antara dua titik A dan B.

1 kalori = 4,2 Joule dan 1 Joule = 0,24 Kalori W = 0,24 i^ 2 . r . t = 0,24 V . i . t Kalori

D A Y Aadalah banyaknya usaha listrik (energi Listrik) yang dapat dihasilkan tiap detik

DAYAUSAHA

WAKTU

( ). .

.PV i t

tV i

Pdw

dtV i .

SATUAN : joule/detik = Volt -Ampere = Watt

CONTOH SOALENERGI DAN DAYA LISTRIK

Sebuah tungku listrik yang mempunyai daya 144 watt, 120 volt. Ketika digunakan untuk memasak 500 gram air dari 30 C hingga men didik, pada saat itu tegangan rumah 100 watt Berapa detik waktu yang dibutuhkan ?

o

JAWABAN CONTOH SOALENERGI DAN DAYA LISTRIK

21 1

22 2

P V

P V

2

22

144 120

100P 2

144.10.000100

14400P watt

. . .mc t P t 100. 500.4,2.(100 30)t

1470001470det 24,5

100t ik menit

GAYA GERAK LISTRIK (GGL)adalah besarnya energi listrik yang berubah menjadi energi bukan listrik atau sebaliknya, jika satu satuan muatan melalui sumber itu, atau kerja yang dilakukan sumber arus persatuan muatan.

dq

dW ( Joule/Coulomb = Volt )