arus dan rapat arus

32
FISIKA II

Upload: arival

Post on 20-Jun-2015

2.151 views

Category:

Documents


53 download

DESCRIPTION

Presentasi FIsika

TRANSCRIPT

Page 1: Arus Dan Rapat Arus

FISIKA II

Page 2: Arus Dan Rapat Arus

ARUS LISTRIK

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya

Arus listrik adalah muatan yang bergerak. Dalam konduktor padat sebagai pem-bawa muatan adalah elektron bebas, dalam konduktor cair atau elektrolit pem-bawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif, dalam bentuk gas muatannya adalah ion positif dan elektron. Elektron bebas dan ion dalam konduktor bergerak karena pengaruh medan listrik. Dalam bahan isolator, elektron bebas terikat kuat pada masing-masing atom sehingga bahan isolator tidak dapat menghantarkan arus.

Page 3: Arus Dan Rapat Arus

Kuat arus di definisikan sebagai berikut :

Permukaan Jika dalam waktu ∆t telah lewat sejumlah ∆q muatan maka arus listrik I yang mengalir dapat dinyatakan :

Dengan ∆q adalah banyaknya muatan yang mengalir untuk selang waktu ∆t yang sangat kecil.

Untuk arus searah, jumlah muatan yang mengalir melalui penampang kawat/ konduktor adalah konstan sehingga dapat di tuliskan :

Page 4: Arus Dan Rapat Arus

Dengan demikian, arus listrik dalam satuan SI adalah coulumb per sekon (C/s) yang lebih dikenal dengan Ampere (A), diambil dari nama seorang fisikawan perancis bernama Andre Marie Ampere. Besaran kuat arus I termasuk besaran pokok sedangkan muatan q dan waktu t adalah besaran turunan.

Banyaknya energi listrik yangdiperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung-ujungpenghantar disebut beda potensial listrik atau tegangan listrik.Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan sbb:

Q

WV

dengan: V = beda potensial listrik satuannya volt (V)W = energi listrik satuannya joule (J)Q = muatan listrik satuannya coulomb (C)

Page 5: Arus Dan Rapat Arus

RAPAT ARUS

Bila luas penampang yang dilewati arus sebesar A, maka rapat arus (J) dapat dituliskan menjadi

Rapat arus didefinisikan sebagai besarnya kuat arus per satuan luas penampang. / permukaan Rapat arus (J) mempunyai satuan ampere/m2.

Page 6: Arus Dan Rapat Arus

Soal 1. Grafik disamping menunjukan kuat

arus yang mengalir dalamSuatu hambatan R sebagai fungsi waktu. Banyaknya muatan listrikYang mengalir dalam hambatan tersebut selama 6 sekon pertama dalam coulommb adalah …

Jawab :

I (A)

t (s)1 2 3 4

4

5 6

2

t

q

tIq .

q I t

I I2

MinMax II AAA

32

24

t

t

CxtIq 623. 22

st 1563

CxtIq 112. 333

Coulombqqqq 202612321

I= atau

1= 1. 1= 3 x 4 = 12 C

2= rata-rata= =

Jumlah yang mengalir dalam selang waktu

2 adalah:

2 = 5 – 3 = 2 s

Jadi, Muatan yang melalui hambatan R selama 6 sekon adalah:

Page 7: Arus Dan Rapat Arus

2. Kuat arus listrik yang mengalir pada suatu kabel yang luas penampang kawatnya 0,2 mm2 dalam suatu rangkaian elektronika adalah 0,17 mA. Berapakah

a. Rapat arusnya?b. Dalam satu jam berapakah besar muatan yang melalui

kabel tersebut?c. Bila muatan elektron -1.6 x 10-19 C, berapa elektron yang

mengalir dalam satu jam?

226

3

/850102.0

1017.0mA

mx

Ax

A

IJ

Diket :A= 0,2mm2 = 0,2 x 10 -6

I = 0,17 mA = 0,17 x 10-3

Ditanyakan :J = …?q = dlm satu jam = …?

n elektron dalam satu jam =…? Jawab :

t = 1 jam =3600 s CxxtIq 16.036001017.0. 3

1819

1081.3106.1

16.0x

xe

qn

Banyak elektron yang menghasilkan

muatan 0.16 C adalah

Page 8: Arus Dan Rapat Arus

Hambatan, Resistevitas dan konduktifitasHambatan listrik adalah perbandingan antara teganganlistrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum ohm:

Page 9: Arus Dan Rapat Arus

Resistor dengan 4 cincin

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega). Bentuk resistor yang umum adalah seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk cincin kode warna untuk mengetahui besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah

Page 10: Arus Dan Rapat Arus

Nilai Warna pada Resistor

Page 11: Arus Dan Rapat Arus

Cara menghitung cincin pada resistor

Page 12: Arus Dan Rapat Arus

Resistivitas Resistivitas bahan dipengaruhi oleh struktur atom atau struktur

molekul suatu bahan, dimana elektron-elektron pada suatu bahan ada yang lebih mudah berpindah dari satu molekul ke molekul yang lain dan ada elektron-elektron pada bahan lain yang susah berpindah.

Page 13: Arus Dan Rapat Arus

R = tahanan () = resistivitas bahan (.m)L = panjang bahan (m)A = luas penampang (m2)

A

LR

L

A

Tahanan Listrik.

Tahanan listrik adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan aliran arus listrik di dalam bahan tersebut.Lawan dari tahanan listrik adalah konduktivitas, yaitu kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan arus listrik didalam bahan tersebut.Tahanan listrik dipengaruhi oleh dimensi dan resistivitas bahan, dengan hubungan :

Page 14: Arus Dan Rapat Arus
Page 15: Arus Dan Rapat Arus

KonduktivitasKonduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus terhadap kuat medan listrik :

J = Kerapatan arus listrik (A/m2) = Konduktivitas bahan (S/m)E = Kuat medan Listrik (N/C)

Konduktivitas (σ) adalah kebalikan dari resistivitas, diberikan oleh :

Satuan SI dari σ adalah (Ω.m)-1

Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang anisotropik. Lawan dari konduktivitas litrik adalah resistivitas listrik atau biasa disebut sebagai resistivitas saja, yaitu

Page 16: Arus Dan Rapat Arus

HUKUM OMH (Ω)Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah

penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.

Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

Page 17: Arus Dan Rapat Arus

Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan.

Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.

Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

Page 18: Arus Dan Rapat Arus

E = I RI = E / RR = I / EKesimpulan :

• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.

• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I• Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I

Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R Dimana :P : daya, dalam satuan wattV : tegangan dalam satuan voltI : arus dalam satuan ampere

Prinsip ohm adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

Page 19: Arus Dan Rapat Arus

Diagram Hukum OHM(Ω)

Dimana:V = tegangan dengan satuan VoltI = arus dengan satuan AmpereR = resistansi dengan satuan ResistansiP = daya dengan satuan Watt

diagram hukum Ohm

Page 20: Arus Dan Rapat Arus

3. Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?

JAWAB :dik :V = 220 VI = 10 ADit : hambatan…………….?

R = V/RR = 220/10 = 22 Ω

Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 Ω

Page 21: Arus Dan Rapat Arus

4. Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu tersebut ?

JAWAB :dik :V = 220 VoltI = 2 AmperDit : Daya…………….?JAWABP = V.IP = 220. 2 = 440 Watt

Page 22: Arus Dan Rapat Arus

Rangkaian HambatanSecara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadirangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya.1. Hambatan Seri

Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri (RS). Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke tiga hambatan masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku:

V = V1 + V2 + V3

Page 23: Arus Dan Rapat Arus

Berdasarkan Hukum Ohm, maka beda potensial listrik pada setiap lampu yang hambatannya R1, R2, dan R3 dirumuskan:

Page 24: Arus Dan Rapat Arus

Hambatan yang disusun seri memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Hambatan disusun dari ujung ke ujung (berderet).

2. Terdapat satu lintasan arus listrik.

3. Kuat arus listrik yang mengalir di setiap hambatan sama besar.

4. Hambatan pengganti seri Rs selalu lebih besar dari hambatan terbesar yang disusun seri.

5. Rangkaian hambatan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.

Page 25: Arus Dan Rapat Arus

5. Perhatikan gambar berikut. Berdasarkan gambar di atas, tentukan:

a. hambatan pengganti,b. arus listrik yang mengalir pada R1, R2 , dan

R3, danc. beda potensial pada masingmasing

hambatan. Jawab:a. Rs = R1 + R2 +

R3= 20 + 10 + 30= 60 Ω

sR

VA1,0

60

6b. I =

I = I1 = I2 = I3 = 0,1 A

c. V1 = I × R1= 0,1 × 20= 2 V

c. V1 = I × R1= 0,1 × 20= 2 V

V2 = I × R2= 0,1 × 10= 1 V

V3 = I × R3= 0,1 × 30= 3 V

Page 26: Arus Dan Rapat Arus

Hambatan Paralel2. Hambatan ParalelDua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti paralel (RP). Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus listrik.

Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3 sesuai Hukum Ohm dirumuskan:

Page 27: Arus Dan Rapat Arus

Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama, sehingga berlaku:V = V1 = V2 = V3Besar kuat arus I dihitung dengan rumus:

Kuat arus sebesar I dibagikan ke tiga hambatan masingmasing I1, I2, dan I3. Sesuai Hukum I Kirchoff pada rangkaian paralel berlaku: Jika kedua ruas dibagi dengan V,

diperoleh rumus hambatanpengganti paralel:

Page 28: Arus Dan Rapat Arus

Hambatan yang disusun paralel memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Hambatan disusun berdampingan (sebelah menyebelah).

2. Terdapat lebih dari satu lintasan arus listrik.3. Beda potensial di setiap ujung hambatan sama

besar.4. Hambatan pengganti paralel RP selalu lebih kecil

daripada hambatan terkecil yang disusun paralel.5. Rangkaian hambatan paralel berfungsi sebagai

pembagi kuat arus.

Page 29: Arus Dan Rapat Arus

6. Berdasarkan gambar disamping tentukan :

a. hambatan pengganti paralel,

b. arus listrik yang mengalirdalam rangkaian,

c. arus listrik yang mengalir pada

setiap hambatan R1, R2 , danR3.

Penyelesaian:Diketahui: R1 = 60 Ω R3 = 40 ΩR2 = 120 Ω V = 6 VDitanya: a. RP = ... ?b. I = ... ?c. I1 = ... ?, I2 = ... ?, I3 = ... ?

321

1111.

RRRRpa

40

1

120

1

60

1

120

6

120

312

206

120pR

3.020

6

pR

Vb

AR

VI 1,0

60

6

11

AR

VI 05,0

120

6

22

AR

VI 15,0

40

6

33

c.

Page 30: Arus Dan Rapat Arus

Rangkaian hambatan

Page 31: Arus Dan Rapat Arus
Page 32: Arus Dan Rapat Arus