Download - Dasar Listrik
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sebuah benda dikatakan bermuatan listik jika mengalami kekurangan atau
kelebihan elektron.Muatan listrik ada dua jenis yaitu muatan positif (+) dan
muatan negative (-).Suatu benda disebut bermuatan positif (+) jika benda tersebut
kekurangan elektron.Benda disebut bermuatan negative (-), jika benda tersebut
kelebihan elektron. Setelah bermuatan listrik, muatan tersebut akan diam di dalam
benda sehingga muatan listrik tersebut dinamakan muatan listrik statis.
Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel.Arus listrik
adalah elektron-elektron yang berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya
bergerak beraturan dalam sebuah konduktor.listrik terjadi karena adanya gerakan
elektron. Sedangkan arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran
positif ke saluran negatif.
Tiap atom terdiri dari inti yang bermuatan listrik positif dan dikelilingi
elektron yang bermuatan negatif. Dalam inti atom terdapat proton yang bermuatan
positif dan neutron yang tidak bermuatan, Pada dasarnya elektron terikat pada inti
atom, tetapi elektron akan dapat lepas dari suatu atom dan berpindah ke atom lain
karena adanya suatu energi yang mendorong. Jadi kalo gak dikasi reaksi dari luar,
elektron gak akan keluar dan tetap pada garis edarnya (orbitnya). Kalo dikasi
reaksi dari luar seperti digosok, diberi tegangan listrik, maka elektronnya akan
keluar dan terlepas dari orbitnya. Nah elektron yang lepas dari orbitnya itu disebut
elektron bebas.Dengan adanya elektron bebas akan timbul atom bermuatan yang
biasa disebut ion. Pada benda yang terbuat dari logam (besi, tembaga, perak,
timah, dll) elektronnya mudah berpindah.Benda yang elektronnya mudah
berpindah disebut konduktor.Sedangkan pada bahan-bahan bukan logam (kayu,
karet, kaca) elektronnya sulit bergerak.Benda yang elektronnya sulit bergerak
disebut isolator.
1
B. Rumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan listrik itu?
2. Apakah teori atom dan arus listrik itu?
3. Bagaimanakah hubungan rangkaian seri dan paralel?
4. Bagaimanakah aplikasi listrik pada dunia mesin?
C. Tujuan Penulisan
1. Untuk mendiskripsikan tentang listrik.
2. Agar dapat mengetahui teori atom dan arus listrik.
3. Agar dapat mengetahui hubungan rangkaian seri dan parallel.
4. Untuk mengetahui aplikasi listrik pada dunia mesin.
2
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Listrik
Pada dasarnya, pengertian dan definisi listrik adalah merupakan daya atau
kekuatan yang ditimbulkan oleh adanya pergesekan ataupun melalui sebuah
proses kimia dimana hasil dari proses kimia tersebut bisa digunakan untuk
kemudian menghasilkan panas, cahaya, atau bahkan bisa dimanfaatkan untuk
menggerakkan sebuah mesin. Ada banyak hal dan kata yang berkaitan dengan
listrik itu sendiri.Dimana semua hal yang berkaitan dengan listrik sudah pasti turut
memanfaatkan energi dari listrik itu sendiri.
Setiap zat, di dalamnya ada muatan.Muatan zat ini terdiri atas muatan positif
(proton) dan muatan negatif (elektron), serta inti atau neutron.Proton dan elektron
menempati posisi mengelilingi neutron.
Setiap saat elektron dan proton melakukan pergerakan sedemikian rupa
sehingga terjadi perubahan.Dalam teori listrik dasar, pergerakan muatan inilah
yang menyebabkan pengaliran muatan yang selanjutnya yang dikenal sebagai
aliran listrik.
Hal yang berkaitan dengan listrik:
1. Tegangan Listrik
Adalah sebuah dorongan y ang ditimbulkan oleh sumber listrik.Satuan dari
tegangan listrik adalah Ampere.
2. Daya Listrik
Adalah banyaknya jumlah tenaga listrik yang dibutuhkan per satuan waktu.
Satuan daya listrik adalah Watt
3. Hambatan Listrik
Adalah sesuatu yang sifatnya menghambat aliran listrik.Satuan dari hambatan
listrik adalah Ohm.
4. Energi Listrik
Adalah tenaga listrik yang digunakan pada waktu tertentu. Satuan dari energi
listrik adalah Joule
3
5. Kejutan Listrik
Adalah gejala terjandinya aliran arus listrik melalui tubuh dengan magnituda
tertentu yang dapat memberikan efek - efek yang membahayakan atau mencederai
6. Gaya Listrik
Adalah gaya yang bekerja diantara muatan listrik
7. Medan Listrik
Merupakan ruang - ruang yang berada di sekitar muatan listrik dimana jika
muatan listrik tersebut diuji dengan cara diletakkan pada ruang / medan tersebut
maka akan mengalami gaya listrik
8. Potensial Listrik
Adalah sebuah usaha untuk memindahkan muatan positif dari satu titik ke titik
yang lainnya
9. Induksi Listrik
Merupakan pemisahan muatan listrik di dalam suatu pengantar karena pengantar
itu didekati oleh benda yang memiliki muatan listrik.
B. Teori Atom dan Arus Listrik
MODEL ATOM
Pengetahuan para ilmuwan tentang atom bukan berdasarkan pengamatan
langsung terhadap atom per atom, sebab ato terlalu kecil untuk dapat diamati dan
diukur sacara langsung. Diameter atom dinyakini berkisar antara 30 sampai 150
pm. Dengan alat pembesar apapun kita belum dapat melihat atom, tetapi gejala
yang ditimbulkan oleh atom itu dapat diukur seperti jejak atom, nyala, difraksi,
dan lain-lain. Teori-teori atom yang ada sekarang hanya merupakan model yang
dibangun oleh para ilmuwan sebagai kesimpulan dari hasil berbagai kajian
teoritis dan gejala empiris dengan berbagai pendekatan dan metode ilmiah.Itulah
sebabnya terdapat beberapa model atom yang telah dikembangkan dan
dipublikasikan menurut tenemuan-tenemuan yang secara sinergetis saling
mendukung atau bahkan menolak usulan model atom sebelumnya.Sampai saat
ini, teori atom yang paling muktahir adalah berdasarkan teori mekanika kuantum
atau mekanika gelombang dengan berbagai asumsi dan teorema.
4
Perkembangan Model Atom
Definisi awal tentang konsep atom berlangsung > 2000 thn.Dulu atom
dianggap sebagai bola keras sedangkan sekarang atom dianggap sebagai awan
materi yang kompleks. Dibawah ini akan dipaparkan konsep Yunani tentang
atom:
a. Pandangan filosof YunaniAtom adalah Konsep kemampuan untuk dipecah yg tiada berakhir
b. Leucippus (Abad ke-5 SM)Ada batas kemampuan untuk dibagi, sehingga harus ada bagian yang tidak dapat dibagi lagi
c. Democritus (380-470 SM)A: tidak, tomos: dibagi. Jadi atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Atom setiap unsur memilki bentuk & ukuran yang berbeda.
d. Lucretius Sifat atom suatu bahan dalam “ On the Nature of Things ”
Perkembangan Model Atom Secara Ilmiah
Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton
(1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911) dan
disempurnakan oleh Bohr (1914). Setelah model atom Bohr, Heisenberg
mengajukan model atom yang lebih dikenal dengan model atom mekanika
gelombang atau model atom modern. Hasil eksperimen yang memperkuat
konsep atom ini menghasilkan gambaran mengenai susunan partikel-partikel
tersebut di dalam atom.Gambaran ini berfungsi untuk memudahkan dalam
memahami sifat-sifat kimia suatu atom.Gambaran susunan partikel-partikel
dasar dalam atom disebut model atom.
1. Teori Atom John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan pendapatnaya tentang atom.
Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa
(hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier
mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama
dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa
5
“Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari
kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai
berikut: Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat
dibagi lagi Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur
memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda Atom-
atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan
sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan
kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan
ataudimusnahkan.Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai
bolapejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
Percobaan Lavosier
Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi
setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A
dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam
pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier
mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan
6
terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang
jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama
Percobaan Joseph Pruost
Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang
dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam
memiliki susunan yang tet
ap.
Percobaan
ke-
Sebelum
pemanasan
(g Mg)
Setelah
pemanasan (g
MgO)
Perbandingan
Mg/MgO
1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61
2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60
3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Dalton
Kelebihan Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom
Kelemahan
Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan
arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik?
padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat
menghantarkan arus listrik.
2. Teori Atom J. J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William
Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan
dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar
baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan
ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun
7
atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut
elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron
bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk
menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut,
Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan
teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan
bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar
muatan negatif elektron”.
Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas
kulitnya.biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola
daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai
bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai
berikut:
Dengan Percobaan Sinar Katode Thomson mengemukakan tentang elektron,
sehingga disebut sebagai penemu elektron
8
Sinar dihasilkan dari katoda
didekatkan dengan magnet sinar dibelokkan
Dengan magnet sinar dibelokkan
9
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson
Kelebihan Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom.
Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.
Kelemahan Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif
dan negatif dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners
Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ)
terhadap lempeng tipis emas.Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa,
yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar
sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya
bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul
merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan
dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa
apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka
sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°),
tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000
partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih. Berdasarkan gejala-gejala
yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa
diteruskan.Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom
emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang
bermuatan positif. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti
atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila
perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan
ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford
mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang
menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan
positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga
bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat
10
partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.Model atom Rutherford
dapat digambarkan sebagai beriukut:
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki
kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom
hidrogen.Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron
dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom
hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori
kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam
atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap)
elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti. Selama elektron
berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi
dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.Elektron hanya dapat
berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini,
sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE =
hv. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat
tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut
11
merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h
tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada
lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat
energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin
keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Kelebihan dan Kelemahan
Kelebihan atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat
berpindahnya elektron.
Kelemahan model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek
Strack
5. Teori Atom Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger
(1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg
mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip
ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum
suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah
kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan
elektron disebut orbital.Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin
Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk
mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan
ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
12
Persamaan Schrodinger
x,y dan zYmђ EV
= Posisi dalam tiga dimensi = Fungsi gelombang= massa= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14= Energi total= Energi potensial
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau
model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada
gambar berikut ini.
Model atom
mutakhir atau model
atom mekanika
gelombang
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital
menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi
yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit
bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit
dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi
posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika gelombang
Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya
(orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian
kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi
darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu
dalam suatu atom).
13
Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan
kuantumnya.(Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan
kuantum tersebut).
Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu
yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
Kelemahan Model Atom Modern
Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk
partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal
Teori Atom Mekanika Kuantum
Teori atom mengalami perkembangan mulai dari teori atom John Dalton,
Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, dan Niels Henrik David
Bohr.Perkembangan teori atom menunjukkan adanya perubahan konsep susunan
atom dan reaksi kimia antaratom.
Kelemahan model atom yang dikemukakan Rutherford disempurnakan
olehNiels Henrik David Bohr.Bohr mengemukakan gagasannya tentang
penggunaan tingkat energi elektron pada struktur atom.Model ini kemudian
dikenal dengan model atom Rutherford-Bohr.Tingkat energy elektron digunakan
untuk menerangkan terjadinya spektrum atom yang dihasilkan oleh atom yang
mengeluarkan energi berupa radiasi cahaya.
14
Penjelasan mengenai radiasi cahaya juga telah dikemukakan oleh Max Planck
pada tahun 1900.Ia mengemukakan teori kuantum yang menyatakan bahwa atom
dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah
tertentu(kuanta).Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam bentuk
radiasi elektromagnetik disebut kuantum.
Adapun besarnya kuantum dinyatakan dalam persamaan berikut:
Keterangan:
E = energi radiasi (Joule = J)
h = konstanta Planck (6,63 x 10-34 J.s)
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 108 ms-1)
l = panjang gelombang (m)
Dengan Teori Kuantum, kita dapat mengetahui besarnya radiasi yang dipancarkan
maupun yang diserap. Selain itu, Teori Kuantum juga bisa digunakan untuk
menjelaskan terjadinya spektrum atom.Perhatikan spektrum atom hidrogen
berikut.
15
Pada Gambar di atas dapat dilihat bahwa percikan listrik masuk ke dalam tabung
gelas yang mengandung gas hidrogen.Sinar yang keluar dari atom H (setelah
melalui celah) masuk ke dalam prisma, sehingga sinar tersebut terbagi menjadi
beberapa sinar yang membentuk garis spektrum. Ketika sinar itu ditangkap oleh
layar, empat garis yang panjang gelombangnya tertera pada layar adalah bagian
yang dapat dilihat dari spektrum gas hidrogen.
Salah satu alasan atom hidrogen digunakan sebagai model atom Bohr
adalah karena hidrogen mempunyai struktur atom yang paling sederhana (satu
proton dan satu elektron) dan menghasilkan spektrum paling sederhana. Model
atom hidrogen ini disebut solar system (sistem tata surya), di mana electron dalam
atom mengelilingi inti pada suatu orbit dengan bentuk, ukuran, dan energi yang
tetap. Semakin besar ukuran suatu orbit, semakin besar pula energi elektronnya.
Keadaan ini dipengaruhi oleh adanya gaya tarik-menarik antara proton dan
16
elektron. Dengan menggunakan model atom hidrogen, Bohr menemukan
persamaan energi elektron sebagai berikut.
Keterangan:
A = 2,18 x 10-18 J
N = bilangan bulat yang menunjukkan orbit elektron (1, 2, 3, …, 8)
{Tanda negatif menunjukkan orbit mempunyai energi paling rendah (harga n = 1)
dan paling tinggi (harga n = 8)}.
Pada atom hidrogen, elektron berada pada orbit energi terendah (n = 1).
Jika atom bereaksi, elektron akan bergerak menuju orbit dengan energy yang lebih
tinggi (n = 2, 3, atau 4). Pada saat atom berada pada orbit dengan energi yang
lebih tinggi, atom mempunyai sifat tidak stabil yang menyebabkanelektron jatuh
ke orbit yang memiliki energi lebih rendah. Perpindahan tersebut menjadikan
electron mengubah energinya dalam jumlah tertentu. Besar energi tersebut sama
dengan perbedaan energi antarkedua orbit yang dilepaskan dalam bentuk foton
dengan frekuensi tertentu.
Gambar : Perpindahan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya
17
menyebabkan energi elektron berubah dalam jumlah tertentu.
Meskipun teori atom Niels Bohr mampu menerangkan spektrum gas hidrogen dan
spektrum atom berelektron tunggal (seperti He+ dan Li2+), tetapi tidak mampu
menerangkan spektrum atom berelektron lebih dari satu. Oleh karena itu,
dibutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom).Pada tahun
1924, ahli fisika dari Perancis bernama Louis de Broglie mengemukakan bahwa
partikel juga bersifat sebagai gelombang.Dengan demikian, partikel mempunyai
panjang gelombang yang dinyatakan dengan persamaan berikut.
Keterangan:
l = panjang gelombang (m)
h = tetapan Planck (6,63 10-34 J.s)
p = momentum (m2s-1)
m = massa partikel (kg)
v = kecepatan partikel (ms-1)
Berdasarkan persamaan de Broglie, diketahui bahwa teori atom Bohr memiliki
kelemahan.Kelemahan itu ada pada pernyataan Bohr yang menyebutkan bahwa
elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu berbentuk
lingkaran.Padahal, elektron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan
gerak gelombang.Gelombang tersebut tidak bergerak sesuai garis, tetapi menyebar
pada suatu daerah tertentu.
Selanjutnya, pada tahun 1927, Werner H eisenberg menyatakan bahwa kedudukan
elektron tidak dapat diketahui dengan tepat. Oleh karena itu, ia menganalisis
kedudukan elektron (x) dengan momentum electron (p) untuk mengetahui
kedudukan elektron.
Hasil analisis Heisenberg, yaitu selalu terdapat ketidakpastian dalam menentukan
kedudukan elektron yang dirumuskan sebagai hasil kali ketidakpastian
kedudukan x dengan momentum p. Satu hal yang perlu diingat adalah hasil kali
18
keduanya harus sama atau lebih besar dari tetapan Planck. Persamaan ini dikenal
sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg yang dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
Δx = ketidakpastian kedudukan
Δp = ketidakpastian momentum
h = tetapan Planck
Selain Werner Heisenberg, ada juga ilmuwan yang menunjukkan kelemahan teori
atom Bohr. Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger menyempurnakan teori atom
yang disampaikan oleh Bohr.Dari penyelidikan terhadap gelombang atom
hidrogen, Schrodinger menyatakan bahwa elektron dapat dianggap sebagai
gelombang materi dengan gerakan menyerupai gerakan gelombang.Teori ini lebih
dikenal dengan mekanika gelombang (mekanika kuantum).
Teori model atom Schrodinger memiliki persamaan dengan model atom Bohr
berkaitan dengan adanya tingkat energi dalam atom. Perbedaannya yaitu model
atom Bohr memiliki lintasan elektron yang pasti.Sedangkan pada model atom
Schrodinger, lintasan elektronnya tidak pasti karena menyerupai gelombang yang
memenuhi ruang (tiga dimensi). Fungsi matematik untuk persamaan gelombang
dinyatakan sebagai fungsi gelombang [ dibaca psi (bahasa Yunani)] yang
menunjukkan bentuk dan ener gi gelombang elektron.
Berdasarkan teori yang disampaikan oleh Schrodinger, diketahui bahwa
elektron menempati lintasan yang tidak pasti sehingga electron berada pada
berbagai jarak dari inti atom dan berbagai arah dalam ruang. Jadi, daerah pada inti
atom dengan kemungkinan terbesar ditemukannya elektron dikenal sebagai orbital
Teori Arus Listrik
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan
berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada
beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah
Ampere.
19
Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan
aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari
terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan
dengan arah gerakan elektron.
Arus Listrik di bagi menjadi 2, yaitu Arus Listrik searah (DC) dan Arus Listrik
Bolak-Balik.
1. Arus Listrik Searah (DC)
Direct current atau DC adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi
potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber
arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan
panel surya.Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari
ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya.Pengamatan-pengamatan
yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus
negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.Penyaluran
tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas Edison di akhir
abad ke 19) menggunakan listrik arus searah.Karena listrik arus bolak-balik lebih
mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi
(penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua
transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.
2. Arus Listrik Searah (DC)
Direct current atau DC adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi
potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber
arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan
20
panel surya.Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari
ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya.Pengamatan-pengamatan
yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus
negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.Penyaluran
tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas Edison di akhir
abad ke 19) menggunakan listrik arus searah.Karena listrik arus bolak-balik lebih
mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk transmisi
(penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir semua
transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.
C. Hubungan Rangkaian Seri – Paralel
a. Rangkaian Seri
Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik, di mana input suatu
komponen berasal dari output komponen lainnya. Hal inilah yang menyebabkan
rangkaian listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel
penghubung). Selain memeliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki
suatu kelemahan, yaitu jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka
komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah
bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu akan datang dari output
lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yan lain
akan ikut padam.
Ilustrasi Rangkaian Seri
21
Rangkaian Seri Hambatan
Ketika Anda ingin memperkecil kuat arus yang mengalir pada rangkaian
atau membagi tegangan listrik, Anda dapat melakukannya dengan menyusun
beberapa hambatan secara seri, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.6.
Perhatikanlah bahwa hambatan-hambatan dikatakan tersusun seri jika satu sama
lain tersambung hanya pada satu terminalnya. Pada Gambar 8.6(a), terminal
kanan hambatan R1tersambung dengan terminal kiri hambatan R2 di titik b dan
terminal kanan R2tersambung dengan terminal kiri R3 di titikc. Rangkaian
hambatan seri ini ekivalen dengan sebuah hambatan pengganti seri seperti
pada Gambar 8.6(b).
Gambar 8.6 (a) Rangkaian seri hambatan. (b) Hambatan pengganti seri.
Ekivalensi antara hambatan pengganti seri dan hambatan-hambatan yang
dirangkai seri, ditentukan sebagai berikut. Pada Gambar 8.6(a), tegangan total
antara titik a dan titik d memenuhi persamaan Vad = Vab + Vbc + Vcd
Sesuai dengan Hukum Ohm, V = IR maka persamaan tersebut dapat ditulis
Vad = I1R1 + I2R2 + I3R3
22
Gambar 8.7 (a) Hambatan tersusun paralel. (b) hambatan penggantinya.
Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada tiap hambatan besarnya sama,
yakni I1= I2 = I3 = I, maka Vad dapat ditulis lagi sebagai berikut.
Vad = I(R1 + R2 + R3)
Adapun dari Gambar 8.6(b) diperoleh
Vad = IRs
Dengan membandingkan dua persamaan terakhir diperoleh
Rs =R1 + R2 + R3 …………. (8–8)
Persamaan (8–8) menunjukkan bahwa hambatan-hambatan yang dirangkai seri
akan memberikan hambatan total (pengganti) yang lebih besar daripada nilai
setiap hambatannya.
Hubungan seri untuk resistor dapat disimpulkan :
1. Hubungan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian.
2. Hubungan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.
3. Kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama.
b. Rangkaian Paralel
Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara
berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan
rangkaian paralel. Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana
semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu
sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam
rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang
diperlukan lebih banyak).Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki
kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika
salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap
berfungsi sebagaimana mestinya
Ilustrasi Rangkaian Paralel
23
Rangkaian Paralel Hambatan
Hambatan yang disusun paralel berfungsi untuk membagi arus atau memperkecil
hambatan total.Pada susunan paralel, setiap hambatan saling tersambung pada
kedua terminalnya, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.7(a). Tegangan
pada setiap hambatan sama, yakni V1 = V2 = V3 = V.
Hambatan ekivalen paralel diperlihatkan pada Gambar 8.7(b). Pada Gambar
8.7(a), arus I yang keluar dari baterai terbagi menjadi tiga yakni I1, I2, dan I3 yang
masing-masing mengalir melalui R1, R2, dan R3.
Hubungan antara arus listrik tersebut memenuhi persamaan
I = I1 + I2 + I3
Sesuai dengan Hukum Ohm, I= V/R maka persamaan di atas dapat ditulis
I = V1/R1 + V2/R2 + V3/R3
Oleh karena V1 = V2 = V3 = V maka persamaan tersebut dapat ditulis lagi sebagai
berikut
1/V = (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)
sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi:
1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
24
Hubungan paralel untuk resistor dapat disimpulkan :
1. Hubungan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian.
2. Hubungan paralel berfungsi sebagai pembagi arus.
3. Beda potensial pada setiap ujung-ujung hambatan adalah sama.
Perhatikan rangkaian seri sederhana berikut, masing-masing komponen terhubung
ujung ke ujung membentuk jalur tunggal bagi aliran elektron.
Untuk rangkaian paralel, semua komponennya terhubung diantra dua titik yang
sama hingga membentuk beberapa jalur/percabangan untuk aliran elektron yang
bergerak dari kutub positif menuju negatif dari baterai.
Dari kedua macam rangakaian dasar ini, kita dapat menentukan beberapa aturan
hubungan antara tegangan, arus, dan resistansi.
Untuk rangkaian seri:
1. Total tegangan adalah adalah jumlah masing-masing tegangan jatuh (drop)
25
2. Arus yang mengalir pada semua komponen adalah sama
3. Resistansi total adalah jumlah dari masing-masing resistansi
Untuk rangkaian paralel:
1. Tegangan pada semua komponen adalah sama.
2. Total arus adalah jumlah arus masing-masing cabang.
3. Resistansi total lebih kecil dari pada nilai resistansi masing-masing
komponen yang disusun paralel
Namun, apabila komponen rangkaian terhubung seri pada suatu bagian
dan terhubung paralel pada bagian lainnya, kita tidak bisa menggunakan masing-
masing aturan yang telah disebutkan di atas.Namun, kita harus mengidentifikasi
bagian rangkaian mana yang seri dan bagian mana yang paralel, kemudian
gunakan aturan seri dan paralel sesuai pada masing-masing bagian.Perhatikan
contoh rangkaian berikut ini.
Rangkaian ini bukanlah rangkaian seri atupun rangkaian paralel.Tetapi,
rangkaian ini tersusun dari rangkaian seri dan paralel. Arus (arah konvensional)
mengalir dari kutub positif baterai kemudian terpecah dan bercabang melewati
R1 dan R2, kemudian menyatu, lalu terpecah dan bercabang lagi melewati R3 dan
R4, lalu menyatu kembali dan masuk ke terminal negatif baterai. Ada lebih dari
satu jalur untuk dialiri arus (bukan seri), tetapi juga ada lebih dari dua titik yang
26
digunakan bersama oleh komponen pada rangkaian itu (bila anda perhatikan ada
tiga titik/node) sehingga juga bukan rangkaian paralel.
Karena rangkaian tersebut merupakan kombinasi seri dan paralel, kita
tidak bisa memakai aturan tegangan, arus, dan resistansi untuk memulai analisa.
Andai saja, rangkaian tersebut adalah rangkaian seri, kita tinggal menjumlahkan
R1,R2, R3, dan R4 untuk mendapatkan resistansi totalnya, lalu kita dapatkan arus
totalnya, dan mendapatkan drop tegangan pada masing-masing resistor. Begitu
pula apabila rangkaian tersebut adalah rangkaian paralel, kita bisa memperoleh
nilai arus pada masing-masing cabang, menjumlahkannya untuk mendapatkan
arus totalnya.Namun, untuk menganalisa rangkaian di atas, tidak semudah itu.Kita
harus menganalisanya bagian per bagian, mana yang paralel dan mana yang seri,
serta menggunakan aturan-aturan yang sesuai.Hukum Ohm juga membantu dalam
analisa ini.
Teknik Analisa
Tujuan analisa rangkaian resistor seri-paralel adalah dapat menentukan
tegangan, arus, dan disipasi daya pada masing-masing resistor. Cara umum untuk
menganalisa rangkaian ini adalah:
Langkah 1 : Tentukan mana resistor yang tersusun seri dan mana yang tersusun
paralel, lalu sederhanakan dengan cara mencari resistansi penggantinya.
Langkah 2 : Gambar ulang rangkaian tersebut, gantikan masing-masing resistor
yang terhubung seri ataupun paralel pada langkah 1, gantikan dengan resistor
tunggal (resistansi penggantinya).
Langkah 3 : Ulangi langkah 1 dan 2 hingga resistor menyusut sampai menyisakan
satu resistor tunggal dengan nilai ekivalennya.
Langkah 4 : Hitung arus total menggunakan hukum Ohm (arus total = sumber
tegangan / resistansi penggantinya yang di dapat pada langkah 3)
27
Langkah 5 : Dapatkan tegangan dan arus total, lalu kembali pada langkah terakhir
dalam proses reduksi resistor (pada langkah 3), dan masukkan nilai-nilai ini
dengan tepat.
Langkah 6 : dari resistansi, total tegangan/arus yang telah didapatkan dari langkah
5, gunakan hukum Ohm untuk menghitung nilai-nilai yang belum diketahui
(tegangan dan arus) menggunakan rumus E = IR atau I = E/R).
Langkah 7 : Ulangi langkah 5 dan 6 hingga semua nilai tegangan dan arus
diketahui pada semua komponen pada rangkaian yang asli. Pada dasarnya, anda
harus meneruskan langkah demi langkah hingga anda berhasil mendapatkan
rangkaian yang asli (kembali ke rangkaian yang awal) dengan menggunakan nilai
tegangan dan arus yang cocok.
Langkah 8 : Hitung disipasi daya (bila ditanyakan) dari tegangan, arus, dan/atau
nilai resistansi.
Sepertinya, langkah-langkah di atas terlalu memaksa, tetapi setelah anda melihat
contoh berikut ini, anda akan terbiasa menggunakannya.
Pertama, dari contoh rangkaian di atas, R1 dan R2 dihubungkan dalam susunan
paralel sederhana, begitu pula R3 dan R4. Jadi kita hitung resistansi penggantinya
masing-masing
RP1 = R1 || R2 = (100 Ω) (250 Ω) / (100 Ω + 250 Ω) = 71.429 Ω
Tanda R1 || R2 berarti R1 tersusun paralel dengan R2.
28
RP2 = R3 || R4 = (350 Ω) (200 Ω) / (350 Ω + 200 Ω) = 127.27 Ω
Nilai RP1 menggantikan R1 dan R2, dan RP2 menggantikan R3 dan R4.Jadi,
sekarang rangkaian telah direduksi menjadi rangkaian seri sederhana.
Maka langkah reduksi selanjutnya adalah menjumlahkan RP1 dan RP2 (karena
terhubung seri) untuk mendapatkan resistansi totalnya, RT.
RT = RP1 + RP2 = 71.429 Ω + 127.27 Ω = 198.70 Ω.
Sekarang, kita menggambar ulang rangkaian dengan sebuah resistansi tunggal,
yaitu RT
Perhatikan pada gambar, resistansi total,RT, dilambangkan dengan R1 ||R2 – - R3||
R4. Tanda || berarti disusun paralel, sedangkan – - berarti disusun seri.
Setelah resistansi totalnya diperoleh, maka arus total yang mengaliri rangkaian
dapat dihitung menggunakan hukum Ohm
29
Itotal = E/RT= 24 V / 198.70 Ω = 120.78 mA.
Maka arus totalnya adalah 120.78 mA seperti ditunjukkan pada gambar.
Sekarang kita mulai melakukan proses mundur untuk menggambar ulang
rangkaian ke bentuk awalnya. Rangkaian tahap selanjutnya adalah rangkaian
dimana R1 || R2 dan R3 || R4 yang dirangkai seri. Karena terhubung seri, maka arus
yyang mengalir pada R1 || R2 sama dengan arus yang mengalir pada R3 || R4.
Setelah mendapatkan arus, maka kita dapat menghitung drop tegangan pada
resistor ekivalen R1 || R2 (atau RP1) dan R3 || R4 (atau RP2), dengan menggunakan
hukum Ohm (V=IR)
VRP2 = Itotal × RP2 = 120.78 mA × 71.429 Ω = 8.6275 V
VRP1 = Itotal × RP1 = 120.78 mA × 127.27 Ω = 15.373 V
30
Karena kita tahu bahwa R1||R2 (atauRP1) dan R3||R4 (atau RP2) adalah resistor
ekivalen yang disusun paralel, maka drop tegangan pada rangkaian paralel adalah
sama, atau dengan kata lain kita kembali ke bentuk rangkaian yang asli, sehingga
nilai tegangan resistor-resistor individualnya dapat ditentukan
VR1 = VR2 = VRP1 = 8.6275 V dan
VR3 = VR4 = VRP2 = 15.373 V
Setelah nilai tegangan pada masing-masing resistor telah didapatkan. Maka arus
yang mengalir pada masing-masing resistor dapat dihitung dengan menggunakan
hukum Ohm, yaitu I = V/R
IR1 = VR1 / R1 = 8.6275 V / 100 Ω = 86.275 mA
IR2 = VR2 / R2 = 8.6275 V / 250 Ω = 34.510 mA
IR3 = VR3 / R3 = 15.373 V / 350 Ω = 43.922 mA
IR4 = VR4 / R4 = 15.373 V / 200 Ω = 76.863 mA
31
Setelah kita mendapatkan semua nilai arus dan tegangan pada rangkaian yang asli,
maka nilai-nilai nya ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Dari gambar tersebut dapat dicek kebenarannya, misal arus yang mengalir pada
IR1 + IR2 haruslah sama dengan IR3 + IR4, sesuai dengan hukum arus Kirchhoff.
Contoh
Untuk rangkaian gambar 7-13, hitunglah semua arus dan tegangan yang tertera
pada rangkaian tersebut
Solusi: Karena pada rangkaian di atas berisi tegangan titik, untuk memudahkan
analisa, titik tegangan adalah titik yang mempunyai tegangan terhadap ground,
sehingga kita menggambar ulang rangkaian 7-13 menjadi rangkaian seperti pada
gambar 7-14
32
Sekarang kita lihat rangkaian tersebut dapat disederhanakan yaitu dengan
mengkombinasikan sumber tegangan (E = E1+ E2) sehingga menjadi gambar 7-15
Nilai resistansi totalnya adalah
RT = R1 + [R4||(R2+R3)] = 10 + [(30) (10 + 50)/30 + (10 + 50)] = 30 Ω
Sehingga arus totalnya adalah
I1 = E/RT = 18 V / 30 Ω = 0.6 A
Pada node b, arus ini terbagi menjadi dua cabang, dengan menggunakan aturan
pembagi tegangan
I3 = I1 × (R2 + R3)/(R2 + R3 + R4) = (0.6) (60) / (30 + 10 + 50) = 0.4 A
I2 = I1 × (R4)/(R2 + R3 + R4) = (0.6) (30) / (30 + 10 + 50) = 0.2 A
Tegangan Vab adalah sama dengan tegangan pada resistor R2, tetapi dengan
polaritas yang negatif (karena potensial titik b lebih tinggi dari pada a) :
Vab = – I2R2 = – (0.2 A) (10 Ω) = -2 V
33
D. Aplikasi Pada Dunia Mesin
a. Perkakas
b. Mesin Bubut
c. Kelistrikan Pada Kendaraan
BAB III
PENUTUP
34
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Listrik adalah merupakan daya atau kekuatan yang ditimbulkan oleh
adanya pergesekan ataupun melalui sebuah proses kimia dimana hasil dari proses
kimia tersebut bisa digunakan untuk kemudian menghasilkan panas, cahaya, atau
bahkan bisa dimanfaatkan untuk menggerakkan sebuah mesin.
Teori-teori atom yang ada sekarang hanya merupakan model yang
dibangun oleh para ilmuwan sebagai kesimpulan dari hasil berbagai kajian teoritis
dan gejala empiris dengan berbagai pendekatan dan metode ilmiah.Itulah
sebabnya terdapat beberapa model atom yang telah dikembangkan dan
dipublikasikan menurut tenemuan-tenemuan yang secara sinergetis saling
mendukung atau bahkan menolak usulan model atom sebelumnya.Sampai saat ini,
teori atom yang paling muktahir adalah berdasarkan teori mekanika kuantum atau
mekanika gelombang dengan berbagai asumsi dan teorema.
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan
berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada
beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah
Ampere. Arus Listrik di bagi menjadi 2, yaitu Arus Listrik searah (DC) dan Arus
Listrik Bolak-Balik.
Beberapa aturan hubungan antara tegangan, arus, dan resistansi.
Untuk rangkaian seri:
1. Total tegangan adalah adalah jumlah masing-masing tegangan jatuh (drop)
2. Arus yang mengalir pada semua komponen adalah sama
3. Resistansi total adalah jumlah dari masing-masing resistansi
Untuk rangkaian paralel:
1. Tegangan pada semua komponen adalah sama.
2. Total arus adalah jumlah arus masing-masing cabang.
35
3. Resistansi total lebih kecil dari pada nilai resistansi masing-masing
komponen yang disusun parallel
Aplikasi Listrik Pada Dunia Mesin :
a. Perkakas
b. Mesin Bubut
c. Kelistrikan Pada Kendaraan
36
DAFTAR PUSTAKA
http://blogfebrian.blogspot.com/
http://rinioktavia19942.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-i/
struktur-atom/teori-atom-mekanika-kuantum/
http://rumushitung.com/2013/01/25/teori-atom-kimia/
http://muhamad94aliza.blogspot.com/2013/01/pengertian-rangkaian-seri-
dan-paralel.html
http://airlangga25.wordpress.com/2011/08/11/rangkaian-seri-paralel/
37