Arus dan Tegangan listrik | Elektronika dasar

<; Arus dan Tegangan listrik merupakan informasi yang sering kita temui sehari-hari.

Kebutuhan arus listrik dan tegangan listrik sudah menjadi primer karena arus dan tegangan listrik merupakan sumber tenaga untuk industri dan rumah tangga.

Namun, tahukah kalian apa itu arus listrik dan tegangan listrik? Jika belum faham, Mari kita belajar bersama...

Supaya kalian lebih fokus belajarnya, saya telah bagi dalam beberapa topik pembahasan

Arus dan Tegangan listrik

Kompetensi Dasar

• 3.5. menerapkan elektronika dasar (kelistrikan, komponen elektronika dan skema rangkaian elektronika)
• 4.5. Mempraktikkan fungsi kelistrikan dan komponen elektronika

---

Indikator pencapaian kompetensi
Materi Arus listrik dan tegangan listrik

1. Hubungan Atom dengan arus dan tegangan listrik
2. Pengertian Arus listrik
3. Arah arus listrik
4. Rumus muatan listrik
5. Pengertian Tegangan listrik
6. Relasi energi potensial dan muatan listrik
7. Contoh soal muatan listrik
8. Contoh soal tegangan listrik

---

Tujuan saya belajar
Setelah mempelajari materi Arus listrik dan tegangan listrik, saya mampu mempraktekan dengan teliti, cermat, jujur dan percaya diri:

1. Menjelaskan pengertian Arus listrik
2. Menunjukkan Arah arus listrik
3. Menghitung Rumus muatan listrik
4. Menjelaskan Pengertian Tegangan listrik
5. Menjelaskan Relasi energi potensial dan muatan listrik
6. Menjawab Contoh soal muatan listrik
7. Menjawab Contoh soal tegangan listrik

---

Media dan sumber belajar

1. Media:Powerpoint dan Google slide
2. Sumber belajar: Buku, Modul dan LKS Administrasi sistem jaringan, Internet

---

Alat dan bahan

1. Buku coretan

---

Prasyarat

---

Relasi atom dengan Arus dan tegangan listrik

Karena arus listrik dan tegangan adalah fenomena alam, yang kalo dikaitkan pasti kembali ke ilmu pengetahuan alam, kita harus buka-buka lagi ilmu Fisika.

Ketika kalian belajar Sistem komputer, salah satu materi yang harus dipelajari adalah Arus dan tegangan listrik. Untuk membahas tentang arus listrik dan tegangan, saya akan ajak kilas balik mempelajari materi Fisika, yaitu Atom.

Lanjut ya...

Setiap benda memiliki molekul-molekul yang terus berotasi, kita sebut sebagai Atom.

Atom paling dasar memiliki 3 partikel, :

• Proton (partikel +) ,
• Elektron (partikel -) ,
• dan Neutron (partikel netral).

<;

Gambar 1. Orbit dari partikel Proton, Electron dan Neutron

Dari gambar 1 diatas,inti atom memiliki muatan listrik positif (+) dan elektron memiliki muatan listrik negati (-) dan keduanya memiliki sifat saling tarik menarik satu sama lainnya.

Kalo kekuatan tarik menarik ini sama besar alias seimbang, yang terjadi adalah atom menjadi Netral (jumlah muatan positif = jumlah muatan negatif).

Ada pertanyaan? Belum...

Oke kita lanjut...

Gaya tarik menarik dari inti atom terhadap elektron yang berada diluar orbit disebut elektron valensi (valence electron).

Kekuatan valence electron paling lemah karena berada di orbit paling luar.

Oleh sebab itu elektron tersebut mudah lepas dari orbit karena pengaruh luar (seperti kalor, magnet, cahaya dan sebagainya) sehingga bisa pindah ke orbit lainnya.

Sebagai info 📝:

Elektron-elektron (partikel -) yang keluar dari orbit disebut dengan elektron bebas. Perpindahan elektron bebas tersebut selanjutnya menjadi arus listrik. Jadi pergerakan elektron bebas ini merupakan aliran arus listrik.

Pertanyaannya, arus listrik atau elektron bebas ini bergerak ke arah mana?

Nanti kita cari jawabannya sama-sama ya...😂

Pengertian Arus listrik

Arus listrik adalah Aliran elektron yang berpindah dari muatan negatif ke muatan yang lebih positif.

Berdasarkan pemahaman ilmu Atom diatas, bahwa arus listrik terjadi karena adanya kelebihan elektron yang terlepas atau bebas.

Jika sebuah benda atau sumber listrik bermuatan lebih negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron.

Muatan elektron suatu benda atau sumber daya listrik diukur berdasarkan banyaknya kelebihan elektron yang ada.

Muatan sebuah elektron, sering dinyatakan dengan simbol Q atau E, dinyatakan dengan satuan coulomb, yaitu sebesar:

Q => 1,6 × 10-19 coulomb atau,

Q = 1 Coulomb = 6.242 x 1018 elektron yang mengalir dalam 1 detik.

Mari kita bahas...

Misalkan kita mempunyai sepotong kawat tembaga yang biasanya digunakan sebagai penghantar listrik.

Besarnya daya hantar pada kawat tersebut hanya tergantung pada adanya elektron bebas (valence electron), misal dari Baterai atau Aki.

Kawat penghantar tembaga memiliki jumlah proton dan elektron dalam jumlah yang sangat besar,

tapi...

karena jumlah proton dan elektron, yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa alias Neutron (Netral).

Ketika diberi sumber energi berupa Baterai atau Aki, maka terjadi beda potensial dimana proton menjadi lebih banyak dan menarik elektron mengakibatkan terjadinya aliran arus listrik lewat kawat tersebut.

Konduktor listrik

Kawat tembaga disebut bahan konduktor (penghantar arus listrik) yang bagus karena memiliki jumlah proton dan elektron yang sangat besar tadi.

Selain tembaga, ada aluminium, emas dan besi adalah bahan-bahan konduktor yang baik.

Isolator listrik

Berbeda dengan bahan konduktor, bahan isolator adalah yang memiliki jumlah proton dan elektron yang kecil,

sehingga...

kemampuan untuk mengalirkan arus listrik sangat kecil bahkan tidak bisa sama sekali.

Contoh bahan isolator adalah karet dan kayu.

Arah Arus elektron VS Arah Arus listrik

Lanjut ya, kita kembali ke topik Arus listrik...

Jika kedua ujung kawat tembaga diberi pengaruh dari luar (kita beri sumber tegangan positif + dan negatif - dari AKI ),

apa yang terjadi?

Benar akan terjadi kelebihan eletkron pada kawat tembaga sehingga terjadi pelepasan elektron bebas.

Elektron bebas yang bergerak dikawat tembaga ini disebut Arus listrik.

Tapi arah gerak arus listrik kemana pak?

Ok, kita analisa gambar dibawah ini...

<;

Gambar 2. Muatan listrik vs arus listrik

Mari kita catat dulu hasil pengamatan gambar 2...

✔️ Ada I (Arus) electron

✔️ Ada I (Arus) Conventional,

Pada gambar 2, sebuah Aki sebagai sumber daya listrik yang akan mempengaruhi elektron kabel tembaga sehingga kelebihan elektron dan melepas elektron bebas (e).

Elektron (e) bergerak dari terminal (-) aki menuju terminal (+) dan memanaskan filamen lampu bohlam (hingga berpijar/ menyala).

Ada yang bisa menyimpulkan?

Yep, Arah Arus elektron bergerak dari negatif (-) ke arah positif (+). Penyebabnya adalah kelebihan elektron bebas (-) yang akan ditarik oleh Proton (+)

Paham ya...

Nah sekarang kenapa ada I (arus) Konvensional?

Pada perhitungan Hukum Ohm serta Arus daya listrik,

diketahui bahwa...

Energi potensial bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah. Analogi seperti aliran air, dimana air bisa mengalir karena adanya beda tinggi dan rendah.

jadi...

bisa dilihat pada gambar 2, I (Arus) konvensional bergerak dari terminal (+) kearah terminal (-).

Info lagi ⚠️.

Loh, pada hukum Ohm, kok arah arusnya beda pak, jadi positif (+) ke negatif (-) ?

Hukum Ohm menyimpulkan bahwa saat melakukan perhitungan, arus listrik pada rangkaian tertutp arus mengalir dari potensial tinggi ke rendah dan lebih mudah dipahami dalam kajian teori.

Beda potensial ini disebut tegangan�?.

Capek ya? ngopi dulu...�?

Oke, gini analogi dan penjelasannya tentang Arus elektron...

Aki (tau aki motor 'kan?) sebelum diberi beban Lampu melalui kawat tidak ada beda potensial yang mempengaruhi hingga kita anggap AKI belum bekerja.

Setelah itu AKI kita beri kabel melalui lampu pada terminal + dan -

AKI menjadi terpengaruh dan terjadi pelepasan elektron. AKI akan mempertahankan pasokan muatan electron pada terminal (-), sementara terminal (+) terus menyerap muatan electron. Arus ini menyebabkan lampu memanas dan berpijar

Pada satu titik, jumlah muatan electron dan proton pada terminal - dan + AKI akan seimbang kembali.

Inget gak,

saat jumlah elektron dan proton sama besar, maka tidak ada pergerakan sama sekali alias tidak terjadi apa-apa.

Ini yang terjadi di Aki...

Keadaan AKI yang tidak dapat mengalirkan electron bebas, kita menyebutnya, Akinya habis atau soak 😊.

Rumus Muatan Arus listrik

Besarnya muatan arus listrik dapat diukur sebagai banyaknya elektron mengalir per detik, namun demikian ini bukan satuan yang praktis karena harganya terlalu kecil.

Satuan untuk muatan arus listrik yang dipakai adalah Coulomb,

Rumusnya adalah, Q = I . t dimana,

<;

5 Contoh soal Muatan Arus listrik

Contoh 1:

Perhatikan gambar 2, jika muatan electron (listrik) yang mengalir melalui kabel tembaga adalah 0.16 C setiap 64 ms. Tentukan arus dalam ampere?

Jawab 1:
<;Pembahasan:
Kita samakan satuan Coloumb dan miliSecond menjadi Second (s)
0,16 C dapat ditulis 160 x 10^-3
64 mS dapat ditulis 64 x 10^-3

Dan akhirnya kita masukan kedalam rumus deh...

Contoh 2:

Tentukan waktu yang diperlukan untuk 4 x 10¹⁶ elektron untuk melewati kabel tembaga pada Gambar 2 jika arus 5 mA.

Jawab 2:
Menyelesaikan mencari Muatan electron (listrik) dengan rumus Q = I x t

<;Pembahasan:
Seperti diketahui, muatan elektron atau Q = 1C / 6.242 x 10¹⁸
Nah, karena Q diketahui = 4 x 10¹⁶ maka kita cari dulu nilai 1C nya...
1C = 4 x 10¹⁶ / 6.242 x 10¹⁸
Setelah ketemu baru hasilnya kita masukkan ke rumus t = Q/I...

Pengertian Tegangan listrik

Tegangan listrik adalah perpindahan energi yang dari beda potensial tinggi ke beda potensial yang lebih rendah.

Perbedaan potensial ini adalah banyaknya Aliran muatan listrik yang dapat disalurkan. Kita umpakan seperti air yang secara alamiah mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah.

Perpindahan energi dilihat dari posisi ini disebut energi potensial. Pengertian Energi adalah daya untuk melakukan pekerjaan.

Lanjut ya...

Sekarang kita akan coba umpakan lagi dalam sebuah perhitungan, jika sebuah batu yang berat (massa) dijatuhkan dari tempat yang tinggi, apa yang terjadi?

Yup, akan mengalir deras dan jatuh dengan keras.

Jika massa (m) dinaikkan ke ketinggian (h) dan dipengaruhi gravitasi (g = 9,754 m/s²) di atas bidang referensi, ia memiliki ukuran energi potensial yang dinyatakan dalam joule (J)

jika ditulis dalam persamaan matematika, jadi ginih...

<;

Hubungan Energi Potensial dengan muatan listrik

Beda potensial atau tegangan (1 Volt) adalah energi sebesar 1 Joule untuk memindahkan muatan sebesar 1 Coloumb diantara 2 titik

Jika dirumuskan;

<;

Contoh soal Tegangan listrik, muatan listrik

Contoh 1:

Tentukan energi yang dikeluarkan untuk memindahkan muatan 50 uC melalui perbedaan potensial 6 V.

Jawab 1:
<;Pembahasan:
Rubah dulu satuan mikroColoumb (uC) ke Coloumb 50uC => 50 x 10^-6

Setelah itu kita masukkan ke rumus W = Q x V...

Contoh 2:

Temukan perbedaan potensial antara dua titik dalam sistem kelistrikan jika 60 J energi dikeluarkan oleh muatan 20 C antara dua titik ini.

Jawab 2:
Menggunakan rumus V=W / Q

V = 60 J / 20 C
V = 3 Volt

Pembahasan:
Sudah jelas 'kan?