Arus dan Hambatan

6.1 Arus dan Rapat Arus Sebuah arus listrik i dihasilkan jika sebuah muatan netto q lewat melalui suatu penampang penghantar selama waktu t, maka arus (yang dianggap konstan) adalah : Satuan arus adalah ampere (A), coulomb untuk muatan q, dan detik untuk t. Jika banyaknya muatan yang mengalir per satuan waktu tidak konstan, maka arus akan berubah dengan waktu dan diberikan oleh limit diferensial dari persamaan (6.1), atau :

Besarnya rapat arus didefinisikan sebagai : Contoh 1 : Arus tetap sebesar 2,5 A mengalir pada kawat selama 4,0 menit. (a) Berapa besar muatan yang mengalir melalui suatu titik pada rangkaian ? (b) akan menjadi berapa elektron muatan ini ?

Hukum Ohm; Hambatan, Resistivitas, dan Konduktivitas Kita mendefinisikan hambatan (tahanan/ resistor) dari sebuah penghantar diantara dua titik dengan memakaikan sebuah perbedaan potensial V diantara titik-titik tersebut, dan dengan mengukur arus i, dan kemudian melakukan pembagian : Hambatan dinyatakan dalam ohm (dilambangkan Ω).

Resistivitas (ρ) didefinisikan dari : Satuan SI dari ρ adalah Ω.m Konduktivitas (σ) adalah kebalikan dari resistivitas, diberikan oleh : Satuan SI dari σ adalah (Ω.m)-1

Dari hubungan : Maka kita dapat menuliskan resistivitas ρ sebagai : Dan V/i adalah hambatan R yang dapat dinyatakan sebagai :

Contoh 3 : Sebuah bola lampu senter kecil menarik 300 mA dari baterai 1.5 V. (a) Berapa hambatan bola lampu tersebut ? (b) Jika tegangan turun sampai 1.2 V, bagaimana arus akan berubah ?

Contoh 4 : Sebuah kawat tembaga memiliki resistansi 6Ω. Hitung resistansi kawat tembaga lain sejenis yang panjangnya 3 kali panjang kawat sebelumnya dan diameternya 2 kali diameter kawat sebelumnya.

6.3 Daya Listrik Energi yang diubah bila muatan q bergerak melintasi beda potensial V adalah qV, maka daya P diberikan oleh : Muatan yang mengalir per detik, q/t, merupakan arus listrik, i. dengan demikian : Satuan SI daya listrik yaitu watt ( 1 W = 1 J/det).

Dengan menggunakan hukum Ohm (V = iR), akan didapatkan :

Contoh 5 : Sebuah pemanas listrik menarik 15 A pada jalur 120 V, berapa daya yang digunakannya dan berapa biaya per bulan (30 hari) jika pemanas listrik tersebut beroperasi 3,0 jam setiap hari dan perusahaan listrik menghargai Rp.500 per kWh ?

Contoh 6 : Petir merupakan contoh arus listrik yang spektakuler pada fenomena alam. Ada banyak variasi pada ledakan petir, tetapi pada umumnya energi yang ditransfer sebesar 109 j, melalui beda potensial hampir sebesar 5 x 107 V selama selang waktu 0,2 detik. Gunakan informasi ini untuk memperkirakan jumlah muatan total yang ditransfer, arus, dan daya rata-rata selama 0,2 detik.

Contoh 6 Suatu elemen pemanas menggunakan tegangan 75V pada sebuah kawat dengan luas 2,60 .10-6 m2 dan resistivitas 5,00 . 10-7Ω. Jika elemen pemanas tersebut melepaskan energi 5000 W, hitung panjang kawat!

Contoh 7 Suatu elemen pemanas 2,0KW memiliki panjang 80 cm. Jika elemen pemanas tersebut terpotong 10 cm, berapakah daya yang dikonsumsi elemen tersebut pada tegangan 120V?