Pertemuan 16-17 Listrik dan Rangkaian Listrik Matakuliah : D0564/Fisika Dasar Tahun : September 2005 Versi : 1/1 Pertemuan 16-17 Listrik dan Rangkaian Listrik

Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : Menjelaskan rangkaian listrik dan hukum yang terkait (C2)

• Rangkaian listrik, rangkaian kapasitor Outline Materi • Rangkaian listrik, rangkaian kapasitor Daya listrik Hukum Ohm dan hukum kirchhoff

KAPASITOR Kapasitor pada dasarnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan muatan listrik. Pada prinsipnya kapasitor terdiri atas dua konduktor yang saling berhadapan, dan memiliki muatan yang sama besar, tetapi berlainan jenis. Ukuran kemampuan simpan muatan suatu kapasitor adalah Kapasitansi (C). Besar-kecilnya kapasitansi dari kapasitor akan ditentukan oleh Geometri (bentuk), ukuran dan jenis bahan dielektriknya. Satuan kapasitansi adalah Farad (F), atau satuan lain yang lebih kecil, pF dan F.

1 F = 1 C/V + Q - Q V Muatan yang dapat disimpan oleh kapasitor jika diberikan beda potensial V adalah: Q = C V

Kapasitor plat sejajar: A : luas plat, dan d: jarak plat Kapasitor silinder: L: panjang silinder, a: jari-jari dalam, b:jari-jari luar

Rangkaian Kapasitor: Rangkaian Seri kapasitor: C1 C2 C3 V Setiap kapasitor yang disambung seri, memiliki muatan sama sebesar Q.

Q=C1V1 = C2V2=....= CnVn Kapasitan equivalen/penggantinya (Cp): Rangkaian Paralel kapasitor:

C1 C2 C3 V Q1= C1 V Q2= C2 V Q3= C3 V Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + ....+.. Cp = C1 + C2 + C3 + ......+.... Soal: Tentukan kapasitansi pengganti dari rangkaian kapasitor berikut:

C2 C3 C5 C4 V C6 C1 Berapa muatan ang dapat disimpan dalam rangkaian tersebut?

ARUS LISTRIK Arus listik dan hukum Ohm: Jika dalam konduktor diberikan medan listrik, maka muatan positif akan bergerak searah medan, dan muatan negatif bergerak dengan arah sebaliknya. Arus listrik terjadi jika ada gerakan neto dari muatan tersebut. Jika Q adalah muatan positif neto yang bergerak dalam selang waktu t, maka arus didefinisikan sebagai:

atau jika laju aliran muatan berubah terhadap waktu maka: Satuan arus dalam SI adalah Ampere (A), dimana: 1 A = 1 C/s Hambatan Listrik. Sebatang penghantar yang memiliki panjang l (meter), luas penampang A (meter persegi) dan hambatan

jenis  (Ohm meter)-1 jika kedua ujungnya diberi beda potensial V maka akan memiliki hambatan sebesar: sedangkan arus listrik yang dapat dialirkan adalah: yang dikenal sebagai hukum Ohm.

(konversi satuannya : 1 Ohm = 1 = 1 V/A ) Hukum Ohm di atas pada umumnya berlaku untuk semua jenis logam (penghantar), namun demikian ada kalanya pada kondisi tertentu, persamaan tersebut tidak berlaku. Daya Listrik Daya listrik adalah kehilangan energi poptensial persatuan waktu. P = U/t = Q. V/t = i.V P = iV = V2/R = I2 R

Rangkaian Listrik. Rangkaian Seri R1 R2 R3 V I Hambatan pengganti (Rp) dari rangkaian diatas adalah: Rp = R1 + R2 + R3……+……+…. Arusnya adalah I = V/Rp

Tegangan pada R1: V1 = I . R1 Tegangan pada R2: V2 = I . R2 Tegangan pada R3 : V3 = I . R3 Dan V = V1 + V2 + V3 …+….+… Daya pada setiap hambatan: P1 = I.V1 dan P2 = I. V2 dan P3 = I.V3.

Daya total P = P1 + P2 …+ …..+ Rangkaian Paralel R1 R2 R3 V I I1 I2 I3

Arus pada setiap cabang dapat dituliskan berdasarkan Hk. Ohm: I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 Dan total arus : I = I1 + I2 I3 Jika Rp adalah hambatan pengganti, maka I = V/Rp Sehingga: V/Rp = V/R1 + V/R2 + V/R3 Atau

1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 Contoh: Lima buah lampu masing-masing tertuliskan untuk L1, L2 dan L3 : 4V/2W sedangkan untuk L4 dan L5 tertulis 4V/4W. Kelima lampu tersebut dirangkai dengan sumber tegangan 5V sebagai berikut: X L4 L5 L3 L1 L2 4 V

Sedangkan untuk lampu L4 dan L5: a. Hitung daya pada setiap lampu? b. Jika L5 putus, berapa daya setiap lampu yang masih nyala? Jawab: Lampu L1, L2 dan L3 bertuliskan 4V/2W , sehingga hambatannya adalah : R1 = R2 = R3 = V2/P = 42/2 = 8 . Sedangkan untuk lampu L4 dan L5: R4 = R5 = 42/4 = 4 .

Rp = [ R4 + R5] // R3 + R1 +R2 = 20  Arus total dalam rangkaian: I = V/Rp = 5/20 = 0,25 A Sehingga daya pada L1 = daya pada L2, yaitu: P1 =P2 = I2.R1 = 0,5 Watt. Hambatan R3 = R4 + R5 = 8 . Sehingga arus pada kedua cabang tersebut sama besar, yaitu : 0,125 A

Daya pada L3 adalah : P3 = 0,1252. 8 = 0,125 Watt Daya pada L4 = daya L5, yaitu P4=P5 = 0,1252. 4 = 0,0625 Watt B, Jika lampu L5 putus, maka L4 juga tak menyala dan yang tertinggal hanya L1, L2 dan L3 yang disambung seri, sehingga hambatan totalnya = 24 . Arusnya = 5/24 A. Daya pada setiap lampunya adalah = (5/24)2.8 = 25/72 watt.

HUKUM KIRCHOFF Pada titik cabang, jumlah arus masuk = jumlah arus keluar. Jumlah beda potensial pada loop tertutup = 0. Perjanjian tanda: Agar tidak membinggung terhadap arah arus serta polarisasi sumber tegangan, maka perlu disepakati penggunaan tanda sebagai berikut: R I a b

V = Vb – Va = - iR V = Vb – Va = + iR E - + a b + - V = Vb – Va = + E V = Vb – Va = - E Contoh aplikasi:

MEDAN MAGNET Notasi dan Satuan

Sumber Medan Magnet Magnet Permanen Muatan yang bergerak ( arus listrik )

Menerangkan tentang kuat medan magnet di sekitar kawat berarus. HUKUM BIOT SAVART Menerangkan tentang kuat medan magnet di sekitar kawat berarus. P I R Kuat medan magnet di P yang berjarak R dari kawat lurus berarus I adalah :

Jika kawat berbentuk cincin. Arah B selalu mengelilingi kawat, dan mengikuti kaidah putaran maju sekrup kanan. Jika kawat berbentuk cincin. P b R i

Medan Magnet pada Solenoida (Kumparan). Sebuah kumparan dengan jari-jari R dan panjang L, dialiri arus I, maka medan magnet di poros kumparan tersebut adalah:

di tengah kumparan (simetri tengah):