LISTRIK DINAMIK

Garis Besar Materi : Arus listrik Hambatan listrik Hk Ohm Daya listrik Kombinasi Resistor

1. Arus Listrik ? Arus listrik (I) : aliran muatan listrik tiap satuan waktu. Arus hanya terjadi dalam konduktor. Arus rata – rata : Arus sesaat : Satuan

Arus secara mikroskopik terkait dengan gerak partikel – partikel muatan. Muatan yg mengalir pada dasarnya adalah muatan negatif, namun arah arus ditetapkan searah aliran muatan positif

Tinjauan Mikroskopik Arus Arus bisa dihubungkan dgn aliran pembawa muatan. Bahan konduktor yg luas penampangnya A, panjang x, jika jumlah pembawa muatan yang mengalir per volume adalah n (kerapatan). Maka total muatan: Q = jumlah pembawa muatan Q = n x A q bila carrier mengalir dgn kecepatan vd maka : Q = n vd t A q

Contoh 1: Sebuah batang penghantar tembaga memiliki luas penampang 3 x 10-6 m2 dialiri arus sebesar 10 A. Jika massa jenis tembaga 8.95 g/cm3 , massa molar tembaga 63,5 g / mol, asumsikan jika setiap atom tembaga menyumbangkan satu elektron bebas. Tentukan kecepatan driftnya!

2. Resistansi Pada bahasan listrik statik, medan listrik di dalam konduktor adalah nol pada keadaan setimbang, bila belum setimbang maka ada dalam konduktor arus. Arus diakibatkan karena di dalam konduktor terdapat medan listrik (E) Misal sebuah penghantar, penampang A dan mengalirkan arus sebesar I, maka rapat arusnya : J = I/A = nqvdA /A = nqvd

3. Hukum Ohm Beda potensial antara a dan b : Va-Vb = V = E L atau : Pada sebagian besar bahan, rapat arus sebanding dengan beda potensial pada bahan : J =  V/L Maka : I = A  V/L atau V = I (L/ A) Konstanta kesetaraan antara arus dan beda potensial : (L/ A) disebut resistansi (R) R = (L/ A) Sehingga : R = V /I

Bahan Ohmik dan Non Ohmik ?

Resistivitas atau Resitansi ? Resistivitas suatu bahan : Resistansi kawat penghantar : Resistivitas adalah karakteristik suatu bahan, sedangkan resistansi adalah karakteristik sebuah benda / objek. Analog dengan densitas dan massa.

Contoh 2 : Sebuah kawat nikrom berjari – jari 0,2 mm dan panjang nya 1 m. Pada kedua ujungnya diberikan beda potensial 10 V. a. Berapa resistansi kawat ? b. Arus yang dihasilkan ?

Resistansi dan Suhu Biasanya resistivitas bertambah secara linier dgn kenaikan suhu:  = o [1 + (T-To)] Dengan  adalah koefisien temperatur resisitivitasnya : = (1/ o ) ( / T) Sehingga resistensinya : R = Ro [1 + (T-To)] pada semikonduktor  negatif

Contoh 3 : Sebuah termometer elektrik terbuat dari bahan platinum dengan R = 50  pada suhu 20o, dipakai untuk mengukur titik lebur suatu logam, jika pada saat itu hambatannya 78,5  berapakah titik lebur logam tersebut?

Superkonduktor

Daya Listrik Baterei digunakan untuk menghasilkan arus di dalam konduktor. Energi kimia  Energi Kinetik elektron  Energi Internal konduktor Pada rangkaian, energi ditransfer dari sumber tegangan (baterei) ke beberapa divais misal lampu. Energi ditransfer ke kawat dan resistor . Asumsikan resistansi kawat sangat kecil

Misal ada satu muatan Q bergerak a  a melalui baterei dan resistor Misal ada satu muatan Q bergerak a  a melalui baterei dan resistor. Pada saat di baterei, ab, Q mendapat EP : Q V , baterei kehilangan energi kimia sebesar : Q V. Pada c d, energi potensial hilang karena tumbukan dengan elektron di dalam resistor. Berubah jadi energi internal atom dalam resistor shg T resistor naik. Energi panas ini ditransfer ke udara (resistor kehilangan energi) Saat Q kembali ke a, energi kimia baterei telah di transfer ke resistor.

Laju hilangnya energi pada resistor : Daya (P) menggambarkan laju energi yang diberikan baterei oleh Q ke resistor. Energi : Baterei  Resistor

Contoh 5 : Sebuah pemanas listrik dirancang untuk beda potensial 120 V terbuat dari kawat nikrom dengan resistansi 8 Ω. Hitung : a. Arus yang dihasilkan ? b. Berapa daya yang dihasilkan ?

ARUS SEARAH GGL Rangkaian Seri dan Paralel Hk. Kirchoff Rangkaian RC

Rangkaian Arus Searah (DC) Electromotive Force (GGL) Pada sebuah rangkaian tertutup, sebuah baterai berfungsi sbg sumber energi. Antar ujung baterai terdapat beda potensial yg tetap sehingga akan dihasilkan arus yang besar dan arahnya tetap (Arus searah). Baterai disebut jg sumber GGL (sumber emf = electromotive force)

Pada real baterai terdpt arus yg mengalir, terdapat hambatan dalam r Tegangan terminal lebih rendah dari emf dari titik a ke b, potensial naik sebesar  lalu turun sebesar Ir V =  - Ir  = V + Ir dng V = IR  = IR + Ir I =  / (R+r) Daya yg disuplai : P = I  = I2R +I2r

Contoh Sebuah baterai 12 V mempunyai hambatan dalam 0,05 dihubungkan dengan hambatan beban 3 , tentukan daya yg disuplai oleh baterai pada beban luar dan hambatan dalam! Sebuah baterai  dgn hambatan dalam r dihubungkan dengan beban luar R. Kapan dan berapa daya maksimum yg bisa disuplai baterai tsb terhadap beban luar?

Seri dan Paralel Resisitor diserikan : Arus yg mengalir sama besar V = I R1 +I R2 = I (R1 +R2) Rs = R1+ R2 Hambatan total menjadi lebih besar

Resistor di Paralelkan : Tegangan sama : Jumlah arus yg masuk sama dgn jum arus yg keluar : I = I1 + I2 = V / R1 + V /R2 = V ( 1/R1 + 1/R2) 1/Rp =1/R1 +1/R2

contoh Sebuah baterai 18 V dihubungkan dengan tiga reisitor yg dipasang paralel masing-masing 3,6 dan 9. Tetnukan arus dan daya pada masing-masing resistor!

Hukum Kirchhoff Bila loop tidak tunggal, analisis menggunakan hukum Kirchhoff : Aturan titik cabang : Jumlah arus yg masuk sama dengan jum arus yg keluar dari titik cabang tsb :  Iin =  Iout Aturan Loop : Jumlah beda potensial dari keseluruhan elemen dalam suatu rangkaian tertutup adalah nol :  V =0

Dalam praktis aturan yg pertama (konservasi muatan) I1 = I2+I3 Aturan kedua (konservasi energi): Bila hambatan yg dilalui dgn arus searah maka potensial turun – IR bila hambatan yg dilalui dgn arus berlawanan potensial bertambah sebesar +IR bila Sumber tegangan dilalui dari – ke + maka tegangan naik sebesar + bila Sumber tegangan dilalui dari + ke - maka tegangan turun sebesar -

Contoh Tentukan arus yg mengalir pada rangkaian

Contoh Tentukan arus I1, I2 dan I3 pada rangkaian

Contoh Tentukan arus I1, I2 dan I3 dalam keadaan steady state Tentukan muatan pada kapasitor

Rangkaian RC Memuati Kapasitor Arus akan mengalir selama kapasitor belum penuh  -q/C –IR = 0 I = ( -q/C)R dq/dt = ( -q/C)R = (C -q)/RC dq/(q-C) = - 1/RC dt ln (q-C) = -1/RC t Batas q= 0 => q, t=0 => t Ln ((q-C)/-C ) = -t/RC ((q- C)/-C ) = e - t /RC q(t) = C  (1- e -t/RC ) I = dq/dt = ( / R) e -t/RC

Mengosongkan Kapasitor Arus akan berubah terhadap waktu Pada rangkaian berlaku : -q/C –IR = 0 I= -q/RC dq/dt= -q/RC Ln q= -t/RC Qo => q , t= 0 =>t Q = Qoe-t/RC I= dq/dt = -Qo/RC e-t/RC