Materi Fisika Kelas X : Elektrodinamika

IPA-Area; Pernahkah Anda membayangkan hidup tanpa energi listrik? Hampir semua orang, terutama yang tinggal di perkotaan, energi listrik merupakan kebutuhan pokok. Lampu, pompa air, setrika, televisi, radio, komputer, kulkas, dan kompor listrik, merupakan beberapa contoh peralatan yang memerlukan energi listrik. Demikian pula dengan sepeda motor, mobil, termasuk juga mobil mainan, hingga pesawat terbang yang canggih, juga menggunakan energi listrik. (Baca Juga : Materi Fisika Kelas X : Alat -Alat Optik)

Lalu, pernahkah Anda bertanya, apakah energi listrik itu? Mengapa lampu, komputer, televisi, dan peralatan lainnya dapat bekerja menggunakan energi listrik? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, Anda perlu mempelajari lebih mendalam tentang elektrodinamika, yakni ilmu yang mempelajari muatan listrik bergerak (arus listrik).

picture by hseblog.com

A. Arus Listrik

1. Pengertian Arus Listrik

Di SMP, Anda pernah mempelajari konsep muatan listrik. Masih ingatkah mengapa sebuah benda dapat bermuatan listrik? Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan bermuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron. Oleh karena elektron bermuatan negatif, benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif, sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

Gambar 1 memperlihatkan dua buah bola bermuatan listrik. Bola A memiliki jumlah muatan positif lebih banyak daripada bola B. Ketika bola A dan bola B dihubungkan dengan sebuah paku (konduktor), sebagian muatan positif dari bola A akan mengalir melalui paku menuju bola B sehingga dicapai keadaan setimbang, yakni muatan listrik bola A dan B menjadi sama. Bola A dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi daripada bola B. Perbedaan potensial listrik inilah yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif ini disebut arus listrik.

Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat (potensial gravitasi) tinggi ke tempat (potensial gravitasi) rendah. Bagaimanakah agar air mengalir terus-menerus dan membentuk siklus, sementara air tidak dapat mengalir secara spontan dari tempat rendah ke tempat tinggi? Satu-satunya cara adalah menggunakan pompa untuk menyedot dan mengalirkan air dari tempat rendah ke tempat tinggi. Demikian pula dengan arus listrik. Arus listrik dapat mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi menggunakan sumber energi, misalnya pompa pada air. Sumber energi ini, di antaranya adalah baterai. Analogi arus listrik dengan aliran air yang terus-menerus diperlihatkan pada Gambar 2.

Sejauh ini Anda telah mempelajari bahwa arus listrik adalah aliran muatan positif. Pada kenyataannya, pada konduktor padat, aliran muatan yang terjadi adalah aliran elektron (muatan negatif), sementara muatan positif (inti atom) tidak bergerak. Aliran elektron ini berlawanan dengan aliran muatan positif, yakni dari potensial rendah ke potensial tinggi. Oleh karena arus listrik telah didefinisikan sebagai aliran muatan positif, arah arus listrik pada konduktor padat adalah kebalikan dari aliran elektron, seperti diilustrasikan pada Gambar 3.

2. Kuat Arus Listrik

Ketika sebuah bola lampu dihubungkan pada terminal-terminal baterai dengan menggunakan konduktor (kabel), muatan listrik akan mengalir melalui kabel dan lampu sehingga lampu akan menyala. Banyaknya muatan yang mengalir melalui penampang konduktor tiap satuan waktu disebut kuat arus listrik atau disebut dengan arus listrik. Secara matematis, kuat arus listrik ditulis sebagai

Satuan kuat arus listrik dinyatakan dalam ampere, disingkat A. Satu ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar satu coulomb yang melewati penampang konduktor dalam satu sekon (1 A = 1 C/s).

melewati penampang konduktor dalam satu sekon (1 A = 1 C/s). Oleh karena yang mengalir pada konduktor padat adalah elektron, banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama dengan kelipatan besar muatan sebuah elektron, qe = e = 1,6 × 10–19 C. Jika pada konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total muatan yang mengalir adalah

B. Hukum Ohm dan Hambatan Listrik

1. Hukum Ohm

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik.

arus listrik sebanding dengan beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik yang diberikan, semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, semakin kecil beda potensial yang diberikan, semakin kecil arus listrik yang dihasilkan. Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial/tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

dan dikenal sebagi hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω .

2. Hambatan Listrik Konduktor

Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar.

Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktor-faktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sebagai berikut.

Persamaan (8–5) atau (8–6) menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil.

Selain itu, Persamaan (8–5) atau (8–6) juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor

3. Rangkaian Hambatan Listrik

Dalam rangkaian listrik, hambatan dapat dirangkai secara seri, paralel, atau kombinasi (gabungan) dari keduanya. Setiap susunan rangkaian memiliki fungsi tertentu.

a. 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 (a), terminal kanan hambatan R1 tersambung dengan terminal kiri hambatan R2 di titik b dan terminal kanan R2 tersambung dengan terminal kiri R3 di titik c. Rangkaian hambatan seri ini ekivalen dengan sebuah hambatan pengganti seri seperti pada Gambar (b).

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

Persamaan (8–8) menunjukkan bahwa hambatan-hambatan yang dirangkai seri akan memberikan hambatan total (pengganti) yang lebih besar daripada nilai setiap hambatannya.

b. 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.

Pada Gambar 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

C Rangkaian Listrik Arus Searah

Gambar di bawah memperlihatkan skema sebuah lampu, sakelar, dan baterai yang satu sama lain terhubung oleh kabel/kawat. Ketika sakelar masih terbuka, Gambar (a), arus listrik belum mengalir sehingga lampu belum menyala (padam). Sebaliknya, ketika sakelar disambungkan, Gambar (b), arus mengalir dari kutub positif baterai ke kutub negatif baterai melalui kabel dan lampu sehingga lampu menyala. Gambar (a) disebut rangkaian listrik terbuka, sedangkan Gambar (b) disebut rangkaian listrik tertutup. Rangkaian seperti ini secara umum disebut rangkaian listrik arus searah. Rangkaian listrik arus searah yang terdiri dari sebuah baterai dan sebuah beban (misalnya hambatan dan lampu) disebut rangkaian listrik sederhana.

1. GGL, Hambatan Dalam, dan Tegangan Jepit Baterai

Baterai merupakan sumber energi arus searah. Energi listrik yang dihasilkan baterai berasal dari energi kimia. Selain baterai, sumber energi listrik lainnya adalah generator. Secara umum, alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi lain menjadi energi listrik disebut sumber gaya gerak listrik (GGL). GGL adalah beda potensial antarterminal sumber tegangan (bateai atau generator), ketika tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian luar. Simbol GGL adalah E.

Anda mungkin pernah mengalami bahwa ketika arus ditarik dari baterai, tegangan pada terminal baterai turun di bawah GGLnya. Sebagai contoh, ketika Anda menstarter mesin mobil, dengan lampu depan masih menyala, lampu menjadi redup sesaat. Ini terjadi karena starter menarik arus besar sehingga tegangan baterai menjadi turun. Penurunan tegangan ini terjadi karena reaksi kimia dalam baterai tidak cukup menyuplai muatan untuk mempertahankan GGLnya menjadi penuh. Jadi, baterai sendiri memiliki hambatan dalam r. Dalam rangkaian listrik, baterai disimbolkan seperti pada Gambar.

Tegangan antara titik a dan b disebut tegangan terminal Vab. Ketika baterai tidak mengeluarkan arus, Vab = E. Akan tetapi, ketika baterai mengeluarkan arus, tegangan terminal baterai turun sebesar Ir. Jadi, Vab = E – Ir. Tegangan terminal baterai ketika baterai mengeluarkan arus disebut dengan tegangan jepit.

2. Hukum-Hukum Kirchhoff dan Penerapannya

a. Hukum Arus Kirchhoff

Hukum Arus Kirchhoff membicarakan arus listrik pada titik percabangan kawat. Tinjau sebuah titik percabangan kawat, sebut titik A, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.10. Arus I1 dan I2 menuju (masuk ke) titik A, sedangkan I3 dan I4 menjauhi (keluar dari) titik A. Jika aliran arus dianalogikan sebagai aliran air dalam pipa, Anda tentu akan yakin bahwa jumlah aliran air sebelum melewati titik A akan sama dengan jumlah air sesudah melewati titik A. Demikian pula dengan arus listrik, jumlah arus listrik yang menuju (masuk ke) titik percabangan (titik A) sama dengan jumlah arus yang menjauhi (keluar dari) titik percabangan tersebut. Dengan demikian, pada Gambar, secara matematis diperoleh

yang berarti bahwa jumlah arus listrik pada suatu titik percabangan sama dengan nol. Persamaan di atas disebut Hukum Pertama Kirchhoff atau Hukum Arus Kirchhoff. Perlu diingat bahwa ketika Anda menggunakan Persamaan arus yang masuk ke titik percabangan diberi tanda positif, sedangkan arus yang keluar dari titik percabangan diberi tanda negatif.

b. Hukum Tegangan Kirchhoff

Hukum Tegangan Kirchhoff didasarkan pada Hukum Kekekalan Energi. Ketika muatan listrik q berpindah dari potensial tinggi ke potensial rendah dengan beda potensial V, energi muatan itu akan turun sebesar qV. Sekarang tinjau rangkaian listrik, seperti diperlihatkan pada Gambar 8.11. Baterai dengan tegangan terminal V akan melepas muatan q dengan energi qV sedemikian sehingga mampu bergerak pada lintasan tertutup (loop) abcda. Ketika muatan q melintasi resistansi R1, energi muatan ini akan turun sebesar qV1. Demikian pula ketika melintasi R2 dan R3, masing-masing energinya turun sebesar qV2 dan qV3. Total penurunan energi muatan adalah qV1 + qV2 + qV3.

Sesuai dengan Hukum Kekekalan Energi, penurunan ini harus sama dengan energi yang dilepaskan oleh baterai, qV. Dengan demikian berlaku

yang berarti bahwa jumlah tegangan pada sebuah loop (lintasan tertutup) sama dengan nol. Persamaan (8–11) disebut Hukum Kedua Kirchhoff atau Hukum Tegangan Kirchhoff.

c. Penerapan Hukum Kirchhoff pada Rangkaian Sederhana

Rangkaian sederhana adalah rangkaian yang terdiri dari satu loop. Sebagai contoh, tinjau rangkaian pada Gambar 8.12. Tidak ada titik percabangan di sini sehingga arus pada setiap hambatan sama, yakni I dengan arah seperti pada gambar. Pilih loop a-b-c-d-a. Ketika Anda bergerak dari a ke b, Anda menemui kutub negatif baterai terlebih dahulu sehingga GGLnya ditulis Vab = E1. Ketika Anda melanjutkan gerakan dari b ke c, Anda mendapati arah arus sama dengan arah gerakan Anda sehingga tegangan pada R1 diberi tanda positif, yakni Vbc = +IR1. Dari c ke d kembali Anda menemui GGL dan kali ini kutub positifnya terlebih dahulu sehingga diperoleh Vcd = +E2. Selanjutnya, tegangan antara d dan a diperoleh Vda = +IR2. Hasil tersebut kemudian dimasukkan ke dalam Persamaan.

Dengan demikian, untuk rangkaian listrik sederhana, besarnya arus listrik yang mengalir pada rangkaian dapat dicari menggunakan Persamaan diatas Akan tetapi, jangan lupa ketika memasukkan nilai GGLnya, Anda harus tetap memerhatikan tanda GGL tersebut.

d. Penerapan Hukum-hukum Kirchhoff pada Rangkaian Majemuk

Rangkaian majemuk adalah rangkaian arus searah yang lebih dari satu loop. Salah satu cara untuk menganalisis rangkaian majemuk adalah analisis loop. Analisis ini pada dasarnya menerapkan Hukum-hukum Kirchhoff, baik tentang arus maupun tegangan. Berikut adalah langkahlangkah untuk menganalisis rangkaian majemuk menggunakan analisis loop.

1) Tandai titik-titik sudut atau titik cabang rangkaian, misalnya titik a, b, c, d, e, dan f.

2) Tentukan arah arus pada tiap cabang, sebarang saja, sesuai keinginan Anda. Lalu, gunakan Persamaan (8–10) untuk mendapatkan persamaan arusnya.

3) Tentukan titik tempat Anda mulai bergerak dan lintasan yang akan Anda lalui. Misalnya, Anda ingin memulai dari titik a menuju titik b, c, dan d lalu ke a lagi maka yang dimaksud satu loop adalah lintasan a-b-c-d-a. Lakukan hal yang serupa untuk loop c-d-e-f-c.

Jika Anda melewati sebuah baterai dengan kutub positif terlebih dahulu, GGL E diberi tanda positif (+E). Sebaliknya, jika kutub negatif lebih dulu, GGL E diberi tanda negatif ( E).
Jika Anda melewati sebuah hambatan R dengan arus I searah loop Anda, tegangannya diberi tanda positif (+IR). Sebaliknya, jika arah arus I berlawanan dengan arah loop Anda, tegangannya diberi tanda negatif (IR).

4) Masukkan hasil pada langkah 3 ke Persamaan (8–11).

5) Dari beberapa persamaan yang Anda dapatkan, Anda dapat melakukan eliminasi untuk memperoleh nilai arus pada tiap cabang.

e. Penerapan Hukum Arus Kirchhoff dan Hukum Ohm pada Rangkaian Majemuk

Selain analisis loop, analisis simpul juga dapat digunakan untuk menganalisis rangkaian majemuk. Analisis ini menerapkan Hukum Arus Kirchhoff dan Hukum Ohm. Berikut adalah langkah-langkah untuk menerapkan analisis simpul pada rangkaian majemuk yang diperlihatkan pada Gambar 8.14.

1) Pilih salah satu titik (simpul), misal A, sebagai acuan dengan tegangan nol (ground) dan titik (simpul) lainnya, misal B, anggap memiliki tegangan V terhadap ground, yakni VBA = V.

2) Pilih semua arus pada tiap cabang, yakni I1, I2, dan I3, berarah dari B ke A.

3) Jika pada cabang arus terdapat baterai (GGL), perhatikan kutub baterai yang ditemui arah arus. Jika arus yang Anda misalkan masuk ke kutub positif baterai, arus pada cabang tersebut memenuhi persamaan

dengan subcript c berarti cabang. Sebaliknya, jika arus yang Anda misalkan masuk ke kutub negatif baterai, arus pada cabang tersebut memenuhi persamaan

4) Terapkan Hukum Arus Kirchhoff sebagai berikut. I1 + I2 + I3 = 0

5) Masukkan I pada langkah 3 ke langkah 4 maka Anda akan memperoleh nilai V.

6) Untuk mendapatkan arus pada tiap cabang, Anda tinggal memasukkan nilai V hasil langkah 5 ke persamaan I pada langkah 3.

D Energi dan Daya Listrik

1. Energi Listrik

Tinjau sebuah konduktor yang diberi beda potensial Vab = V, seperti diperlihatkan pada Gambar 8.15. Elektron-elektron pada konduktor itu akan bergerak dari titik b menuju ke titik a. Mengapa demikian? Ketika beda potensial V diberikan, elektron-elektron tersebut akan mendapatkan tambahan energi masing-masing sebesar eV, dengan e adalah muatan satu elektron. Energi inilah yang kemudian mengalirkan elektron dalam konduktor. Jika dalam konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total

muatan yang mengalir adalah Q = ne. Dengan demikian, energi yang diperlukan untuk mengalirkan elektron memenuhi W = QV. Energi ini disebut energi listrik. Dalam kaitannya dengan arus listrik, Q = It maka energi listrik memenuhi persamaan

Persamaan (8–13) berlaku untuk semua komponen atau beban listrik yang diberi beda potensial V dan dialiri arus I dalam selang waktu t. Khusus untuk beban listrik berupa hambatan listrik, mengingat V = IR atau I = V/R Persamaan dapat ditulis sebagai berikut.

Dalam SI, satuan dari energi listrik adalah joule (disingkat J). Satuan lain yang juga sering digunakan adalah kilowattjam, disingkat kWh (kilowatthour), dengan 1 kWh = 3,6 × 106 J.

2. Daya Listrik

Daya atau laju energi listrik adalah energi listrik yang dihasilkan/diserap tiap satuan waktu. Secara matematis, daya listrik (diberi simbol P) ditulis

Satuan daya listrik, dalam SI, adalah joule/sekon (disingkat J/s). Satuan ini diberi nama watt, disingkat W, dengan 1 W = 1 J/s. Selanjutnya, jika Persamaan (8–13) dimasukkan ke Persamaan diatas, diperoleh

yang berlaku untuk setiap komponen atau beban listrik. Sementara itu, jika Persamaan tersebut dimasukkan ke Persamaan diatas, diperoleh persamaan daya listrik pada hambatan listrik, yaitu

3. Spesifikasi Tegangan dan Daya Kerja pada Beban Listrik

Hampir semua beban listrik (lampu, radio, TV, komputer, dll.) menuliskan spesifikasi tegangan dan daya kerjanya. Spesifikasi beban listrik ini berkaitan dengan seberapa besar tegangan yang boleh diberikan pada beban listrik dan berapa daya yang akan diserap atau dihasilkannya. Sebagai contoh, sebuah lampu bertuliskan 220 V, 60 W. Hal ini berarti lampu tersebut bekerja normal, yakni menyerap daya 60 W ketika diberi tegangan 220 V. Nilai 220 V juga merupakan nilai tegangan maksimum yang boleh diberikan pada lampu tersebut. Jika tegangan yang diberikan lebih besar daripada 220 V, lampu akan rusak. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan lampu kurang dari 220 V, lampu akan menyala redup (daya yang diserapnya kurang dari 60 W).

Daya yang diserap beban listrik ketika dihubungkan dengan tegangan sumber tertentu memenuhi persamaan

E Alat Ukur Listrik

1. Voltmeter

Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan antara dua titik. Ketika digunakan, voltmeter harus dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur tegangannya,

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, hambatan dalam voltmeter harus jauh lebih besar daripada hambatan komponen yang diukur. Voltmeter ideal adalah voltmeter yang hambatan dalamnya bernilai takhingga. Mengapa demikian? Ketika voltmeter dipasang paralel dengan R, arus I menjadi terbagi dua, I1 mengalir pada R dan sisanya, I2 mengalir melalui voltmeter yang berhambatan dalam RV. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan pada R sebelum dan sesudah voltmeter digunakan akan berbeda. Oleh karena tegangan pada setiap hambatan yang dirangkai paralel besarnya sama diperoleh

Persamaan terakhir menunjukkan bahwa agar sebelum dan sesudah dipasang voltmeter, arus yang mengalir pada R relatif sama, yakni I1 ≅ I, Rv harus jauh lebih besar daripada R sehingga R + Rv ≅ Rv. Umumnya dengan memilih Rv ≥ 100R cukup untuk membuat I1 ≅ I dengan kesalahan sekitar 1%.

Voltmeter memiliki batas ukur tertentu, yakni nilai tegangan maksimum yang dapat diukur oleh voltmeter tersebut. Jika tegangan yang diukur oleh voltmeter melebihi batas ukurnya, voltmeter akan rusak. Lalu, apa yang dapat Anda lakukan jika tegangan yang akan diukur melebihi batas ukur voltmeter?

Anda dapat menaikkan batas ukur voltmeter dengan prinsip yang sederhana. Misalnya, menurut hasil perhitungan matematis Anda, tegangan pada sebuah hambatan adalah 100 V. Di lain pihak, untuk menguji hasil perhitungan Anda, Anda akan menggunakan voltmeter yang ternyata hanya mampu mengukur sampai maksimum 10 V. Hal yang dapat Anda lakukan adalah membagi tegangan 100 V tersebut sedemikian sehingga yang melintasi voltmeter tetap 10 V supaya voltmeter tidak rusak. Sisa tegangannya, yakni 90 V, yang diberikan pada hambatan Rd yang harus dipasang seri dengan voltmeter. Mengapa harus dipasang seri? Ingat, hambatan yang dirangkai seri berfungsi untuk membagi tegangan. Pertanyaan selanjutnya adalah, berapakah nilai Rd yang harus Anda pasang?

Untuk menjawab pertanyaan terakhir, perhatikan Gambar 8.17. Agar lebih umum, misalnya tegangan yang akan diukur adalah V = nVm, dengan n bilangan bulat positif dan Vm adalah batas ukur voltmeter. Karena voltmeter yang dirangkai seri dengan Rd tersusun paralel dengan hambatan yang diukur tegangannya maka berlaku

2. Amperemeter

Amperemeter disingkat ammeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik. Ketika digunakan, ammeter harus dirangkai seri dengan yang diukur,

Berbeda dengan voltmeter, untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, hambatan dalam ammeter harus jauh lebih kecil daripada hambatan yang diukur arusnya. jika sebelum dipasang ammeter, arus yang melalui R adalah I, maka setelah R diserikan dengan Ra, arus yang melalui R akan turun menjadi I'. Hal ini terjadi karena hambatannya bertambah besar menjadi R + Ra, sedangkan tegangannya tetap. Oleh karena tegangan sebelum dan sesudah dipasang voltmeter tetap, maka berlaku

Persamaan ini menunjukkan bahwa agar I' ≅ I, maka R + Ra ≅ R. Keadaan ini akan dicapai jika Ra jauh lebih kecil daripada R dan idealnya Ra = 0. Akan tetapi, tentu saja tidak mungkin dapat membuat ammeter dengan hambatan dalam nol. Paling tidak, ammeter yang digunakan harus memiliki hambatan dalam 1/100 kali dari hambatan yang diukur arusnya. Jika hal ini dipenuhi, kesalahan hasil pengukuran hanya sekitar 1% dan dikatakan cukup akurat.

Seperti halnya pada voltmeter, batas ukur ammeter juga dapat ditingkatkan. Misalnya, Anda akan mengukur arus listrik yang besarnya nIm, dengan n bilangan bulat positif dan Im adalah batas ukur ammeter. Dalam hal ini Anda harus memasang hambatan paralel, Rsh, (disebut hambatan shunt). Hal ini dilakukan agar arus yang besarnya nIm tadi terbagi menjadi Im pada ammeter dan (n–1) Im pada hambatan Rsh. Oleh karena Rsh paralel dengan Ra, tegangan pada keduanya sama sehingga berlaku

F Pemanfaatan Energi Listrik dalam Kehidupan Sehari-Hari Energi listrik merupakan energi yang paling mudah untuk diubah menjadi energi lain. Oleh karena itu, energi ini paling banyak digunakan oleh manusia. Untuk keperluan rumah tangga, misalnya, dari mulai penerangan, memasak, menyeterika, dan mencuci menggunakan peralatan yang bersumber dari energi listrik. Untuk penerangan, misalnya, orang menggunakan lampu listrik. Untuk memasak, ibu-ibu akan merasa lebih

praktis jika menggunakan penanak nasi elektrik (rice cooker) atau kompor listrik. Untuk menyetrika pakaian, digunakan setrika listrik. Untuk mencuci pakaian, digunakan mesin cuci.

Selain itu, untuk menyimpan daging, sayuran mentah, atau bahan makanan lain agar tahan lama, digunakan kulkas. Untuk mendapatkan air dingin, hangat, atau panas, digunakan dispenser. Untuk keperluan hiburan dan informasi, digunakan radio, televisi, atau tape recorder yang tentu saja dinyalakan menggunakan energi listrik. Apakah telepon rumah atau telepon genggam (handphone) Andamenggunakan energi listrik?

Untuk menghasilkan suatu produk, pabrik-pabrik garmen banyak menggunakan energi listrik untuk menggerakkan mesin-mesin produksi. Untuk administrasi perkantoran, seperti komputer merupakan bagian yang tak terpisahkan sehingga energi listrik diperlukan di sini. Demikian pula di pusat-pusat bisnis lainnya, bahkan di sekolah Anda sekalipun. Pada intinya, banyak sekali di sekitar Anda peralatan-peralatan yang menggunakan energi listrik, baik yang berasal dari sumber DC maupun AC.

Di Indonesia, khususnya, masih banyak daerah-daerah yang belum tersentuh pemanfaatan energi listrik, terutama untuk penerangan. Oleh karena itu, ke depan, perlu dipikirkan sumber-sumber pembangkit energi listrik. Dewasa ini, sumber pembangkit energi listrik di Indonesia umumnya berasal dari bahan bakar minyak (BBM). BBM ini merupakan bahan bakar utama mesin pengerak generator. Selain BBM, sumber energi listrik lainnya dibangkitkan oleh air, yakni Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Sebenarnya masih banyak potensi kekayaan alam Indonesia untuk dijadikan sumber energi listrik. Energi panas bumi, energi matahari, bahkan energi nuklir merupakan potensi yang perlu dikembangkan sebagai pembangkit energi listrik.

G Menghitung Biaya Sewa Energi Listrik

Di Indonesia, energi listrik dikelola oleh sebuah BUMN (Badan Usaha Milik Negara), yakni PT. PLN (Perusahaan Listrik Negara). Masyarakat Indonesia, termasuk Anda tentunya, menggunakan energi listrik dari PT. PLN dengan menyewanya. Anda harus membayar biaya sewa energi listrik, atau lebih dikenal dengan sebutan rekening listrik, tiap bulan.

Bagaimana biaya sewa energi listrik dihitung? Biaya sewa energi listrik dihitung berdasarkan jumlah energi listrik yang digunakan dalam satuan kWh. Energi listrik itu sendiri dihitung berdasarkan persamaan W = Pt, dengan P dalam satuan watt dan t dalam satuan jam. Biaya sewa sama dengan jumlah energi listrik dalam kWh dikalikan dengan tarif 1 kWh. Sebagai contoh, jika tarif 1 kWh adalah Rp.150 dan total energi listrik yang digunakan dalam sebulan adalah 1200 kWh, biaya sewanya adalah 1.200 kWh × Rp.150/kWh = Rp.180.000.

Alat yang digunakan untuk mengukur energi dalam satuan kWh disebut kWh meter. Di rumah-rumah yang menyewa listrik, kWh meter umumnya dipasang pada dinding bagian depan rumah, dekat pintu masuk.

Sumber: aip Saripudin, dkk. (2009). Praktis Belajar fisika untuk kelas x sekolah menengah atas. Jakarta: Pusat perbukuan depdiknas.