Download listrik dinamis

KUAT ARUS LISTRIK
Kuat arus ( i ) di definisikan sebagai :
Jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang persatuan waktu.
arah arus adalah searah dengan arah muatan positif
dq
i 
dt
dq = jumlah muatan (Coulomb)
dt = selisih waktu (detik)
i = kuat arus
Satuan dari kuat arus
adalah Coulomb/detik
Atau amper
Rapat arus J didefinisikan sebagai
kuat arus persatuan luas
n adalah partikel persatuan volume dan e
muatan tiap partikel
dq = n.e.V.A.dt
i
dq
J   n. e.V i 
 n. e.V . A
A
dt
CONTOH SOAL KUAT ARUS
Di dalam penghantar kawat yang penampang
nya 1 mm2 terdapat 3.1021 elektron bebas
per m3. Berapa kecepatan elektron-elektron
tersebut, jika dialiri listrik dengan kuat arus
12 ampere.
Berapa rapat arusnya ?
JAWABAN CONTOH SOAL
KUAT ARUS
I = n.e.v.A
19
6
12  3.10 .1,6.10 .v.10
12
3
v
 25.10 m / s
4
4,8.10
J = n. e . v
21
J  3.1021.1,6.1019.25.103  12.106 A / m2
HUKUM OHM
Dalam suatu rantai aliran listrik, kuat arus berbanding lurus dengan
beda potensial antara kedua ujung-ujungnya dan berbanding
terbalik dengan besarnya hambatan kawat konduktor tersebut.
Hambatan kawat konduktor biasanya dituliskan sebagai “R”.
V A  VB
i
R
I = kuat arus
VA - VB =VAB = beda potensial titik A dan titik B
R = hambatan
CONTOH SOAL
HUKUM OHM
0,3 amper
A
V
1,5 volt
Metode ampere-voltmeter dipasang sedemikian
rupa untuk mengetahui besar hambatan R,
seperti tampak gambar di atas, Hitung R.
JAWABAN CONTOH SOAL
HUKUM OHM
0,3 amper
A
V
1,5 volt
V
R
I
1,5
R
 5ohm
0,3
RESISTOR/HAMBATAN
Besarnya hambatan dari suatu konduktor dinyatakan dalam :
L
R
A
R = hambatan
satuan = ohm
L = panjang konduktor
satuan = meter
A = luas penampang
satuan = m2
 = hambat jenis atau resistivitas
satuan = ohm meter
Grafik hambat jenis terhadap temperatur untuk suatu konduktor memenuhi hubungan :

(t )
  (1   . t )
0
R(t) = R0 ( 1 + .t )
 = koef suhu hambat jenis
CONTOH SOAL
HAMBATAN (RESISTOR)
Sebatang aluminium panjangnya 2,5 m,
berpenampang = 5 cm2. Hambatan jenis
aluminium = 2,63.10-8 ohm.meter. Jika
hambatan yang ditimbulkan oleh aluminium
sama dengan hambatan yang ditimbulkan
oleh sepotong kawat besi yang berdiameter
15 mm dan hambatan jenisnya = 10.10-8
ohm .meter.
Berapakah panjang kawat besi ?
JAWABAN CONTOH SOAL
HAMBATAN (RESISTOR)
L
2,5
8
5
R    2, 63.10 .
 13,15.10 ohm
4
A
5.10
1
3 2
6
2
AFe   .r  3,14( .15.10 )  176, 625.10 m
2
L
L
8
R    10.10
6
2
A
176, 625.10
L
13,15.10  10.10 .
6
176, 625.10
5
8
13,15.105.176, 625.106
L
 23, 23cm
8
10.10
SUSUNAN HAMBATAN
SERI
 i = i1 = i2 = i3 = ....
 VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + ...
 RS = R1 + R2 + R3 + ...
 V1 : V2 : V3  R1 : R2 : R3
SUSUNAN HAMBATAN
PARAREL
 Beda potensial pada masing-masing
ujung tahanan besar ( VA = VB ).
 i = i1 + i2 + i3 + ....

1
1
1
1



...
Rp
R1
R2
R3

1
1
1
i1 : i 2 : i3 
:
:
R1 R2 R3
CONTOH SOAL
RANGKAIAN SERI-PARAREL
A
7 ohm
5 ohm
5 ohm
4 ohm
12 ohm
7 ohm
6 ohm
4 ohm
6 ohm
9 ohm
8 ohm
2 ohm
10 ohm
5 ohm
B
4 ohm
3 ohm
3 ohm
Hitunglah hambatan pengganti di atas.
JAWABAN CONTOH SOAL
RANGKAIAN SERI-PARAREL
A
4 ohm
10 ohm
5 ohm
7 ohm
5 ohm
4 ohm
12 ohm
7 ohm
6 ohm
4 ohm
9 ohm
2 ohm
8 ohm
5 ohm
B
6 ohm
3 ohm
3 ohm
Hambatan 5 ohm dan 3 ohm paling kanan dapat dihilangkan (tidak dihitung) karena
arus listrik tidak akan melaluinya. PERHITUNGAN DILAKUKAN DARI BELAKANG.
Rs  5  4  3  12ohm
1 1 1
 
R p 6 12
Rp 
1 1 1
 
R p 9 18
1 1 1
 
Rp 8 24
24
18
R

 6ohm
Rp 
 6ohm
p
20
3 1
2 1
Rp 
 4ohm
12
 4ohm
2 1
Rs  6  6  12  24ohm Rs  10  4  6  20ohm
Rs  7  7  4  18ohm
1 1 1
 
R p 5 20
4 1
Rs  4  2  4  10ohm
RANGKAIAN HAMBATAN
SEGITIGA - BINTANG
RB
R1.R2
RA 
R1  R2  R3
RC
RA
R1
R2 .R3
RB 
R1  R2  R3
R1.R3
RC 
R1  R2  R3
CONTOH SOAL
RANGKAIAN SEGITIGA-BINTANG
12 ohm
6 ohm
10 ohm
4 ohm
2 ohm
6 ohm
10 ohm
6 ohm
6 ohm
2 ohm
Hitunglah hambatan pengganti.
Hitunglah hambatan pengganti.
JAWABAN CONTOH SOAL
RANGKAIAN SEGITIGA-BINTANG
12 ohm
6 ohm
10 ohm
4 ohm
6 ohm
RA
10 ohm
6 ohm
RB
2 ohm
RC
6 ohm
2 ohm
Rs  3  2  5ohm
Jika besar perkalian silang hambatan sama :
Maka rangkaian mengalami jembatan wheatstone
hambatan yang di tengah tidak diperhitungkan
karena tidak ada arus yang melalui hambatan
tersebut.
Rs  12  6  18ohm Rs  4  2  6ohm
1
1
1


Rp
18 6
Rp 
18
 4,5ohm
3 1
6.6
RA  RB  RC 
 2ohm
666
Rs  2  10  12ohm
1
1 1
 
Rp 12 4
Rs  2  2  4ohm
12
Rp 
 3ohm
1 3
ALAT UKUR
JEMBATAN WHEATSTONE
untuk mengukur besar tahanan suatu penghantar
•Bila arus yang lewat G = 0, maka :
RX
R1 . R3

R2
CONTOH SOAL
JEMBATAN WHEATSTONE
Suatu hambatan yang belum diketahui besarnya ialah Rx dipasang pada jembatan Wheatstone. Hambatan-hambatan yang diketahui
adalah 3 ohm, 2 ohm dan 10 ohm. Galvanome
ter yang dipasang menunjukkan angka nol.
Hitunglah Rx.
JAWABAN CONTOH SOAL
JEMBATAN WHEATSTONE
Rx .R2  R1.R3
R1.R3
Rx 
R2
3.10
Rx 
 15ohm
2
ALAT UKUR
AMPERMETER/GALVANOMETER
Dipakai untuk mengukur kuat arus.
Mempunyai hambatan yang sangat kecil.
Dipasang seri dengan alat yang akan diukur.
Untuk mengukur kuat arus yang sangat besar (melebihi
batas ukurnya) dipasang tahanan SHUNT paralel dengan
Amperemeter (alat Amperemeter dengan tahanan Shunt
disebut AMMETER)
•untuk mengukur arus yang
kuat arusnya n x i Ampere harus
dipasang Shunt sebesar :
1
RS 
Rd
n 1
CONTOH SOAL
AMPERMETER/GALVANOMETER
Sebuah galvanometer dengan hambatan
5 ohm dilengkapi shunt, agar dapat digunakan untuk mengukur kuat arus sebesar 50 A.
pada 100 millivolt jarum menunjukkan skala
maksimum.
Berapa besar hambatan shunt tersebut ?
JAWABAN CONTOH SOAL
AMPERMETER/GALVANOMETER
Rv
i
imaks
vmaks 0,1


 0, 02amper
R
5
idiukur
50
Rshunt
n

 2.500
imaks 0, 02
1
Rshunt 
.5ohm  0, 002ohm
2500  1
ALAT UKUR
VOLTMETER
Dipakai untuk mengukur beda potensial.
Mempunyai tahanan dalam yang sangat besar.
Dipasang paralel dengan alat (kawat) yang hendak diukur
potensialnya.
Untuk mengukur beda potensial yang melebihi batas ukurnya,
dipasang tahanan depan seri dengan Voltmeter.
Untuk mengukur beda potensial
n x batas ukur maksimumnya,
harus dipasang tahanan depan
(RV):
Rv = ( n - 1 ) Rd
CONTOH SOAL
VOLTMETER
Sebuah voltmeter yang mempunyai hambatan
1000 ohm dipergunakan untuk mengukur potensial sampai 120 volt. Jika daya ukur voltmeter = 6 volt.
Berapa besar hambatan Multiplier agar
pengukuran dapat dilakukan ?
JAWABAN CONTOH SOAL
VOLTMETER
Rv
Rdepan
Vdiukur 120
n

 20
Vmaks
6
Rmultiplier  (n  1) Rv
Rmultiplier  (20  1)1000  19.000ohm
ENERGI LISTRIK
HUKUM JOULE
Karena gerakan muatan-muatan bebas yang
menumbuk partikel yang tetap dalam penghantar,
maka terjadi perpindahan energi kinetik menjadi
energi kalor, sehingga penghantar menjadi panas.
W = Jumlah Kalor (Joule).
i = Kuat arus yang mengalir (Ampere).
r = Tahanan kawat penghantar (Ohm).
t = Waktu (detik).
V = Beda potensial antara dua titik A dan B.
2
V
w  i .r.t  V .i.t 
t
r
2
1 kalori = 4,2 Joule dan
1 Joule = 0,24 Kalori
W = 0,24 i^ 2 . r . t
= 0,24 V . i . t
Kalori
DAYA
adalah banyaknya usaha listrik (energi Listrik)
yang dapat dihasilkan tiap detik
USAHA
DAYA 
WAKTU
dw
P
 V .i
dt
V . i. t
( P) 
 V .i
t
SATUAN : joule/detik = Volt -Ampere = Watt
CONTOH SOAL
ENERGI DAN DAYA LISTRIK
Sebuah tungku listrik yang mempunyai daya
144 watt, 120 volt. Ketika digunakan untuk
o
memasak 500 gram air dari 30 C hingga men
didik, pada saat itu tegangan rumah 100 watt
Berapa detik waktu yang dibutuhkan ?
JAWABAN CONTOH SOAL
ENERGI DAN DAYA LISTRIK
P1 V12
 2
P2 V2
144 1202

P2 1002
144.10.000
P2 
 100watt
14400
m.c.t  P.t
100.t  500.4, 2.(100  30)
147000
t
 1470 det ik  24,5menit
100
GAYA GERAK LISTRIK (GGL)
adalah besarnya energi listrik yang berubah menjadi energi
bukan listrik atau sebaliknya, jika satu satuan muatan
melalui sumber itu, atau kerja yang dilakukan sumber arus
persatuan muatan.
dW

dq
( Joule/Coulomb = Volt )