ARUS SEARAH (DC)

Arus listrik dalam suatu elektronika tentunya sangat kita butuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Banyak sekali peralatan rumah tangga yang menggunakan tegangan listrik diantaranya setrika, televisi, lampu, dan sebagainya. Manfaat dari listrik tentu patut kita syukuri keberadaannya, namun apakah anda sepenuhnya paham mengenai seluk-beluk arus listrik? Arus dapat dibedakan menjadi dua, yaitu arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Perbedaan yang paling mendasar dari arus searah dan arus bolak-balik adalah terletak pada arah arusnya. Arah arus searah mengalir dalam satu arah sedangkan arah arus bolak-balik mengalir dalam dua arah. Pada kesempatan kali ini akan kita bahas tentang arus listrik searah (DC). Untuk lebih jelasnya, ayo simak uraian berikut dengan seksama!

 

A.  Arus Listrik

Arus listrik merupakan aliran partikel-partikel bermuatan listrik. Sebelum elektron ditemukan, arus listrik ditetapkan sebagai partikel-partikel bermuatan positif yang bergerak dari kutub positif ke kutub negative baterai. Aliran listrik yang mengalir pada penghantar dapat berupa arus searah atau direct current (DC) dan dapat berupa arus bolak-balik atau alternating current (AC).

1.      Arus listrik searah atau direct current (DC)

Arus searah (DC) adalah arus yang alirannya dari kutub negative menuju ke kutub positif. Tegangan DC selamanya tetap, jika tegangan itu berpotensial positif maka seterusnya positif dan jika tegangan itu berpotensial negative, maka seterusnya negative.

2.      Kuat arus listrik

Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang melalui penampang suatu penghantar setiap satuan waktu, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

I = q/t atau q = It

Keterangan:

I = kuat arus listrik (A)

q = muatan listrik yang mengalir (c)

t = waktu yang diperlukan (s)

 

B.  Hukum Ohm

Hukum Ohm berbunyi “ Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu dengan syarat suhunya konstan/tetap “.

Persamaan hukum Ohm tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

R = V/I atau V = IR   

Keterangan :

V = beda potensial atau tegangan (V)

I = kuat arus listrik (A)

R = hambatan listrik (Ω)

 

C.  Hambatan Listrik

Jenis hambatan dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu sebagai berikut.

1.      Resistor variabel

Resistor variable yang kita kenal ada dua, yaitu resistor variabel tipe berputar dan bergeser (rheostat). Cara kerja kedua resistor adalah sama, yaitu memutar atau menggeser kontak luncur untuk menambah atau mengurangi nilai hambatan sesuai kebutuhan.

2.      Resistor tetap

Pada resistor tetap yang biasanya dibuat dari karbon atau kawat nikrom tipis, nilai hambatannya disimbolkan dengan warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya. Symbol warna-warna tersebut mempunyai arti sesuai letaknya.

 

D.  Rangkaian Hambatan Listrik

1.      Rangkaian hambatan seri

Rangkaian hambatan seri adalah rangkaian yang disusun secara berurutan (segaris) besar kuat arus (I) disetiap titik dalam rangkaian tersebut adalah sama. Hambatan pengganti pada rangkaian seri dapat dirumuskan sebagai berikut.

R_S = R₁+R₂+R₃+…+R_n

Keterangan :

R_S = hambatan seri (Ω)

R_n = hambatan ke-n (Ω)

n = banyaknya hambatan

2.      Rangkaian hambatan paralel

Hambatan parallel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Hambatan pengganti pada rangkaian parallel dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :

R_p = hambatan paralel (Ω)

R_n = hambatan ke-n (Ω)

n= banyaknya hambatan

 

Latihan Siswa

Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!

1.      Dalam suatu oennghantar dilewati muatan listrik 3 coulomb dalam waktu 1 menit. Berapakah kuat arusnya ?

2.      Sebuah aki mobil 12 V memberikan kuat arus listrik sebesar 2,5 mA pada sebuah rangkaian yang di dalamnya terdapat sebuah resistor. Berapakah hambatan resistor tersebut ?

3.      Sebuah lampu mempunyai hambatan 660 Ω, dipasang pada tegangan 220 volt. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir pada oenghantar tersebut ?

4.      Kuat arus listrik yang mengalir pada suatu kabel yang luas penampang kawatnya 0,2 mm² dalam suatu rangkaian elektronika adalah 0,17 mA. Dalam satu jam, berapakah besar muatan yang melalui kabel tersebut?

5.      Tiga buah hambatan, masing-masing nilainya 3 Ω, 4 Ω, dan 6 Ω dirangkai secara parallel. Hitunglah hambatan penggantinya!

 

E.  Hukum Kirchhoff

Hukum Kirchhoff merupakan hukum yang mempelajari arus listrik dalam suatu percabangan. Hukum Kirchhoff dibagi dua, sebagai berikut.

1.      Hukum I Kirchhoff

Hukum I Kirchhoff menyatakan bahwa “ jumlah arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut”. Secara matematis, hukum Kirchhoff dirumuskan:

∑I_masuk = ∑I_keluar

2.      Hukum II Kirchhoff

Hukum II Kirchhoff menyatakan bahwa “jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian harus sama dengan nol”. Secara matematis, hukum II Kirchhoff dapat dinyatakan sebagai berikut.

 ∑E = ∑ (I X R)

Keterangan :

E = GGl sumber arus (V)

I = kuat arus listrik (A)

R = Hambatan (Ω)

 

a.       Kuat arus listrik dalam rangkaian sederhana

Pada dasarnya sumber tegangan GGL memiliki hambatan dalam yang disimbolkan dengan r. nilai r ini adalah nilai hambatan yang ada dalam GGL sumber tegangan pada suatu rangkaian.

E = (I x r) + (I x R) atau E = I (r+R) atau I = E/(r+R)

Nilai I x R pada persamaan diatas merupakan tegangan penggunaan diluar sumber arus yang disebut tegangan jepit (K). Jadi, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

E = I x r + K atau K = E – I x r

Keterangan:

E = GGL sumber arus (V)

I = kuat arus listrik (A)

r = hambatan dalam sumber arus (Ω)

r = hambatan penghambat (Ω)

k = tegangan jepit (V)

b.      Kuat arus listrik dalam rangkaian majemuk (kompleks)

Berdasarkan hukum II Kirchhoff dapat dihitung dengan persamaan berikut.

E₁ – E­₂ + E₃ = I (r₁ + R₁ + r₂ + R₂ + R₃ + R₄ + r₃)

 

F.   Daya Listrik dalam Kehidupan Sehari-hari

Besarnya energy setiap satuan waktu disebut daya listrik. Secara matematis daya listrik dapat dituliskan sebagai berikut.

P = W/t = V I = I^2 x R = V^2/R

Keterangan :

P = daya listrik (W)

W = energy listrik (J)

V = tegangan listrik (V)

I = kuat arus listrik (A)

R = hambatan listrik (Ω)

 

G.  Jenis-jenis Peralatan Listrik Searah

1.      Galvanometer

Sebuah galvanometer terdiri atas sebuah magnet, kumparan kawat, pegas spiral, jarum penunjuk, dan skala kalibrasi. Prinsip kerja galvanometer, yaitu ketika arus melewati kumparan dalam sebuah medan magnet, kumparan akan mengalami sebuah torka yang sebanding dengan arus. Jika perputaran kumparan di dalam medan magnet dilawan oleh sebuah pegas maka besar simpangan dari jarum yang diikatkan pada kumparan sebanding dengan arus kumparan tersebut.

2.      Amperemeter

Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik. Amperemeter yang sering digunakan di laboratorium, skala maksimumnya 5 A, 10 A dan 20 A. Amperemeter bekerja berdasarkan prinsip gaya magnetik (gaya Lorentz). Ketika arus mengalir melalui kumparan yang dilingkupi oleh medan magnet, timbul gaya Lorentz yang menggerakkan jarum penunjuk menyimpang. Apabila arus yang melewati kumparan besar maka gaya yang timbul juga akan membesar, sehingga penyimpangan jarum penunjuk juga akan lebih besar dan sebaliknya. Jika kita akan mengukur arus yang melewati penghantar dengan menggunakan amperemeter, maka kita harus pasang seri dengan cara memotong penghantar agar arus mengalir melewati amperemeter. Kuat arus yang terukur dapat dicari dengan menggunakan rumus:

I = ((angka yg ditunjuk)/Skala maksimum) x A

Keterangan:

A = nilai amperemeter yang digunakan

3.      Voltmeter

Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik. Prinsip kerja voltmeter hamper sama dengan amperemeter, karena desainnya juga terdiri dari galvanometer dan hambaatan seri atau multiplier. Untuk mengukur tegangan harus menggunakan voltmeter yang dipasang parallel. Pada rangkaian arus searah pemasangan kutub voltmeter harus sesuai. Kutub positif dengan potensial tinggi dan kutub negative dengan potensial rendah. Bila pemasangan terbalik terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri.

 

Latihan Siswa

Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar!

1.      Hambatan sebuah kawat 10,5 Ω dihubungkan dengan sumber GGL 5,5 V dan hambatan dalam sumber 0,5 Ω. Berapakah kuat arusnya?

2.      Dua buah baterai disusun seri. Setiap baterai mempunyai beda potensial 1,5 V dan hambatan dalam 0,5 Ω. Bila baterai dihubungkan dengan hambatan 5 Ω, maka berapakah kuat arus yang mengalir?

3.      Empat buah baterai masing-masing memiliki GGL 1,5 V memiliki hambatan dalam masing-masing 0,5 Ω disusun seri dan dihubungkan dengan hambatan 1,875 Ω. Berapakah kuat arus yang mengalir?

4.      Pada sebuah kipas angina tertulis 100 W, 220 V. kipas tersebut dipakai selama 4 jam, berapakah hambatan kipas angina tersebut?

5.      Pada soal nomor 4, berapa daya yang dipakai jika dihubungkan dengan tegangan 110 V?

6.      Sebuah baterai mempunyai GGL sebesar 6 V. pada saat kedua kutub baterai dihubungkan singkat terjadi arus listrik sebesar 3 A. berapakah hambatan dalam baterai tersebut?

7.      Hambatan sebuah kawat 4 Ω serta memiliki hambatan dalam sumber sebesar 2 Ω. Berapa sumber tegangan GGL yang dibutuhkan jika kuat arusnya 3 A?

8.      Sebuah setrika listrik yang memiliki spesifikasi 300 W/220 V digunakan selama 2 jam setiap hari. Jika setrika dipasang pada sumber tegangan 110 V, maka berapakah biaya tagihan listrik dalam satu bulan dengan biaya per kWh adalah Rp 100,00?

9.      Sebuah amperemeter dengan hambatan dalam R_A sebesar 50 Ω mempunyai batas ukur maksimum 1 mA. Berapakh besar hambatan paralel (Shunt) yang harus dipasang agar amperemeter ini mempunyai batas ukur maksimum 1 A?

10.  Sebuah galvanometer dengan hambatan dalam R_G sebesar 50 Ω mengalami simpangan maksimum. Jika dilalui arus sebesar 10 mA, galvanometer akan dibuat menjadi amperemeter yang mampu mengukur arus hingga 5 A dengan menggunakan sebuah hambatan shunt. Berapakah besar hambatan tersebut?