Bagaimana konsep arus didefinisikan berdasarkan muatan listriknya?

Senang bisa jumpa lagi sahabat BT. Hari ini Om BT bakal kembali sharing tentang ilmu kelistrikan. Pada kesempatan ini Om BT akan membahas pengertian dan rumus arus listrik yang wajib dipahami siapa saja yang berkecimpung di dunia kelistrikan. Semoga bermanfaat.

Pengertian dan Penjelasan

Pada ilmu kelistrikan Arus Listrik sangat berkait erat dengan Tegangan (V), Daya (P) dan Hambatan (R). Untuk Menjelaskan hubungannya bisa dilihat pada gambar di bawah :

Jadi arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.   

Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikro Ampere seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir.  

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A).

Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.  

Arus listrik yang mengalir pada penghantar dapat berupa arus searah atau direct current (DC) dan dapat berupa arus bolak-balik atau alternating current (AC). Aliran arus listrik pada kawat kita kenal sebagai arus listrik.

Aliran muatan dapat berupa muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron). Pada dasarnya rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup.

Rangkaian listrik terbuka adalah suatu rangkaian yang belum dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan rangkaian listrik tertutup adalah suatu rangkaian yang sudah dihubungkan 

Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran muatan-muatan listrik. Aliran muatan listrik positif identik dengan aliran air.

Air dalam bejana A mempunyai energi potensial lebih tinggi daripada air dalam bejana B, sehingga terjadi aliran air dari bejana A menuju bejana B atau dikatakan bahwa potensial di A lebih tinggi daripada potensial di B sehingga terjadi aliran muatan listrik dari A ke B.

Jadi, dapat dikatakan bahwa muatan listrik positif mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Selanjutnya, aliran muatan listrik positif tersebut dinamakan arus listrik.

Jadi, arus listrik dapat didefinisikan sebagai aliran muatan positif dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arus listrik terjadi apabila ada perbedaan potensial.

Bagaimana bila dua titik yang dihubungkan mempunyai potensial yang sama? Tentu saja tidak ada aliran muatan listrik positif atau tidak terjadi arus listrik.  

Kita pasti berpikir bagaimana halnya dengan muatan listrik negatif? Apakah muatan listrik negatif tidak dapat mengalir? Pada perkembangan selanjutnya, setelah elektron ditemukan oleh ilmuwan fisika J.J.

Thompson (1856–1940), ternyata muatan yang mengalir pada suatu penghantar bukanlah muatan listrik positif, melainkan muatan listrik negatif yang disebut elektron.  

Arah aliran elektron dari potensial rendah ke potensial tinggi (berlawanan dengan arah aliran muatan positif). Namun hal ini tidak menjadikan masalah, karena banyaknya elektron yang mengalir dalam suatu penghantar sama dengan banyaknya muatan listrik positif yang mengalir, hanya arahnya yang berlawanan.

Jadi, arus listrik tetap didefinisikan berdasarkan aliran muatan positif yang disebut arus konvensional.

Rumus Arus Listrik

Besarnya arus listrik (disebut kuat arus listrik) sebanding dengan banyaknya muatan listrik yang mengalir. Kuat arus listrik merupakan kecepatan aliran muatan listrik.

Dengan demikian, yang dimaksud dengan kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang melalui penampang suatu penghantar setiap satuan waktu. Bila jumlah muatan Q melalui penampang penghantar dalam waktu t, maka kuat arus I secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

I = Q/t

Dimana :

I   = Kuat Arus ListrikQ = Muatan Listrik

t = Waktu

Berdasarkan persamaan seperti di atas, dapat disimpulkan bahwa satu coulomb adalah muatan listrik yang melalui sebuah titik dalam suatu penghantar dengan arus listrik tetap satu ampere dan mengalir selama satu second.  

Mengingat muatan elektron sebesar -1,6 × 10-19 C, (tanda negatif (-) menunjukkan jenis muatan negatif), maka banyaknya elektron (n) yang menghasilkan muatan 1 coulomb dapat dihitung sebagai berikut.   1 C = n × besar muatan elektron   1 C = n × 1,6 × 10-19 C,

Jadi, dapat dituliskan 1 C = 6,25 × 1018 elektron.

Demikianlah pembahasan tentang pengertian dan rumus arus listrik yang Om BT ramu dari berbagai sumber. Semoga bermanfaat! [www.blogteknisi.com]

27 Agustus 2021

Pada kesempatan kali ini, kami mengetengahkan beberapa teori dasar listrik yang diharapkan dapat membantu orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik.

Arus Listrik

Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron. "1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 628x10^16 atau sama dengan 1 coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor"

Formula Arus Listrik adalah :

I =Q / t (ampere )

Dimana :

I = Besarnya arus listrik yang mengalir, ampere Q = Besarnya muatan listrik, coulomb

t = Waktu dalam satuan deti

Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik, adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu. Definisi : "Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik". Formula untuk menghitung banyaknya Muatan Listrik, Kuat Arus dan Waktu :

Muatan Listrik --> I x t Kuat Arus --> I = Q/t

Waktu --> t= Q/I

Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik. Muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan "coulomb (C)", muatan proton +1,6 x 10- 19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik.

Rapat Arus

Rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm2 luas pada penampang kawat. Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm2, maka kerapatan arusnya 3A/mm2 (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm2, maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm2).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan daiam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Berdasarkan tabel KHA kabel berpenampang 4 mm2, 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm2. Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil. Formula-formula untuk menghitung besarnya Rapat Arus, Kuat Arus dan Penampang Kawat:

Tahanan dan Daya Hantar Penghantar.

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, seperti halnya tembaga dan aluminium yang memiliki daya hantar Iistrik tinggi. Bahan penghantar terdiri dari kumpuIan atorn, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron dengan atom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan. Tahanan didefinisikan sebagai : "1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm2 pada temperatur 0° C". Sedangkan Daya Hantar didefinisikan sebagai "Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik".

Rapat Arus [ A/mm2 ] (A/mm2) --> J=I/A Kuat Arus [Amp] -->A=I/J

Luas Penampang Kawat [mm2] --> A=I/J

Rumus untuk menghitung besarnya Tahanan Listrik terhadap Daya Hantar Arus:

Tahanan Resistansi [ Ω ohm] --> R = 1/G
Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho] --> G = 1/R

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

Bila suatu penghantar dengan panjang I dan diameter penampang q serta tahanan jenis P (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :

R = ρ x l / q

Dimana :
R = Tahanan kawat [ Ω / ohm ] l = Panjang kawat [meter/m]

ρ = Tahanan jenis kawat [ ? mm2 /meter]

Nilai resistant atau tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada Panjang penghantar, Luas penampang konduktor, Jenis konduktor dan Temperatur. Tahanan penghantar akan dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom semakin meningkat sehingga akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar. Setelah pembahasan terhadap Arus, Kuat Arus, Rapat Arus, kemudian Tahanan dan Daya Hantar Penghantar, maka berikut ini kami sajikan lanjutan tentang beberapa teori yang berhubungan dengan Tegangan dan Rangkaian Listrik.

Potensial atau Tegangan

Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. Dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut "potentiai difference atau perbedaan potensial". satuan dari potential difference adalah Volt. "Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb"

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah: V = W / Q [volt]

Dimana: V = Beda potensial atau tegangan, dalam volt W = Usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule

Q = Muatan listrik, dalam coulomb

Rangkaian Listrik

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup

Alat Ukur Tegangan

Alat ukur tegangan adalah "Voltmeter" dan alat ukur arus listrik adalah "Amperemeter". Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal ini disebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

Hukum Ohm

Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

Arus Listrik [ampere] I = V/R Tegangan [volt] V = R x 1

Resistansi atau Tahanan [ohm] R = V/1

Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:

P = I x V
P = I x I x R P = 12 x R

Hukum Kirchoff

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol

Demikian sedikit rangkai tulisan tentang Teori Dasar Listrik, yang diharapkan dapat berguna bagi pembaca.

Baca juga : Jenis sambungan kabel yang banyak diaplikasikan, Tips membeli kabel listrik yang berkualitas, Kabel Tegangan Menengah & Sistem Distribusi Tenaga Listrik