Arus listrik timbul karena adanya perbedaan…. * tegangan sumber arus listrik hambatan muatan listrik

Secara garis besar, petir terjadi akibat adanya akumulasi muatan pada awan. Muatan tersebut menginduksi muatan yang berlawanan pada awan yang lain atau permukaan bumi, terjadilah beda potensial (tegangan). Semakin besar muatan, semakin besar pula tegangan, sampai pada batas tertentu muatan negatif (elektron) lepas dari ikatannya dan tertarik ke arah muatan positip. Terjadilah arus listrik yang sangat besar. Arus elektron bertumbukan dengan partikel-partikel udara yang dilewatinya, terjadilah panas yang tinggi dan pancaran cahaya.

Proses pada petir ditiru untuk diterapkan dalam teknologi seperti pembakaran gas bahan bakar di dalam mesin mobil oleh percikan api pada busi, serta lucutan sinar katoda pada lampu TL. Beda potensial menimbulkan arus listrik. Arus listrik berinteraksi dengan medium gas yang dilewati, yang menyebabkan terjadinya fenomena fisika yang dikehendaki seperti panas yang tinggi atau terpancarnya cahaya.

Listrik juga dimanfaatkan untuk menyalakan lampu (pijar), kompor listrik, alat pembakar roti, penanak nasi, dan sebagainya. Prinsipnya peralatan tersebut dihubungkan dengan sumber energi listrik dalam bentuk tegangan. Tegangan listrik menimbulkan arus listrik mengalir di dalam penghantar yang terdapat bagian yang memiliki hambatan cukup besar.

Hubungan antara beda tegangan, arus listrik dan hambatan diekspresikan dalam Hukum Ohm. 

Gambar 1. Skema diagram tegangan, arus listrik dan hambatan

 Ketika arus listrik melewati hambatan, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi panas, sehingga suhunya naik.

Energi yang terdisipasi selama t adalah :

Menurut Joule, daya listrik yang terdisipasi pada hambatan adalah :

Banyak peralatan dapur yang menggunakan listrik, seperti blender, mixer, pencacah daging, juicer, dan lain-lain. Demikian juga peralatan pertukangan seperti bor, gerinda, gergaji dan pengamplas. Peralatan tersebut bekerja menggunakan motor listrik.

Motor listrik bekerja berdasarkan gaya Lorentz :

Jika arus listrik mengalir pada penghantar yang berada di dalam medan magnet, penghantar tersebut akan mengalami gaya Lorentz.

Jika penghantar tersebut berupa lup tertutup (kumparan) yang dapat berputar pada suatu sumbu tertentu, gaya Lorentz yang bekerja pada kumparan tersebut dapat menimbulkan momen gaya. Momen gaya akan memutar kumparan terhadap sumbu putar. Jika sumbu putar dihubungkan dengan suatu sistem mekanik, kumparan tersebut menjadi motor yang menggerakkan sistem mekanik tersebut. Secara matematis momen gaya pada kumparan dapat dinyatakan seperti berikut :

Motor listrik juga berperan dalam berbagai peralatan pompa dan kompresor, termasuk kompresor pada sistem pendingin seperti pada kulkas dan AC. Saat ini sedang terjadi pergeseran teknologi kendaraan bermotor dari mesin berbahan bakar fosil ke mesin bertenaga listrik. 

Semua peralatan yang telah diuraikan bekerja menggunakan arus listrik yang dibangkitkan oleh beda tegangan. Untuk membangkitkan arus yang kecil, dalam order mili atau mikro ampere, beda tegangan tersebut bersumber dari perangkat yang dikenal dengan baterai atau accu. Berikut ini adalah contoh uraian bagaimana prinsip kerja baterai atau accu :

Untuk arus yang cukup besar, dalam order ampere digunakan generator (pembangkit) listrik sebagai sumber tegangan. PLN (Perusahaan Listrik Negara) menyediakan sumber energi listrik ke perumahan, perkantoran, pertokoan dan pabrik-pabrik melalui suatu jaringan listrik. Energi listrik dalam jumlah yang besar diproduksi oleh pembangkit yang berada di suatu tempat. Listrik yang dihasilkan oleh pembangkit bertegangan 20 kV, kemudian disalurkan melalui jaringan bertegangan tinggi, yaitu 150 kV. Penyaluran dalam tegangan tinggi dilakukan untuk mengurangi energi yang hilang karena adanya hambatan sepanjang saluran. Dengan tegangan yang tinggi, arus listriknya menjadi kecil sehingga energi yang hilang menjadi kecil juga. Ketika akan didistribusikan ke pengguna, tegangan tersebut diturunkan kembali menjadi 20 kV. Pada jaringan distribusi tegangan tersebut diturunkan kembali dari 20 kV menjadi 220 V.

Pembangkit listrik ada yang menghasilkan arus searah ada juga yang bolak-balik. Pada arus searah muatan listrik mengalir pada satu arah. Adapun paada arus bolak balik muatan bergerak bolak-balik ke kiri dan ke kanan. Berikut ini adalah contoh video yang menjelaskan perbedaan arus DC dan arus AC.

Generator listrik bekerja berdasarkan Hukum Faraday. Hukum ini menyatakan jika terjadi perubahan fluks magnet yang dilingkupi oleh suatu untai tertutup akan terjadi gaya gerak listrik pada ujung-ujung untai itu yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluks tersebut. Gaya gerak listrik tidak lain adalah beda tegangan antara ujung-ujung untai. Dengan demikian, jika suatu kumparan diputar di dalam medan magnet maka pada ujung-ujungnya terjadi beda potensial yang dapat digunakan untuk menggerakkan muatan listrik sehingga mengalir arus listrik. Proses ini adalah kebalikan dari motor listrik, yang mana jika kumparan yang berada di dalam medan magnet dihubungkan dengan sumber tegangan maka kumparan tersebut dapat berputar. Jika pembangkit listrik mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

Berbeda dengan baterai atau accu yang meengalirkan arus searah, pembangkit listrik dapat mengalirkan arus searah atau pun bolak balik. Berikut ini adalah contoh video yang menguraikan perbedaan pembangkit listrik bolak-balik dan searah, serta mebandingkannya dengan prinsip kerja motor listrik. 

Telah disebutkan bahwa untuk menyalurkan listrik dari pembangkit ke pengguna perlu menaikkan dan menurunkan tegangan. Untuk itu diperlukan perangkat yang disebut transformator. Transformator terdiri atas dua kumparan yang disebut dengan kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer adalah kumparan yang dihubungkan dengan tegangan yang akan diubah, sedangkan kumparan sekunder adalah kumparan yang menghasilkan perubahan tegangan. Perangkat ini    bekerja berdasarkan proses induksi magnet dan Hukum Faraday dan hanya dapat bekerja pada arus AC (bolak-balik).  Berikut ini adalah contoh video yang menguraikan bagaimana transformator bekerja untuk menaikkan dan menurunkan tegangan.

Mohon maaf, Pak. Untuk rumus/formula setelah Gambar 1. Skema diagram tegangan, arus listrik dan hambatan, belum muncul pak, sehingga kami belum bisa melihatnya.

Maksudnya persamaan 2, 3, 4 dan 5?Apakah yang lain juga tidak dapat melihat?

Persamaan (2) :  W = Pt

Persamaan (3) :  P = I2R

Persamaan (4) :   

Persamaan (5) :