Materi listrik Dinamis Kelas 9

Listrik Dinamis Khusus Kelas 9

Arus Listrik

Perhatikan lampu listrik di rumahmu atau di ruang kelasmu. Ketika kamu menyalakan lampu tentunya kamu akan menekan sakelaryang terpasang di dinding. Jika satu sakelar ditekan maka lampu akan menyala tetapi mungkin lampu di ruangan lain tidak ikut menyala, atau ketika kamu menekan sakelar ternyata semua lampu di beberapa ruangan akan menyala bersamaan.

Buah dapat berperan sebagai baterai karena adanya penggunaan lempeng seng dan lempeng besi yang berfungsi untuk menimbulkan beda potensial dalam buah. Lempeng seng berfungsi sebagai kutub negatif dan lempeng besi berfungsi sebagai kutub positif. Adanya beda potensial dalam buah inilah yang kemudian mendorong elektron-elektron untuk bergerak hingga memicu aliran listrik dalam rangkaian.

Jika kamu perhatikan sambungan dari baterai, lampu dan kabel, atau sambungan dari semangka atau jeruk, lampu, dan kabel, ternyata sambungan tersebut terhubung satu sama lain sehingga rangkaian tersebut merupakan rangkaian tertutup. Dengan demikian, sebuah rangkaian listrik yang tertutup akan menghasilkan nyala lampu.

Ketika kamu menghubungkan lampu dan sumber listrik dengan menggunakan kabel artinya kamu telah membuat sebuah rangkaian listrik. Pada rangkaian listrik tertutup (skalar tertutup atau posisi on), arus listrik akan mengalir dan lampu menyala.

Arus listrik mengalir karena pada ujung-ujung rangkaian ada perbedaan potensial listrik yang diberikan oleh baterai sebagai sumber tegangan seperti yang telah dijelaskan pada percobaan baterai buah. Ujung kawat penghantar yang memiliki banyak elektron (terhubung dengan kutub negatif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang rendah, sedangkan ujung kawat penghantar lainnya yang memiliki sedikit elektron (terhubung dengan kutub positif baterai) dapat dikatakan memiliki potensial listrik yang tinggi. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan arah aliran elektron adalah sebaliknya yaitu dari potensial rendah ke potensial tinggi atau dengan kata lain dari kutub negatif ke kutub positif.

Pada rangkaian listrik tertutup, besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian dapat ditentukan dengan menghitung besar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian setiap detiknya. Hal ini dikarenakan besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup sebanding dengan besarnya muatan listrik yang mengalir pada setiap detik, atau secara matematis besar arus listrik ditulis sebagai berikut.

Keterangan:

I = arus listrik (ampere)

q = muatan listrik (coulomb)

t = waktu (detik)

Pada rangkaian listrik tertutup, pembawa muatan listrik adalah elektron sehingga besarnya muatan ditentukan oleh jumlah elektron, yaitu;

Keterangan:

I = Arus listrik (ampere)

N = jumlah muatan listrik

e = muatan elektron (coulomb)

t = waktu (detik)

Contoh

Arus listrik sebesar 5 mA mengalir pada sel saraf selama 0,1 detik. Berapakah besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf tersebut?

Diketahui:

A = 5 mA = 0,005 A

t = 0,1 s

e = 1,6 x 10-19 C

Ditanyakan: besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf

Jawab:

Besar muatan listrik,

I = q/t

Q = I x t = 0,005 x 0,1 = 5 x 10-4 C

Banyaknya elektron yang mengalir pada sel saraf,

I = N.e/t

N= I.t/e

N =5 x 10-4/1,6 x 10-19 = 3, 125 x 1015 elektron

Rangkaian Listrik

Pada rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian seri. Ketiadaan percabangan kabel pada rangkaian listrik seri mengakibatkan aliran listrik akan terputus jika salah satu ujung kabel terputus, sehingga arus tidak ada yang mengalir di dalam rangkaian dan seluruh lampu akan mati. Pada rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian paralel. Jika salah satu ujung kabel terputus, maka arus listrik akan tetap mengalir pada kabel lainnya yang masih terhubung dan beberapa lampu lainnya akan tetap menyala.

Pada suatu rangkaian listrik, hambatan listrik juga dapat dipasang secara seri dan paralel seperti pada lampu dan baterai . Pola pemasangan hambatan listrik ini ternyata juga mempengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik.

a. Rangkaian Hambatan Listrik Seri

Pada rangkaian seri kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda-beda, sehingga

b. Rangkaian Hambatan Listrik Paralel

Pada rangkaian parallel, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda, sehingga

Karakteristik Rangkaian Listrik

a. Hukum Kirchof

Menurut Huku Kirchoff, besar arus listrik yang masuk ke dalam titik cabang kawat penghantar nilainya sama dengan besar arus listrik yang keluar dari titik cabang kawat penghantar tersebut.

Secara matematis, hukum Kirchoff dapat ditulis seperti berikut.

Jika diketahui besar arus listrk I1 = 2 A, I2 = I3 = 4 A, dan I4 = 5 A, maka besar arus I5 adalah,

Jadi besar arus listrik yang mengalir pada I5 adalah 1 ampere

b. Rangkaian GGL dan Hukum Ohm pada Rangkaian Tertutup

Baterai baru yang belum dipakai umumnya memiliki Gaya memiliki Gaya Gerak Listrik (GGL) = 1,5 V. Artinya sebelum merangkaikan untukmenghasilkan arus listrik, di antara kutub-kutub baterai ada tegangan sebesar 1,5 V. Jika baterai dihubungkan dengan suatu rangkaian sehingga ada arus yang mengalir, maka tegangan di antara kutubkutub baterai disebut tegangan jepit.

Perbedaan besar GGL dan tegangan jepit baterai dikarenakan adanya hambatan dalam pada baterai. Menurut Hukum Ohm, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup adalah:

Sehingga, besar tegangan jepitnya menjadi,

I . R = E – ( i . r )

V = E - ( i . r )

Dengan :

r = hambatan dalam baterai ( ῼ )

R = Hambatan luar(ῼ )

E = GGL baterai (volt)

V = tegangan jepit (volt)

I = arus listrik (ampere)

Sumber Arus Listrik

Listrik adalah energi, sehingga sesuai dengan hukum kekekalan energi untuk menghasilkan energi listrik perlu adanya alat yang dapat mengubah energi lain menjadi energi listrik. Secara umum, sumber arus listrik terdiri dari dua jenis, yaitu sumber arus searah (DC) dan sumber arus bolak-balik (AC).

Elemen volta, baterai, dan akumulator adalah sumber arus DC yang dihasilkan dari reaksi kimia, sehingga disebut juga sebagai elektrokimia. Berdasarkan dapat atau tidaknya diisi ulang, sumber arus listrik dibedakan menjadi elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti baterai kering dan elemen volta. Elemen sekunder adalah sebutan bagi sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya seperti akumulator dan baterai Li-ion yang digunakan pada telepon genggam atau kamera.

Sumber-Sumber Energi Listrik

Mengingat keterbatasan energi tambang, kini listrik tidak hanya dihasilkan dari minyak bumi atau batu bara, tetapi juga dari energi matahari, angin, air, dan bioenergi. Sumber-sumber energi tersebut merupakan energi alternatif karena ketersediaannya di alam yang dianggap sangat melimpah atau tidak akan pernah habis jika digunakan. Agar mengetahui berbagai sumber energi alternatif tersebut, bacalah uraian berikut dengan seksama.

a. Energi Matahari

Energi matahari adalah sumber energi terbesar dan paling besar ketersediaannya. Melalui penggunaan panel surya, energi matahari dapat diubah menjadi energi listrik. Tetapi saat cuaca mendung, energi listrik yang diperoleh tidak dapat dihasilkan secara maksimal. Sehingga, energi yang diperoleh saat matahari bersinar terang akan disimpan dalam baterai agar dapat digunakan saat cuaca mendung atau bahkan malam hari.

Penggunaan energi surya di Indonesia diterapkan dalam dua macam teknologi, yaitu teknologi energi surya termal dan energi surya fotovoltaik. Energi surya termal digunakan untuk memasak (kompor surya), mengeringkan hasil pertanian dan memanaskan air. Energi surya fotovoltaik digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik, pompa air, televisi, telekomunikasi, dan lemari pendingin di Puskesmas dengan kapasitas total ± 6 MW.

b. Energi Angin (Kincir Angin)

Kincir angin adalah salah satu contoh sumber energi listrik alternatif. Energi gerak, yang dihasilkan oleh gerakan angin terhadap kincir, diubah oleh generator menjadi energi listrik. Berbeda dengan batu bara, gas, dan minyak bumi, kincir angin tidak menyebabkan polusi bagi lingkungan, sehingga kincir angin dipercaya ramah terhadap lingkungan. Oleh sebab itu, pada tahun 1930, pemerintah Amerika mulai menggunakan kincir angin sebagai sumber energilistrik utamanya. Di daerah California, saat ini sudah ada 13.000 kincir angin yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik hingga 1,5 – 4 juta kWh setiap tahunnya, ini berarti setiap kincir angin digunakan untuk menyuplai kebutuhan listrik 150 hingga 400 rumah. Namun, ketika tidak ada angin yang berhembus maka tidak akan ada energi listrik yang dihasilkan, sehingga masih diperlukan sejumlah batubara, gas, atau minyak bumi untuk memenuhi energi listrik pada saat tersebut.

Berdasarkan penelitian pada tahun 1980, ternyata penggunaan kincir angin menimbulkan permasalahan bagi lingkungan, khususnya pada penurunan populasi burung. Baling-baling kincir angin yang tinggi dan berukuran sangat besar telah menyita habitat burung sehingga timbul persaingan antara burung dan kincir.

Tidak kalah dengan California, Indonesia telah membangun beberapa unit kincir angin dengan kapasitas masing-masing 80 KW di Yogyakarta dan menargetkan pembuatan Pembangkit Listrik Tenaga Baru (PLTB) yang mampu menghasilkan 250 MW pada tahun 2025.

c. Energi Air (Hydropower)

Air yang mengalir dari hulu ke hilir, khususnya pada sungai-sungai yang deras, dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik. Arus air sungai tersebut dimanfaat kan untuk menggerakkan turbin yang terhubung pada generator sehingga energi listrik dapat dihasilkan.

Banyaknya jumlah sungai dan danau air tawar membuat Indonesia membangun banyak Pembangkit Listrik Tenaga Air(PLTA) di seluruh wilayahnya. Potensi tenaga air di seluruh Indonesia diperkirakan sebesar 75.684 MW, tetapi yang dimanfaatkan masih 100 MW dengan jumlah pabrik sekitar 800. Salah satu contoh PLTA yaitu PLTA Karangkates yang ada di Kabupaten Malang.

d. Bioenergi

Bioenergi adalah energi yang di peroleh dari biomassa. Biomassa merupakan bahan organik yang berasal dari makhluk hidup, baik dari tumbuhan maupun hewan. Limbah dari budidaya pertanian, perkebunan, kehutanan, peternakan, maupun perikanan juga dapat digunakan sebagai sumber bioenergi. Energi yang diperoleh dari biomassa ini dapat diubah menjadi energi listrik dengan cara mengolah biomassa menjadi bahan bakar nabati, misalnya etanol atau biodisel. Bahan bakar nabati ini selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan bakar generator atau diesel untuk menghasilkan listrik.

Transmisi Energi Listrik

Transmisi listrik jarak jauh dilakukan dengan menaikkan tegangan listrik. Jika tegangan listrik untuk transmisi jarak jauh rendah, maka arus listriknya akan menjadi besar sehingga diperlukan kabel listrik yang besar dan banyak energi yang terbuang menjadi kalor saat listrik disalurkan dari PLN ke rumah-rumah. Namun, dengan tegangan yang tinggi, maka arus listrik akan menjadi kecil sehingga kabel listrik yang dibutuhkan kecil dan tidak terlalu banyak energi yang terbuang.

Agar tegangan listrik dari PLN dapat dinaikkan, maka diperlukan transformator step up. PLN memproduksi listrik dengan tegangan sebesar 10.000 volt, sehingga perlu dinaikkan menjadi sekitar 150.000 volt. Transmisi energi listrik dengan tegangan sebesar ini dilakukan dengan menaikkan kabel pada gardu-gardu listrik yang tinggi agar aman bagi penduduk. Pada transmisi berikutnya digunakan transformator step down untuk menurunkan tegangan hingga menjadi 220 volt sehingga dapat langsung didistribusikan ke penduduk.

Fisika Study Center on Youtube