Materi Fisika, Rumus, dan Contoh Soal

Arus Listrik: Pengertian, Satuan, Jenis, Rumus, Contoh Soal

Arus listrik adalah aliran muatan listrik yang bergerak atau mengalir dari potensial tinggi (kutub positif) ke potensial rendah (kutub negatif), disimbolkan dengan (I) dan dinyatakan dalam satuan ampere (A).

Arus Listrik: Pengertian, Satuan, Jenis, Rumus, Contoh Soal
 
Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu besaran dalam kelistrikan, yakni arus listrik.
 
Sejak pertama kali ditemukan pada tahun 1600-an, listrik membawa perubahan besar dalam kehidupan manusia, bahkan dewasa ini telah menjadi energi utama yang paling dibutuhkan semua orang.
 
Meskipun begitu, belum banyak yang tahu apa sih hakikat sebenarnya dari arus listrik itu dan mengapa ia bisa digunakan untuk menyalakan berbagai jenis peralatan. 

Olehnya itu, materi ini sengaja kami hadirkan untuk menjelaskan semua hal yang berkaitan dengan arus listrik, meliputi pengertian, satuan, jenis, rumus, dan contoh soal beserta jawabannya.
 
Baiklah, kita mulai saja materinya...

Pengertian Arus Listrik

Apa yang dimaksud dengan arus listrik? Dalam ilmu kelistrikan, arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir atau berpindah tempat karena terdapat perbedaan potensial di antara dua titik.

Muatan listrik mudah sekali mengalir pada bahan konduktor. Sebaliknya, arus listrik tidak dapat mengalir pada bahan isolator.
 
Kita dapat mengamati adanya arus listrik dengan menghubungkan sebuah baterai dan bola lampu kecil secara rangkaian seri dengan menggunakan kabel konduktor.
arus listrik menyalakan lampu
Setelah semuanya terhubung, akan didapati bahwa bola lampu langsung menyala. Hal ini terjadi karena adanya aliran muatan listrik melalui konduktor dan bola lampu. 

Sifat-Sifat Arus Listrik

Beberapa sifat dari arus listrik, antara lain sebagai berikut:
  • Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.
  • Arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.
  • Arus listrik hanya dapat mengalir pada rangkaian listrik tertutup.

Simbol dan Satuan Arus Listrik

Dalam fisika, arus listrik disimbolkan dengan I dan dinyatakan dalam satuan SI ampere (A), yang dipungut dari nama seorang fisikawan berkebangsaan Prancis Andre-Marie Ampere

Berdasarkan jenis besarannya, arus listrik merupakan anggota dari tujuh besaran pokok. Arus listrik juga termasuk ke dalam besaran skalar.

Arah Arus Listrik

arah arus listrik
Sering terdapat perdebatan menyangkut arah arus listrik. Apakah mengalir dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda), ataukah sebaliknya? 

Dalam teori kelistrikan, disebutkan bahwa arus listrik mengalir atau bepindah tempat dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Potensial tinggi terkait dengan kutub positif dan potensial rendah terkait dengan kutub negatif. Dengan kata lain, arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. 
 
Akan tetapi, faktanya kita tahu bahwa partikel pembawa muatan listrik dalam sebuah penghantar adalah elektron, di mana partikel ini bermuatan negatif. Jadi, harusnya dari kutub negatif ke kutub positif dong?

Sekilas, terdapat pertentangan. Namun, sebenarnya tidak karena telah disepakati bahwa aliran listrik terbagi menjadi dua jenis, yaitu aliran arus positif dan aliran arus negatif. 

Kesepakatan itu berpijak pada fakta muatan listrik yang terdiri dari muatan positif dan muatan negatif. Keduanya menjadi sebab dari fenomena tarik-menarik dan tolak-menolak dua partikel bermuatan listrik.

1. Aliran Arus Listrik Positif

Ketika kita membicarakan arus listrik dalam suatu rangkaian yang terdiri dari sumber tegangan (baterai), penghantar, dan beban, maka sebenarnya yang kita maksud adalah arus listrik positif.

Arus listrik positif disebabkan oleh partikel pembawa muatan positif, disebut juga dengan istilah "arus konvensional". 
 
Karakteristik muatan positif adalah keluar dari kutub positif dan masuk ke kutub negatif. Hal ini cocok dengan definisi arus listrik yaitu muatan yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.
 
Dengan kata lain, pembawa muatan positif tersebut bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif.
aliran arus listrik positif
 
Selain itu, terdapat kesepakatan bahwa:
Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan

2. Aliran Arus Listrik Negatif

Aliran arus listrik negatif disebut juga dengan aliran elektron. Sebenarnya, inilah partikel pembawa muatan listrik sesungguhnya. 

Karakteristik dari muatan negatif adalah keluar dari kutub negatif dan masuk ke kutub positif. Dengan kata lain, muatan ini mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.
 
aliran arus listrik negatif
Fakta di atas tidak kompatibel dengan pengertian arus listrik yang telah disebutkan sebelumnya, bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi (positif) ke potensial rendah (negatif).

Berdasarkan uraian di atas, penting untuk menghindari terjadinya kerancuan pemahaman. Jadi, ketika kita menyebut "arus listrik" maka yang kita maksud adalah "arus listrik positif".
 
Sementara, ketika kita ingin membicarakan aliran listrik negatif, maka kita harus menyebut "arus elektron" secara spesifik.

Bagaimana pun, ketika ketentuan muatan positif dan negatif ditemukan dua abad yang lalu, dianggap muatan positif mengalir pada satu arah yang tepat sama dengan muatan negatif yang mengalir ke arah yang berlawanan.

Jenis Arus Listrik: DC dan AC

Ada dua jenis arus listrik, yaitu arus DC (searah) dan arus AC (bolak-balik). Keduanya memiliki karakteristiknya masing-masing. Berikut ini akan kita uraikan...

1. Arus Listrik Searah (DC)

DC merupakan singkatan dari Direct Current, artinya arus listrik searah. Dalam ilmu kelistrikan, arus listrik searah (DC) adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang konstan atau tetap.
 
grafik arus listrik searah dc
Pada arus listrik searah, bekerja tegangan searah (tegangan dc) pada rangkaian arus listrik tertutup dengan arah yang selalu sama, menghasilkan aliran arus listrik yang arahnya juga sama, dari kutub positif ke kutub negatif.
arus listrik searah dc
Sumber arus listrik searah (DC) adalah alat atau benda yang menjadi sumber listrik arus searah dan menghasilkan arus searah secara permanen.

Sumber listrik arus searah yang paling banyak dikenal adalah sumber listrik arus searah yang membangkitkan listrik secara kimia dan secara mekanik.

Contoh sumber arus listrik searah (DC), antara lain:
  • Elemen elektro kimia
  • Elemen Volta
  • Accumulator (aki)
  • Elemen kering
  • Termo elemen
  • Photo Electric Cell
  • Generator arus searah

2. Arus Listrik Bolak-Balik (AC)

AC merupakan singkatan dari Alternating Current, artinya arus bolak-balik. Dalam ilmu kelistrikan, arus bolak-balik (AC) adalah arus listrik yang besar dan arahnya berubah-ubah secara periodik dalam waktu tertentu.
grafik arus listrik bolak-bolik ac
Pada arus listrik AC, tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah-ubah dengan ritme tertentu, sehingga arah dan besar arus juga selalu berubah-ubah. 
 
Pada arus listrik AC, tidak dapat ditentukan kutub positif dan negatif meskipun listrik tersebut juga memiliki dua ujung penghantar. 
 
Hal ini disebabkan arus listrik AC akan mengalir bergantian di antara kedua ujungnya, kadang-kadang berada dalam posisi positif dan kadang-kadang dalam posisi negatif.

Listrik yang berada di dalam rumah kita termasuk arus listrik AC karena dihasilkan oleh pembangkit listrik AC dari PLN.

Contoh lain penghasil sumber arus listrik AC adalah dinamo dan generator listrik. 

Alat Ukur Kuat Arus Listrik

Alat untuk mengukur kuat arus listrik disebut amperemeter atau ammeter. Berikut ini bentuk alatnya:
 
alat ukur arus listrik amperemeter
 
Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah sinyal listrik ke dalam tegangan, kemudian ditampilkan melalui penyimpangan jarum. Bagian-bagian amperemeter terdiri dari elektromagnet dan jarum. 
 
Jika tegangan besar, maka arus yang lewat pada kumparan besar, sehingga penyimpangan jarum besar. Jika tegangan kecil, maka penyimpangan jarum juga kecil. 

Cara Mengukur Kuat Arus Listrik

Untuk mengukur kuat arus listrik, amperemeter dirangkaian seri dalam rangkaian. 
 
Caranya dengan menghubungkan kutub positif rangkaian dengan kutub positif amperemeter dan kutub negatif amperemeter dengan kutub negatif baterai.

Amperemeter memiliki kemampuan mengukur kuat arus listrik sampai batas tertentu yang bisa disebut batas ukur (BU).

Rumus Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik melalui suatu penghantar. Cara menghitung kuat arus listrik bisa dilakukan dengan rumus:
 
I = Q/t
 
Keterangan:
  • I = kuat arus listrik (A)
  • Q = banyaknya muatan listrik (C)
  • t = waktu (s)

Hal-Hal yang Mempengaruhi Besarnya Arus Listrik

Dalam suatu rangkaian tertutup, besarnya kuat arus listrik dipengaruhi oleh tegangan atau beda potensial dan hambatan listrik.

Hubungan antara kuat arus listrik, tegangan, dan hambatan listrik diatur oleh Hukum Ohm, yang berbunyi: 
Kuat arus listrik sebanding dengan beda potensial yang berikan dan berbanding terbalik dengan hambatan rangkaian.

Secara matematis, dirumuskan:

I = V/R

Keterangan:
  • V = tegangan atau beda potensial (Volt)
  • R = hambatan listrik (Ω) 

Contoh Soal Kuat Arus Listrik

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang kuat arus listrik:

Contoh Soal

Sebuah penghantar dialiri muatan listrik sebesar 6 C dalam waktu 3 detik. Berapakah kuat arus listrik kawat tersebut? 

Jawaban:

Diketahui:
  • Q = 6 C
  • t = 3 s
Ditanyakan:
  • I...?
Penyelesaian:
 
I = Q/t
  = 6/3
  = 2 A

Jadi, kuat arus listrik kawat tersebut adalah 2 A

Contoh Soal

Suatu rangkaian mengalir kuat arus listrik 0.005 A selama 2 menit. Muatan yang dihasilkan adalah?

Jawaban:

Diketahui:
  • I = 0,005 A
  • t = 2 menit = 120 s
Ditanyakan:
  • Q...?
Penyelesaian:
 
Q = I . t
    = 0,005 . 120
    = 0,6 C 

Jadi, muatan yang dihasilkan adalah 0,6 C.

Contoh Soal

Rangkaian listrik mengalir kuat arus listrik 2 A dan muatan listrik 18.000 Coulomb. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mengalirkan muatan listrik tersebut?

Jawaban:

Diketahui:
  • I = 2 A
  • Q = 18.000 C
Ditanyakan:
  • t...?
Penyelesaian:
 
t = Q/I
  = 18.000/2
  = 9.000 s, atau 150 menit

Jadi, waktu yang diperlukan untuk mengalirkan muatan listrik tersebut adalah 150 menit.

Contoh Soal

Kuat arus listrik yang mengalir pada lampu 350 mA. Jika lampu menyala selama 20 menit, Berapakah muatan listrik yang mengalir pada lampu?  

Jawaban:

Diketahui:
  • I = 350 mA = 0,35 A
  • t = 20 menit = 2.400 s
Ditanyakan:
  • Q...?
Penyelesaian:
 
Q = I . t
    = 0,35 . 2.400
    = 840 C

Jadi, muatan listrik yang mengalir pada lampu adalah 840 C.

Contoh Soal

Sebuah lampu pijar yang hambatannya 50 ohm, dihubungkan dengan tegangan 220 volt. Berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu? 

Jawaban:

Diketahui:
  • R = 50 Ω
  • V = 220 volt
Ditanyakan:
  • I...?
Penyelesaian:
 
I = V/R
   = 220/50
    = 4,4 A

Jadi, lampu akan dialiri arus sebesar 4,4 A.

Kesimpulan

Jadi, arus listrik adalah aliran muatan listrik yang bergerak atau mengalir dari potensial tinggi (kutub positif) ke potensial rendah (kutub negatif), disimbolkan dengan (I) dan dinyatakan dalam satuan ampere (A).
 
Gimana adik-adik, udah paham kan materi arus listrik di atas? Jangan lupa lagi yah.
 
Sekian dulu pembahasan kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat. 
Arus Listrik: Pengertian, Satuan, Jenis, Rumus, Contoh Soal Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Afdan Fisika

0 komentar:

Posting Komentar