pengertian Listrik Statis dan Listrik Dinamis

LISTRIK STATIS

A.  Muatan Listrik.

Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau
proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatip dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positip. Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya di bandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik. Dalam literatur -biasa digunakan huryf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positip atau negatip pada suatu benda.
Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positip atau
negatip adalah merupakan kelipatan dari: e =1,602 X 1O-19C Di sini -e adalah muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik.

1.            Hukum Coulomb

    Charles Augustin de Coulomb adalah orang yang pertama kali meneliti hubungan gaya listrik dengan dua muatan dan jarak antara keduanya dengan menggunakan sebuah neraca puntir. Dalam penelitian tersebut akhirnya Coulumb menyimpulkan dalam sebuah hukum yang disebut hukum Coulumb:
    besar gaya tolak-menolak ataugaya tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik, berbanding lurus dengan besar masing-masing muatan listrik dan berbanding terbalik dengan kuadrat  jarak antara kedua benda bermuatan.
Secara matematis, Hukum Coulomb dapat dirumuskan:


Keterangan:
F     = gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak (Newton)
k     = konstanta = 9 × 109 N m2 C-2
q1, q2    = muatan masing-masing benda (Coulomb)

 r    = jarak antara kedua benda (meter)

B.     Kuat Medan Listrik

Gaya antar dua buah partikel bermuatan yang dipisahkan oleh suatu jarak tertentu tampak kontak antar keduanya disebut sction at a distance. Cara pandang lain melihat gaya listrik yaitu, menggunakan konsep medan. Medan adalah ruang disekitar benda dimana setiap titik didalam ruang tersebut akan berpengaruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda. Oleh karena partikel yang dibahas menghasilkan gaya listrik, maka medan disekitar partikel itu disebut medan listrik.

Medan listrik dapat digambarkan denagn garis-garis listrik yang menjahui (keluar dari) muatan positif dan mendekati (masuk ke) muatan negative.

Kerapatan garis-faris gaya listrik menggambarkan besarnya kuat medan listrik. Apabila dalam suatu ruang terdapat dua buah benda bermuatanb listrik yang sama besar.

Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron atau proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatif dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positif. Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu. Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel bermuatan tersebut sedemikian kecilnya dibandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik.

Dalam literatur biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positif atau negatif pada suatu benda. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap muatan Q besar atau kecil, positif atau negatif adalah merupakan kelipatan dari: e =1,602 X 1O-19 C. Di sini e adalah muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik. Sifat muatan listrik yaitu :

a)      Benda yang bermuatan listrik sejenis, saling tolak-menolak.

b)      Benda yang bermuatan listrik berlainan jenis, saling tarik menarik.

Selain hal di atas, penting untuk diperhatikan bahwa setiap muatan listrik selalu menghasilkan garis gaya listrik yang senantiasa menuju kepada muatanyang lebih negatif. Oleh karenanya kuat medan listrik di alam senantiasa memberi pengaruh kepada muatan-muatan lainnya termasuk terhadap muatan listrik yang adadalam tubuh kita. Jika kekuatan medan listrik (dan juga kuat medan elektromagnet) melebihi ambang batas dapat membahayakan kesehatan manusia. Rekomendasi Organisasi Kesehatan Dunia (WHO)tahun 1987 menyebutkan bahwa kuat medan listrik di bawah 104 V/m atau 104 N/C tidak membahayakan manusia

1.    Garis-garis Gaya

Garis gaya digambarkan sebagai banyaknya garis persatuan luas penampang (yang tegak lurus pada garis-garis tersebut). Harganya sebanding dengan besarnya E. Garis singgung kepada sebuah garis gaya pada setiap titik memberikan arah E pada titik tersebut. Jika N adalah banyaknya garis gaya pada bola yang berjari-jari r, makabanyaknya garis persatuan luas penampang pada setiap titik pada bola adalah N/4π r². 

2.    Kuat Medan Listrik Akibat Sebuah Muatan Titik

Efek medan listrik suatu muatan sumber q dapat ditinjau dengan meletakkan suatu muatan di sekitar medan listrik yang jauh lebih kecil dari pada muatan yang akan di hitung kuat medannya. Syarat muatan ujio seperti ini bertujuan agar muatan uji tidak mempengaruhi kuat medan yang akan di ukur.

Arah kuat medan listrik di suatu titik selalu searah dengan gaya yang dialami oleh muatan uji positif di titik tersebut sehingga arah kuat medan di suatu titk oleh muatan positif akan menjauh, sedangkan muatan negative akan mendekat.

3.    Hukum Gauss

Setelah anda mengetahui cara menentukan kuat medan listrik akibat partikel-partikel bermuatan, bagaimanakah cara menentukan kuat medan listrik akibat suatu distribusi muatan yang tersebar dalam suatu benda? Untuk menentukan kuat medan listrik akibat distribusi muatan tertentu, anda dapat menggunakanHukum Gauss. Hokum Gauss dinyatakan dalam banyaknya garis medan yang keluar dari suatu permukaan tertutup.

4.    Fluks Listrik

Apabila terdapat garis-garis gaya listrik dari suatu medan listrik homogeny yang menembus tegak lurus suatu bidang luas A, jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus tegak lurus bidang tersebut didefinisikan sama dengan perkalian antara E dean A.

5.    Kuat Medan Listrik pada Pelat Konduktor

Dalam suatu konduktor ada banyak sekali partikek-partikelbermuatan, yang didistribusinya tersebar didalan konduktor sehingga untuk menentukan kuat medannya dapat digunakan Hukum Gauss. Untuk menghitung kuat medan listrik pada suatu jarak tertentu, gunakan konsep Hukum Gauss sehingga harus dibuat terlebih dahulusuatu permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang memudahkan perhitungan untuk kasus ini adalah berbentuk slinder.

6.    Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor Berongga

Jika sebuah bola konduktor berongga atau kulit bola yang berjari-jari diberi muatan listrik, maka muatan tersebut akan menyebar merata di permukaan bola sehinnga di dalam bola tidak terdapat muatan.

C.  Potensial Listrik

          Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial/beda tegangan di kedua ujung rangkaian. Beda potensial listrik adalah energi tiap satu satuan muatan. Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Beda potensial dari suatu muatan listrik di suatu titik di sekitar muatan tersebut dinyatakan sebagaipotensial mutlak atau biasa disebut potensial listrik saja.

1.    Energi Potensial Listrik

Penjelasan mengenai energy potensial listrik serupa dengan penjelasan mengenai energy potensial akibat adanya medan gravitas. Energy potensial listrik akan timbul jika subuah muatan  uji didekatkan pada subuah muatan. Besarnya energy potensial yang timbul pada muatan sebanding denagn usaha yang diperlukan untuk melawan gaya Coulomb. Perubahan energy potensial yang terjadi sama dengan isaha yang dilakukan oleh gaya coulomb untuk berpindah dan dapat dinyatakan dengan persamaan.

2.  Potensial Listrik

a.    Potensial Listrik oleh Sebuah Muatan Titik

b.    Potensial Listrik oleh Beberepa Muatan Titik

Potensi listrik adalah besaran skalar (tidak memiliki arah) sehingga potensial listrik total di suatu listrik akibat beberapa muatan lainnya merupakan penjumlahan aljabar biasa dari potensial listrik setiap muatan tersebut.

c.  Potensial listrik pada Bola Konduktor Berongga

anda telah mempelajari tentang kuat medan listrik pada bola konduktor berongga pada pembahasan sebelumnya, dimana kuat medan listrik di dalam bola sama dengan nol. Dapat disimpulkan bahwa potensial listrik dalam bola konduktor berongga sama dengan potensial listrik di permukaan bola resebut. Oleh karna potensial di seluruh ruang dalam bola konduktor berongga sama, dapat dikatakan bahwa bidang di dalam bola adalah bidang ekipotensial. Bidang ekipotensial adalah bidang yang setiap titik pada bidangtersebut memiliki potensial listrik sama.

3. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik

a)      Sebuah pertikel Dipengaruhi oleh Potensial Listrik

Apabila ada partikel hanya terdapat resultan gaya yang berasal dari gaya coulomb, pada partikel tersebut berlaku hukum kekekalan Energi Mekanik.

b)      Sebuah partikel di Antara Dua Pelat Sejajar

D.      Kapasitor

       Kapasito adalah komponen listrik yang memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Pada perinsipnya, kapasitor terdiri atas du permukaan konduktor yang dipisahkan oleh suatu bahan isolator sehingga kedua permukaan konduktor tersebut memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik.

Pada pembahasan sebelumnya, telah dipelajari sebelumnya bahwa pada dua buah benda yang bermuatan tidak sejenis akan terdapat gaya elektrostatis yang tarik-menarik.

Fungsi kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik, yaitu:

a.       Untuk menyimpan muatan listrik dan energi listrik;

b.      Untuk memiliki frekuensi pemancar pada pesawat radio;

c.       Sebagai perata tegangan dalam catu daya ( power supply);

d.      Untuk menghilangkan percikan api pada sistem pengapian mobil.

1.     Kapasitas Kapasitor

Kemampuan kapasitor untuk memperoleh dan menyimpan muatan listrik disebut kapasitor atau kapasitansi. Satuan kapasitas kapasitor adalah farad (f). Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan tetap antara muatan yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelat konduktornya. Suatu kapasitor memiliki kasitansi satu farad apabila beda potensial sebesar satu volt menghasilkan muatan sebesar satu coulomb pada kapasitor tersebut.

a.       Kapasitas kapasitor pelat sejajar

b.      Dielektrik

Dielektrik adalah bahan isolatoryang digunkan untuk memisahkan kedua pelat konduktor pada suatu kapasitor pelat sejajar. Pemasangan dielektrik tersebut dapat meningkatkan kapasitas kapasitor.

Efisiensi relatif suatu bahan sebagai deiletrik di tujukan oleh konstanta dieletrik (K) dan permitivitas bahan. Konstanta dieletrik suatu baan di definisikan sebagai perbandingan antara kapasitas kapasitor pelat sejajar yang menggunakan dieletrik dari bahan tersebut dan kapasitor pelat sejajajr yang mengggunakan udara sebagai dieletriknya.

Maka dapat di simpulkan bahwa kapasitas kapasitator pelat sejajar bergantung pada dimensi kapasitator (luas pelat dan jrak pelat) serta bhan yang mengisi ruang antara kedua pelat. Perlu di ketahui pula bahwa kapasitas kapasitor tidak bergantung pada muatan yang tersimpan di dalam kapasitor dan beda potensial antara kedua pelatnya.

2. Rangkaian Kapasitor

    a. Rangkaian Seri Kapasitor

    Tujuan Merangkai Seri kapasitor yaitu untuk mendapatkan kapasitas kapasitor yang lebih kecil sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan untuk mendapatkan kapasitas yang lebih besar maka kapasitor di rangkai secara paralel.

    b. Rangkaian Paralel kapasitor

         Tujuannya yaitu untuk merangkai seri paralel kapasitor yang di rangkai secara paralel.

3. Energi yang Tersimpan Dalam Kapasitor

            Salah Satu Fungsi kapasitor yaitu untuk menyimpan energi listrik. Jika pada awalnya beda potensial antara kedua plat kapasitor  sama dengan nol, maka kapasitor tersebut tidak akan menyimpan muatan. Setelah kapasitor tersebut di hubungkan dengan baterai maka kapasitor akan terisi oleh muatan hingga beda potensial antara kedua plat kapasitor sama dengan beda potensial baterai.

LISTRIK DINAMIS

A.               Arus Listrik

Arus listrik merupakan arah gerak muatan-muatan bebas positif.

Jika dalam suatu penghantar,terus-menerus terjadi pemindahan netto muatan,maka di dalam penghantar itu ada arus listrik.

Didalam penghantar terdapat muatan-muatan bebas yakni electron-electron yang bergerak jika mendapat gaya dari medan listrik.

Tiap-tiap muatan bebas mendapat gaya dari muatan listrik karena geraknya mendapat percepatan,namun percepatan yang didapat itu hanya berlangsung dalam waktu yang singkat. Sebab muatan-muatan itu mengalami gesekan akibat tumbukan dengan partikel yang diam.

Apa yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir?

Beda potensial listrik adalah dorongan yang menyebabkan electron-electron mengalir dari suatu tempat ke tempat lain.

Apakah jika ada beda potensial arus listrik dapat mengalir?

Walaupun beda potrensial tersedia,electron-electron hanya mengalir dalam suatu rangkaian jika rangkaian itu tertutup.

Jika sejumlah muatan Q menembus penampang dalam waktu t,maka kuat arus

I = kuat arus listrik ( ampere )

q = muatan listrik ( coulomb )

t = waktu ( sekon )

B.               Hukum Ohm

Bunyi hukum ohm “Kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan tegangan yang memindahkannya”.

Rumus hukum Ohm :

V= R* I

Dimana  V=tegangan atau beda potensial(volt)

R=hambatan (ohm)

I=kuat arus(ampere)

Dalam persamaan ini kuat arus yang mengalir dalam suatu kawat penghantar(yang tidak mengalami perubahan suhu)besarnya :

ü      Sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya

ü      Berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar

C.               Hukum Kirchoff

1.        Hukum Kirchoff 1

Menurut Hukum Kirchoff 1,”jumlah arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan itu.

Dengan persamaan ;

∑i masuk=∑i keluar

2.         Hukum Kirchoff 2

Hukum Kirchoff 2 mengatakan bahwa :

Pada suatu rangkaian tertutup jumlah aljabar ggl (E) sama dengan jmumlah aljabar penurunan potensial listriknya.

Dengan persamaan :

∑ E =∑ (i.R)

D.                Energi dan Daya Listrik

Suatu hambatan (R) yang berbeda  pada rangkaian listrik tertutup dapat memiliki energi daya listrik.

1.                   Energi Listrik

Besarnya energi listrik yang hilang dan berubah menjadi energi bentuk lain ketika saat hambatan (R) dialiri arus listrik (i) dapat dihitung memakai persamaan sebagai berikut:

W= V.i.t

Dimana W= besar energi listrik

V=tegangan

I= kuat arus

T=waktu

2.                   Daya Listrik

Daya listrik adalah besarnya usaha yang dilakukan tiap satuan waktu atau disebut juga kecepatan melakukan usaha.

Besarnya daya listrik dapat kita ketahui dengan menggunakan persamaan;

P= W/t

Atau

P= V.i