Selamat Belajar...

2. Fisika Dasar II (FIS_A)
Materi:
By created: ANISA PUTRI
RINJANI
1405118751
ARUS LISTRIK
Rangkaian DC

3. ...
ARUS LISTRIK

4. Baterai Listrik
Bateai (accu,aki) adalah
sebuah alat yang dapat
menyimpan energi
(umumnya energi listrik)
dalam bentuk energi
kimia.

5. Kotak Baterai
Wadah yang
menampung elektrolit
dan elemen baterai.
Pada kotak baterai
terdapat garis tanda
upper level dan lower
level.
Konstruksi Baterai
Terminal Baterai
Yaitu bagian dari baterai
yang mempunyai simbol (+)
dan (-) pada body baterai.
Biasanya terminalk ini untuk
dudukan kabel baterai.

6. Elektrolit Baterai
Merupakan
campuran antara air
suling (H2O) dengan
asam sulfat (SO4),
komposisi campuran
adalah 64 % H2O dan
dan 36 % SO4.
Lanjutan...
Sel Baterai
Sel baterai terdapat plat
(+) dan (-). Plat (+)
berwarna cokelat gelap
dan plat (-) berwarna abu
abu metalik. Tiap sel
menghasilkan tegangan
2– 2,2 volt.

7. Arus listrik
 Jumlah total muatan yang melewati suatu lokasi
per satuan waktu. Jika Q adalah muatan positif neto
yang bergerak dalam selang waktu t, maka arus
didefinisikan sebagai:
Satuan arus listrik adalah
Ampere (A)
I = kuat arus (amper / A)
Q = muatan (coulomb / C)
t = wakyu (setik / s)
t
Q
I




8. Arah arus listrik (sesuai konvensi) dari potensial tinggi
(kutub + ) ke potensial rendah ( kutub - ).
Arah aliran elektron dari potensial rendah (kutub - ) ke
potensial tinggi ( kutub + ).
Potensial tinggi
Potensial
rendah

9. Mengukur Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik diukur dengan
ampermeter
Ampermeter dipasang secara
seri di dalam rangkaian listrik
yang akan diukur kuat
arusnya.
A

10. 10
Contoh :
Jumlah muatan yang melewati filamen dari lampu bolam dalam
2.00 s adalah 1,67 C. Tentukan :
(a) arus listrik pada lampu
(b) Jumlah elektron yang melewati filament dalam 1 detik.
Solusi :
a.
b.
1.67
2.00
0.835
Q C
I
t s
A

  

 
1
18
19
9
1.60 10 / 0.835
0.835
1
5.22 10
.60 10 /
qN N C electron C
C
N
C e
N electron
le o
s
ctr n


  


 

11. 11
Hambatan Listrik dan Hukum Ohm
Ketika tegangan listrik (beda potensial) diberikan pada ujung-pangkal konduktor
logam maka didapatkan arus yang sebanding dengan tegangan yang diberikan.
I V 
V
I I
V
V
R
I


Dengan satuan R : volt/ampere atau ohm (Ω).

12. 12
Hukum Ohm
Georg Simon Ohm
(1787-1854)
V IR 
I
V
I
V
Linier atau Ohmic Material
Non-Linier atau
Non-Ohmic Material
Semiconductors
e.g. diodes
Most metals, ceramics
R konstan dan tidak
tergantung terhadap ∆V

13. 13
Contoh :
Sebuah setrika listrik menarik arus 2A ketika
dihubungkan dengan sumber tegangan 220 V.
Tentukan hambatan listrik dari seterika tersebut.

14. Resistor
Resistor digunakan untuk mengendalikan
besar arus. Resistor mempunyai hambatan
mulai kurang dari 1 ohm
Resistor memiliki 2 jenis utama:
1. Resistor gulungan kawat
 Terdiri dari kumparan kawat halus
2. Resistor komposisi
 Terbuat dari karbonsemikonduktor

15. 15
Hambat jenis (Resistivity)
• Pergerakan elektron dalam konduktor mengalami
hambatan oleh adanya tumbukan dengan atom-atom di
dalamnya.
• Nilai hambatan ini akan sebanding dengan panjang l dan
berbanding terbalik dengan luas penampang A dari
konduktor.
l
R
A


16. 16
• Konstanta kesebandingan ρ disebut hambat jenis bahan
(resistivity) dengan satuan Wm.
• Konduktor mempunyai hambat jenis rendah dan Insulator
mempunyai hambat jenis tinggi.
• Nilai hambat jenis tergantung lingkungan misalnya temperatur.
• α disebut temperature coefficient of resistivity.
• Sehingga untuk konduktor dengan luas penampang tetap
berlaku :
 1o oT T      
 1o oR R T T    

17. 17
Resistivity of various materials

18. Superkonduktor
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh
H. Kamerlingh Onnes di Universitas Leiden
Belanda pada tahun 1911. Suatu bahan
dikatakan Superkonduktor apabila mempunyai
sifat-sifat berikut:
- Tanpa resistivitas (hambatan nol) untuk
semua suhu dibawah suhu kritis.
- Medan magnetik di dalam bahan
superkonduktor sama dengan nol.

19. Aplikasi Superkonduktor
• Kereta Magnet (Maglev, Magnetic Levitation
Train) Di Jepang, kereta api supercepat ini
diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev
train, dimana kereta ini dapat melayang diatas
magnet superkonduktor. Dengan melayang,
maka gesekan antara roda dengan rel dapat
dihilangkan dan akibatnya kereta dapat
berjalan dengan sangat cepat, 343 mph (550
km/jam).

20. 20
Daya Listrik
• Dengan adanya tumbukan pada proses pergerakan elektron
dalam konduktor maka energi listrik dapat berubah menjadi
energi termal yang selanjutnya menghasilkan kalor. Contoh
pemanas, setelika, toaster, lampu pijar.
• Laju perubahan energi ini disebut Daya P dengan satuan watt
(joule/s)
• Dari hukum Ohm :
E Q
P V I V
t t
 
    
 
 
2
2 V
P I V I R
R

   

21. 21
Contoh :
Sebuah pemanas listrik beroperasi 3 jam sehari selama
30 hari. Jika harga pemakaian listrik per kWh Rp. 300,
berapakah biaya yang harus dikelurkan jika pemanas
beroperasi pada tegangan 120V dan menarik arus 15A.
Solusi
Biaya = Rp.300 x 162 = Rp. 48.600
tVItPE 
= 15 (A) 120 (V) 3 (h) 30
= 162.000 Wh
= 162 kWh

22. Arus Bolak-Balik
 Arah arus berubah
secara bergantian

23. Arus Bolak-Balik Sinusoidal

24. Sudut Fase & Beda Fase

25. ...
RANGKAIAN DC

26. Simbol-simbol untuk elemen-elemen rangkaian

27. 27
 Resistor dalam Rangkaian Seri
• Arus : I = I1 = I2
• Tegangan : V = V1 + V2
I Rt = I R1 + I R2
• Resistor : Rt = R1 + R2
• Untuk kombinasi seri berlaku :
• Rangkaian berprilaku sebagai pembagi
tegangan (voltage divider)
1 2 3 ...eqR R R R   
R1
A
B C
D
V
R2

28.  Resistor dalam Rangkaian Paralel
• Tegangan : V = V1 = V2
• Arus : I = I1 + I2
V / Rt = V1 / R1 + V2 / R2
• Resistor : 1/Rt = 1/R1 + 1/R2
• Untuk kombinasi Paralel berlaku :
• Rangkaian berperilaku sebagai pembagi
tegangan (current divider)
1 2 3
1 1 1 1
...
eqR R R R
   
R1
A
B C
D
V R2

29. 29
Contoh Soal:
• V = 18 volt
• R1 = 2W ; R2 = 6W ; R3= 12W
• Hitung:
• Hambatan ekivalen pada
rangkaian tersebut
• Arus yang melalui masing-
masing hambatan
• Beda tegangan di C dan di D
(VCD = VC – VD)
R2
A
B C
D
V R3
R1
Jawab: Rek = 6W ; I1 = 3A, I2 = 2A , I3 = 1A ; VCD = 12 V

30. Gaya Gerak Listrik
Jika saklar ditutup, elektron di
kutub negatif baterai akan
bergerak melalui penghantar
menuju kutub positif. Selama
dalam perjalannya. Elektron
mendapat tambahan energy dari
gaya tarik kutub positif. Namun
energi itu akan habis karena
adanya tumbukan antar elektron.
Tumbukan antar elekktorn inilah
yang mengakibatkan filament
pada lampu akan berpijar dan
memancarkan cahaya.
Sesampainya dikutub positif
elektron tetap cenderung
bergerak manuju kutub negatif
kembali. Namun, hal itu sulit jika
tidak ada bantuan energi luar
(-) (+)
Energi luar tersebut berupa energi kimia dari baterai.
Energi yang diperlukan untuk memindahkan elektorn
dalam sumber arus listrik inilah yang disebut gaya
gerak listrik (GGL))

31. GGL Dan Tegangan Terminal
Yang dimaksud dari:
beda potensial antara ujung-ujung
penghantar sebelum dialiri arus listrik.
Beda potensial antara kedua ujung saat
sumber arus itu mengalirkan arus dlm
rangkain listrik
Gaya Gerak Listrik
Tegangan Terminal

32. GGL DAN TEGANGAN TERMINAL
Bila arus I mengalir dari
baterai,terjadi penurunan
tegangan terminal.tegangan
terminal yang diberikan
Tegangan terminal menurun secara
linier terhadap arus.
Vab = Ɛ – Ir
Tegangan jepit selalu lebih kecil dari ggl

33. Hubungan antara ggl dengan
tegangan Terminal adalah
atau untuk mencari I tanpa tegangan jepit adalah

34. mengingat bahwa Vab = IR,maka akan memperoleh
hubungan :
Vab = Ɛ – Ir

35. Hukum Kirchoff
Hukum I Kirchoff :
Jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik percabangan
sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik itu.
keluarmasuk II 
I1
I2
I3
Pada dasarnya, arus adalah
aliran muatan.
Karena muatan kekal, maka
jumlah arus yang masuk
kesuatu titik cabang pada
rangkaian sama dengan jumlah
arus yang meninggalkannya.I1 = I2 + I3

36. Tinjau rangkaian di atas. Mulai dari titik a dengan potensial
Va, dan bergerak searah dengan arah jarum jam. Dalam
resistor terdapat perubahan potensial –iR. Tanda minus
karena bagian atas resistor memiliki potensial lebih tinggi
dibanding bagian bawah. Kemudian bertemu dengan
baterei dari bawah ke atas dengan potensial yang
meningkat + . Jumlah dari perubahan potensial ini
ditambah dengan Va haruslah menghasilkan Va juga.
 

R
i
a
Hukum II Kirchhoff :
Jumlah aljabar dari perubahan potensial yang dilalui
dalam suatu rangkaian tertutup adalah nol.
 V = 0

37. Diperoleh:
Sehingga:
Ketentuan dalam menerapkan Hk. Kirchhoff II:
1. Jika resistor dilewati searah dengan arah arus, perubahan
potensial adalah - iR, sebaliknya adalah + iR.
2. Jika sumber ggl dilalui dalam arah ggl (arah panahnya),
perubahan potensial adalah + , sebaliknya adalah - .
aa ViRV  
0 iR
 

38. Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang
dapat menyimpan muatan listrik.
Sifat Kapasitor
1. Dapat menyimpan energi listrik,
tanpa disertai reaksi kimia
2. Tidak dapat dilalui arus listrik DC
dan mudah dilalui arus bolak-balik
3. Bila kedua keping dihubungkan
dengan beda potensial, masing-
masing bermuatan listrik sama
besar tapi berlawanan tanda.
Kegunaan Kapasitor
• Untuk menghindari terjadinya
loncatan listrik pada rangkaian
yang mengandung kumparan bila
tiba-tiba diputuskan arusnya.
• Rangkaian yang dipakai untuk
menghidupkan mesin mobil
• Untuk memilih panjang
gelombang yang ditangkap oleh
pesawat penerima radio.

39. Kapasitas Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai
kemampuan dari suatu kapasitor
untuk dapat menampung muatan
elektron untuk level tegangan
tertentu. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C.V
Q = muatan elektron dalam C
(coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)

40. Rangkaian Kapasitor
• Rangkaian seri
+
V
+Q1 -Q1 +Q2 -Q2
1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ),
kapasitas kapasitor pertama (C1),
kapasitor kedua (C2) memenuhi :
2. Muatan listrik yang tersimpan pada
rangkaian = muatan listrik pada masing-
masing kapasitor.
Q = Q1 + Q2 dan Q1 = Q2
3. Tegangan listrik antar ujung
rangkaian(V), tegangan pada kapasitor
pertama(V1 ) dan kapasitor kedua(V2 )
memenuhi:
V = V1 + V2
21g C
1
C
1
C
1


41. +
V = 6 volt
+Q -Q +Q -Q
C1 = 2 F C2 = 3 F
Contoh
1. Kapasitas gabungan
kapasitor :
Cg = 6/5 = 1,2 F
2. Muatan listrik
pada rangkaian = 1,2 F x 6V
= 7,2 C
Pada kapasitor satu = 7,2 C
Pada kasitor kedua = 7,2 C
3. Tegangan liatrik
pada kapasitor satu = 3,6 V
Pada kapasitor dua = 2,4 V
6
23
3
1
2
1
C
1
g


Contoh...

42. Lanjutan...
• Rangkaian paralel
+
V
+Q1 -Q1
+Q2 -Q2
1. Tegangan pada kapasitor
pertama (V1), kapasitor kedua
(V2) dan tegangan sumber (V)
masing-masing sama besar.
V1 = V2 = V
2. Muatan listrik yang tersimpan
pada rangkaian memenuhi
Q = Q1 + Q2
3. Kapasitas gabungan kapasitor
mmenuhi :
Cg = C1 + C2

43. Contoh...
+
+Q1 -Q1
+Q2 -Q2
1. Tegangan pada kapasitor
pertama (V1) dan kapasitor
kedua (V2) adalah
V1 = V2 = 6 volt
2. Kapasitas gabungan kapasitor
adalah
Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F
3. Muatan listrik yang tersimpan
pada rangkaian memenuhi
Q = Cg xV = 5F x 6V = 30C
Q1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C
Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C
Contoh
C1 = 2 F
C2 = 3 F
V = 6 volt

44. Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor)
Rangkaian RC (Resistor-Kapasitor), atau sering dikenal
dengan istilah RC filter atau RC network, adalah rangkaian
listrik yang tersusun dari resistor dan kapasitor. Rangkaian RC
orde satu (first order) tersusun dari satu resistor dan satu
kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling sederhana.
Rangkaian RC dapat digunakan untuk menyaring (filter)
sinyal dengan cara menahan (block) frekuensi sinyal tertentu
dan meneruskan (pass) sinyal yang lainnya. Ada 4 macam filter
RC, di antaranya: high-pass filter, low-pass filter, band-pass
filter, dan band-stop filter.

45. Kurva Q dan I sebagai fungsi t

46. Penerapan Fisika
• Alat Pacu Jantung
Penerapan fisika pada alat pacu jantung ini adalah dengan
menggunakan rangkaian RC.Banyaknya bentuk penyakit jantung , sel-sel
pacu jantung gagal berfungsi dengan baik, dan jantung kehilangan
detaknya, orang yang menderita penyakit ini umumnya menggunakan
pacu jantu ng elektronik.Alat ini dapat membuat jantung yang berhenti
mulai berdetak kembali dengan memberikan rangsangan listrik melalui
elektroda yang di pasang di dada. Jantung itu sendiri berisi pacu jantung,
yang mengirimkan puls listrik kecil dengan kecepatan 60-80 per menit.
Pulsa ini merupakan sinyal yang menyebabkan mulainya setiap detak
jantung. Kecepatan pulsa bergantung pada nilai R dan C. Umumnya,
sumber daya berupa baterai yang harus di ganti atau dimuati kembali,
bergantung pada jenisnya. Beberapa pacu jantung mendapatkan energi
dari panas yang di hasilkan oleh elemen radio aktif, energi panas di ubah
menjadi listrik oleh termokopel.

47. Bahaya Listrik
Kebocoran Arus
Arus bocor sering terkopel secara kapasitif. Contohnya kawatpada
lampu membentuk kapasitor dengan tmpat logamnya, mutan- muatan
yang bergerak pada suatu konduktor menarik atau menolak muatan pada
lainnya, sehingga ada arus. Arus bocor 1mA biasanya tidak berbahaya,
bagaimanapun bisa sangat berbahaya bagi pasien rumah sakit yang
dipasangi elektroda yang dihubungkan ke ground melalui alat yang
bersangkutan. Hal ini di sebabkan karena arus dapat menuju langsung ke
jantung jika di bandingkan dengan situasi biasa dimana arus memasuki
tangan dan menyebar ke seluruh tubuh.
Selain itu sentrum juga dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh.
Arus yang melalui organ vital seperti jantung atau otak akan sangat serius
karena dapat mempengaruhi kinerja organ-organ tersebut.

48. ALAT UKUR LISTRIK
AMPERMETER
Dipakai untuk mengukur kuat arus. empunyai hambatan yang
sangat kecil. Dipasang seri dengan alat yang akan diukur. Untuk
mengukur kuat arus yang sangat besar (melebihi batas ukurnya)
dipasang tahanan SHUNT paralel dengan Amperemeter (alat
Amperemeter dengan tahanan Shunt disebut AMMETER
•untuk mengukur arus yang
kuat arusnya n x i Ampere harus
dipasang Shunt sebesar :
R
n
RS d

1
1

49. Lanjutan...
VOLTMETER
Dipakai untuk mengukur beda potensial. Mempunyai
tahanan dalam yang sangat besar. Dipasang paralel dengan alat
(kawat) yang hendak diukur potensialnya. Untuk mengukur beda
potensial yang melebihi batas ukurnya, dipasang tahanan depan seri
dengan Voltmeter.
Untuk mengukur beda potensial
n x batas ukur maksimumnya,
harus dipasang tahanan depan
(RV):
Rv = ( n - 1 ) Rd