LISTRIK STATIS

A . TEORI DASAR

Listrik statis adalah merupakan fenomena fisika yang dapat menunjukkan adanya interaksl dari benda-benda yang bermuatan listrik. Muatan listrik yang dimiliki benda-benda itu bisa bermuatan negatif maupun positif. 

Semua zat itu pasti tersusun atas atom-atom. Setiap atomnya pun itu tersusun atas inti atom yang di dalamnya itu terdapat proton dan inti atom itu dikelilingi oleh elektron-elektron. Proton itu bermuatan listrik positif sedangkan elektron itu bermuatan listrik negatif. Apabila kedua muatan listrik yang berbeda (positif dengan negative) itu didekatkan, maka mereka berdua akan saling tarik-menarik. Namun, apabila dua muatan listrik yang sejenis (positif dengan positif dan sebaliknya) itu didekatkan, maka mereka akan saling tolak-menolak. Muatan listrik itu dapat dinotasikan dengan menggunakan simbol Q dan memiliki satuan coulomb (C).

Ada dua cara benda dapat bermuatan listrik , yaitu :

1. 1.      Dengan cara menggosok.

Sebuah sisir karet keras apabila digosok pada sepotong kain wol akan menyebabkan sisir karet tersebut mampu menarik potongan-potongan kecil kertas. Menggosokkan kedua benda tersebut secara bersama-sama menyebabkan baik karet maupun wol mempunyai sifat baru yaitu keduanya akan menjadi bermuatan listrik.

1. 2.      Dengan cara induksi.

Apabila sebuah benda netral ( jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif ) didekati oleh sebuah benda yang sudah bermuatan listrik maka pada benda netral tersebut akan terjadi pemisahan muatan-muatan didalamnya. Konsep ini dikenal dengan pemuatan cara Induksi.

B . HUKUM,KONSEP DAN RUMUS MUATAN LISTRIK STATIS.

1. Hukum Coulomb.

Pada tahun 1785 Charles Augustin de Coulomb telah melakukan pengamatan secara kuantitatif terhadap gaya antar muatan listrik dengan neraca puntiran. Dari hasil percobaan tersebut ia menemukan hubungan antara gaya tarik atau gaya tolah antar dua muatan dengan besar muatan masing-masing serta jarak antar keduanya.

Hukum ini terkenal dengan sebutan Hukum Coulomb yang menyatakan bahwa Besarnya gaya tarik atau gaya tolak antar dua titik bermuatan sebanding dengan besarnya muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

1. Konsep dan Rumus.

Keterangan:Untuk beberapa muatan yang segaris dalam mendapatkan besar gaya coulomb (elektrostatisnya) , langsung dijumlahkan secara vektor.

Besar gaya coulomb pada muatan q1 yang dipengaruhi oleh muatan q2 dan q3 adalah: F1=F12 + F13

Dengan ketentuan jika arah kanan dianggap positif dan arah kiri dianggap negatif.
Jadi besar gaya coulombnya dapat ditulis sebagai:

F1 = F12-F13

= kQ1Q2 /r122 – kQ1Q2 /r122 / r132

Jika muatannya lebih dari satu secara umum dapat ditulis sebagai :

F = F1 + F2 + F3 +…

Sekarang bagaimana gaya Coulomb dari beberapa muatan listrik yang tidak segaris?

Disini kita misalkan ada tiga buah muatan q1,q2 dan, q3.untuk menentukan gaya coulomb nya pada muatan q1 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

C . CONTOH PENERAPAN DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI.          

1. kalo kita sedang menyisirrambut kadang kadang rambut kita kan terbawa berdiri walapun kita tidak menyadarinnya ,rambut yang kita aiair seolah olah mengikuti sisir tersebut .ini menandakan adanya interaksi anatara rambut dan sisir .

1. Penggaris apabila di gosok gosokan dengan kain sutra maka akan bermuatan listrik dan muatan listriik tersebut didekatkan dengan kertas maka kertas tersebut juga kan ikut tertari ini menunjukan salaing keterkaitan antara penggaris dengan kertas.

1. batang kaca dan plastik yang digosok akan bermuatan  listrik.

1. Plastik dan kain wol yang digosok .

D . CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN.

            Contoh 1:

Dua muatan titik yang sejenis dan sama besar qa = qb = 10-2 µc berada pada jarak 10 cm satu dari yang lain = 9 x 109 Nm2 C2 . Tentukan gaya tolak yang dialami kedua muatan tersebut !

Penyelesaian:

jadi besar gaya tolak yang dialami kedua muatan adalah 9 X 10-5 N.

Contoh 2 :

Dua buah muatan listrik berada pada jarak 4 cm satu dengan yang lainnya.kedua muatan itu kemudian saling dijauhkan hingga gaya tolak menolaknya menjadi seperempat kalinya. Tentukan jarak baru antar kedua muatan tersebut!

Penyelesaian :

F= KQ1 Q2 /r2

Dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa:

F ~ 1/r2

Dengan Demikian :

Jadi Jarak Baru Antar Kedua Kutub Tersebut Adalah 8 Cm.

 Contoh 3:

Tiga buah muatan A, B dan C tersusun:
Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2  tentukan besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B !
Pembahasan
Pada muatan B bekerja 2 buah gaya, yaitu hasil interaksi antara muatan A dan B sebut saja FBA yang berarah ke kiri dan hasil interaksi antara muatan B dan C sebut saja FBC yang berarah ke kanan. Ilustrasi seperti gambar berikut:

Karena kedua gaya segaris namun berlawanan arah maka untuk mencari resultan gaya cukup dengan mengurangkan kedua gaya, misalkan resultannya kasih nama  Ftotal :
F total = FBC – FBA 
F total =  72 X 10 – 3 – 18 x 10 -3 = 54 x 10 -3 N 
Arah sesuai dengan FBC yaitu ke kanan .

SUMBER;https://rajamuhammad625.wordpress.com/pelajaran/kimia/listrik-statis/

LISTRIK DINAMIS

A.TEORI DASAR

Listrik dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. Cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis adalah muatan listrik dibagi waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu adalah detik. Kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuat arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar, sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan. Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. Pada rangkaian seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. Semua itu telah dikemukakan oleh Hukum Kirchoff yang berbunyi "Jumlah kuat arus listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar". Berdasarkan Hukum Ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan listrik adalah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama karena tegangan sebanding dengan kuat arus. Tegangan memiliki satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah ohm.

SUMBER;https://id.wikipedia.org/wiki/Listrik_dinamis

B. HUKUM,KONSEP,,DAN RUMUS MUATAN LISTRIK DINAMIS

1.     Hukum Kirchoff 

Arus listrik yang melalui suatu penghantar dapat kita pandang sebagai aliran air sungai. Jika sungai tidak bercabang, jumlah air di setiap tempat pada sungai tersebut sama. Demikian halnya dengan arus listrik. 

Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Pernyataan itu sering dikenal sebagai hukum I Kirchhoff karena dikemukakan pertama kali oleh Kirchhoff. 

Maka diperoleh persamaan :
I₁ + I₂ = I₃ + I₄ + I₅
I _masuk = I _keluar\

2. Hukum Ohm

Aliran arus listrik dalam suatu rangkaian tidak berakhir pada alat listrik. tetapi melingkar kernbali ke sumber arus. Pada dasarnya alat listrik bersifat menghambat alus listrik. Hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dapat diibaratkan seperti air yang mengalir pada suatu saluran. Orang yang pertama kali meneliti hubungan antara arus listrik, tegangan. dan hambatan adalah Georg Simon Ohm (1787-1854) seorang ahli fisika Jerman. Hubungan tersebut lebih dikenal dengan sebutan hukum Ohm.

Setiap arus yang mengalir melalui suatu penghantar selalu mengalami hambatan. Jika hambatan listrik dilambangkan dengan R. beda potensial V, dan kuat arus I, hubungan antara R, V, dan I secara matematis dapat ditulis: 

Sebuah penghantar dikatakan mempunyai nilai hambatan 1 Ω jika tegangan 1 V di antara kedua ujungnya mampu mengalirkan arus listrik sebesar 1 A melalui konduktor itu. Data-data percobaan hukum Ohm dapat ditampilkan dalam bentuk grafik seperti gambar di samping. Pada pelajaran Matematika telah diketahui bahwa kemiringan garis merupakan hasil bagi nilai-nilai pada sumbu vertikal (ordinat) oleh nilai-nilai yang bersesuaian pada sumbu horizontal (absis). Berdasarkan grafik, kemiringan garis adalah α = V/T Kemiringan ini tidak lain adalah nilai hambatan (R). Makin besar kemiringan berarti hambatan (R) makin besar. Artinya, jika ada suatu bahan dengan kemiringan grafik besar. bahan tersebut makin sulit dilewati arus listrik. Komponen yang khusus dibuat untuk menghambat arus listrik disebut resistor (pengharnbat). Sebuah resistor dapat dibuat agar mempunyai nilai hambatan tertentu. Jika dipasang pada rangkaian sederhana, resistor berfungsi untuk mengurangi kuat arus. Namun, jika dipasang pada rangkaian yang rumit, seperti radio, televisi, dan komputer, resistor dapat berfungsi sebagai pengatur kuat arus. Dengan demikian, komponen-komponen dalam rangkaian itu dapat berfungsi dengan baik. Resistor sederhana dapat dibuat dari bahan nikrom (campuran antara nikel, besi. krom, dan karbon). Selain itu, resistor juga dapat dibuat dari bahan karbon. Nilai hambatan suatu resistor dapat diukur secara langsung dengan ohmmeter. Biasanya, ohmmeter dipasang hersama-sama dengan amperemeter dan voltmeter dalam satu perangkat yang disebut multimeter. Selain dengan ohmmeter, nilai hambatan resistor dapat diukur secara tidak langsung dengan metode amperemeter voltmeter. 

3.   Hambatan Kawat Penghantar 

Berdasarkan percobaan di atas. dapat disimpulkan bahwa besar hambatan suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis : 

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.

    Beda Potensial Listrik

Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial berfungsi untuk mengaiirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Satuan beda potensial adalah volt (V). Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik disebut voltmeter. Secara matematis beda potensial dapat dituliskan sebagai berikut.

 V = W/Q

Keterangan:
V : beda potensial (volt)
W : usaha/energi (joule)
Q : muatan listrik (coulomb)

RUMUS KUAT ARUS LISTRIK (I)
 

Arus listrik terjadi jika ada perpindahan elektron seperti uraian diatas. Kedua benda bermuatan, jika dihubungkan dengan penghantar akan menghasilkan arus listrik. Kuat arus listrik disimbolkan dengan huruf I, memiliki satuan Ampere (A), rumusnya:

I = Q / t

Keterangan:

I = kuat arus listrik (A)

Q =jumlah muatan listrik (Coloumb)

t = selang waktu (s) 

    Pengaruh Suhu terhadap Hambatan kawat.

Hambatan kawat bertambah jika suhunya naik.
Dalam suatu batas perubahan suhu tertentu, perubahan fraksi hambatan jenis sebanding dengan perubahan suhu (∆T) atau dinyatakan sebagai berikut.

Hambatan sebanding dengan hambatan jenis p. Oleh karena itu, persamaan R dapat ditulis sebagai berikut.

∆R = R_o α ∆T

Rumus hambatan listrik (R)

Hambatan atau resistor disimbolkan dengan R, dengan satuan ohm, mempunyai rumus:

R = ρ . l / A

Keterangan:

• R = hambatan listrik (ohm)
• ρ = hambatan jenis (ohm.mm2/m)
• A = luas penampang kawat (m2)

  Sumber Arus Listrik Dinamis

Agar arus listrik yang bergerak atau dinamis ini dapat mengalir dalam kawat penghantar, antara kedua ujung kawat itu harus ada beda potensial. Alat yang berfungsi untuk menimbulkan arus listrik jenis ini disebut sumber arus listrik dinamis.

Sumber arus listrik jenis ini dapat dibedakan menjadi sumber arus listrik bolak-balik dan sumber arus listrik searah.

* Sumber arus listrik bolak-balik adalah sumber arus listrik bergerak atau dinamis yang menghasilkan arus bolak balik. Contohnya, dinamo sepeda, generator
   arus bolak balik, dan stop kontak.

* Sumber arus listrik searah adalah sumber arus listrik bergerak atau dinamis yang menghasilkan arus serah. Contohnya elemen volta, elemen kering 

(baterai), akumulator dan dinamo arus searah.          

     

MUATAN LISTRIK DAN ARUS LISTRIK

Muatan Listrik

- Muatan listrik (Q) terbagi dua yaitu muatan listrik positif (+) dan muatan listrik negatif (-).
- Jika batang ebonit digosok dengan kain wol, maka ebonit bermuatan listrik negatif sedangkan jika kaca digosok dengan kain sutra, maka kaca bermuatan listrik positif.
- Muatan listrik sejenis tolak menolak sedangkan yang berlainan jenis tarik menarik.
- Konduktor adalah zat yang mudah dilalui/menyimpan muatan listrik. Contoh : besi, tembaga, emas.
- Isolator adalah zat yang sulit dilalui/menyimpan muatan listrik.Contoh: karet, kaca.

Arus Listrik
- Arus listrik merupakan gerakan kelompok partikel bermuatan listrik dalam arah tertentu.
- Arah arus listrik yang mengalir dalam suatu konduktor adalah dari potensial tinggi ke potensial rendah (berlawanan arah dengan gerak elektron).

SUMBER;http://asnanyeng.blogspot.com/2017/10/konsep-listrik-dinamis.html

C.PENERAPAN LISTRIK DINAMIS DALAM KEHIDUPAN MASYARAKAT

Penerapan Listrik Dinamis Dalam Kehidupan Masyarakat

1.       Transmisi Daya Listrik

Pembangkit tenaga listrik biasanya terletak jauh dari pemukiman penduduk sehingga untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik di perlukan jaringan kabel yang cukup panjang. Dengan kapasitas daya tertentu, ada dua plihan cara mentransmisikan daya listrik dari pembangkit listrik ke pemukiman penduduk.

   

Pertama, transmisi daya yang di lakukan dengan arus listrik yang besar (berarti tegangan listriknya rendah). Cara ini memerlukan kabel dengan penampang cukup besar untuk memperkecil hambatannya (makin luas penampang penghantar, makin kecil hambatannya). Akan tetapi, jarak tempuh yang sangat jauh mengharuskan di gunakannya kebel yang sangat panjang. Dalam hal ini hambatan listrik pada kabel menjadi besar (makin panjang penghantar, makin besar hambatannya). Ini berarti rugi daya (P = I2R) juga menjadi sangat besar. Pilihan ini menjadi tidak ekonomis, butuh kabel yang besar dan panjang dan rugi daya yang besar.

Pilihan kedua, yaitu transmisi daya yang menggunakan tegangan tinggi, di anggap lebih ekonomis. Dengan tegangan tinggi (berarti arus listriknya kecil), kawat yang di perlukan tidak perlu terlalu besar meskipun sangat panjang. Jadi, pilihan kedua ini terkait dengan arus listrik yang kecil dan hambatan yang lebih kecil di bandingkan penggunaan tegangan tinggi, dan yang tak kalah pentingnya adalah rugi daya yang relatif lebih kecil.

Penyaluran daya listrik dari pembangkit listrik dalam jarak jauh memerlukan transformator, baik step up (penaik tegangan) maupun step down (penurun tegangan). Tegangan dari pembangkit listrik sebelum di transmisikan (sekitar 10 kV) biasanya dinaikkan dulu menggunakan transformator step up (menjadi sekitar  150 kV). Selanjutnya, transmisi daya di lakukan dengan tegangan sangat tinggi tersebut. Untuk Penyaluran daya ke pemukiman penduduk dalam tingkat yang aman, didirikan gardu listrik untuk menurunkan tegangan dangan nilai tertentu (misal 10 kV). Pada transmisi berikutnya, tegangan di turunkan lagi ke tiang-tiang listrik sekitar pemukiman menjadi 220 V untuk langsung didistribusikan ke pemakai listrik.

2.       Rangkaian listrik di rumah tangga

a.       Penggunaan sekering

    

Pada rangkaian listrik di rumah tangga, kawat yang mengalirkan arus listrik sebenarnya memiliki hambatan. Jika arus listrik yang mengalir dalam kawat cukup besar sedangkan penampang kawat cukup kecil, kawat akan menjadi panas. Salah satu resiko hal semacam ini adalah terjadinya kebakaran. Kawat penghantar yang relatif besar mampu menahan arus yang relatif besar pula tanpa menjadi terlalu panas. Jadi, ada ukuran “batas aman” kawat penghantar sehubungan dengan besar arus yang akan di alirkannya. Jika besar kawat tak sebanding dengan besar arus listrik yang di alirkannya, akan terjadi “kelebihan beban” yang dalam kondisi tertentu dapat mengakibatkan kebakaran.

Untuk mencegah kelebihan beban pada rangkaian listrik biasanya di gunakan sekering. Jika terjadi kelebihan beban, sekering akan putus sehingga rangkaian terbuka, aliran listrik terhenti. Selain akibat kelebihan beban, putusnya sekering dapat juga di akibatkan adanya hubung pendek di mana hambatan rangkaian menjadi sangat kecil dan arus menjadi sangat besar.

b.      Pemanasan peralatan secara paralel

Rangkaian listrik di rumah-rumah biasanya di pasang secara paralel. Ini karena dalam rangkaian paralel, setiap peralatan (yang memiliki hambatan tertentu) akan mendapatkan tegangan yang sama besar (dalam rangkaian paralel tidak terjadi pembagian tegangan). Sedangkan arus listrik yang diperlukan masing-masing peralatan dapat di hitung berdasarkan nilai daya yang di butuhkannya (biasanya tertera peralatan tersebut).

Jika anda akan menggunakan/menyalakan beberapa peralatan listrik secara bersamaan, anda perlu memperhitungkan batas maksimal arus yang di gunakan. Jika arus total yang di gunakan semua peralatan tersebut melebihi kekuatan sekering, maka sekering akan putus.

Sebuah setrika listrik dengan daya P=300 watt pada tegangan V = 220 volt (tertulis 300W/220V), akan mengkonsumsi arus sebesar  I = P/V  atau sebesar 1,36 ampere. Sebuah bola lampu 100W/220V akan mengkonsumsi arus sebesar 0,45 ampere. Jika ketiga peralatan tersebut di gunakan secara bersamaan, arus total yang di serap sebesar 1,36 A + 0,45 A + 2,73 A = 4,54 A.

Andaikan sekering pada rangkaian listrik di rumah anda memiliki kekuatan maksimal 4 A, maka sekering tersebut akan putus dan aliran listrik di rumah anda akan padam. Anda harus mengganti sekering agar aliran listrik di rumah anda mengalir kembali. Agar sekering tidak putus, anda perlu mempertimbangkan agar pemakaian peralatan listrik tersebut tidak bersamaan.

SUMBER;http://syakir-berbagiilmu.blogspot.com/2012/04/penerapan-listrik-dinamis-dalam.html