Elektrodinamika

Dedicated to Dosen Tresna.

DASAR ELEKTRODINAMIKA

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.

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 x hambatan.

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.

Tegangan memiliki satuan volt (V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah ohm.
Arus Listrik
Pengertian Arus Listrik
Dalam tinjauan mikroskopik, sebuah benda dikatakan bermuatan listrik jika benda tersebut kelebihan atau kekurangan elektron.
Oleh karena elektron bermuatan negatif, benda yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif,sedangkan benda yang kekurangan elektron akan bermuatan positif.

Sebagai gambaran,ada dua buah bola bermuatan listrik, bola A memiliki jumlah muatan positif lebih banyak dari pada bola B. Ketika bola A dan bola B dihubungkan dengan sebuah paku (konduktor), sebagian muatan positif dari bola A akan mengalir melalui paku menuju bola B sehingga dicapai keadaan setimbang, yakni muatan listrik bola A dan B menjadi sama.

Bola A dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi daripada bola B. Perbedaan potensial listrik inilah yang mendorong muatan positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Aliran muatan listrik positif ini disebut arus listrik.

Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya.
Aliran muatan ini dapat dianalogikan dengan aliran air dari tempat (potensial gravitasi) tinggi ke tempat (potensial gravitasi) rendah.
Bagaimanakah agar air mengalir terus-menerus dan membentuk siklus, sementara air tidak dapat mengalir secara spontan dari tempat rendah ke tempat tinggi? 

Satu-satunya cara adalah menggunakan pompa untuk menyedot dan mengalirkan air dari tempat rendah ke tempat tinggi.
Demikian pula dengan arus listrik, arus listrik dapat mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi menggunakan sumber energi, misalnya pompa pada air.Sumber energi ini, diantaranya adalah baterai.
Sejauh ini telah dipelajari bahwa arus listrik adalah aliran muatan positif.

Kuat Arus Listrik
Ketika sebuah bola lampu dihubungkan pada terminal-terminal baterai dengan menggunakan konduktor (kabel), muatan listrik akan mengalir melalui kabel dan lampu sehingga lampu akan menyala.
Banyaknya muatan yang mengalir melalui penampang konduktor tiap satuan waktu disebut kuat arus listrik atau disebut dengan arus listrik.   

Secara matematis, kuat arus listrik ditulis sebagai
        I  =  q / t
    dengan I = kuat arus listrik (ampere ; A)
            q= muatan listrik (coulomb ; C)
             t= waktu (sekon ; s)
Satuan kuat arus listrik dinyatakan dalam ampere, disingkat A.
Satu ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar satu coulomb yang melewati penampang konduktor dalam satu sekon (1 A = 1 C/s). 

Oleh karena yang mengalir pada konduktor padat adalah elektron, banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor besarnya sama dengan kelipatan besar muatan sebuah elektron,
    qe = e = 1,6 x 10-19C
Jika pada konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total muatan yang mengalir adalah
            q  = n e

Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial / tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik.

Secara matematis ditulis sebagai berikut

R =

R = hambatan listrik (ohm ; Ω)
V = tegangan atau beda potensial listrik          ( Volt )
I = kuat arus listrik (ampere ; A)

Sering juga ditulis dalam bentuk
        V = I R
dan dikenal sebagai hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω.

Hambatan Listrik Konduktor
Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan memperhatikan laju kendaraan di jalan raya.
Di jalan sebuah mobil dapat melaju dengan cepat.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhinya, diantaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan.
Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. 

Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat.
Demikian pula panjang jalan akan mempengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju.
Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya,ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar.  

Demikian juga kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar dan panjang.
Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek.
Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya ketika kuat arusnya besar berarti hambatan konduktornya kecil.

Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sbb
        R = ρ

Dengan
R= Hambatan listrik konduktor
ρ =Hambatan jenis konduktor
ℓ = Panjang jenis konduktor
A= Luas penampang konduktor
Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan

        A = πr2 = ¼πd2

Sehingga persamaan diatas dapat juga ditulis
       
         R= ρ         
Atau
         R = 4 ρ  
Dari kedua persamaan diatas menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor.

Hal ini menujukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya.
Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar  jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil.
Selain itu persamaan diatas tadi juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. 

Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya.
Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil.
Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya.
Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan  tinggi pula hambatan konduktor tersebut.
Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat ditulis dalam persamaan
        R = R0(1 +    ∆t)
    R = hambatan konduktor pada suhu t0C
    R0= hambatan konduktor pada suhu t00C
        = koefisien suhu hambatan jenis (/0C)
     t  = t – t0 = selisih suhu (0C)