Arus listrik merupakan salah satu materi mata pelajaran fisika yang muncul pada jenjang SMP. Apakah kamu sedang mencari materi atau mendapatkan tugas tentang arus listrik?
Jika iya, maka tepat sekali karena pada kesempatan kali ini di Pendidikanpedia kita akan belajar materi arus listrik secara lengkap mulai dari pengertian, rumus, hingga contoh soalnya. Simak pembahasannya berikut ini.
Pengertian Arus Listrik
Arus listrik adalah suatu aliran yang terjadi karena jumlah muatan listrik yang mengalir dari satu titik ke titik lain dalam sebuah rangkaian tiap satuan waktu. Dalam bahasa Inggris, arus listrik disebut electric current.
Satuan Internasional (SI) arus listrik adalah A (ampere). Tetapi dalam penulisan rumusnya, arus listrik dilambangkan dengan simbol I yang mewakili intensitas atau intensity.
Penemu arus listrik adalah André-Marie Ampère, seorang ilmuwan dan fisikawan dari Perancis. Nama belakangnya diabadikan menjadi nama satuan internasional untuk arus listrik.
Muatan listrik dialirkan oleh atom yang berisi proton dan elektron.
- Proton adalah muatan listrik positif yang sebagian besarnya hanya bergerak di dalam inti atom saja.
- Elektron adalah muatan listrik negatif yang tugasnya membawa muatan ke tempat lain.
Arus listrik juga dapat terbentuk karena adanya beda tegangan atau potensial pada media penghantar antara dua titik.
Yang artinya, semakin besar nilai tegangan antara kedua titik tersebut, maka akan semakin besar pula nilai arus yang beredar pada kedua titik itu.
Untuk lebih jelasnya mengenai pengertian arus listrik kamu juga bisa menonton videonya di bawah ini.
Rumus Kuat Arus Listrik
Berikut di bawah ini rumus kuat arus listrik.
| I = Q/t atau q = I x t | I adalah arus listrik (A) |
| Q adalah muatan listrik (C) | |
| t adalah waktu (s) |
Seperti yang sudah kita ketahui, pengertian arus listrik yaitu muatan listrik positif yang mengalir pada penghantar dari potensial tinggi ke rendah.
Maka dari itu mari kita lakukan sebuah percobaan untuk membuktikan rumus dan pengertian di atas. Kita ambil contoh pada kutub baterai. Coba perhatikan gambar baterai di bawah ini.
Kedua kutub baterai memiliki beda potensial yang berbeda. Jika kedua kutub tersebut disambungkan dengan lampu pijar melalui media kabel, maka akan terjadi perpindahan elektron atau adanya arus listrik dari kutub positif ke negatif.
Dengan demikian maka lampu pijar tadi akan menyala sesuai kapasitas yang dimiliki baterai.
Apabila kita menambahkan satu baterai lagi sehingga menjadi dua buah baterai, maka lampu akan menyala dengan lebih terang. Jika menggunakan tiga baterai, lampu akan makin terang lagi.
Mengapa hal tersebut bisa terjadi?
Karena perbedaan potensial antara kutub positif dan kutub negatif semakin besar sehingga menyebabkan muatan listrik yang mengalir pada penghantar juga makin besar.
Banyaknya arus listrik sebanding dengan banyaknya muatan listrik yang mengalir.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir melewati penampang sebuah penghantar setiap satuan waktu.
Jika jumlah muatan (q) mengalir melalui penampang penghantar dalam satuan waktu (t), maka kuat arus listrik (i) secara matematis bisa ditulis seperti rumus arus listrik di atas atau pada gambar di bawah.
Rumus Hubungan Antara Kuat Arus Listrik dan Beda Potensial
| I = V/R | I adalah arus listrik (A) |
| R adalah hambatan listrik (Ω) | |
| V adalah beda potensial listrik (V) |
Sementara arus listrik yang mengalir pada satuan waktu tertentu secara umum dinyatakan dengan:
I = dQ/dt
Dan dengan begitu jumlah dari total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0-t (waktu) bisa dihitung melalui integrasi berikut:
Q = dQ = dt
Dari hasil persamaan di atas bisa kita ketahui bahwa arus listrik merupakan salah satu besaran skalar dikarenakan muatan dan waktu juga merupakan besaran skalar.
Hambatan Arus Listrik
Hambatan arus listrik adalah suatu perbandingan antara tegangan listrik sebuah komponen elektronik seperti resistor dengan arus listrik yang melaluinya.
Dan rumus hambatan arus listrik adalah sebagai berikut:
| R = V/I | R adalah hambatan (Ω) |
| V adalah tegangan | |
| I adalah arus listrik |
Besaran hambatan yang terdapat pada penghantar bisa dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
- Suhu
- Luas penampang
- Panjang penghantar
- Jenis bahan
Cara Mengukur Kuat Arus Listrik
Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik adalah amperemeter. Saat mengukur kuat arus listrik, Amperemeter disetel seri pada rangkaian listrik yang bertujuan untuk menyamakan aliran dari kuat arus dan penghantar.
Berikut cara memasang amperemeter pada sebuah rangkaian listrik.
- Terminal positif Amperemeter disambungkan dengan kutub positif sebagai sumber tegangan (baterai).
- Terminal negatif Amperemeter disambungkan dengan kutub negatif sebagai sumber tegangan (baterai).
Saat sakelar pada rangkaian disambungkan, maka lampu pijar menyala dengan jarum dari amperemeter yang bergerak menjauh dari angka nol. Angka yang ditunjuk oleh jarum adalah besar kuat arus yang mengalir.
Namun jika saklar dibuka, maka lampu pijar yang menyala tadi akan mati dengan jarum yang menunjuk ke angka nol. Yang artinya tidak ada aliran arus listrik pada rangkaian tersebut.
Pada akhirnya, bisa disimpulkan bahwa arus listrik hanya mengalir pada rangkaian tertutup.
Sifat Arus Listrik
Arus listrik yang mengalir pada rangkaian listrik akan menghasilkan sebuah energi yang memiliki sifat dari arus listrik itu sendiri. Dan sifat-sifat arus listrik antara lain:
- Menghasilkan energi cahaya
- Menghasilkan energi panas
- Menghasilkan energi magnet
- Menimbulkan reaksi kimia
Jenis-Jenis Arus Listrik Berdasarkan Arah Alirannya
Berdasarkan arah alirannya, arus listrik dibagi menjadi dua jenis, yaitu arus searah dan arus bolak-balik. Berikut masing-masing penjelasannya.
1. Arus Searah (DC)
Arus searah atau arus DC (direct current) adalah arus listrik yang mengalir satu arah. Elektronnya memiliki energi potensial tinggi yang mengalir ke energi potensial lebih rendah.
Arus listrik ini tidak akan bisa digunakan untuk waktu yang cukup lama atau perjalanan yang relatif jauh.
Sebab energi yang dihabiskan akan melemah lalu kehilangan energi sesuai waktu yang digunakan dan jarak yang ditempuh.
Contoh peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang menerapkan arus DC antara lain laptop, panel surya, handphone, komputer.
2. Arus Bolak-Balik (AC)
Arus bolak-balik atau arus AC (alternating current) adalah arus dengan tegangan listrik yang muatannya berganti sesuai waktu dan mengalir secara dua arah.
Arah pada arus listrik AC tidak bergerak dari kutub positif ke kutub negatif, melainkan arusnya hanya bolak-balik.
Pada prinsip kerjanya, terjadi perputaran kumparan sesuai dengan kecepatan sudut tertentu yang berada dalam medan magnetik.
Contoh arus listrik AC dalam kehidupan sehari-hari adalah listrik PLN, listrik yang bersumber dari generator, dan alat rumah tangga seperti TV, kipas angin, lampu dan setrika.
Teori Aliran Arus Listrik
Ada 2 teori aliran arus listrik, yaitu aliran konvensional dan aliran elektron. Berikut masing-masing pembahasannya.
1. Aliran Konvensional (Conventional Current Flow)
Aliran arus listrik konvensional adalah aliran arus yang mengimplementasikan prinsip muatan, di mana arus listrik diartikan sebagai aliran muatan listrik positif pada penghantar dari potensial tinggi ke potensial rendah.
Secara singkat, aliran konvensional bisa digambarkan seperti berikut.
(+) -> (-)
Secara konvensional sering disebut jika aliran listrik pada suatu rangkaian elektronika yakni mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-).
Namun, arah aliran arus listrik ini berbanding terbalik dengan prinsip aliran elektron pada sebuah penghantar.
Tujuan utama pemakaian konsep ini adalah untuk mempermudah penafsiran pada arah aliran muatan listrik yakni dari positif ke negatif.
2. Aliran Elektron (Electron Flow)
Arah aliran dari elektron ini berlawanan dengan arah aliran arus listrik konvensional. Sebab pada hakikatnya elektron adalah partikel yang memiliki muatan negatif dan bergerak bebas lalu ditarik ke terminal positif.
Secara singkat, aliran konvensional bisa digambarkan seperti berikut.
(-) -> (+)
Maka dari itu, arah aliran listrik pada sebuah rangkaian yakni aliran elektron seperti pada kutub negatif baterai atau katoda (-) lalu kembali lagi ke kutub positif baterai atau anoda (+).
Contoh Soal Kuat Arus Listrik dan Jawabannya
1. Jika diketahui kuat arus sebuah sumber arus listrik adalah 4 A, hitunglah muatan yang mengalir selama 2 menit!
Ditanyakan:
Q = … ?
Jawab:
Diketahui:
I = 4 A
t = 2 menit = 120 detik
Penyelesaian:
I = Q/t
Q = I x t
Q = 4 A x 120 s
Q = 480 C
Jadi, banyaknya muatan yang mengalir selama 2 menit adalah 480 C.
2. Sebuah arus listrik yang lewat hambatan dalam suatu rangkaian dengan besar arus listriknya yaitu 6 ampere dan dalam kurun waktu 30 sekon. Maka, berapakah besar muatan listriknya?
Ditanyakan:
Q = … ?
Jawab:
Diketahui:
I = 6 ampere
t = 30 sekon
Penyelesaian:
I = Q/t
6 ampere = Q/30 sekon
Q = 6 ampere x 30 sekon
Q = 180 C
Jadi, besar muatan listriknya adalah 180 C.
3. Sebuah arus listrik memiliki 3 Ampere yang mengalir pada sebuah kabel penghantar dengan beda potensialnya yang di kedua ujungnya yaitu 9 V. Jadi, berapakah hambatan pada kawat tersebut?
Ditanyakan:
R = … ?
Jawab:
Diketahui:
I = 3 ampere
V = 9 volt
Penyelesaian:
R = V/I
R = 9 volt/3 ampere
R = 3 Ω
Jadi, besar dari hambatan kawat tersebut adalah 3 Ω.
4. Sebuah arus memiliki muatan sebesar 360 coulomb yang mengalir dalam 20 detik. Maka, hitunglah kuat arus listriknya!
Ditanyakan:
I = … ?
Jawab:
Diketahui:
Q = 360 C
t = 20 s
Penyelesaian:
I = Q/t
I = 360 C/20 s
I = 18 A
Jadi, besar besar arus listriknya adalah 6 A.
5. Arus sebesar 2 Ampere mengalir melalui kawat selama 8 sekon. Tentukan besar muatan melewati suatu titik dan banyaknya elektron pada muatan tersebut!
Ditanyakan:
Muatan (Q) dan jumlah elektron (e)?
Jawab:
Diketahui:
I = 2 A
t = 8 s
Penyelesaian:
I = Q/t
Q = I t = (2 A)(8 s) = 16 coulomb.
Jadi, besar coulomb yang didapat adalah 16 coulomb.
Nah selesai sudah pembahasan tentang materi arus listrik beserta rumus dan contoh soalnya. Semoga kamu paham dengan materinya. Ada yang ingin ditanyakan? Sampaikan di komentar ya!
