Arus Searah (DC)

Seorang pendiam dengan pikiran yang lantang. Suka ngopi dan baca buku. Finalis 100 besar Duta Bahasa Pelajar Jawa Barat 2017.

Dalam kehidupan sehari-hari kamu pastinya pernah menggunakan batu baterai untuk menyalakan lampur di suatu rangkaian listrik, bukan? Nah yang kamu lakukan tersebut merupakan salah satu contoh percobaan rangkaian listrik arus searah.

Berdasarkan arah alirannya, arus listrik dibagi menjadi 2 yaitu arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Materi arus bolak-balik (AC) sudah pernah kita bahas sebelumnya.

Maka dari itu, yang akan kita pelajari di Pendidikanpedia kali ini adalah materi fisika arus listrik searah yang meliputi pengertian, rangkaian, sumber, hingga contoh soal beserta pembahasannya. Langsung saja, berikut materinya.

Pengertian Listrik Arus Searah

pengertian arus searah

Arus searah atau direct current (DC) adalah aliran elektron (listrik) yang bergrak dari titik dengan energi potensial tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah.

Dulunya, arus searah ini dianggap sebagai arus listrik positif karena mengalir dari sumber positif ke sumber negatifnya.

Kemudian penelitan dan pengamatan terbaru ternyata menunjukkan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus listrik negatif atau elektron. Karena mengalir dari ujung kutub negatif ke kutub positif.

Aliran elektron inilah yang menyebabkan munculnya lubang-lubang positif yang “terlihat” seperti mengalir dari kutub positif ke negatif.

Salah satu contoh penggunaan lisrik arus searah adalah penyaluran tenaga listrik komersil pertama yang dibuat oleh Thomas Alfa Edison pada akhir abad ke-19. Selain itu, ada juga generator komersil pertama di dunia yang sama-sama menggunakan arus DC.

Di zaman sekarang ini, listrik arus bolak-balik lebih sering digunakan karena penggunaan transmisi (penyaluran) dan pembagiannya memang relatif lebih mudah dibandingkan arus searah.

Meski begitu, di saat pertama kali peluncuruan arus bolak-balik, arus searah juga masih tetap digunakan. Bahkan ada beberapa pihak yang enggan menerima kehadiran arus bolak-balik.

Dengan memanfaatkan perkembangan teknologi elektronika di zaman sekarang, listrik arus searah bisa dihasilkan menggunakan alat yang bernama Power Supply atau Adaptor dengan cara mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).

Rangkaian power supply sendiri adalah suatu komponen diode yang bisa berfungsi sebagai penyearah, atau dengan kata lain bisa mengubah dan menyearahkan arus AC menjadi arus DC.

Gejala-Gejala Kelistrikan

Untuk memahami lebih jauh materi arus searah ini, maka sebaiknya kamu juga mengenal gejala-gejala kelistrikan yang berhubungan dengannya.

Yang dimana gejala-gejala ini telah dirumuskan oleh para ahli kemudian dipatenkan sebagai hukum, antara lain hukum Ohm, hukum Faraday, hukum Oersted dan hukum Kirchoff I dan II.

1. Hukum Ohm

Hukum Ohm mengatakan bahwa sebuah rangkaian listrik akan memiliki nilai kuat arus yang berbanding lurus dengan tegangan di ujung rangkaiannya, dan berbanding terbalik dengan hambatannya.

2. Hukum Faraday

hukum faraday

Hukum faraday menempati urutan kedua pada hukum listrik arus searah. Hukum ini menjelaskan bahwa jika ada dua muatan yang berbeda, maka akan menciptakan medan listrik yang mana garis gaya di antara keduanya akan mengarah dari muatan positif ke muatan negatif.

Arah gerak elektron sangat berbeda dengan garis gaya listrik sebab memiliki arah aliran masuk ke muatan negatif lalu keluar di muatan positif.

3. Hukum Oersted

hukum oersted

Selanjutnya hukum yang mendasari dari listrik arus DC ialah hukum oersted. Hukum oersted menyatakan bahwa medan magnet akan tercipta hanya jika hubungan antara dua medan magnet dikaitkan dengan kawat yang dialiri arus listrik.

Arah arus dan arah kawat penghantar akan memengaruhi medan magnet.

4. Hukum Kirchoff I dan II

hukum kirchoff I dan II

Hukum yang terakhir ialah hukum kirchoff I dan II. Hukum yang mendasari arus listrik searah ini berpendapat jika arus yang mengalir pada sebuah rangkaian akan memiliki nilai yang sama dengan arus yang masuk juga arus yang keluar.

Dan aljabar tegangan pada sebuah rangkaian tertutup sama dengan nol.

Rangkaian Arus Listrik Searah

Rangkaian pada arus listrik searah ini terdiri dari gabungan seri dan paralel, seri, dan paralel. Berikut pembahasnnya.

1. Rangkaian Gabungan Seri dan Paralel

rangkaian arus searah gabungan seri dan paralel

Rangkaian gabungan dari seri dan paralel ini merupakan suatu rangkaian listrik yang umumnya digunakan untuk memisahkan arus agar memiliki nilai yang sama pada setiap bagian rangkaian listrik.

2. Rangkaian Paralel

rangkaian arus searah paralel

Rangkaian yang memiliki cabang biasanya disebut dengan rangkaian paralel. Walaupun memiliki rangkaian yang bercabang namun nilai tegangan sama pada setiap aliran.

3. Rangkaian Seri

rangkaian arus searah seri

Pada rangkaian ini kamu tidak akan menjumpai cabang sebab rangkaian seri hanya memiliki satu jalur saja, yang di mana terdapat sebuah hambatan dan tegangan.

Untuk mempelajari lebih lanjut mengenai rangkaian arus searah dan hukum Kirchoff, kamu juga bisa menonton video di bawah ini.

Video tentang rangkaian listrik arus searah

Sumber Arus Listrik Searah

Ada 4 macam sumber arus listrik DC, yaitu:

1. Generator Arus Searah

Generator merupakan alat yang biasanya dipakai untuk keperluan khusus yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik arus searah.

Berdasarkan rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap angker generator, generator arus DC dibagi menjadi:

  • Generator kompon
  • Generator shunt
  • Generator penguat terpisah

Generator memiliki dua bagian:

  • Rotor, yakni bagian mesin DC yang berputar. Terdiri dari komponen komutator, belitan rotor, poros rotor dan kipas rotor.
  • Stator, yakni bagian mesin DC yang diam. Terdiri dari komponen rangka motor, sikat arang, terminal box, bearing dan belitan stator.

Prinsip kerja alat ini adalah mengubah medan magnet dari gerakan mekanis yang terjadi pada kumparan kawat kawat yang mengakibatkan mengalirnya arus listrik.

Tegangan induksi dari sebuah generator dapat didapatkan dengan dua cara, yakni:

  • Memakai komutator, menghasilkan tegangan DC
  • Memakai cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik

2. Termoelemen

Termoelemen adalah sebuah hal ketika perbedaan suhu mengakibatkan terciptanya aliran arus listrik searah.

Thomas John Seebach pada tahun 1826 mencetuskan bahwa termoelemen dapat mengubah energi panas menjadi energi listrik.

Jadi, semakin besar perbandingan suhu maka akan semakin besar arus yang mengalir. Namun, arus yang diproduksi oleh termoelemen relatif kecil maka termoelemen belum bisa dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

3. Sel Surya (Cell Surya)

Sel photovoltaic ialah nama lain dari sel surya, yakni alat semikonduktor yang memiliki sebuah wilayah besar dioda p-n junction. Artinya, dengan hadirnya cahaya matahari dapat menghasilkan energi listrik yang bermanfaat. Perubahan energi ini disebut dengan photovoltaic.

Panel surya merupakan sel surya dalam bentuk modul. Benda ini dapat diaplikasikan di atap gedung yang dihubungkan dengan inverter ke grid listrik pada sebuah pengaturan net metering.

Prinsip kerja dari alat ini adalah plat foil aluminium yang terkena cahaya matahari akan menjadi panas lalu panas tersebut akan diteruskan ke plat silikon.

Silikon yang bersifat semikonduktor ini akan melepaskan elektron-elektron yang kemudian menempel pada foil besi dikarenakan tingkatan suhu yang tinggi. Lalu jika kedua foil tadi digabungkan dengan rangkaian luar, maka akan menciptakan aliran elektron.

Ini disebabkan karena kedua foil memiliki perbedaan potensial. Potensial yang diciptakan oleh sel surya sangat kecil jadi membutuhkan banyak sekali sel surya.

Besar arus yang mengalir pun sangat bergantung pada intensitas cahaya yang menembus plat, luas penampang yang tersinari cahaya, dan jumlah sel yang ada.

4. Elemen Elektrokimia

Proses kimiawi yang mendasari sumber arus listrik disebut dengan elemen elektrokimia. Pada kasus ini terjadi perubahan energi dari energi kimia ke energi listrik. Berdasarkan seberapa lama pemakaiannya, energi kimia bisa dibedakan menjadi:

a. Elemen Primer

Elemen ini membutuhkan bahan yang diganti secara rutin untuk menghasilkan sumber listrik yang maksimal. Contohnya:

  • Elemen Daniell, yaitu elemen yang bergantung pada depolarisator lalu menghasilkan gaya gerak listrik relatif lama. Depolarisator sendiri merupakan zat yang menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan tembaga (sulfat).
  • Elemen volta, merupakan sejenis baterai kuno. Elemen ini masih bisa kamu jumpai pada kehidupan sehari-hari, walau bentuknya telah dimodifikasi. Elemen volta memiliki 2 elektroda dari sebuah logam yang berbeda. Cara kerjanya ialah dicelupkan pada cairan asam atau larutan garam.
  • Elemen kering yakni sumber arus listrik yang terbuat dari bahan-bahan kering, artinya tak dapat diisi kembali atau bisa disebut dengan bahan sekali pakai. Contoh elemen kering yang mudah ditemui adalah baterai.
  • Elemen leclanche, elemen ini dibagi menjadi dua jenis, yakni elemen basah dan elemen kering, yang terdiri dari dua bejana kaca berisi:
    • Batang kayu sebagai depolarisator
    • Batang karbon sebagai kutub positif (anoda)
    • Batang seng sebagai kutub negatif (katoda)
    • Larutan amonium klorida sebagai elektrolit

b. Elemen Sekunder

Elemen sekunder merupakan sumber arus listrik yang tidak membutuhkan bahan pengganti sebagai pereaksi (elemen) setelah sumber arus habis dipakai. Sumber ini dapat dipakai kembali setelah diberi energi lagi (disetrum atau diisi ulang).

Contoh elemen sekunder adalah akumulator. Akumulator atau aki merupakan sumber arus listrik yang bisa menghasilkan tegangan listrik arus searah (DC). Prinsip kerjanya sesuai dengan proses kimia.

Sederhananya, prinsip kerja dari akumulator adalah sebagai berikut.

  • Pemakaian, pada saat pemakaian akan terjadi pelepasan energi dari akumulator ke lampu yang ada. Pada hal ini arus mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Sesaat setelah pemakaian, plat kutub negatif dan positif akan dilapisi oleh sulfat. Hal tersebut mengakibatkan beda potensial dari kedua kutub menjadi sama dan kedua kutub juga menjadi netral.
  • Pengisian, setelah pemakaian maka kedua kutub akan netral dan tak ada aliran arus listrik. Maka dengan disetrum akumulator dapat digunakan kembali. Pada saat proses pengisian atau disetrum, arah arus berlawan dengan pada saat dipakai, yaitu dari kutub negatif ke positif.

Bagaimana? Apakah kamu sudah paham dengan materi di atas? Kalau dirasa belum, sebagai penutup materi kali ini juga, silahkan tonton saja video pembahasannya di bawah ini.

Video listrik arus searah

Contoh Soal Listrik Arus Searah

Agar kamu semakin paham mengenai materi arus searah ini, simaklah beberapa contoh soal listrik arus searah dan pembahasannya di bawah ini.

Catatan: jawaban yang benar ditebalkan.

1. Jarak voltmeter AC menunjukkan angka 80. Apabila batas ukur 300 volt, tegangan pada saat pengukuran sebesar …

contoh soal arus searah

a. 100 volt
b. 150 volt
c. 200 volt
d. 250 volt
e. 300 volt

Jawab:

D1 : r = 80 V
V = 300 Volt
B ukur = 120
D2 : v …. ?
D3 : V = (300 / 120) . 80 V = 200 V

2. Dari percobaan hubungan tegangan (V) dengan kuat arus (I) pada resistor, dihasilkan grafik V-I pada gambar di bawah. Jika V = 4,5 volt maka besar kuat arus yang mengalir adalah …

contoh soal arus DC

a. 5 mA
b. 10 mA
c. 20 mA
d. 30 mA
e. 35 mA

Jawab:

D1 : V = 3 volt
I = 0,02 A
D2 : I …?
D3 : Hitung terlebih dahulu hambatan

V = I . R
R = V / I = 3 volt / 0,02 A = 150 Ohm

Menghitung kuat arus listrik
I = V / R = 4,5 volt / 150 Ohm = 0,03 A
I = 30 mA

3. Diketahui pada suatu penghantar mengalir arus listrik sebesar 16 Ampere dan juga terdapat hambatan sebesar 2 Ohm. Berapa besarnya tegangan sumber …

Pembahasan:

Diketahui:
I = 16 Ampere
R = 2 Ohm

Ditanya:
V = ….. ?

Jawab:
V = I . R
V = 12 Ampere x 3 Ohm
V = 36 Volt

4. Pada sebuah penampang terdapat aliran listrik yang dimana terdapat kuat arus 20 Ampere. Dan tegangan yang dihasilkan sekitar 68 Volt. Maka hitunglah hambatannya!

Pembahasan:

Diketahui:
I = 20 Ampere
V = 68 Volt

Ditanya:
R = ….. ?

Jawab:
R = V/I
R = 68/20
R = 3,4 Ohm

5. Pada sebuah penampang terdapat aliran listrik yang dimana terdapat kuat arus 20 Ampere. Dan tegangan yang dihasilkan sekitar 68 Volt. Maka hitunglah hambatannya!

Pembahasan:

Diketahui:
v1 = 80 volt
v2 = 100 volt
i1 = 0,5 A

Ditanya:
i2 = ?

Jawaban:
v1/v2 = i1/i2
80/100 = 0,5/i2
i2 = 5/8 A
∆i = 5/8 – 4/8 = 1/8 A


Demikian pembahasan lengkap mengenai listrik arus searah atau yang dikenal juga dengan sebutan arus DC. Apakah kamu punya pertanyaan? Kalau ada, jangan ragu bertanya di kolom komentar ya!

Tinggalkan komentar