Arus listrik

Arus listrik
Sebuah sirkuit listrik sederhana, di mana arus listrik diwakili oleh huruf i. Hubungan antara tegangan listrik (V), hambatan listrik (R), dan arus listrik (I) adalah V = IR; ini dikenal sebagai hukum Ohm.
Simbol umum	I
Satuan SI	ampere
Dimensi SI	I
Turunan dari besaran lainnya	${\displaystyle I={V \over R}\,,I={Q \over t}}$

Arus listrik adalah laju aliran muatan listrik yang melewati suatu titik^[1]:2[2]:622atau bagian.^[2]:614 Arus listrik dikatakan ada ketika terdapat aliran bersih muatan listrik melalui suatu bagian.^[3]:832 Muatan listrik dibawa oleh partikel bermuatan, sehingga arus listrik adalah aliran partikel muatan. Partikel yang bergerak disebut elektron, dan dalam konduktor yang berbeda mungkin jenis partikel yang berbeda. Di sirkuit listrik, pembawa muatan sering kali elektron yang bergerak melalui kawat. Dalam elektrolit pembawa muatan adalah ion, dan dalam gas terionisasi (plasma) adalah ion dan elektron.^[4]

Sistem Satuan Internasional memberikan satuan dari arus listrik yaitu ampere, yang merupakan aliran muatan listrik melintasi permukaan dengan kecepatan satu coulomb per detik. Ampere (simbol: A) adalah unit dasar SI^[5]:15 Arus listrik diukur menggunakan perangkat yang disebut amperemeter.^[6]:788

Arus listrik menyebabkan pemanasan Joule, yang menciptakan cahaya dalam bola lampu pijar. Mereka juga menciptakan medan magnet, yang digunakan dalam motor, generator, induktor, dan transformator.

Jenis

Arus searah

Arus searah adalah arus listrik yang nilainya tidak berubah yaitu positif atau hanya negatif saja.^[7] Arus searah didefinisikan sebagai arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu. Peninjauan arus listrik pada waktu berbeda, tetap akan mendapatkan nilai yang sama.^[8] Sumber arus searah diperoleh dari elemen-elemen yang memberikan energi listrik yang mengalir secara merata setiap saat, seperti elemen volta, baterai, akumulator.^[9]

Arus bolak-balik

Arus bolak-balik adalah arus listrik yang memiliki arah arus yang berubah-ubah secara bolak-balik. Sifat arus bolak-balik berbeda dengan arus searah yang arah arusnya tidak berubah-ubah terhadap waktu. Bentuk gelombang dari arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida sehingga memungkinkan pengaliran energi secara efisien. Arus bolak-balik juga dapat mengalir dalam bentuk gelombang segitiga atau bentuk gelombang segi empat. Secara umum, penyaluran listrik arus bolak-balik dari sumber listrik menuju ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Arus bolak-balik juga dialirkan sebagai sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.^[10]

Karakteristik

Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut.${\displaystyle i_{1}+i_{4}=i_{2}+i_{3}}$^[11]

Untuk arus yang konstan, besar arus ${\displaystyle I}$ dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

${\displaystyle I={\frac {Q}{t}},}$

di mana ${\displaystyle I}$ adalah arus listrik, ${\displaystyle Q}$ adalah muatan listrik, dan ${\displaystyle t}$ adalah waktu.

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:^[12]

${\displaystyle I={\frac {dQ}{dt}}.}$

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga ${\displaystyle t}$ melalui integrasi:^[11]

${\displaystyle Q=\int dQ=\int _{0}^{t}{i}\ dt.}$

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan ${\displaystyle Q}$ maupun waktu ${\displaystyle t}$ merupakan besaran skalar.^[11] Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah,^[11] salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor.^[11] Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam^[11] sehingga ${\displaystyle i_{1}+i_{4}=i_{2}+i_{3}}$. Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.^[11]

Arah arus

Definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya)^[11]

Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional.^[13] Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif.^[11] Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel-partikel elektron bermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional.^[11] Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:^[11]

Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan.^[11]

Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.^[11]

Rapat arus

Rapat arus adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar.^[11] Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m²).^[11]

${\displaystyle I=\int \mathbf {J} \cdot d\mathbf {A} ,}$

di mana ${\displaystyle I}$ adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen.^[11] Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA sehingga persamaan menjadi:^[11]

${\displaystyle I=\int J\ dA=J\int dA=JA,}$

maka

${\displaystyle J={\frac {I}{A}},}$

di mana ${\displaystyle A}$ adalah luas penampang total dan ${\displaystyle J}$ adalah rapat arus dalam satuan A/m².^[11]

Kelajuan hanyutan

Saat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun juga.^[11] Sedangkan saat arus listrik mengalir melalui penghantar, elektron tetap bergerak secara acak namun mereka cenderung hanyut sepanjang penghantar dengan arah berlawanan dengan medan listrik yang menghasilkan aliran arus.^[11] Tingkat kelajuan hanyutan dalam penghantar lebih kecil dibandingkan dengan kelajuan gerak-acak, yaitu antara 10⁻⁵ dan 10⁻⁴ m/s dibandingkan dengan sekitar 10⁶ m/s pada sebuah penghantar tembaga.^[11]

Referensi

1. Horowitz, Paul; Hill, Winfield (2015). The art of electronics (edisi ke-3rd). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-80926-9. 
2. Walker, Jearl; Halliday, David; Resnick, Robert (2014). Fundamentals of physics (edisi ke-10th). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-1118230732. OCLC 950235056. 
3. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (edisi ke-6th). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7. 
4. Anthony C. Fischer-Cripps (2004). The electronics companion. CRC Press. hlm. 13. ISBN 978-0-7503-1012-3. 
5. Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (2019), Sistem Satuan Internasional [Le Système international d'unités; The International System of Units] (PDF) (dalam bahasa Prancis and Inggris) (edisi ke-9), ISBN 978-92-822-2272-0, diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2019-05-23  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
6. Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Walker2
7. Ponto 2018, hlm. 43.
8. Safitri, N., Sutyati, dan Rachmawati (2017). Analisa Rangkaian Listrik (Teori Dasar, Penyelesaian Soal dan Soal-Soal Latihan) (PDF). Lhokseumawe, Aceh: Politeknik Negeri Lhokseumawe. hlm. 4. ISBN 978-602-17282-5-3.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
9. Ponto 2018, hlm. 40.
10. Ponto 2018, hlm. 51.
11. (Inggris) Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Fundamentals of Physics (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6th). John Wiley & Sons, Inc. hlm. 612-616. ISBN 9971-51-330-7. 
12. "Arus Listrik" (PDF). Tim Olimpiade Fisika Indonesia. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2010-03-31. Diakses tanggal 2010-04-28.  Parameter |filetype= yang tidak diketahui mengabaikan (|format= yang disarankan) (bantuan)
13. "besaran pokok dan besaran turunan : Gudang Ilmu Fisika Gratis". Diakses tanggal 2010-04-29. 

Daftar pustaka

1. Ponto, H. (2018). Dasar Teknik Elektro (PDF). Yogyakarta: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2021-01-31. Diakses tanggal 2021-01-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)