HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

48
HAMBATAN & ARUS LISTRIK MINGGU KE-6 2 X PERTEMUAN

Transcript of HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Page 1: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

HAMBATAN & ARUS LISTRIK

MINGGU KE-6

2 X PERTEMUAN

Page 2: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Arus: Aliran muatan

Arus rata-rata Iav: Muatan ΔQ yang mengalir melalui luas

A dalam waktu Δt

Arus sesaat :

limit Δt → 0 dari Iav

2

limit Δt → 0 dari Iav

Satuan arus: Coulomb/sekon = Ampere

Page 3: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Arah Arus

Arah arus adalah searah dengan arah aliran muatan positif

3

atau, berlawanan arah dengan arah aliran muatan

negatif

Page 4: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Rapat Arus J

J: arus/satuan luas

4

searah dengan arah arus

Page 5: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Mengapa arus dapat mengalir?

Jika medan listrik diberikan pada suatu konduktor, muatan akan mengalir membentuk

arus yang searah dengan E.

5

Cat: ketika arus mengalir, konduktor tidak lagi sebagai sebuah permukaan equipotensial

(dan E di dalam ≠ 0)!

Page 6: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Arus: Tinjauan Mikroskopik

Animasi 6.1

6

Kecepatan Drift adalah kecepatan alir yang diakibatkan adanya medan listrik.

Besar kecepatan drift: 4x10-5 m/sec, atau 0.04 mm/sekon!

Untuk berpindah sejauh 1 meter dengan kecapatan drift, membutuhkan waktu 10 jam!

Page 7: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Konduktivitas dan Resistivitas

Kemampuan arus untuk mengalir bergantung

pada kerapatan muatan dan rerata hamburan

Dua kuantitas yang mewakili ini:

7

Dua kuantitas yang mewakili ini:

σ: konduktivitas

ρ: resistivitas

Page 8: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kecepatan terminal :

µ Mobilitas elektron

Misal : dx = elemen kawat

A = luas penampang kawat

n = kerapatan elektron (jumlah elektron persatuan volum)

Volume elemen kawat :

Jumlah elektron dalam elemen volum :

Jumlah muatan elektron dalam elemen volum :

Arus yang mengalir dalam kawat :

Rapat arus :

Konduktivitas listrik

Page 9: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

L = panjang kawat

Jika dianggap E dalam kawat konstan, maka EL = beda potensial ujung-ujung kawat

Dengan:

Bandingkan

Page 10: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hukum Ohm Mikroskopik

10

ρ dan σ hanya bergantung pada sifat mikroskopis bahan, bukan pada bentuk.

Page 11: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Selain meninjau medan listrik, tinjau pula beda potensial pada konduktor

Mengapa arus dapat mengalir?

11

Page 12: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hukum OhmBagaimana hubungan antara ΔV dan arus?

12

Page 13: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hukum Ohm

R memiliki satuan Ohm (Ω) = Volt/Amp

Animasi 6.2

Page 14: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Contoh Rangkaian

14

Page 15: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Simbol untuk Elemen Listrik pada

Rangkaian

15

Page 16: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Konvensi Tanda - Batrei

Bergerak dari terminal negatif ke terminal positif dari sebuah batrei:

potensial meningkat

16

Page 17: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Bergerak melalui resistor searah dengan arah arus: potensial menurun

Konvensi Tanda - Resistor

17

Page 18: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Bergerak melalui kapasitor dari plat bermuatan negatif ke plat bermuatan positif:

potensial meningkat

Konvensi Tanda - Kapasitor

18

Page 19: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Seri vs Paralel

19

Series Parallel

Page 20: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Susunan Resistor Seri

Arus yang sama harus melewati kedua resistor

20

Animasi 6.3

Page 21: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Susunan Resistor Paralel

Tegangan pada tiap resistor haruslah sama

Animasi 6.4

Page 22: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hukum Kirchhoff

22

Hukum Kirchhoff

Page 23: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hukum Kirchhoff

1. Jumlah arus yang masuk pada suatu persimpangan haruslah sama dengan jumlah arus

yang keluar dari persimpangan.

23

Page 24: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

2. Jumlah beda potensial yang terdapat pada semua elemen listrik dalam rangkaian

tertutup harus nol.

Hukum Kirchhoff

24

Page 25: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Hambatan DalamBatrei nyata memiliki hambatan dalam r, yang sangat kecil tetapi tidak nol

Animasi 6.5

Tegangan Terminal:

(Meskipun anda hubung singkatkan ujung-ujungnya, anda tidak akan memperoleh arus

takhingga)

Animasi 6.5

Page 26: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Langkah-langkah Penyelesaian Problem Rangkaian

1. Sederhanakan resistor (bila mungkin)

2. Tentukan loop pada rangkaian (bisa lebih dari satu)

3. Tentukan arah dari tiap loop (sembarang)

4. Tentukan arah arus pada tiap loop (“sembarang”)

5. Tuliskan persamaan Hukum Kirchoff 1 dan 2, aplikasikan pada tiap loop

6. Pecahkan

26

6. Pecahkan

Page 27: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Contoh: Rangkaian Sederhana

Langkah 1

Anda dapat menyederhanakan

resistor!

27

Berapa arus yang melalui

batrei bawah?

Page 28: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Langkah 2, 3 dan 4:

Contoh: Rangkaian Sederhana

Langkah 5:

28

Langkah 6:

Harga I2:

Page 29: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

• Tentukan besar arus pada

masing-masing rangkaian!

R

r r

R

r

r

(a) (b)

E E

E

E

Page 30: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Cari nilai amperemeter & voltmeter. All resistors are R, batteries are ε

Problem: Rangkaian

30

Rumit Sederhana

Page 31: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

• Daya

31

Page 32: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Daya adalah perubahan energi tiap satuan waktu.

Daya Listrik

32

Page 33: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Bergerak dari terminal negatif ke terminal positif dari sebuah batrei: potensial

meningkat. Jika arus mengalir pada arah tersebut, maka batrei mensuplai daya.

Daya - Batrei

33

Page 34: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Bergerak melalui resistor searah dengan arah arus: potensial menurun. Resistor selalu

mendisipasi daya

Daya - Resistor

34

Page 35: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Bergerak melalui kapasitor dari plat positif ke negatif:

potensial menurun. Jika arus mengalir pada arah tersebut,

maka kapasitor mengabsorpsi daya (menyimpan muatan)

Daya - Kapasitor

35

Page 36: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Keseimbangan Energi

Kalikan dengan I:

36

(daya yang disuplai batrei) = (daya yang didisipasi resistor)

+ (daya yang diabsorpsi kapasitor)

Page 37: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Rangkaian RC

37

Page 38: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengisian (Charging) dan

Pengosongan (Discharging) Kapasitor

1. Ketika arah arus mengalir menuju plat positif dari kapasitor,

38

2. Ketika arah arus mengalir keluar dari plat positif kapasitor,

Page 39: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengisian Kapasitor

39

Apa yang terjadi ketika saklar S ditutup?

Page 40: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengisian Kapasitor

40

Gunakan Hukum Kirchhoff

(berjalan searah arus):

Animasi 6.6

Page 41: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengisian Kapasitor

41

RC adalah konstanta waktu, dan memiliki satuan sekon

Solusi persamaan differensial:

Page 42: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengisian Kapasitor

42

Animasi 6.7

Page 43: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengosongan Kapasitor

43

Apa yang terjadi ketika saklar S ditutup?

Page 44: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengosongan Kapasitor

44

Page 45: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Pengosongan Kapasitor

45

Animasi 6.8

Page 46: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

• Gambarkan grafik Vc fungsi waktu, ketika saklar S

E

R

RR

1

23

C

S

• Gambarkan grafik Vc fungsi waktu, ketika saklar S

ditutup!

b. carilah potensial yang melewati kapasitor

sebagai fungsi waktu, Vc (t)?

Page 47: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

Tugas

1. Buku Halliday Resnick Hal. 248 No. 49

2. Buku Tipler Hal. 207 No. 61

3. Lihat rangkaian di bawah ini,

47

a. Saklar s terbuka sangat lama, berapakah

beda potensial pada kapasitor?

b. Pada t=0 saklar s ditutup, carilah arus yang melewati

saklar sebagai fungsi waktu, I (t)?

Page 48: HAMBATAN & ARUS LISTRIK - Web UPI Official

TUGAS 5

Buku Halliday Resnick

Hal. 242 No. 25, 27 & 28

48

Hal. 242 No. 25, 27 & 28