Hukum Dasar Listrik

Hukum I KirchoffHukum I Kirchoff merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini

Hukum II KirchoffHukum II Kirchoff adalah hukum kekekalan energi yang diterapkan dalam suatu rangkaian tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak Listrik) sumber beda potensial dalam sebuah rangkaian tertutup (loop) sma dengan nol. Secara matematis, Hukum II Kirchoff ini dirumuskan dengan persamaan

Di mana V adalah beda potensial komponen komponen dalam rangkaian (kecuali sumber ggl) dan E adalah ggl sumber. Untuk lebih jelasnya mengenai Hukum II Kirchoff, perhatikanlah sebuah rangkaian tertutup sederhana berikut ini

Dari rangkaian sederhana di atas, maka akan berlaku persamaan berikut (anggap arah loop searah arah arus)I . R + I . r - E = 0..............1)E = I (R + r)I = E/(R + r)Persamaan 1 dapat ditulis dalam bentuk lain seperti berikutI . R = E - I . rDi mana I . R adalah beda potensial pada komponen resistor R, yang juga sering disebut dengan tegangan jepit

Hukum OhmHubungan antara kuat arus dengan beda potensial dalam suatu rangkaian tertutup pertama kali diselidiki oleh fisikawan jerman yang bernama George Siemon Ohm dalam suatu konsep yang disebut dengan Hukum Ohm. Hukum Ohm menyatakan bahwa "Pada temperatur tetap, kuat arus dalam suatu rangkaian tertutup akan sebanding dengan beda potensial antar ujung-ujung rangkaian".VIR = V/I

1,5 volt0,15 amper10

3,0 volt0,30 amper10

4,5 volt0,45 amper10

Keterangan:V = beda potensial listrik antar ujung-ujung rangkaian (volt)I = kuat arus listrik dalam rangkaian (amper)R = hambatan total rangkaian pada temperatur konstan ()Model grafik komponen-komponen Ohmmik jika dialiri arus listrik

Hukum Faraday

Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa:

1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.

Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.

Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.

Hukum Coulumb

Kita sudah tahu, bahwa dua muatan yang sejenis akan tarik-menarik dan dua muatan yang tidak sejenis akan tolak-menolak. Ketika sudah kelas IX SMP, pengetahuan itu belum cukup. Kita juga harus tahu berapa besar gaya tarik-menariknya dan berapa gaya tolak-menolaknya.

Charles Augustin de Coulomb, menemukan hubungan antara gaya listrik dengan besar muatan-muatan dan jarak antara kedua muatan tersebut. Hubungan ini disebut sebagai Hukum Coulomb.

Besarnya gaya tarik-menarik dan tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan.

Gaya tarik-menarik atau tolak menolak ini disebut dengan gaya Coulomb atau gaya listrik.

Sekarang mari kita kupas hukum Coulomb ini dengan seksama :a. Besarnya gaya tarik menarik atau tolak-menolak sebanding dengan besar muatan masing-masing

Contoh :Dua muatan masing-masing + 2Q dan + Q terpisah sejauh d mengalami gaya listrik sebesar F. Berapa besar gayanya jika muatan masing-masing menjadi +3Q dan +4Q?PenyelesaianDari soal di atas dapat dibuat diagram sebagai berikut.

Karena besarnya gaya Coulomb F sebanding dengan muatan-muatannya maka dapat dituliskan

Perhatikan diagram berikut.

Nampak bahwa, ketika muatan-muatannya menjadi lebih besar maka besar gaya Coulomb-nya juga lebih besar.

b. Besarnya gaya Coulomb berbanding terbalik kuadrat jarak kedua muatanKetika dua buah muatan terpisah makin jauh, tentunya pengaruh keduanya akan semakin kecil. Lebih kecilnya, bukan sekedar berbanding terbalik tetapi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya.

Contoh :Dua muatan masing-masing +Q C dan +Q C terpisah sejauh d mengalami gaya Coulomb sebesar F. Berapa gaya tolak-menolaknya, ketika jarak muatan-muatannya menjadi 2d?

PenyelesaianBesarnya gaya Coulomb berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua muatan, sehingga besar gaya Couomb F nya menjadi :

Jadi, ketika jarak kedua muatan menjadi 2 kali lebih besar, maka gaya Coulombnya kali gaya semula, ketika jaraknya menjadi 3 kali, maka gaya Coulombnya menjadi 1/9 kali gaya semula dan seterusnya.

Hukum Lenz Arah dari arus GGL induksi ialah sedemikian rupa sehingga melawan arus yang menimbulkannya Arus induksi yang timbul arahnya sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang melawan arah perubahan medan magnet

Hukum Lorentz

Bila penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet , maka pada penghantar akan timbul gaya Jadigaya lorentzadalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet Bagaimana gaya lorentz berfungsi, maka lakukan percobaan dengan mengamati bentuk medan magnet atau garis gaya magnet selama percobaan.Bila pengamatan dilakukan dengan benar maka akan diperoleh :(a) Makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar pula gaya yang bekerja dan makin cepat batang penghantar bergulir.(b) Bila polaritas sumbu dirubah, maka penghantar akan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak sebelumnya.perhatikan gambar di bawah ini

MENENTUKAN ARAH GAYA LORENTZArah gaya lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan. Jari-jari tangan kanan diatur sedemikian rupa, sehingga Ibu jari tegak lurus terjadap telunjuk dan tegak lurus juga terhadap jari tengah. Bila arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, maka arah gaya lorentz (F) di tunjukkan oleh jari tengah.perhatikan gambar berikut :

Gaya lorentz pada penghantar bergantung pada faktor sebagai berikut :(1) kuat medan magnet (B)(2) besar arus listrik (I)(3) panjang penghantarsehingga dapat dirumuskanF = B.I.Lketerangan :F adalah gaya lorentz (N)B adalah kuat medan magnet (Tesla)I adalah kuat arus listrik (A)L adalah panjang penghantar (m)