Hukum Coulomb: Pengertian Gaya Elektrostatik Energi Usaha Medan Potensial Listrik Contoh Soal Rumus Perhitungan,

Pengertian Listrik Statis atau Elokrostatis . Pada dasarnya Listrik dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik statis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan diam, tidak ada gerakan atau aliran muatan listrik. Sedangkan listrik dinamis berkaitan dengan muatan listrik dalam keadaan bergerak.

Listrik statis terbentuk akibat adanya interaksi antara partikel- partikel yang bermuatan listrik, elektron negatif, dan proton positif pada atom.

Sifat kelistrikan suatu benda ditunjukkan oleh adanya muatan listrik yang terdapat pada benda tersebut. Suatu benda dikatakan bermuatan listrik jika atom- atom benda tersebut kekurangan atau kelebihan elektron.

Besarnya muatan listrik tergantung pada seberapa banyak atom- atom tersebut kekurangan atau kelebihan elektron. Semakin banyak atom-atomnya kekurangan atau kelebihan elektron, maka semakin besar muatannya.

Ada dua jenis muatan listrik yaitu muatan positif dan negatif. Suatu benda dikatakan bermuatan positif jika kelebihan proton atau kekurangan elektron, dan sebaliknya benda akan bermuatan negatif jika kelebihan elektron atau kekurangan proton.


Cara Membuat Muatan Listrik Benda

Cara tradisional untuk membuat benda bermuatan listrik dapat dilakukan dengan gosokan. Jika dua benda.  Jika saling digosokan, maka elektron dari benda yang satu akan pindah ke benda yang lainnya.

Dengn demikian, benda yang kehilangan elektron akan bermuatan positif dan benda yang menerima pindahan electron akan bermuatan negatif.

Cara membuat benda bermuatan listrik selain dengan cara menggosok dapat juga dengan cara pemanasan dan cara induksi.

Sifat Muatan Listrik

Sifat-sifat yang dimiliki oleh muatan listrik adalah:

– Muatan listrik yang sejenis yaitu negatif dengan negatif atau positif dengan positif, jika didekatkan akan saling tolak menolak.

– Muatan listrik yang tidak sejenis yaotu negatif dengan positif, jika didekatkan akan saling tarik- menarik.

Satuan Muatan Listrik

Satuan muatan listrik dalam SI dinyatakan dengan Coulumb disingkat C, satuan tersebut diambill dari nama seorang fisikawan Perancis Charles Augustin Coulumb (1736-1806)

Hukum Coulomb

Hukum Coloumb adalah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masing masing muatan listrik.

Hukum Coulomb Menyatakan bahwa “Gaya listrik yaitu tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik”.

Secara matematis, Hukum Coloumb dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

F = k (q1 x q2)/r2 atau

F = (1/4πε0) x (q1 x q2)/r2

Dengan Keterangan:

F = gaya Coloumb (Newton = N)

q1, q2 = muatan listrik benda 1 dan 2 (Coloumb = C)

r = jarak antara dua muatan listrik (m)

k = konstanta pembanding = konstanta gaya Coloumb

k = (1/4πε0)

k = 9 × 109 Nm2C-2

ε0 = permitivitas ruang hampa

ε0 = 8,854 × 10-12 C2 N-1 m-2

Contoh Soal Perhitungan Rumus Coulomb

Dua keping logam yang bermuatan listrik masing- masing +4 × 10-9 C dan +6 × 10-9 C terpisah sejauh 5 cm. Berapakah besar gaya tolak- menolak kedua keeping logam tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

q1 = 4 × 10-9 C

q2 = 6 × 10-9 C

r = 5 cm = 0,03 m

k = 9 × 109 Nm2 C-2

Ditanya :

Gaya tolak menolak F

Jawab:

F = k (q1 x q2)/r2 jadi

F = 9 x 109 (4 × 10-9 x 6 × 10-9)/(0,05)2

F = 8,6 × 10-5 N

Jadi, besar gaya tolak- menolak antara dua keping logam tersebut adalah 8,6 × 10-5 N.

Soal Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Elektroskop

Elektroskop adalah alat yang digunakan untuk mengetahui adanya muatan listrik pada suatu benda.

Salah satu jenis elektroskop yang umun digunakan adalah elektroskop daun. Bagian penting elektroskop daun adalah sebuah tangkai logam dari bagian logam kuningan dengan ujung bawah berbentuk pipih.

Pada ujung ini ditempatkan dua helai logam sangat tipis yang terbuat dari bahan aluminium atau emas, biasa disebut dengan bagian daun.

Ujung atas berbentuk cakram atau bola yang berfungsi sebagai penghantar muatan dan kotak kaca.

Pengertian Medan Listrik

Medan listrik didefinisikan sebagai daerah atau ruangan di sekitar benda bermuatan listrik. Jadi ada daerah atau ruang yang mengelilingi benda yang bermuatan listrik. Ketika sebuah benda bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut, maka benda tersebut akan mendapat gaya listrik yang disebut dengan gaya eloktrostatis atau gaya Coulomb. Jadi sebenarnya, medan listrik merupakan tempat atau daerah yang masih dipengaruhi oleh gaya Coulomb.

Pengertian Garis Medan Listrik

Garis- garis gaya listrik yaitu garis lengkung yang menggambarkan lintasan yang ditempuh oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik. Garis garis gaya listrik ini menunjukkan arah medan listrik pada setiap titik.

Garis gaya listrik tidak mungkin akan berpotongan, sebab garis gaya listrik merupakan garis khayal yang berawal dari benda bermuatan positif dan akan berakhir di benda yang bermuatan negatif.

Garis medan listrik disebut juga sebagai garis gaya listrik, karena garis tersebut menunjukkan arah gaya pada suatu muatan.

Garis-garis gaya listrik pada muatan positif bergerak keluar dan pada muatan negatif menuju ke pusat. Garis-garis gaya berasal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif.

Pengertian Kuat Medan Listrik

Medan listrik dapat dinyatakan dengan kerapatan garis-garis gaya listrik. Medan listrik antara muatan negatif dan muatan positif terjadi sangat besar karena adanya kerapatan garis- garis gaya listrik.

Medan listrik yang terjadi antara muatan positif dengan muatan positif kecil karena tidak adanya kerapatan garis-garis gaya listrik. Jadi, makin banyak garis garis gaya listrik di suatu tempat antara dua muatan makin besar medan listriknya.

Kuat medan listrik didefinisikan sebagai gaya per satuan muatan yang ditempatkan pada suatu titik. Kuat medan listrik merupakan ukuran kekuatan dari medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan pada suatu titik, Kuat medan listrik dinyatakan dengan lambang E.

Perhatikan gambar berikut.

Rumus Kuat Medan Muatan Listrik
Rumus Kuat Medan Muatan Listrik

Muatan q2 terletak di posisi titip T dalam medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan q1.  Jarak muatan q2 pada titik T dari muatan q1 adalah r.

Besarnya Gaya Coulumb yang ditimbulkan oleh muatan q1 dan q2 dinyatakan dengan persamaan rumus berikut

F = k (q1 x q2)/r2

Sedangkan besarnya Kuat medan listrik di titip P yang dialami atau dirasakan oleh muatan q2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

E = F/q2

Substitusi kedua persamaan tersebut, sehingga kuat medan listrik yang dialami oleh muatan q2 adalah:

E = k q1/r2

Dengan Keterangan

E = kuat medan listrik di suatu titik T (N/C)

q1 = muatan listrik sebagai sumber medan (coulomb)

q2 = muatan listrik pada suatu titik (T) dalam medan listrik (coulomb)

r = jarak titik T dari muatan q1 (m)

k = 9.109 Nm2/C2

Kuat medan listrik di titik T yang dirasakan oleh muatan q2 merupakan kuat medan listrik yang dihasilkan oleh muatan q1. Jadi Kuat medan listrik ini bukanlah kuat medan listrik dari muatan q2.

Dari persamaannya dapat dikatakan bahwa Kuat medan listrik di titik T dengan jarak r tidak tergantung pada besarnya muatan q2

Contoh Soal Perhitungan Arah Kuat Medan Titik P

Sebuah titik P berada pada jarak 20 cm dari sebuah muatan q = 16 μC. Hitung besar dan arah medan lisrik di titik P.

Dan hitung percapatan awal jika sebuah muatan q = 5μC yang bermassa 3 gram dilepaskan dari titik P.

Diketahui:

q = 16 μC = 1,6 x 10-5 C

r = 20 cm = 0,2 m

m = 3 gram

Menghitung Kuat Medan Di Titik P

Ep = k q/(r)2

EP = 9×109(1,6×10-5)/(0,2)2

EP = 3,6 x106 N/C

Muatan q adalah positif, jadi Arah Medan Listriknya Menjauhi muatan q

Rumus Menghitung Percepatan Muatan Di Medan Listrik Titik P

Besarnya percepatan sebuah partikel yang berada dalam medan listrik di titik P dapat dihitung dengan Hukum Newton 2 seperti berikut:

F = m.a atau

a = F/m

a = percepatan awal partikel

m = massa partikel

F = Gaya  yang diterima partikel dalam medan listrik di titik P.

Menghitung Gaya Elektrostatik Partikel Dalam Medan Listrik Di Titik P

Besar gaya dalam medan listrik di titik P dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

F = q EP

q = 5 μC = 5 x10-6 C

Diketahui dari perhitungan di atas

EP = 3,6 x106 N/C

FP = (5 x10-6)(3,6 x106)

FP = 18 N

Maka Percepatan awal partikel adalah

a = F/m

m = 3 gram = 3 x 10-3 kg

a = 18/(3 x10-3)

a = 6 x103 m/s2

Jadi, Ketika partikel berada dalam medan listrik di titik P, maka akan bergerak dengan percepatan awal 6 x10-3  m/s2.

Soal Soal Lainnya Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Hukum Gauss.

Hukum Gauss menyatakan bahwa bahwa jumlah aljabar garis-garis gaya magnet (fluks) listrik yang menembus permukaan tertutup sebanding dengan jumlah aljabar muatan listrik di dalam permukaan tersebut.

Fluks Listrik

Fluks listrik adalah Jumlah garis garis gaya medan listrik yang menembus suatu bidang dalam arah tegak lurus. Sedangkan Kuat medan listrik menunjukkan kerapatan garis garis medan listrik. Dari dua perngertian tersebut, Fluks listrik dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

φ = E. A

Fluks Magnetik Induksi
Fluks Magnetik Induksi

Jika terdapat garis garis gaya suatu medan listrik homogen yang memiliki kuat medan E dan menembus tegak lurus suatu bidang A, maka jumlah garis medan yang menembus tegak lurus bidang tersebut sama dengan perkalian E dan A.

Jika garis gaya menembus bidang tidak tegak lurus, maka fluks listriknya adalah:

φ = E . A cos q

Dengan keterangan:

φ = Fluks listrik (weber atau Nm2/C)

E = kuat medan listrik (N/C)

A = luas bidang yang ditembus garis garis gaya (m2)

θ = sudut antar E dengan norma bidang A

Contoh Soal Fluks Listrik Hukum Gauss

Hitunglah fluks lsitrik pada suatu bidang persegi yang berukuran 20 x 15 cm, jika kuat medan listrik homogen sebesar 150 N//C. Bila medan listrik sejajar dengan bidang dan tegak lurus terhadap bidangnya.

Besar Fluks Sejajar Bidang

Diketahui

A = 0,2 x 0,15 = 0,03m2

E = 150 N/C

cos θ = 90o

Jawab

φ = E . A cos q

φ = 150 x 0,03 x cos 90

φ = 150 x 0,03 x 0

φ = 0

Besar Fluks Tegak Lurus bidang

φ = E . A cos q

φ = 150 x 0,03 x cos 0

φ = 150 x 0,03 x 1

φ = 4,5 Nm2/C

Energi Potensial Listrik

Besarnya energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan dalam medan listrik bergantung pada besar muatan yang dipindahkan dan jarak perpindahannya.

Perhatikan gambar berikut

Rumus Energi Potensial Listrik Statis.
Rumus Energi Potensial Listrik Statis.

Muatan q2 terletak pada titik T dalam medan listrik yang dihasilkan oleh muatan q1. Jarak antara titip T yang ditempai muatan q1 dengan muatan q2 adalah r.

Besarnya Energi potensial EP yang dimiliki oleh muatan q2 di titik T yang berjarak r dari muatan q1 dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

EP = k (q1 x q2)/r

Dengan keterangan:

EP = energi potensial di suatu titik T dalam medan listrik (Joule)

k = Konstanta = 9 × 109 N m2C-2

q1 = muatan listrik sebagai sumber medan listrik (Coulumb)

q2 = muatan listrik di suatu titik T dalam medan lsitrik (Coulumb)

r = jarak titik T ke muatan q1 (m)

Soal Soal Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Potensial Listrik

Energi potensial EP per satuan muatan positif disebut potensial listrik, dan diberi lambang dengan huruf kapital V.

Perhatikan gambar berikut:

Rumus Potensial Listrik Statis Bermuatan dan Titik Tanpa Muatan
Rumus Potensial Listrik Statis Bermuatan dan Titik Tanpa Muatan

Potensial listrik pada suatu titik T dalam medan listrik yang berjarak r dari muatan q1 dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

VP = EP/q2

Substitusikan persamaan Energi potensial EP ke persamaan potensial listrik VP sehingga persamaan rumusnya menjadi seperti berikut:

VP = k (1/q2) x (q1 x q2)/r

Dengan demikian, potensial listrik VP di titip T dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

VP = k (q1/r)

Dengan keterangan:

VP = potensial listrik di suatu titik T (Joule/Coulomb = volt)

Dari persamaannya diketahui bahwa potensial listrik VP di titik T hanya tergantung pada muatan q1 dan jarak r, tidak tergantung pada muatan q2. Ini artinya potensial listrik di titik T adalah nilai potensial listrik dari muatau q1, bukan potensial listrik dari muatan q2.

Dengan demikian, Walaupun muatan q2 diletakan tepat di titik T, namun nilai potensi listrik VP dari muatan q1 di titik T tidak akan terpengaruh.

Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Dua muatan q1 = -2 μC dan q2 = +4 μC berjarak 8 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik C yang berada tepat di tengah- tengah kedua muatan tersebut

q1 = -2 μC

q2 = +4 μC

r1 = 4 cm

r2 = 4 cm

Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihatkan pada Gambar berikut:

Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan
Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Karena potensial listrik merupakan besaran scalar, maka potensial listrik di titik C tersebut memenuhi persamaan berikut:

VC = V1 + V2

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q1 dapat dihitung seperti berikut:

V1 = k q1/r1

V1 = 9×109(-2×10-6)/(0,04)

V1 = -4,5 x 105 volt

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q2 dapat dihitung dengan persamaan berikut

V2 = k q2/r2

V2 = 9×109(4×10-6)/(0,04)

V2 = 9 x 105 volt

Dengan demikian, potensial listrik di titik C oleh muatan q1 dan q2 dapat dihitung dengan persamaan berikut:

VC = -4,5 x 105 + 9 x 105 volt

VC = 4,5 volt

Soal Soal Beserta Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Jenis Listrik Statis 

Listrik statis dalam kehidupan sehari- hari dibagi menjadi dua jenis yaitu listrik statis alami, dan listrik statis buatan.

Listrik Statis Alami.

Terjadinya petir ketika hujan merupakan salah satu contoh adanya listrik statis yang terjadi secara alami. Petir merupakan peristiwa lepasnya muatan listrik statis yang terjadi secara alamiah.

Peristiwa ini akibat dari keluarnya muatan- muatan listrik dari awan, Petir terjadi akibat adanya dua awan bermuatan listrik sangat besar dan berbeda jenis yang bergerak saling mendekati.

Listrik Statis Buatan

Contoh listrik statis buatan di antaranya adalah listrik yang digunakan dalam proses pengecatan mobil dan pada mesin fotokopi.

1). Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb Gaya Listrik Eletrostatik Dua Muatan

Dua buah muatan listrik masing- masing besarnya 3 × 10-6 C dan 6 × 10-6 C terpisah pada jarak 3 cm. Tentukan besarnya gaya listrik yang bekerja pada masing-masing muatan tersebut.

Diketahui

q1 =3 × 10-6 C

q2 = 6 × 10-6 C

k = 9 × 109 Nm2C-2

r = 3 cm = 0,03 m

Rumus Menghitung Gaya Elektrostatic Dua Muatan

F = k (q1 x q2)/r2 atau

F = (9 ×109)(3 ×10-6 x 6 ×10-6)/(0,03)2

F = 180 N

Jadi Gaya Listrik Yang Bekerja pada masing masing muatan adaah 1,8 x 102 N.

2).  Contoh Soal Perhitungan Gaya Coulomb Elektrostatik Tiga Benda Bermuatan

Dua muatan A dan B berjarak 11 cm satu dengan yang lain. qA = +2,0 μC dan qB = -3,6 μC. Jika muatan qC = 2,5 μC diletakkan diantara A dan B berjarak 5 cm dari A maka tentukan gaya yang dialami oleh muatan qC

Menghitung Gaya Coulomb Pada Benda Bermuatan,

Diketahui:

qA = +2,0μC = 2,0.10-6 C

qB = −3,6μC = −3,6.10-6 C

qC = 2,5μC = 2,5 x10-6 C

Posisi muatan qC dan gaya yang bekerja dapat digambarkan seperti pada Gambar. Muatan C qC dan muatan A qA sejenis yaitu positif, sehingga tolak menolak dan arah gaya elektrostatik antara muatan A dan C yaitu FCA ke kanan.

Muatan C qC dan muatan B qB berlawanan, sehingga Tarik menarik, dan gaya elektrostatik FCB antara muatan C qC dan muatan B qB  arahnya ke kanan.

Menghitung Gaya Coulomb Pada Benda Bermuatan,
Menghitung Gaya Elektrosatatik Pada Benda Bermuatan,

Kedua gaya elektrostatik yang dialami oleh muatan C yaitu FCA dan FCB memiliki arah yang sama yaitu ke kanan.

Menghitung Gaya Elektrostatik Pada Muatan C Diantara Muatan A dan Muatan B.

Sehingga total gaya elektrostatik yang dialami oleh muatan C dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

FC = FCA + FCB

qA = +2,0 μC = 2,0 x 10-6 C

qB = −3,6 μC = −3,6 x 106 C

qC = 2,5 μC = 2,5 x10-6 C

k = 9 × 109 Nm2C-2

rCA = 5 cm

Menghitung Gaya Elektrostatik Muatan C-A

FCA = k (qC qA)/(rCA)2

FCA = (9 x109)(2,5×106 x 2,0×10-6)/(5×10-2)2

FCA = 18 N

Menghitung Gaya Elektrostatik Muatan C-B

FCB = k (qC qB)/(rCB)2

FCB = (9 x109)(2,5×10-6 x 3,6×10-6)/(6×10-2)2

FCB = 22,5 N

Menghitung Gaya Elektrostatik Yang Dialami Muatan C

FC = 18 + 22,5

FC = 40,5N

3). Contoh Soal Perhitungan Gaya Coulomb Antara Tiga Muatan

Tiga buah pertikel bermuatan listrik yaitu q1 = -8 μC, q2 = +6 μC dan q3 = -4μC terdapat pada garis lurus seperti tampak pada gambar. Hitunglah gaya Coulomb pada partikel  q3 akibat dua muatan lainnya.

Perhitungan Gaya Coulomb Elektrostatik Antara Tiga Muatan
Perhitungan Gaya Coulomb Elektrostatik Antara Tiga Muatan

Diketahui:

q1 = -8 μC,

q2 = +6 μC

q3 = -4μC

r1 = 0,4 m

r2 = 0,2 m

Partikel q3 mendapat dua gaya. Gaya tolak oleh q1 yaitu F31 dan gaya Tarik oleh q2 yaitu F32

Menghitung Gaya Coulomb Pada Partikel

Besar gaya coulomb yang bekerja antara partikel q3 dan parikel q1 dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F31 = k (q3 xq1)/(r1+r2)2

F31 = (9×109)(4×10-6)(8×10-6)/(0,6)2

F31 = 0,8 N

Besar gaya coulomb yang timbul antara partikel q3 dan parikel q2 dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F32 = k (q3 xq2)/(r2)2

F32 = (9×109)(4×10-6)(6×10-6)/(0,2)2

F32 = 5,4 N

Resultan Gaya Listrik Yang Dialami Partikel

Besar gaya coulomb yang bekerja pada partikel q3 akibat pengaruh parikel q1 dan q2 dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

F3 = F31 – F32

F3 = 0,8 – 5,4

F3 = -3,6 N

Tanda negative pada F3 menunjukkan arah resultan gaya coulomb ke kiri.  Jadi gaya coulomb yang bekerja pada q3 adalah 3,6 N dengan arah ke kiri.

4). Contoh Soal Perhitungan Gaya Listrik Tiga Muatan Bentuk Segitiga

Tiga buah muatan tersusun membentuk segitiga seperti pada gambar. Jika Muatan A = +8 μC, muatan B = + 4 μC dan muatan C = + 6μC. Hitung gaya listrik yang dialami pada muatan A qA yang ditimbulkan oleh dua muatan lainnya.

Perhitungan Gaya Elektrostatik Listrik Tiga Muatan Bentuk Segitiga
Perhitungan Gaya Elektrostatik Listrik Tiga Muatan Bentuk Segitiga

Diketahui:

qA = + 8μC,

qB = + 4μC

C = + 6μC

k = 9 × 109 Nm2C-2

Menghitung Gaya Listrik  Muatan A Dan Muatan B

FAB = k (qA qB)/(rAB)2

FAB = (9×109)(8×10-6 x 4×10-6)/(0,2)2

FAB = 7,2 N

Menghitung Gaya Listrik Muatan A dan Muatan C

FAC = k (qA qC)/(rAC)2

FAC =(9×109)(8×10-6 x 6×10-6)/(0,2)2

FAC = 10,8 N

Menghitung Gaya Listrik Resultan Di Antara Dua Muatan Bentuk Segitiga

Gaya listrik Muatan A pada arah sumbu x

FAx = FAB cos 600 – FAC cos 600

FAx = (7,2 – 10,8)(0,5)

FAx = -1,8 N

Gaya listrik pada arah sumbu x

Gaya listrik Muatan A pada arah sumbu y

FAy= FAB sin 600 + FAC sin 600

FAy = (7,2 + 10,8)(0,87)

FAy = 15,7 N

Menghitung Resultan Gaya Listrik Pada Muatan A

FA = √[(FAx)2+(FAy)2] atau

\mathrm{F_{A}= \sqrt{(F_{Ax})^{2}+(F_{Ay})^{2}}}

\mathrm{F_{A}= \sqrt{(-1,8)^{2}+(15,7)^{2}}}

FA = √[(-1,8)2 + (15,7)2]

FA = √[(3,2) + (246,5)]

FA = √249,7

FA = 15,8 N

Jadi Gaya Listrik Pada Muatan A = 15,8 N

5). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Dua muatan q1 = -2 μC dan q2 = +4 μC berjarak 8 cm. Tentukan potensial listrik di suatu titik C yang berada tepat di tengah- tengah kedua muatan tersebut

q1 = -2 μC

q2 = +4 μC

r1 = 4 cm

r2 = 4 cm

Titik C berada di tengah-tengah seperti diperlihatkan pada Gambar berikut:

Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan
Perhitungan Potensial Listrik Dua Partikel Muatan

Karena potensial listrik merupakan besaran scalar, maka potensial listrik di titik C tersebut memenuhi persamaan berikut:

VC = V1 + V2

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q1 dapat dihitung seperti berikut:

V1 = k q1/r1

V1 = 9×109(-2×10-6)/(0,04)

V1 = -4,5 x 105 volt

Besar potensial listrik di titik C oleh muatan q2 dapat dihitung dengan persamaan berikut

V2 = k q2/r2

V2 = 9×109(4×10-6)/(0,04)

V2 = 9 x 105 volt

Dengan demikian, potensial listrik di titik C oleh muatan q1 dan q2 dapat dihitung dengan persamaan berikut:

VC = -4,5 x 105 + 9 x 105 volt

VC = 4,5 volt

6). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Benda Bermuatan

Titik P terletak pada jarak 15 cm dari muatan listrik 3 μC dan 20 cm dari muatan listrik -5 μC. Tentukan potensial listrik di titil P yang dihasilkan oleh kedua muatan tersebut:

Diketahui:

q1 = 3 μC = 3 x 10-6 C

Titil P 15 cm dari muatan listrik

r1 = 15 cm = 0,15 m

q2 = -5 μC = -5x 10-6 C

r2 = 20 cm = 0,20 m

Jawab:

Menghitung Potensial Listrik Di Titik P Oleh Partikel Muatan

Besar potensial listrik di titik P berjarak 15 cm dari partikel bermuatan q1 dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

V1 = k q1/r1

V1 = 9 x109(3×10-6)/(0,15)

V1 = 180 x103 Volt

Besar potensial listrik di titik P berjarak 20 cm dari partikel muatan q2

V2 = k q2/r2

V2 = 9 x109(-5×10-6)/(0,2)

V2 = -225 x103 Volt

Menghitung Listrik Di Titik P Oleh Dua Muatan Adalah:

Besar Potensial listrik di titik P oleh kedua muatan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

VP = V1 + V2

VP = 180x 103 + (-225 x103)

VP = -45 x 103 volt

7). Contoh Soal Perhitungan Potensial Listrik Bola Konduktor Bermuatan

Sebuah bola konduktor berjari jari 15 cm dan bermuatan listrik  5 μC. Tentukan potensial listrik pada jarak 10 cm dan 20 cm dari pusat bola.

Diketahui:

q = 5 μC. = 5 x 10-6 C

R = 15 cm = 0,15 m

r1 = 10 cm

r2 = 20 cm

Menghtiung Potenisial Listrik Di Dalam Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik pada jarak 10 cm dari pusat bola akan sama dengan potensial listrik pada permukaan bola atau jari jari bola R. Dinyatakan dengan persamaan berikut:

V = k q/R

Jadi, jika r < R, maka jarak yang diambil adalah jari jari bola konduktor  R

V = 9 x 109(5 x 10-6)/(0,15)

V = 300 x 103 volt

Menghitung Potensial Di Luar Permukaan Bola Konduktor Bermuatan

Potensial listrik pada jarak 20 cm dari pusat bola dapat dinyatakan denga persamaan berikut:

V = k q/r

Karena jarak ke titik pusat r > R, maka yang digunakan untuk perhitungan adalah jarak r.

V = 9 x 109(5 x 10-6)/(0,20)

V = 225 x 103 volt

8). Contoh Soal Energi Potensial Listrik Pada Tiga Partikel Bermuatan

Tiga partikel bermuatan yaitu q1 = 2x 10-10C, q2 = -2 x10-10 dan satu partikel bermuatan q = -2 x 10-10. Partikel q dianggap tidak mempengaruhi potensial listrik di titik D yang ditimbulkan oleh partikel q1 dan q2.

Ketika partikel membentuk segitiga ABC dengan titik siku siku di titik A. Panjang AB = 4 cm dan AC = 3 cm seperti pada gambar berikut:

Energi Potensial Listrik Pada Tiga Partikel Bermuatan
Energi Potensial Listrik Pada Tiga Partikel Bermuatan

Hitunglah Potensial di titik C, Di titik D dan Energi yang diperlukan untuk memindahkan partikel q dari titik C ke titik D.

Diketahui:

qA = 2x 10-10C,

qB = -2 x10-10 C

q = -2 x 10-10 C

Menghitung Potensial Listrik Di Titik C Akibat Muatan q1 dan q2

Besarnya potensial listrik di titik C oleh qA dan qB  dapat dihitung dengan persamaan rumus berikut:

VC = VCA + VCB

Menghitung Potensial listrik di titik C oleh oleh qA

VCA = k qA/rCA

VCA = 9×109(2x 10-10)/(0,03)

VCA = 60 volt

Menghitung Potensial listrik di titik C oleh oleh qB

VCB = k qB/rCB

VCB = 9×109(-2x 10-10)/(0,05)

VCB = -36 volt

Potensial Listrik Di Titik C oleh qA dan qB  adalah

VC = VCA + VCB

VC = 60 – 36

VC = 24 volt

Menghitung Potensial Listrik Di Titik D Akibat Muatan q1 dan q2

Besarnya potensial listrik di titik Doleh qA dan qB  dapat dihitung dengan persamaan rumus berikut:

VD = VDA + VDB

Menghitung Potensial listrik di titik D oleh oleh qA

VDA = k qA/rDA

VDA = 9×109(2x 10-10)/(0,02)

VDA = 90 volt

Menghitung Potensial listrik di titik D oleh oleh qB

VDB = k qB/rDB

VDB= 9×109(-2x 10-10)/(0,02)

VDA = -90 volt

Potensial Listrik Di Titik D oleh qA dan qB  adalah

VD = VDA + VDB

VD = -90 + 90

VD = 0 volt

Menghtiung Energi Usaha Potensial Listrik Muatan Yang Bergerak Dari Titik C ke Titik D

Besar energi usaha yang diperlukan agar muatan q pindah dari titik C ke titik D dapat dinyataka dengan persamaan berikut:

WCD = q(VD – VC)

WCD = -2×10-10 C (0V – 24V)

WCD = 4,8 10-9 J

9). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Pertikel Bermuatan

Pada titik A dan B dari titik sudut segitiga terdapat muatan qA= 8 μC = 8 x10-6 C dan qB = -6 μC = -6 x10-6 C seperti pada Gambar. Jika terdapat muatan lain sebesar qC = 2 μC maka tentukan:

a). Energi potensial muatan qC ketika berada di titik C,

b). Energi potensial muatan qC ketika berada di titik D,

c). Wsaha untuk memindahkan muatan qC dari C ke D

Perhitungan Energi Potensial Pertikel Bermuatan
Perhitungan Energi Potensial Pertikel Bermuatan

Diketahui:

qA = 8 μC = 8 x10-6 C

qB = -6 μC = -6 x10-6 C

qC = 2 μC = 2 x10-6 C

Energi Potensial Muatan qC Di titik C :

rAC = rBC = 4.10-2 m

EPC = EPA + EPB

Menghitung Energi Potensial EPA Muatan qC Oleh Muatan qA Pada Titik C

EPA = k (qA qC)/rAC

EPA = 9 x109(8 x10-6 x 2 x10-6)/(0,04)

EPA = 3,6 J

Menghitung Energi Potensial EPB Muatan qC Oleh Muatan qB Pada Titik C

EPB = k (qB qC)/rAB

EPB = 9 x109(-6 x10-6 x 2 x10-6)/(0,04)

EPB = – 2,7 J

Resultan Energi Potensial Muatan qC (EPC) Akibat Muatan qA dan qC Pada Titik C

EPC = EPA + EPB

EPC = 3,6 – 2,7

EPC = 0,9 J

Energi Potensial Muatan qC Di titik D (EPD)

rAD = rBD = 2×10-2 m

EPD = EPA + EPB

Menghitung Energi Potensial EPA Muatan qC Oleh Muatan qA Pada Titik D

EPA = k (qA qC)/rAD

EPA = 9 x109(8 x10-6 x 2 x10-6)/(0,02)

EPA = 7,2 J

Menghitung Energi Potensial EPB Muatan qC Oleh Muatan qB Pada Titik D

EPB = k (qB qC)/rAB

EPB = 9 x109(-6 x10-6 x 2 x10-6)/(0,02)

EPB = -5,4 J

Resultan Energi Potensial Muatan qC (EPC) Akibat Muatan qA dan qC Pada Titik C

EPD = EPA + EPB

EPD = 7,2 – 5,4

EPD  = 1,8 J

Menghitung Usaha Perpindahan Muatan qC Dari Titik C ke Titik D

W = = EPD − EPC = 1,8 − 0,9 = 0,9 joule

Besarnya usaha yang dilakukan muatan qC dari titik C ke titik D dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

WCD = ΔEP

EPD – EPC

WCD = 1,8 – 0,9

WCD = 0,9 Joule

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  9. Ringkasan Rangkuman: Besarnya gaya Coulomb antara dua buah benda yang muatannya sejenis akan terjadi gaya tolak-menolak sedangkan jika muatan berlawanan akan terjadi gaya tarik-menarik.
  10. Kuat medan listrik yaitu ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mampu memberikan gaya listrik pada benda yang diletakkan dalam ruangan tersebut.
  11. Energi potensial listrik yaitu usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik dari jauh tak terhingga ke titik tertentu.
  12. Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan
  13. Kapasitas sebuah kapasitor berbanding lurus dengan luas penampang keeping dan berbanding terbalik dengan jarak antara kedua keping dan tergantung pada bahan dielektrikum yang diselipkan di antara kedua keping kapasitor.
  14. Besarnya energi yang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan berupa energi medan listrik.
  15. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Listrik Statis, Elokrostatis adalah, Contoh Listrik Statis, Rumus Listrik Statis, Jenis muatan listrik, Cara Membuat Muatan Listrik Benda, Sifat Muatan Listrik, Satuan Muatan Listrik, Hukum Coulomb,
  16. Ardra.Biz, 2019, “Bunyi pernyataan hukum Coulomb, Rumus persamaan hukum Coulomb, Contoh Soal Perhitungan hukum Coulomb, Satuan gaya Coloumb, Satuan muatan listrik benda, konstanta gaya Coloumb, angka permitivitas ruang hampa,  Contoh Soal Perhitungan Rumus Coulomb,
  17. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian dan Contoh Elektroskop, jenis elektroskop, Pengertian Medan Listrik, arti gaya eloktrostatis, satuan gaya elektrostis, rumus gaya elektrostatis, Pengertian Garis Medan Listrik, ciri sifat garis gaya listrik, satuan medan listrik,
  18. Ardra.Biz, 2019, “Arah Garis Gaya Listrik, Menentukan arah garis gaya listrik, Garis medan listrik, Pengertian Kuat Medan Listrik, Kuat medan listrik, lambang kuat medan listrik, lambang listrik statis, Satuan kuat medan listrik, Bunyi pernyataan Hukum Gauss,
  19. Ardra.Biz, 2019, “Persamaan rumus Hukum Gauss, Fluks Listrik, satuan lambang Fluks listrik, sudut antar E dengan norma bidang A,  Contoh Soal Fluks Listrik Hukum Gauss, Besar Fluks Sejajar Bidang,  Pengertian Energi Potensial Listrik, satuan lambang energi potensial listrik,
  20. Ardra.Biz, 2019, “rumus persamaan energi potensial listrik, Pengertian Potensial Listrik, Satuan lambang Energi potensial, rumus persamaan potensial listrik, Contoh soal ujian energi potensial listrik,
  21. Ardra.Biz, 2019, “Jenis Listrik Statis, Contoh penerapan listrik statis, Pengertian Listrik Statis Alami, contoh listrik alami, Pengertian dan contoh Listrik Statis Buatan

Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21

Pengetian Arus Listrik. Arus listrik adalah aliran muatan -muatan listrik melalui suatu penghantar konduktor. Pada konduktor padat, aliran muatan yang terjadi adalah aliran elektron (yang bermuatan negatif).

Arah arus listrik disepakati sebagai arah gerakan muatan positif. Tetapi dalam konduktor logam, sebenarnya yang bergerak mengalir adalah muatan negatif yaitu electron. Dengan demikian Arah arus listrik pada konduktor padat adalah kebalikan atau berlawanan dari aliran elektron,

Aliran listrik terjadi karena elektron berpindah dari tempat yang potensialnya rendah ke tempat yang potensialnya tinggi. Meskipun arus listrik ditimbulkan oleh elektron, tetapi arah arus listrik berlawanan dengan arah gerak elektron. Elektron bergerak dari potensial rendah menuju potensial tinggi. Sebaliknya, arus listrik mengalir dari potensial tinggi menuju potensial rendah.

Konduktor dapat berupa padatan (misal: logam), cairan dan gas. Pada logam pembawa muatannya adalah elektron, sedangkan pembawa pada konduktor yang berupa gas dan cairan muatannya adalah ion positif dan ion negatif.

Arus ini bergerak dari potensial yang tinggi ke potensial rendah, atau dari kutub positif ke kutub negatif, atau dari anoda ke katoda.


Muatan listrik dapat berpindah ketika terdapat perbedaan potensial atau ada perbedaan tegangan listrik. Beda potensial dihasilkan oleh sumber listrik, seperti baterai atau akumulator dan lainnya. Sumber listrik memilki dua kutub, yaitu kutub positif (+) dan kutub negatif (–).

Sedangakan arus listrik hanya dapat mengalir dalam konduktor ketika Rangkaian listriknya tertutup dan adanya perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik tersebut.

Kuat Arus Listrik

Banyaknya muatan Q yang mengalir melalui konduktor yang memiliki luas penampang A untuk tiap satuan waktu t disebut kuat arus listrik.

Rumus Kuat Arus Listrik

Secara matematis, kuat arus listrik dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut

I= Q/ t

Dengan keterangan

I = kuat arus listrik (satuan ampere, A),

Q = muatan listrik (satuan coulomb, C) dan

t = waktu (satuan detik, s)

Contoh Soal Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Pergengertian Satu Coulomb

Berdasarkan persamaan tersebut, dapat dikatakan bahwa satu coulomb adalah muatan listrik yang melewati sebuah titik dalam suatu penghantar dengan arus listrik satu ampere dan mengalir selama satu detik.

Satuan Kaut Arus Listrik

Satuan kuat arus listrik dinyatakan dalam ampere, dan dinotasikan dengan huruf kapital A. Satu ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar satu coulomb yang melewati penampang konduktor dalam satu detik (1 A = 1 C/s).

Karena yang mengalir pada konduktor padat adalah elektron, maka banyaknya muatan yang mengalir pada konduktor adalah sama dengan kelipatan dari muatan sebuah electron.

Muatan Elektron

Muatan eletron adalah

qe = e =  – 1,6 × 10–19 C.

tanda negatif (-) menunjukkan bahwa jenis muatannya adalah negative.

Jika pada konduktor tersebut mengalir sejumlah n buah elektron, maka total muatan yang mengalir pada konduktor tersebut adalah

Q = ne

Dengan demikian, Banyaknya  elektron (n) yang menghasilkan muatan 1 coulomb dapat dihitung sebagai berikut.

Q = n × besar muatan elektron

1 C = n × 1,6 × 10-19 C

n = Q/ e

n = 1/(1,6 x 10-19 C) sehingga

n = 6,25 × 1018

Jadi banyaknyak electron pada muatan satu coulomb adalah

1 C = 6,25 × 1018 elektron.

Contoh Soal Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Sumber Tegangan Arus  Listrik

Agar listrik senantiasa dapat mengalir melalui suatu penghantar maka selalu diperlukan adanya beda potensial listrik antara dua titik pada penghantar tersebut.

Alat yang dapat menimbulkan perbedaan potensial listrik disebut sumber tegangan listrik (sumber listrik).

Sumber tegangan listrik dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu sumber tegangan arus bolak- balik AC dan sumber tegangan arus searah DC.

Sumber Tegangan Arus Searah

Sumber tegangan arus searah adalah sumber tegangan yang menghasilkan arus searah, yaitu sumber tegangan yang kutub positif dan negatifnya selalu tetap. Misalnya, elemen volta, elemen kering, accu, dan generator arus searah.

Sumber tegangan arus listrik secarah lebih dikenal dengan istilah sel listrik atau elemen listrik. Berdasarkan kemampuannya untuk dapat diisi ulang, sel- sel ini terbagi dalam dua kelompok, yaitu sel primer dan sel sekunder.

Sel Primer

Sel primer adalah kelompok sumber arus listrik yang apabila telah habis digunakan, muatannya tidak dapat diisi kembali. Contoh Sel listrik yang termasuk sel primer adalah sel volta, baterai, dan sel Weston.

Sel Sekunder

Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel elektrokimia yang menjadi penyusunnya tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi meskipun telah mengeluarkan sejumlah energi melalui rangkaian-rangkaian luarnya. Contoh sel sekunder yang sering digunakan adalah akumulator (atau aki).

Sumber Tegangan Arus Bolak Balik

Sumber tegangan arus bolak balik adalah sumber tegangan yang menghasilkan arus bolak balik, yaitu sumber tegangan yang kutub positif dan negatifnya bergantiganti secara periodik. Misalnya generator arus bolak balik, dinamo sepeda, dan stop kontak arus bolak balik.

Beda Potensial

Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain, jika benda tersebut memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif benda lain.

Beda potensial listrik biasa disebut dengan tegangan yang timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial ini berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Dengan demikian beda potensial merupakan Selisih potensial antara dua tempat dalam suatu penghantar.

Rumus Beda Potensial

Secara matematis beda potensial dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut.

V = W/Q

Dengan Keterangan:

V = beda potensial (V)

W = usaha/energi (J)

Q = muatan listrik (C)

Dua buah titik dikatakan mempunyai beda potensial 1volt jika untuk memindahkan muatan listrik 1 coulomb dari titik berpotensial rendah ke titik yang berpotensial tinggi diperlukan energi 1 joule.

Contoh Soal Ujian Beda Potensial

Untuk memindahkan muatan 5 coulomb dari titik A ke B diperlukan usaha sebesar 20 joule. Tentukan beda potensial antara titik A dan B!

Diketahui :

 Q = 4 C

W = 20 J

Rumus Menentukan Beda Potensial

Beda potensial di antara dua titik dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

V =W/Q

V = 20 J/5 C

V = 4 V

Jadi beda potensial antara titik A dan B adalah empat volt.

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Gaya Gerak Listrik

Gaya gerak listrik (GGL) adalah Beda potensial antara kutub- kutub sumber arus listrik ketika sumber arus listrik tersebut tidak mengalirkan arus listrik.

Misal pada permukaan sebuah baterai tertulis label 1,5 V. Nilai 1,5 Volt menunjukkan besarnya ggl yang dapat dibangkitkan oleh baterai tersebut. Gaya gerak listrik ini dinotasikan dengan ε atau huruf kapital E.

Gambar dibawah menunjukkan rangkaian listrik dengan sumber arus listriknya adalah baterai. Baterai dihubungkan secara parallel dengan lampu dan voltmeter.

Cara mengukur tegangan, beda potensial
Rangkaian Listrik Mengukur Beda Potensial, Voltmeter

Ketika saklar pada posisi terbuka atau Off, maka rangkaian listrik pada posisi terputus. Artinya baterai tidak mengalirkan arus listrik pada rangkaian tersebut. Pada saat itu tegangan yang terbaca pada Voltmeter adalah tegangan baterai yaitu beda potensial Gaya Gerak Listrik.

Contoh Soal Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Tegangan Jepit

Tegangan jepit adalah Beda potensial antara kutub- kutub sumber arus listrik ketika sumber arus listrik tersebut terbebani atau mengalirkan arus listrik.

Dengan menggunakan Gambar rangkaian listrik di atas. Ketika saklar pada posisi tertutup atau On, maka rangkaian listrik pada posisi terhubung. Artinya, baterai akan mengalirkan arus listrik pada rangkaian tersebut. Pada saat itu tegangan yang terbaca pada Voltmeter adalah tegangan yang bekerja pada lampu yaitu tegangan jepit.

Tegangan jepit menunjukkan tegangan yang terpakai oleh alat. Dalam hal ini tegangan yang dipakai untuk menyalakan lampu. Tegangan jepit ini dinotasikan dengan huruf kapital V.

Nilai tegangan jepit tergantung pada nilai hambatan bebannya. Makin besar nilai hambatan bahan makin kecil nilai tegangan jepitnya.

Rumus Tegangan Jepit

Hubungan antara GGL dengan tegangan jepit adalah:

Vjepit = ε – IR

dengan keterangan:

ε = E = gaya gerak listrik baterai, Volt

I = arus lsitrik yang mengalir pada rangkaian, A

R = hambatan pada beban (lampu). Ohm

Contoh Soal Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Alat Ukur Listrik

Beberapa alat ukur listrik yang umum digunakan diantaranya adalah Ampermeter, Voltmeter, Multimeter, Wattmeter, dan Ohmmerter.

Ampermeter Alat Ukur Listrik

Alat yang umum digunakan untuk mengukur besarnya kuat arus listrik adalah amperemeter.  Dalam gambar rangkaian listrik, Amperemeter biasanya dilambangkan atau dinotasikan dengan huruf kapital A.

Komponen dasar suatu amperemeter adalah galvanometer, yaitu suatu alat yang dapat mendeteksi arus kecil yang melaluinya. Galvanometer mempunyai hambatan yang sering disebut sebagai hambatan dalam galvanometer.

Idealnya, suatu amperemeter harus memiliki hambatan yang sangat kecil agar berkurangnya arus listrik dalam rangkaian listrik juga menjdi kecil.

Pengertian Fungsi Galvanometer

Galvanometer merupakan Bagian terpenting dalam amperemeter atau voltmeter yang berupa jarum penunjuk pada suatu skala tertentu. Penyimpangan jarum galvanometer sebanding dengan arus yang melewatinya.

Amperemeter harus dipasang seri dalam suatu rangkaian, arus listrik yang melewati suatu hambatan R (misal hambatan pada lampu pijar) adalah sama dengan arus listrik yang melewati amperemeter tersebut.

Cara Mengukur Kuat Arus Listrik

Rangakaian pengukuran kuat arus listrik dengan amperemeter ditunjukkan pada gambar, yaitu ampermeter disusun seri pada rangkaian listrik sehingga kuat arus yang mengalir melalui amperemeter sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar.

Cara memasang amperemeter pada rangkaian listrik adalah sebagai berikut.

  1. Kutub positif sumber tegangan baterai dihubungkan dengan terminal positif pada amperemeter.
  2. Kutub negative sumber tegangan baterai dihubungkan dengan terminal negatif pada amperemeter.
Cara Mengukur Arus Listrilk
Rangkaian Listrik Ampermeter, Mengukur Arus Listrik

Pada saat sakelar dihubungkan yaitu pada posisi skelar ON makan rangkaian menjadi tertutup. Arus liistrik mengalir dari baterai ke ampermetar. Saat yang bersamaan lampu pijar akan menyala dan jarum pada amperemeter akan menyimpang dari angka nol bergerak ke kanan menjauh dari angka nol.

Nilai kuat arus yang mengalir ditentukan berdasarkan pada besar simpangan jarum penunjuk dari angka nol tersebut.

Ketika skelar dibuka yaitu pada posisi OFF, maka rangkaian menjadi terbuka dan arus listrik menjadi terputus. Lampu pijar akan padam dan jarum penunjuk pada amperemeter akan kembali menunju angka nol. Ini Artinya tidak ada aliran listrik pada rangkaian tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa arus listrik hanya akan mengalir ketika rangkaian listrik tersebut tertutup.

Voltmeter Alat Ukur Listrik

Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya beda potensial listrik adalah voltemeter. Pada gambar rangkaian listrik Voltmeter sering dilambangkan atau dinotasikan dengan huruf kapital V. Satuan beda potensial listrik dalam satuan SI adalah volt dan diberi simbol  atau notasi V.

Voltmeter harus dipasang paralel dengan ujung- ujung hambatan misal hambatannya lampu pijar yang akan diukur beda potensialnya. Komponen dasar suatu voltmeter adalah galvanometer. Galvanometer mempunyai hambatan yang sering disebut sebagai hambatan dalam galvanometer.

Idealnya, suatu voltmeter harus memiliki hambatan dalam yang sangat besar daripada hambatan komponen yang diukur. Hal ini bertujuan agar berkurangnya arus listrik yang melewati hambatan dalam voltmeter juga menjadi kecil.

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, hambatan dalam voltmeter harus jauh lebih besar daripada hambatan komponen yang diukur.

Cara Mengukur Beda Potensial Arus Listrik

Rangakaian pengukuran beda potensial listrik dengan voltmeter ditunjukkan pada gambar, yaitu voltmeter disusun paralel dengan benda atau alat yang diukur beda potensialnya.

Cara mengukur tegangan, beda potensial
Rangkaian Listrik Mengukur Beda Potensial, Voltmeter

Hubungkan ujung yang potensialnya lebih tinggi ke kutub positif dan ujung yang memiliki potensial lebih rendah ke kutub negative.

Ohmmeter Alat Ukur Listrik.

Ohmmeter adalah alat ukur listrik yang digunkan untuk mengukur besarnya hambatan listrik. Satuan hambatan listrik dalam satuan SI adalah ohm atau diberi notasi atau lambag atau symbol Ω.

Wattmeter Alat Ukur Listrik

Wattmeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besarnya daya listrik. Satuan daya listrik dalam satuan SI adalah watt atau diberi lambang atau notasi atau simbol W.

Multimeter atau Multitester Alat Ukur Listrik.

Multimeter adalah suatu alat ukur listrik yang memiliki fungsi sebagai amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter. Secara umum, Multimeter yang ada saat ini terdapat dua jenis yaitu multitester analog dan multimeter digital.

Contoh Soal Ujian Kuat Arus Listrik

Arus listrik sebesar 5 A mengalir melalui seutas kawat penghantar selama 1,5 menit. Hitunglah banyaknya muatan listrik yang melalui kawat konduktor tersebut.

Diketahui:

I = 5 A

 t = 1,5 menit = 90 detik

Q = … ?

Rumus Menghitung Muatan Listrik Pada Kawat Konduktor:

Muatan listrik pada kawat dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus seperti berikut:

Q = I.t = (5A) (90 s) = 450 C

Jadi besar muatan listrik melewati kawat konduktor adalah 450 Coulomb

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Pengertian dan Rumus Menghitung Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Energi yang diperlukan untuk mengalirkan muatan electron sebesar Q dari satu titik ke titik lain yang berbeda potensial V akan memenuhi persamaan rumus berikut:

W = QV.

Besarnya Q memenuhi rumus berikut

Q = I t.

Sehingga Energi listrik W dapat dihitung dengan rumus berikut

W = V I t

Dan jika disubstitusi dengan Hukum Ohm

V=IR

maka energi listrik adalah

W = I2 R t

W = (V2/R) x t

Dengan  keterangan:

W = energi listrik yang diserap hambatan (joule)

V = beda potensial ujung-ujung hambatan (volt)

I = kuat arus yang mengalir pada hambatan (A)

t = waktu aliran (detik, s)

Contoh Soal Lainnya Dan Pembahasan Di Akhir Artikel,

Pengertian dan Rumus Menghitung Daya Listrik

Daya listrik merupakan besarnya energi yang mengalir atau diserap alat tiap detik. Definisi lain, daya listrik didefinisikan sebagai laju aliran energi. Daya listrik menunjukkan Besarnya energi setiap satuan waktu.

Secara matematis daya listrik dapat di tulis sebagai berikut.

P =W/t

P = V x I

P = V2/R

Keterangan:

P = daya listrik (W)

W = energi listrik (J)

V = tegangan listrik (V)

I = kuat arus listrik (A)

R= hambatan listrik ( Ohm )

Contoh Contoh Soal dan Pembahasan Materi Arus Listrik Dan Alat Ukur

1). Contoh Soal Perhitungan Rapat Arus Dan Muatan Listrik Kawat Konduktor

Arus listrik sebesar 2 A mengalir pada kawat penghantar yang memiliki luas penampang 5 mm2 selama 4 menit.

a). Hitunglah banyaknya muatan listrik yang melalui kawat tersebut

b). Hitung rapat arus pada penampang kawat konduktor

Diketahui:

I = 2 A

t = 4 menit = 240 detik

A = 5 mm2 = 5 x 10-6 m2

Q = …

Rumus Menghitung Muatan Listrik Kawat Koduktor

Besarnya muatan konduktor yang dialiri arus listrik dapat dinyatakan dengan mengunakan rumus persamaan berikut:

Q = I.t

Q = (2A) (240 s)

Q = 480 C

Jadi muatan listrik yang mengalir pada kawat konduktor adalah 480 Coulomb

Rumus Menentukan Rapat Arus Kawat Konduktor

Besar rapat arus yang melalui penghantar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

J = I/A

J = 2/(5 x 10-6)

J = 4 x 105 A/m2

Jadi rapat arus pada kawat konduktor adalah J = 4 x 105 A/m2

2). Contoh Soal Perhitungan Kuat Arus Listrik Jumlah Elektron

Muatan listrik sebesar 96 C mengalir pada penampang konduktor selama 6 detik.

a). Berapakah kuat arus listrik yang melalui konduktor tersebut?

b). Berapakah jumlah elektron yang mengalir pada penampang konduktor tiap detik, jika diketahui e = 1,6 × 10–19 C?

Diketahui:

Q = 96 C

t = 6 sekon,

e = 1,6 × 10–19 C

Rumus Menghitung Kuat Arus Yang Ngalir Pada Kawat Konduktor

Kuat arus yang mengalir pada kawat konduktor dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

I = Q/t

I = 96/6

I = 16 A

Jadi kuat arus yang mengalir pada kawat konduktor adalah 16 A

Rumus Mencari Jumlah Elektron Mengalir Pada Penampang Konduktor

Jumlah elektron yang mengalir pada penampang konduktor tiap detik dapat dihitung dengan rumus berikut:

Q = n.e atau

n = Q/e atau

n = (I.t)/e

I = 16 A

t = satu detik, sehingga jumlah elektron

n = (16 x1)/(1,6 × 10–19)

n = 1 x 1020 elektron

Jadi jumlah electron yang mengalir pada penampang kawat adalah 1 x 1020 elektron

3). Contoh Soal Menghtiung Arus Tegangan Bola Lampu

Sebuah bola lampu yang memiliki hambatan dalam 4 Ω diberi tegangan listrik 12 V.

a). Tentukan arus yang mengalir melalui lampu tersebut.

b). Jika tegangannya dijadikan 24 V, berapakah arus yang melalui lampu tersebut

Diketahui:

R = 4 Ω.

V1 = 12 V

V2 =  24 V

Rumus Menghitung Kuat Arus Bola Lampu Bertegangan Volt

Kuat arus yang mengalir pada bola lampu yang diberi tegangan dapat dihitung dengan rumus seperti berikut

I = V/R

I = 12/4

I = 3 A

Jadi arus yang mengalir dalam bola lampu adalah 3 A

Rumus Menghitung Arus Pada Lampu Dengan Tegangan Dinaikkan Dua Kali

Kuat arus yang mengalir pada lampu dengan tegangan yang diperbesar dapat dihitung dengan rumus berikut:

I1 = V1/R1 (Kuat arus pertama) atau

R1 = V1/I1

I2= V2/R2 (Kuat arus kedua) atau

R2 = V2/I2

hambatan lampu tidak berubah, artinya

R1 = R2, maka

V1/I1 = V2/I2 atau

I2= (V2 x I1)/V1

I2 = (24 x 3)/12

I2 = 6 A

Jadi, kuar arus pada lampu setelah tegangan dinaikkan adalah 6 A atau dua kali dari arus mula mula.

4). Contoh Soal Perhitungan Tegangan Jepit Baterai Berarus

Sebuah baterai memiliki GGL 24 V dan hambatan dalam 4 Ω. Tentukan tegangan jepit baterai ketika mengeluarkan arus 3 A.

Diketahui:

GGL baterai = ε atau E

E = 24 V,

r = 4 Ω  (hambatan dalam)

I = 3 A.

Rumus Menghitung Tegangan Jepit Baterai

Tegangan jepit baterai Ketika mengalirkan arus dapat dihitung dengan rumus seperti berikut:

E = I.R + I.r

I.R = Tegangan Jepit = Vjepit

I.r = Tegangan polarisasi = Vpol sehingg ggl baterai

E = Vjepit + I.r atau

Vjepit = E – I.r

Vjepit = 24 – (3 x 4)

Vjepit = 12 V.

Jadi tegangan jepit baterai Ketika mengeluarkan arus adalah 12 Volt

5). Contoh Soal Perhitngan Kuat Arus Pada Rangkaian Resistor Seri Dengan Baterai

Empat buah resistor masing-masing dengan hambatan 4 Ω, 6 Ω, 8 Ω, dan 10 Ω disusun seri. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan ggl 15 V dan hambatan dalam 2 ohm. Hitunglah kuat arus pada rangkaian

Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21.
Contoh Soal Perhitngan Kuat Arus Pada Rangkaian Resistor Seri Dengan Baterai

Diketahui:

R1 = 4 Ω

R2 = 6 Ω

R3= 8Ω

R4= 10 Ω

GGL Baterai ε atau E = 15 V

r = 2 Ω

I = …

Rumus Menghitung Resistor Pengganti Rangkaian Resistor Seri

Tahanan pengganti seri dapat dihitung dengan rumus seperti ini

Rs = R1 + R2 + R3 + R4

Rs = (4 + 6 + 8 + 10)

Rs = 28 Ω

Rumus Menentukan Kuat Arus Rangkaian Seri Resistor Dan Baterai

Besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian resistor seri dan baterai dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut:

E = I.Rs + I.r atau

E = I (Rs + r) atau

I = E/(Rs + r)

I = 15/(28 + 2)

I = 0,5 A

Jadi kuat arus yang mengalir pada rangkaian seri resistor baterai adalah 0,5 A

6). Contoh Soal Perhitungan Beda Potensial Kawat Konduktor

Suatu kawat penghantar dengan hambatan total sebesar 20 Ω. Kawat tersebut dialiri arus sebesar 10 A. Hitunglah beda potensial antara kedua ujung kawat konduktor tersebut.

Diketahui

R = 20 Ω

I = 10 A

Rumus Mencari Menghitung Beda Potensial Kawat Kondutor

Beda potensial antara kedua ujung kawat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan rumus berikut:

V = I R

V = 10 x 20

V = 200 volt

Jadi, beda potensial pada kedua ujung kawat konduktor adalah 200 volt

7). Contoh Soal Perhitungan Hambatan Listrik Pemanas Air

Sebuah pemanas air memiliki beda potensial 220 V dan kuat arus listrik 5 A. Berapakah hambatan pemanas tersebut?:

Diketahui:

V = 220 V

I = 5 A

R = …

Rumus Menghitung Hambatan Pemanas Listrik

Besar hambatan suatu alat listrik dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut

V = I R atau

R = V/I

R = 220/5

R = 44 ohm

Jadi hambatan listrik alat pemanas adalah 44 ohm

8). Contoh Soal Perhitungan Energi Listrik Pada Peralatan Rumah Kantor

Sebuah alat pemanas bekerja pada tegangan 220 V dan arus 5 A. Tentukan energi listrik yang diserap pemanas tersebut selama 1 jam.

Diketahui:

V = 220 V dan

I = 2 A.

t = 1 jam = 60 menit = 3600 detik

Rumus Menghitung Energi Listrik Peralatan Pemanas Rumah atau Kantor

Energi listrik yang diserap pemanas selama waktu tertentu dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut:

W = V I t

W = 220 x 5 x 3600

W = 3960 kJ atau bisa juga dalam satuan watt jam seperti berikut

W = 220 x 5 x 1jam

W = 1100 Wh (watt jam) atau

W = 1,1 kWh

9). Contoh Soal Perhitungan Daya Listrik Lampu

Sebuah lampu dihubungkan dengan tegangan 220 V sehingga mengalir arus 5 A pada lampu tersebut. Tentukanlah daya yang diserap oleh lampu tersebut.

Diketahui:

V = 220 V dan

I = 5 A.

Rumus Menghitung Daya Listrik Diserap Lampu

Daya listrik yang diserap lampu dapat ditentuka dengan menggunakan rumus berikut:

P = V.I

P = (220 V)(5 A)

P = 1100 watt

Jadi, daya yang diserap lampu adalah 1.1 kW

10). Contoh Soal Perhitungan Hambatan Arus Daya Pada Kompor Listrik

Sebuah kompor listrik bertuliskan 220 V dan 500 W dihubungkan dengan sumber tegangan 110 V. Tentukanlah

a). Hambatan dalam kompor listrik,

b). Arus yang mengalir pada kompor listrik, dan

d). Daya yang diserap kompor listrik.

Diketahui:

Vt = 220 V, (tegangan tertera pada label kompor listrik)

Pt = 500 W, (Daya tertera pada label kompor listrik)

Tegangan sumber yang diberikan Vs = 110 V.

Rumus Menghitung Hambatan Kompor Listrik

Hambatan dalam kompor listrik dapat dihitung dengan rumus berikut,

Pt = Vt2/R atau

R = Vt2/Pt

Vt = tegangan yang tertera pada kompor listrik

R = (220)2/500

R = 96,8 ohm

Rumus Mencari Arus Listrik Pada Peralatan Rumah Kompor Listrik

Besarnya arus yang mengalir pada kompor listrik dapat dinyatakan dengan persamaan rumus berikut

I = Vs/R

Vs = tegangan yang dihubungkan ke kompor listrik (tegangan yang digunakan)

I = 110/96,8

I = 1,14 A

Rumus Mencari Daya Listrik Yang Digunakan Oleh Peralatan Rumah Kompor Listrik

Daya yang diserap oleh kompor listrik dapat dihitung dengan menggunkan rumus berikut

Ps = V2/R

Ps = daya dengan sumber tegangan yang digunakan

Ps = (110)2/96,8

Ps = 125 watt

atau dapat juga dihitung dengan rumus berikut

Ps = (Vs/Vt)2 x Pt

Ps = (110/220)2 x 500

Ps = ¼ x 500

Ps = 125 watt

Atau dihitung dengan rumus berikut

Ps = V.I

Ps = 110 x 1,14

Ps = 125 watt

Jadi daya yang terpakai oleh kompor listrik adalah 125 watt

11). Contoh Soal Cara Meningkatkan Batas Ukur Amperemeter Menghitung Hambatan Resistor Shunt

Sebuah ampermeter dengan hambatan dalam 2 Ω memiliki batas ukur 20 A. Supaya batas ukur ampermeter naik menjadi 100 A, tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang paralel dengan ampermeter tersebut

Diketahui:

Ra = hambatan dalam ampermeter

Ra = 2 Ω dan

n = kelipatan batas ukur

n = 100A/20A = 5.

Rumus Menghitung Besar Tahanan Resistor Shunt Ampermeter

Besar hambatan shunt dalam ampermeter dapat dirumuskan dengan persamaan berikut

Rsh = Ra/(n – 1)

Rsh = hambatan shunt

Rsh = hambatan shunt (paralel dengan ammeter),

Ra = hambatan dalam ammeter, dan

n = kelipatan batas ukur ammeter.

Rsh = 2/(5 – 1)

Rsh = 0,5 Ohm

Jadi hambatan shunt yang harus dipasang parallel dengan ampermeter adalah 0,5 Ohm.

12). Contoh Soal Cara Meningkatkan Batas Ukura Voltmeter Perhitungan Tahanan Seri Depan Alat Ukur,

Sebuah voltmeter dengan hambatan dalam Rv = 20 kΩ mempunyai batas ukur maksimum 110 V. Jika voltmeter ini akan dipakai untuk mengukur beda potensial sampai V = 220 V maka hitunglah besar hambatan depan yang harus dipasang seri pada voltmeter tersebut.

Diketahui

Rv = 10 k Ω

n = kelipatan batas ukur voltmeter

n = 220/110

n = 2

Rumus Menghitung Hambatan Depan Yang Dipasang Pada Voltmeter

Perbandingan antara beda potensial yang akan diukur dengan batas ukur maksimum voltmeter adalah 2 kali sehingga besar hambatan depan yang harus dipasang seri dengan voltmeter adalah

Rd = (n – 1) Rv

Rd = hambatan depan

Rv = hambatan dalam voltmeter

Rd = (2 – 1) 20

Rd = 20 k Ω

jadi hambatan depan yang harus dipasang seri  adalah 20 k Ω

13). Contoh Soal Perhitungan Beda Potensial Pada Rangkaian Resistor Seri

Tiga hambatan R1 = 2 Ω, R2 = 3 Ω dan R3 = 5 Ω dirangkai seri dan dihubungkan pada baterai dengan beda potensial 20 volt seperti pada Gambar. Tentukan

a). hambatan pengganti dan

b). beda potensial ujung ujung hambatan R2

Contoh Soal Perhitungan Beda Potensial Pada Rangkaian Resistor Seri
Contoh Soal Perhitungan Beda Potensial Pada Rangkaian Resistor Seri

Rumus Mengitung Hambatan Pengganti Resistor Seri

Hambatan pengganti seri dapat dihitung dengan rumus berikut:

Rs = R1 + R2 + R3

Rs = resistor pengganti rangkaian seri

Rs= 2 + 3 + 5

Rs = 10 Ω

Jadi hambatan pengganti resistor secara seri adalah 10 Ohm

Rumus Menghitung Beda Potensial Pada Ujung Satu Resistor Seri

Beda potensial ujung- ujung resisitor R2  dapat ditentukan dengan menghitung kuat arus yang mengalir pada rangkaian listriknya seperti berikut:

V = I. Rs atau

I = E/Rs

I = 20/10

I = 2 A

Jadi kuat arus yng mengalir pada rangakaian resistor seri adalah 2 A dan ini sama dengan yang mengalir pada resistor R2.

I2 = I

Sehingga tegangan pada ujung ujung resistor  R2 dapat ditentukan dengan rumus berikut

V2 = I2  x R2

V2 = 2 x 3

V2 = 6 volt

Jadi besar tegangan pada kedua ujung resistor R2 adalah 6 volt.

15). Contoh Soal Perhitungan Resistor Pengganti Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Secara Paralel.

Tiga buah resistor R1 R2 dan R3  disusun secara parallel seperti paga gambar. Kuat arus pada ketiga ujung resistor adalah 18 A. Tentukan resistor pangganti dan beda potensial pada ujung ujung resistor a dan b tersebut

Diketahui

R1 = 15 Ω

R2 = 5 Ω

R3 = 3 Ω

Rumus Menentukan Hambatan Resistor Rangkaian Paralel

1/Rp = 1/R1 + 1/R3 + 1/R3

Rp = resistor pengganti rangkaian paralel

1/Rp = 1/15 + 1/5 + 1/3

1/Rp = 1/15 + 3/15 + 5/15

1/Rp = 9/15

Rp = 15/9 Ohm

Jadi resistror pengganti untuk rangkaiann parallel adalah 15/9 Ohm

Rumus Menghitung Beda Potensial Rangkaian Resistor Paralel

Beda potensial pada ujung a dan b dari rangkaian resistor yang disusun parallel dapat dirumuskan dengan persamaan berikut:

Vab = I x Rp

Vab = 18 x 15/9

Vab = 30 volt

Jadi beda potensial pada ujung rangkaian resistor parallel adalah 30 vol

16). Contoh Soal Perhtiungan Gaya Gerak Listrik Baterai Dan Tegangan Jepit

Sebuah alat listrik yang berhambatan 20 Ω dihubungkan dengan baterai yang berhambatan dalam 5 Ω. Jika tegangan jepit baterai 6 volt, maka berapa nilai gaya gerak listrik (tegangan) E baterai tersebut?

Diketahui:

R = 20 Ω;

r = 5 Ω

Vj = tegangan jepit

Vj = 6 volt

Rumus Perhtiungan Tegangan Baterai Gaya Gerak Listrik Baterai

Besar gaya gerak listrik (tegangan baterai E) dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

E = Vj + Epol atau

E = I.R + I.r atau

E = I(R + r)

I.R = tegangan jepit (Vj),

I.r = tegangan polarisasi (Epol)

Perlu menghitung Arus yang mengalir pada alat listrik tersebut

Rumus Menentukan Arus Alat Listrik Yaitu Pada Tegangan Jepit

Arus yang mengalir pada alat listrik (tegangan jepit) adalah

Vj = I.R atau

I = Vj/R

I = 6/20

I = 0,3 A

Jadi arus yang mengalir pada alat listrik adalah 0,3 A, dan arus ini sama dengan arus yang menyebabkan timbulnya tegangan jepit.

Rumus Mentukan Gaya Gerak Listrik Baterai

Gaya gerak listrik GGL baterai dapat dihitung dengan rumus berikut:

E = Vj + Epol atau

E = I.R + I.r atau

E = I (R +r)

E = 0,3 (20 + 5)

E = 7,5 volt

Jadi gaya gerak listrik baterai adalah 7,5 volt

17). Contoh Soal Perhitungan Kuat Arus Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Paralel

Tiga buah resistor R1 R2 dan R3  dirangkai secara parallel seperti pada Gambar di bawah. Tentukan:

a). Kuat arus yang melalui hambatan R2 dan R3,

b). Kuat arus I,

c). Beda potensial Vab

Contoh Soal Perhitungan Kuat Arus Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Paralel
Contoh Soal Perhitungan Kuat Arus Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Paralel

Diketahui:

R1 = 12 Ω

R2 = 6 Ω

R3 = 2 Ω

I1 = 2 A

Rumus Menentukan Beda Potensial Pada Ujung Ujung Ujung Resistor R1

Beda potensial pada resistor R1 dapat dihitung dengan rumus berikut

V1 = I1 R1

V1 = 2 x 12

V1 = 24 volt

Pada rangkaian hambatan paralel beda potensial untuk setiap resistor adalah sama berarti berlaku hubungan berikut.

V3 = V2 = V1

Rumus Menghitung Kuat Arus Pada Resistor R2

Kuat arus pada resistor R2 dapat dinyatakan dengan rumus berikut

V2  = I2 x R2 atau

I2 = V2/R2

I2 = 24/6

I2 = 4A

Rumus Menghitung Kuat Arus Pada Resistor R3

Kuat arus pada resistor R3 dapat dinyatakan dengan rumus berikut

V3 = I3 x R3 atau

I3 = V3/R3

I3 = 24/2

I3 = 12 A

Rumus Mencari Kuat Arus Pada Rangkaian Resistor Paralel

Kuat arus pada rangkaian resistor yang disusun paralel dapat dinyatakan dengan rumus berikut

I = I1 + I2  + I3

I = 2 + 4 + 12

I = 18 A

Rumus Menghitung Beda Potensial Pada Rangkaian Resistor Paralel

Pada rangkaian resistor parallel, beda potensial pada ujung ujung resistornya adalah sama, sehingga dapat menggunakan salah satu beda potensial di ujung ujung resistornya.

Vab = I2 R2

Vab = 4 x 6

Vab = 24 volt atau

Vab = I3 R3

Vab = 12 x 2

Vab = 24 volt

18). Contoh Soal Cara Membaca Arus Listrik Pada Alat Ukur Ampermeter

Sebuah ampermeter digunakan mengukur arus listrik sebuah rangkaian dan Jarum Ampermeter menunjuk tepat pada angka 20. Ampermeter memiliki skala pembacaan maksimum 30. Jika batas ukur ampermeter yang digunakan adalah 10 Ampere, tentukan berapa ampere arus yang diukur.

Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21. Contoh Soal Cara Meningkatkan Batas Ukur Amperemeter Voltmeter Menghitung Hambatan Resistor Depan Shunt, Contoh Soal Perhitungan Tegangan Jepit Baterai Berarus, Contoh Soal Perhitungan Resistor Pengganti Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Secara Paralel Seri, Cara Kerja Prinsip Voltmeter Ampermeter Wattmeter Multimeter, Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21
Contoh Soal Cara Membaca Arus Listrik Pada Alat Ukur Ampermeter

Diketahui:

a = Jarum penunjuk

a = 20

b = Skala maksimum

b = 30

c = Batas Ukur

c = 10 A

Rumus Cara Baca dan Menentukan Arus Listrik Terukur Pada Ampermeter

Besar arus yang terukur oleh ampermeter dapat dinyatakan dengan rumus berukut

I = (a/b) x c

I = (20/30) x 10 A

I = 6,67 A

Jadi arus listrik yang sedang diukur oleh ampermeter adalah 6,67 A

19). Contoh Soal Cara Baca Dan Menentukan Tegangan Listrik Dengan Voltmeter

Voltmeter sedang digunakan untuk mengukur tegangan listrik dan jarumnya menunjuk tepat  pada tengah tengah antara 10 dan 20. Voltmeter memiliki skala baca maksimum 30 dan batas ukur yang digunakan adalah 3 volt. Tentukan berapa tegangan yang sedang diukur.

Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21. Contoh Soal Cara Meningkatkan Batas Ukur Amperemeter Voltmeter Menghitung Hambatan Resistor Depan Shunt, Contoh Soal Perhitungan Tegangan Jepit Baterai Berarus, Contoh Soal Perhitungan Resistor Pengganti Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Secara Paralel Seri, Cara Kerja Prinsip Voltmeter Ampermeter Wattmeter Multimeter, Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21
Contoh Soal Cara Baca Dan Menentukan Tegangan Listrik Dengan Voltmeter

Diketahui:

a = Jarum penunjuk

a = tengah tengah 10 – 20

a = 15

b = Skala maksimum

b = 30

c = Batas Ukur

c = 3 volt

Rumus Cara Menentukan Tegangan Listrik Dengan Voltmeter

Besar tegangan yang sedang diukur oleh voltmeter dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

I = (a/b) x c

I = (15/30) x 3 V

I = 1,5 volt

Jadi tegangan yang sedang diukur oleh voltmeter adalah 1,5 volt

20). Contoh Soal Energi dan Daya Listrik

Sebuah lampu berhambatan 10 Ohm dihubungkan dengan baterai yang bertegangan 5 volt seperti ditunjukkan pada Gambar

Rangkaian Listrik Sederhana
Rangkaian Listrik Sederhana

Tentukan:

  1. daya yang diserap hambatan,
  2. energi yang diserap hambatan selama setengah menit!

Diketahui

R = 10 Ω

V = 5 volt

t = 0,5 menit = 30 detik

Rumus Menghtiung Daya Diserap Hambatan

Daya yang diserap hambatan dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan yang memenuhi rumus berikut

P=V2/R

P=(52)/10=5 watt

Rumus Mencari Energi Diserap Hambatan

Energi yang diserap hambatan R adalah memenuhi rumus berikut

W = P x t

W = 5 watt x 30 detik

W = 150 Joule

21). Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Kuat Arus Listrik

Sebuah kilat yang terjadi saat hujan lebat diukur dan tercatat arus listriknya sebesar 5 kiloAmper dan mengalir selama 1 detik. Hitunglah besarnya muatan listrik yang dipindahkan dari awan permukaan bumi pada saat itu.

Diketahui:

I = 5 kiloampre = 5000A

t = 1 detik

Q = ..?

Rumus Menghitung Muatan Listrik Yang Dipindah Awan

Muatan listrik yang dipindah awan dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut

I = Q/t maka

Q = T x t

Q = 5000 A x 1 s

Q = 5000 As atau 5000 C

Jadi besarnya muatan yang dipindahkan dari awan ke bumi adalah sebesar 5000 coulomb.

Contoh Soal Ujian Kuat Arus Listrik

Soal 1. Jika arus 4 ampere mengalir dalam kawat yang ujung- ujungnya memiliki beda potensial 12 volt, maka besar muatan tiap menit yang mengalir melalui kawat….

  1. 4 coulomb
  2. 12 coulomb
  3. 60 coulomb
  4. 120 coulomb
  5. 240 coulomb

Soal 2. Arus listrik dapat mengalir dalam suatu penghantar listrik jika terdapat ….

  1. potensial listrik pada setiap titik pada penghantar tersebut
  2. elektron dalam penghantar tersebut
  3. beda potensial listrik pada ujung -ujung penghantar tersebut
  4. muatan positif dalam penghantar tersebut
  5. muatan positif dan negative dalam penghantar tersebut

Soal 3. Semakin besar beda potensial ujung -ujung kawat penghantar maka semakin:

(1) besar muatan listrik yang mengalir melalui penghantar

(2) besar kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar

(3) besar nilai hambatan jenis penghantar

Pernyataan yang benar adalah ….

  1. (1), (3)
  2. (2), (3)
  3. (1), (2)
  4. (1), (2), (3)
  5. (3)

Soal 4. Alat untuk mengukur kuat arus listrik yang benar adalah ….

  1. voltmeter
  2. amperemeter
  3. ohmmeter
  4. galvanometer
  5. osiloskop

Soal 4. Apabila suatu penghantar listrik mengalirkan arus 200 mA selama 5 detik, muatan yang mengalir pada penghantar tersebut adalah ….

  1. 1 coulomb
  2. 5 coulomb
  3. 0,25 coulomb
  4. 50 coulomb
  5. 10 coulomb

Soal 5. Satuan kuat arus listrik adalah …

  1. volt/detik
  2. ohm meter
  3. joule/detik
  4. ohm coulomb
  5. coulomb/detik

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  9. Ringkasan Rangkuman: Arus listrik adalah aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah.
  10. Syarat-syarat arus listrik dapat mengalir dalam konduktor yaitu: Rangkaian harus tertutup dan harus ada beda potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik.
  11. Hukum Ohm berbunyi“arus yang mengalir berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatannya.”
  12. Arus mengalir dengan tetap pada satu arah yang disebut arus searah atau DC (direct current).
  13. Rapat arus (J) adalah besar kuat arus listrik per satuan luas penampang. Satuan rapat arus dalam sistem SI adalah ampere/m2
  14. Kuat arus yang melalui suatu konduktor ohmik adalah sebanding (berbanding lurus) dengan beda potensial antara ujung-ujung konduktor asalkan suhu konduktor tetap.
  15. Grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V nya tidak membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen non-ohmik.
  16. Grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V nya membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen ohmik
  17. Rangkaian seri adalah suatu penyusunan komponen-komponen di mana semua arus mengalir melewati komponen-komponen tersebut secara berurutan.
  18. Rangkaian paralel adalah suatu penyusunan komponen-komponen di mana arus terbagi untuk melewati komponen-komponen secara serentak
  19. Energi listrik adalah besar muatan (dalam coulomb) dikalikan beda potensial yang dialaminya.
  20. Daya listrik adalah energi listrik yang dihasilkan atau diperlukan per satuan waktu
  21. Satu watt (1 W) adalah besar daya ketika energi satu joule dibebaskan dalam selang waktu 1 sekon.
  22. Amperemeter adalah alat ukur arus listrik. Amperemeter harus dipasang seri dalam suatu rangkaian, arus listrik yang melewati hambatan R adalah sama dengan arus listrik yang melewati amperemeter tersebut.
  23. Idealnya, suatu amperemeter harus memiliki hambatan yang sangat kecil agar berkurangnya arus listrik dalam rangkaian juga sangat kecil.
  24. Voltmeter adalah alat ukur beda potensial (tegangan) listrik. Voltmeter harus dipasang parallel dengan ujung-ujung hambatan yang akan diukur beda potensialnya.
  25. Idealnya, suatu voltmeter harus memiliki hambatan yang sangat besar agar berkurangnya arus listrik yang melewati hambatan R juga sangat kecil
  26. Ohmmeter adalah alat ukur hambatan listrik.
  27. Wattmeter adalah alat ukur daya listrik.
  28. Multimeter adalah suatu alat yang berfungsi sebagai amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter.
  29. Kuat Arus Listrik: Cara Kerja Alat Ukur Rumus Beda Potensial Tegangan Jepit Resistor Shunt Depan Seri Paralel, Contoh Soal Perhitungan Daya Energi 21. Contoh Soal Cara Meningkatkan Batas Ukur Amperemeter Voltmeter Menghitung Hambatan Resistor Depan Shunt,
  30. Contoh Soal Perhitungan Tegangan Jepit Baterai Berarus, Contoh Soal Perhitungan Resistor Pengganti Dan Beda Potensial Rangkaian Resistor Secara Paralel Seri, Cara Kerja Prinsip Voltmeter Ampermeter Wattmeter Multimeter,

Hukum Coulomb, Pengertian Pembahasan Contoh Soal Ujian

Pengertian Hukum Coulomb. Hukum Coloumb merupakan sebuah aturan yang mengemukakan tentang hubungan antara gaya listrik dan besar masing masing muatan listrik.

Hukum Coulomb menyatakan bahwa Gaya tarik – menarik atau tolak – menolak antara dua muatan listrik berbanding lurus dengan muatan- muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan tersebut.

Secara matematis hukum Coulomb dapat dinyatakan dengan formulasi menggunakan rumus  persamaan berikut.

F = k (q1 x q2)/r2

F = gaya Coulomb, N


q = muatan listrik, Coulomb, C

r = jarak antara kedua muatan, m

k = konstanta kesebandingan, Nm2/C2

Konstanta k merupakan permitivitas listrik ruang hampa yang biasa dinotasikan dengan ε0 dan dinyatakan dengan persamaan berikut:

k = 1/(4πε0)

jika nilai ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2, dengan demikian k adalah

k = 9 x109 Nm2/C2

Gaya Coulomb

Gaya Coulomb adalah gaya elektrostatik yang merupakan gaya tolak atau tarik yang ditimbulkan oleh dua muatan listrik pada jarak tertentu.

Gaya Coulomb mirip dengan gaya gravitasi dimana keduanya merupakan  gaya yang nilainya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Gaya Coulomb dan gaya gravitasi ini merupakan gaya yang bersifat alamiah. Gaya alamiah lainnya di antaranya adalah gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya lemah, dan gaya kuat.

Gaya Gravitasi.

Gaya gravitasi merupakan gaya yang bekerja pada semua partikel dan menjaga planet- planet selalu tetap pada orbitnya selama mengitari matahari.

Gaya Elektromagnetik.

Gaya elektromagnetik adalah gaya yang bekerja di antara partikel bermuatan dan merupakan gaya yang mengikat atom- atom dan molekul- molekul.

Gaya Lemah (Weak Force).

Gaya lemah (weak force) merupakan gaya yang terjadi dalam peristiwa peluruhan radioaktif.

Gaya Kuat (Strong Force).

Gaya kuat (strong force) merupakan gaya yang berperan dalam menjaga neutron- neutron dan proton- proton bersama- sama dalam sebuah inti atom.

Ketentuan dari hukum Coulomb.

Jika gaya Coulomb F bernilai positif, maka kedua muatan akan saling tolak menolak. Sebaliknya, jika nilai gaya Coulomb F adalah negative, maka kedua muatan akan saling tarik menarik.

Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb.

Dua buah muatan listrik masing – masing 20 mC dan -20 mC terpisah pada jarak 30 cm, tentukan besar dan arah gaya pada muatan di setiap muatannya.

Jawab.

q1 = 20 mC = 20 x 10-6 C

q2 = -20 mC = -20 x 10-6C

r = 30 cm = 0,3m

besar gaya F pada setiap muatan adalah:

F = (9 x 109 Nm2/C2) (20 x 10-6 C x – 20 x 10-6 C) / (0,3m) = -40N

Karena kedua muatan saling berlawanan yaitu q1 positif dan q2 negatif maka gaya Coulomb bertanda negative. Ini artinya gaya yang timbul adalah Tarik menarik. Arah gaya pada muatan q1 menuju ke q2, sedangkan arah gaya  q2 menuju ke q1.

Daftar Pustaka:

  1. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  2. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  3. Ardra. Biz, 2019, “Contoh Soal Jawaban dan Pembahasan Hukum Coulomb dengan Pengertian Gaya Coulomb dengan Gaya Listrik.
  4. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  8. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  9. Ardra. Biz, 2019, “Contoh Soal Jawaban dan Pembahasan Hukum Coulomb, Pengertian Gaya Coulomb dengan Gaya Listrik, Pembahasan Contoh Soal Ujian Hukum Coulomb,
  10. Ardra.Biz, 2019, Pengerian Hukum Coulomb, Pengertian Elektrostatik, Pengertian Gaya Elektromagnetik,  Pengertian Gaya Gravitasi, Pengertian Strong Force, Pengertian Weak Force, Satuan Gaya Coulomb, Satuan muatan listrik,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Rumus Persamaan Hukum Coulomb, Pengertian permitivitas listrik Hukum Coulomb, Satuan konstanta kesebandingan hukum Coulomb, Pengertian konstanta kesebandingan hukum Coulomb, Bunyi Pernyataan Hukum Coulomb, Contoh Gaya alamiah, Contoh Gaya Strong, Contoh Weak Force,