A. POTENSIAL DAN ARUS LISTRIK
1. Beda Potensial Listrik
Beda potensial listrik adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik lain.
\begin{equation*} V = \frac{W}{Q} \: \dotso \: \text{ J/C atau Volt}\\ \end{equation*}
2. Arus Listrik dan Kuat Arus
Bila 2 titik tertentu yang berbeda potensial listriknya dihubungkan dengan kawat penghantar, akan terjadi perpindahan muatan. Aliran muatan yang berpindah disebut arus listrik.
Muatan yang berpindah adalah elektron. Elektron berpindah dari potensial rendah (kutub negatif) menuju potensial tinggi (kutub positif).
Arus listrik didefinisikan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Kuat arus adalah banyaknya muatan yang mengalir setiap detik.
\begin{equation*} I = \frac{Q}{t} \: \dotso \: \text{ Ampere} \end{equation*}
\(Q_{\text{elektron}} = 1,6 \times 10^{-19} \text{ C}\)
B. HAMBATAN DAN RESISTOR
1. Hambatan Dalam Kawat
Hambatan dalam kawat kawat penghantar:
\begin{equation*} R = \rho \: \frac{l}{A} \end{equation*}
\(R\) = hambatan dalam kawat penghantar (\(\Omega\))
\(\rho\) = hambat jenis kawat penghantar (\(\Omega m\))
\(l\) = panjang kawat penghantar (\(m\))
\(A\) = luas penampang kawat penghantar (\(m^2\))
2. Hambatan Dalam Resistor
Rangkaian Seri
Hambatan pengganti
\(R_T = R_1 + R_2\)
Rangkaian Paralel
Hambatan pengganti
\(\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}\)
3. Pengaruh Suhu Pada Hambatan
Perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan hambatan.
\begin{equation*} \begin{split} \Delta R & = \alpha \:.\: R_o \:.\: \Delta T \end{split} \end{equation*}
\begin{equation*} \begin{split} R_T & = R_o + \Delta R \\\\ R_T & = R_o + \alpha \:.\: R_o \:.\: \Delta T \\\\ R_T & = R_o \: (1 + \alpha \:.\: \Delta T) \end{split} \end{equation*}
\(\Delta R\) = perubahan hambatan (\(Ω\))
\(R_o\) = hambatan pada suhu mula-mula
\(R_T\) = hambatan pada suhu akhir
\(\alpha\) = hambat jenis (\(/^{\text{o}} \text{C}\))
\(\Delta T\) = perubahan suhu (\(/^{\text{o}} \text{C}\))
4. Rangkaian Khusus Jembatan Wheatstone
Tiga tipe rangkaian Jembatan Wheatstone:
\(R_1 \:.\: R_3 = R_2 \:.\: R_4\)
Tidak ada arus yang mengalir melalui Amperemeter.
\(R_1 \:.\: R_3 = R_2 \:.\: R_4\)
Tidak ada arus yang mengalir melalui Amperemeter.
\(R_1 \:.\: R_3 = R_2 \:.\: R_4\)
Tidak ada arus yang mengalir melalui Amperemeter.
Delta Star Connection
Jika \(R_1 \:.\: R_3 \neq R_2 \:.\: R_4\), maka rangkaian diubah dengan menggunakan metode Delta To Star Connection.
\(A = \dfrac{P\:.\:Q}{P + Q + R}\)
\(B = \dfrac{P\:.\:R}{P + Q + R} \)
\(C = \dfrac{Q\:.\:R}{P + Q + R}\)
C. HUKUM OHM
\(V = I \:.\: R\)
V = beda potensial di antara ujung-ujung hambatan (Volt)
I = kuat arus yang mengalir dalam hambatan (Ampere)
R = hambatan (Ohm)
1. Rangkaian Seri
Hambatan pengganti
\(R_T = R_1 + R_2\)
Kuat arus
Kuat arus sama.
\(I_1 = I_2 = I\)
Beda potensial
Beda potensial berbeda.
\(V = V_1 + V_2\)
\(V_1 = I \:.\: R_1\)
\(V_2 = I \:.\: R_2 \)
2. Rangkaian Paralel
Hambatan pengganti
\(\dfrac{1}{R_T} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2}\)
Kuat arus
Kuat arus berbeda.
\(I = I_1 + I_2\)
\(I_1 = \dfrac {V_1}{R_1}\)
\(I_2 = \dfrac {V_2}{R_2}\)
Beda potensial
Beda potensial sama.
\(V = V_1 = V_2 \)
3. Tegangan Jepit
Tegangan jepit merupakan beda potensial antara ujung-ujung sumber listrik (baterai)
Tegangan jepit dapat ditentukan dengan:
\begin{equation*} \begin{split} V_{\text{jepit}} & = E - V_r \\\\ V_{\text{jepit}} & = E - I \:.\: r \end{split} \end{equation*}
Apabila hambatan di dalam sumber listrik(baterai) diabaikan, maka \(V = E\).
D. HUKUM KIRCHOFF
1. Hukum Kirchoff 1
Jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan
\(\sum I_{\text{masuk}} = \sum I_{\text{keluar}} \)
\(I_1 + I_2 = I_3 + I_4\)
2. Hukum Kirchoff 2
Beda potensial antara dua titik:
\(V_{AB} = \Sigma E + \Sigma (I \:.\: R) \)
Contoh:
\(V_{AB} = E_1 - E_2 + I \:.\: (R_1 + R_2) \)
Pada rangkaian tertutup
\(\Sigma E + \Sigma (I \:.\: R) = 0\)
Contoh:
\(- E_1 + E_2 + I \:.\: (R_1 + R_2 + R_3) = 0\)
E. ENERGI DAN DAYA LISTRIK
1. Energi listrik
\begin{equation*} W = V \:.\: I \:.\: t \: \dotso \text{ Joule} \end{equation*}
Karena \(V = I \:.\: R\), maka:
\begin{equation*} \begin{split} W & = V \:.\: I \:.\: t \\\\ W & = I^2 \:.\: R \:.\: t \\\\ W & = \frac{V^2}{R} \:.\: t \end{split} \end{equation*}
2. Daya listrik
\begin{equation*} P = \frac{W}{t} \text{ Watt} \end{equation*}
Dengan mensubstitusikan \(W = V \:.\: I \:.\: t\) dan \(V = I \:.\: R\), dapat dibuat kombinasi rumus untuk daya:
\begin{equation*} \begin{split} P & = \frac{W}{t} \\\\ P & = \frac{V \:.\: I \:.\: \cancel {t}}{\cancel {t}} \\\\ P & = V \:.\: I \\\\ P & = I^2 \:.\: R \\\\ P & = \frac{V^2}{R} \end{split} \end{equation*}
3. Efisiensi
\begin{equation*} \eta = \frac{P_{\text{output}}}{P_{\text{input}}} \times 100 \% \end{equation*}