Arus Listrik: Apa itu?

Electrical4u

Bidang: Listrik Dasar

China

Apa itu Arus Listrik?

Arus listrik didefinisikan sebagai aliran partikel bermuatan—seperti elektron atau ion—yang bergerak melalui konduktor listrik atau ruang. Ini adalah laju alir muatan listrik melalui media konduktif sehubungan dengan waktu. Arus listrik dinyatakan secara matematis (misalnya dalam rumus) menggunakan simbol “I” atau “i”. Satuan untuk arus adalah ampere atau amp. Ini diwakili oleh A.

Secara matematis, laju alir muatan sehubungan dengan waktu dapat dinyatakan sebagai,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

Dengan kata lain, aliran partikel bermuatan yang mengalir melalui konduktor listrik atau ruang dikenal sebagai arus listrik. Partikel bermuatan yang bergerak disebut pembawa muatan yang mungkin adalah elektron, lubang, ion, dll.

Aliran arus bergantung pada media konduktif. Misalnya:

Dalam konduktor, aliran arus disebabkan oleh elektron.
Dalam semikonduktor, aliran arus disebabkan oleh elektron atau lubang.
Dalam elektrolit, aliran arus disebabkan oleh ion dan
Dalam plasma—gas terionisasi, aliran arus disebabkan oleh ion dan elektron.

Ketika perbedaan potensial listrik diterapkan antara dua titik dalam media konduktif, arus listrik mulai mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke potensial yang lebih rendah. Semakin tinggi voltase atau perbedaan potensial, semakin banyak arus yang mengalir antara dua titik.

Jika dua titik dalam rangkaian berada pada potensial yang sama, maka arus tidak dapat mengalir. Besarnya arus bergantung pada voltase atau perbedaan potensial antara dua titik. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa arus adalah efek dari voltase.

Arus listrik dapat menghasilkan medan elektromagnetik, yang digunakan dalam induktor, transformator, generator, dan motor. Dalam konduktor listrik, arus menyebabkan pemanasan resistif pemanasan atau pemanasan joule yang menghasilkan cahaya dalam lampu pijar.

Arus listrik yang berubah-ubah seiring waktu menghasilkan gelombang elektromagnetik, yang digunakan dalam telekomunikasi untuk menyiarkan data.

Arus AC vs DC

Berdasarkan aliran muatan, arus listrik diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC).

Arus AC

Aliran muatan listrik yang berbalik arah secara periodik disebut arus bolak-balik (AC). Arus AC juga dikenal sebagai "Arus AC". Meskipun ini teknis mengulangi hal yang sama dua kali "Arus AC Arus".

Arus bolak-balik mengubah arahnya pada interval tertentu.

Arus bolak-balik dimulai dari nol, naik ke maksimum, turun ke nol, kemudian berbalik dan mencapai maksimum dalam arah yang berlawanan, lalu kembali ke nilai asli dan mengulangi siklus ini secara terus menerus.

Jenis bentuk gelombang arus bolak-balik dapat berupa sinusoidal, segitiga, persegi, gigi gergaji, dll.

Khususitas bentuk gelombang tidak penting—selama itu adalah gelombang yang berulang.

Namun, dalam sebagian besar rangkaian listrik, bentuk gelombang arus bolak-balik yang umum adalah gelombang sinus. Bentuk gelombang sinus yang mungkin Anda lihat sebagai arus bolak-balik ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sebuah alternator dapat menghasilkan arus bolak-balik. Alternator adalah jenis khusus generator listrik yang dirancang untuk menghasilkan arus bolak-balik.

Listrik arus bolak-balik digunakan secara luas dalam aplikasi industri dan perumahan.

Arus Searah

Aliran muatan listrik hanya dalam satu arah dikenal sebagai arus searah (DC). DC juga disebut sebagai “Arus Searah”. Meskipun ini secara teknis mengulangi hal yang sama dua kali “Arus Searah Arus”.

Karena arus searah hanya mengalir dalam satu arah, maka juga disebut sebagai arus unidireksional. Bentuk gelombang arus searah ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Arus searah dapat dihasilkan oleh baterai, sel surya, sel bahan bakar, termokopel, generator listrik tipe komutator, dll. Arus bolak-balik dapat dikonversi menjadi arus searah dengan menggunakan rectifier.

Listrik arus searah umumnya digunakan dalam aplikasi tegangan rendah. Sebagian besar rangkaian elektronik membutuhkan sumber daya listrik arus searah.

Apa Satuan Pengukuran Arus Listrik (Satuan Arus)?

Satuan SI untuk arus adalah ampere atau amp. Ini direpresentasikan oleh A. Ampere, atau amp adalah satuan dasar SI untuk arus listrik. Satuan ampere dinamai untuk menghormati fisikawan hebat Andrew Marie Ampere.

Dalam sistem SI, 1 ampere adalah aliran muatan listrik antara dua titik dengan laju satu coulomb per detik. Dengan demikian,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Oleh karena itu arus juga diukur dalam coulomb per detik atau C/S.

Rumus Arus Listrik

Rumus dasar untuk arus adalah:

Hubungan antara Arus, Tegangan, dan Hambatan (Hukum Ohm)
Hubungan antara Arus, Daya, dan Tegangan
Hubungan antara Arus, Daya, dan Hambatan

Hubungan-hubungan ini diringkas dalam gambar di bawah ini.

Rumus Arus 1 (Hukum Ohm)

Menurut hukum Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Dengan demikian,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Contoh

Seperti yang ditunjukkan pada rangkaian di bawah ini, tegangan suplai sebesar $24\,\,V$ diterapkan pada resistor dengan nilai $12\,\,\Omega$ . Tentukan arus yang mengalir melalui resistor.

Solusi:

Data yang Diberikan: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Menurut hukum Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Dengan demikian, dengan menggunakan persamaan, kita mendapatkan arus yang mengalir melalui resistor adalah $2\,\,A$ .

Rumus Arus 2 (Daya dan Tegangan)

Daya yang ditransfer adalah hasil kali tegangan suplai dan arus listrik.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Dengan demikian, kita mendapatkan arus sama dengan daya dibagi oleh tegangan. Secara matematis,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Di mana $A$ berarti ampere atau amp (satuan untuk arus listrik).

Contoh

Seperti yang ditunjukkan pada rangkaian di bawah, tegangan suplai sebesar $24\,\,V$ diterapkan ke lampu $48\,\,W$ . Tentukan arus yang diambil oleh lampu $48\,\,W$ .Solusi:

Data yang Diberikan: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Menurut rumus,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Dengan demikian, menggunakan persamaan di atas kita mendapatkan arus yang diambil oleh lampu $48\,\,W$ adalah sama dengan $2\,\,A$ .

Rumus Arus 3 (Daya dan Hambatan, Rugi Ohmik, Pemanasan Resistif)

Kita tahu bahwa, $P = V * I$

Sekarang dengan mengganti hukum Ohm $V = I * R$ ke dalam persamaan di atas, kita mendapatkan,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Dengan demikian, arus adalah akar kuadrat dari rasio daya dan resistansi. Secara matematis, rumus untuk ini adalah:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Contoh

Seperti yang ditunjukkan pada rangkaian di bawah, tentukan arus yang diambil oleh $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampu

Solusi:

Data yang Diberikan: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Berdasarkan hubungan antara arus, daya, dan hambatan seperti yang ditunjukkan di atas:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Dengan demikian, menggunakan persamaan tersebut, kita mendapatkan arus yang ditarik oleh $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampu adalah $2.24\,\,A$ .

Dimensi Arus

Dimensi arus dalam hal massa (M), panjang (L), waktu (T), dan ampere (A) diberikan oleh $M^0L^0T^-^1Q$ .

Arus (I) adalah representasi dari coulomb per detik. Dengan demikian,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Arus Konvensional vs Aliran Elektron

Ada sedikit kesalahpahaman tentang arus konvensional dan aliran elektron. Mari kita coba memahami perbedaan antara keduanya.

Partikel yang membawa muatan listrik melalui konduktor adalah elektron bebas atau mobile. Arah dari medan listrik dalam rangkaian, menurut definisi, hukum bahwa muatan uji positif dipaksa. Dengan demikian, partikel-partikel muatan negatif ini, yaitu elektron, mengalir ke arah yang berlawanan dengan medan listrik.

Menurut teori elektron, ketika tegangan atau perbedaan potensial diterapkan pada konduktor, partikel bermuatan mengalir melalui rangkaian, yang merupakan arus listrik.

Partikel bermuatan ini mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke potensial yang lebih rendah, yaitu dari terminal positif ke terminal negatif baterai melalui rangkaian eksternal.

Namun, dalam konduktor logam, partikel bermuatan positif berada dalam posisi tetap, dan partikel bermuatan negatif, yaitu elektron, bebas untuk bergerak. Dalam semikonduktor, aliran partikel bermuatan dapat positif atau negatif.

Aliran pembawa muatan positif dan pembawa muatan negatif dalam arah yang berlawanan memiliki efek yang sama dalam rangkaian listrik. Karena arus disebabkan oleh muatan positif atau negatif, atau keduanya, diperlukan konvensi untuk arah arus yang independen dari jenis pembawa muatan.

Arah arus konvensional dianggap sebagai arah aliran pembawa muatan positif, yaitu dari potensial yang lebih tinggi ke potensial yang lebih rendah. Oleh karena itu, pembawa muatan negatif, yaitu elektron, mengalir ke arah yang berlawanan dengan arus konvensional, yaitu dari potensial yang lebih rendah ke potensial yang lebih tinggi. Jadi, arus konvensional dan aliran elektron bergerak ke arah yang berlawanan, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

arah arus konvensional dan aliran elektron — Arah Arus Konvensional dan Aliran Elektron

Arus Konvensional: Aliran pembawa muatan positif dari terminal positif ke terminal negatif baterai dikenal sebagai arus konvensional.
Aliran Elektron: Aliran elektron disebut aliran elektron. Aliran pembawa muatan negatif – yaitu, elektron – dari terminal negatif ke terminal positif baterai dikenal sebagai aliran elektron. Aliran elektron adalah kebalikan dari aliran arus konvensional.

Arah aliran arus konvensional dan aliran elektron ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Arus Konveksi vs Aliran Konduksi

Arus Konveksi

Arus konveksi merujuk pada aliran arus melalui media isolator seperti cairan, gas, atau vakum.

Arus konveksi tidak memerlukan konduktor untuk mengalir; oleh karena itu, ia tidak memenuhi Hukum Ohm. Contoh arus konveksi adalah tabung hampa di mana elektron yang dipancarkan oleh katoda mengalir ke anoda dalam hampa.

Arus Konduksi

Arus yang mengalir melalui konduktor apapun dikenal sebagai arus konduksi. Arus konduksi memerlukan konduktor untuk mengalir; oleh karena itu, ia memenuhi Hukum Ohm.

Arus Penempatan

Pertimbangkan sebuah resistor dan kapasitor terhubung secara paralel dengan sumber tegangan V seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Sifat aliran arus melalui kapasitor berbeda dari aliran arus melalui resistor.

Perbedaan potensial atau tegangan di seberang resistor menghasilkan aliran arus yang terus menerus yang diberikan oleh persamaan,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Arus ini disebut “arus konduksi.”

Sekarang arus mengalir melalui kapasitor hanya ketika tegangan di seberang kapasitor berubah, yang diberikan oleh persamaan,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Arus ini disebut “arus perpindahan.”

Secara fisik, arus perpindahan bukanlah arus karena tidak ada aliran kuantitas fisik seperti aliran muatan.

Cara Mengukur Arus

Dalam rangkaian listrik dan elektronik, pengukuran arus adalah parameter penting yang perlu diukur.

Alat yang dapat mengukur arus listrik disebut ammeter. Untuk mengukur arus, ammeter harus terhubung secara seri dengan rangkaian yang arusnya akan diukur.

Pengukuran arus melalui resistor menggunakan ammeter ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Arus listrik juga dapat diukur menggunakan galvanometer. Galvanometer memberikan baik arah maupun besarnya arus listrik.

Arus dapat diukur dengan mendeteksi medan magnetik yang terkait dengan arus tanpa memutus rangkaian. Ada berbagai instrumen yang digunakan untuk mengukur arus tanpa memutus rangkaian.

Transduser sensor arus efek Hall
Transformator arus (CT) (hanya mengukur AC)
Ampere meter klem
Resistor shunt
Sensor medan magnet resistif

Pertanyaan Umum Tentang Arus

Mari kita pelajari beberapa pertanyaan umum yang berkaitan dengan arus listrik.

Apa yang Menggunakan Elektromagnet untuk Mengukur Arus Listrik?

Galvanometer adalah alat pengukur yang menggunakan elektromagnet untuk mengukur arus listrik.

Galvanometer adalah alat absolut; ia mengukur arus listrik dalam hal tangen sudut defleksi.

Galvanometer dapat mengukur arus listrik secara langsung, tetapi ini melibatkan pemutusan sirkuit; oleh karena itu, terkadang tidak praktis.

Bagaimana Arus Listrik Menghasilkan Gaya Magnetik?

Konduktor penghantar arus yang ditempatkan dalam medan magnet akan mengalami gaya karena arus hanyalah aliran muatan.

Pertimbangkan konduktor penghantar arus dengan arus mengalir melaluinya, seperti ditunjukkan pada gambar (a) di bawah. Menurut aturan tangan kanan Fleming; arus ini akan menghasilkan medan magnet dalam arah searah jarum jam.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

Gaya Magnetik yang Dihasilkan oleh Arus Listrik

Hasil dari medan magnet konduktor adalah bahwa ia akan mendorong medan magnet di atas konduktor dan melemahkannya di bawah.

Garis-garis medan seperti karet gelang yang ditarik; oleh karena itu, mereka akan mendorong konduktor ke arah bawah, yaitu gaya tersebut ke bawah, seperti ditunjukkan pada gambar (b).

Contoh ini mengatakan bahwa konduktor yang membawa arus listrik dalam medan magnet mengalami gaya. Persamaan berikut menentukan besarnya gaya magnet pada konduktor yang membawa arus listrik.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Untuk Membuat Arus Listrik Mengalir, Diperlukan

Untuk membuat arus listrik mengalir, diperlukan hal-hal berikut:

Perbedaan potensial yang ada antara dua titik. Jika dua titik dalam rangkaian berada pada potensial yang sama, arus tidak dapat mengalir.
Sumber tegangan atau sumber arus, seperti baterai atau sel yang memaksa elektron bebas yang merupakan arus listrik.
Konduktor atau kawat yang membawa muatan listrik.
Rangkaian harus tertutup atau lengkap. Jika rangkaian terbuka, arus tidak dapat mengalir.

Ini adalah kondisi-kondisi yang diperlukan untuk membuat arus listrik mengalir. Gambar di bawah ini menunjukkan arus yang melewati rangkaian tertutup.

Apa yang Paling Menjelaskan Perbedaan Antara Arus Listrik dan Listrik Statis

Perbedaan utama antara arus listrik dan listrik statis adalah bahwa elektron atau muatan mengalir melalui konduktor dalam arus listrik.

Sementara itu, dalam listrik statis, muatan beristirahat dan terkumpul di permukaan zat.

Arus listrik disebabkan oleh aliran elektron, sedangkan listrik statis disebabkan oleh muatan negatif dari satu objek ke objek lainnya.

Arus listrik hanya terjadi dalam konduktor, sedangkan listrik statis terjadi baik dalam konduktor maupun isolator.

Bagaimana Arus Listrik Mempengaruhi Kutub Magnet?

Kita tahu bahwa ketika arus listrik mengalir, yaitu muatan listrik bergerak, ia menghasilkan medan magnet. Jika kita meletakkan magnet dalam medan magnet, ia mengalami gaya.

Untuk muatan listrik, yaitu arus listrik, kutub magnet yang sama menarik dan kutub magnet yang berlawanan mendorong. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa arus listrik mempengaruhi kutub magnet melalui medan magnet.

Alat Apa yang Digunakan untuk Mengukur Arus Listrik

Alat yang dapat mengukur arus listrik disebut amperemeter. Amperemeter harus dihubungkan secara seri dengan rangkaian yang arusnya akan diukur.

Berbagai alat lain juga digunakan untuk mengukur arus listrik.

Transduser sensor arus efek Hall
Transformator arus (CT) (Hanya mengukur AC)
Meter klem
Resistor shunt
Sensor medan magnetoresistif

Sumber: Electrical4u

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang bagus layak dibagikan, jika ada pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk menghapus.