Magnet dan Listrik

Magnet dan Listrik

          Magnet merupakan bagian tak terpisahkan dari alat-alat elektronik dan teknik kelistrikan, karena tidak sedikit konstruksi alat-alat listrik tergantung pada magnet. Alat-alat listrik yang menggunakan magnet antara  lain dynamo listrik pada sepeda, generator pembangkit listrik, motor-motor listrik, dan alat-alat kendali (control) listrik. Hampir pada seluruh pesawat elektronika fenomena kemagnetan mudah kita temui.

Fenomena magnetisme (kemagnetan) sebenarnya telah diamati manusia sejak beberapa abad sebelum masehi. Pada masa lampau magnet di kenal sebagai sebuah material yang berwarna hitamyang disebut lodestone dan dapat menarik besi atau logam-logam lainnya.batu magnet di temukan pertama kali di magnesia, asia kecil dan penggunaanyanya dalam praktek yang pertama dipertunjukan oleh bangsa cina pada tahun 2637 sebelum masehi, berupa kompas kutub ( kompas penunjuk kutub bumi ).

Selanjutnya penemuan-penemuan dan percobaab-percobaan penting tentang kemagnetan dilakukan oleh bangsa-bangsa di benua eropa, misalnya tahun 1269, de maricourt melakukan studi tentang magnet dan mengamati adanya sepasang kutub pada benda magnetic. Penemuan tentang magnet bumi oleh sarjana inggris Dr Wiliam Gibert tahun 1540-1603, medan magnet disekitar arus listrik oleh sarjana Denmark Hans Christian Oersted (1771-1851), penemuan elektromagnetika oleh sarjana jerman Clerk Maxwel(1831-1879). Semua eksperimen dan penemuan tersebut sangat penting artinya bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sampai era informasi dan komunikasi sekarang ini.

Atas jasa penemuan elektronagnetika oleh Maxwell maka peran fenomena kemagnetan dan kelistrikan menjadi sangat dominan dalam kehidupan saat ini. Mulai dari gunting test pen, jam tangan, radio,televise,computer hinggga peralatan nuklir yang terkait dengan magnet. Oleh karena pengetahuan tentang kemagnetan merupakan pengetahuan dasar untuk masyarakat yang melek sains.

a.            Pengertian dan jenis-jenis magnet

Menurut definisi, magnet adlah suatu benda yang dapat menarik besi, baja, atau benda-benda lain yang menagndung unsur besi atau baja. Magnetit sendiri bias berarti batu. Atau terkait dengan suatu daerah bernama magnesia di wilayah asia kecil tempat pertama kali ‘batu aneh ini di temukan’

Dalam IPA seringkali muncul pengelompokan atau klasifikasi benda-benda atau fenomena alam. Ketika Anda mengelompokan atau memahami pengelompokan sesuatu maka yang harus anda camkan adalah dasar atau argument dari pengelompokan tersebut. Oleh karena itu anda tidak harus bingung ketika mendapatkan informasi pengelompokan yang berbeda dari benda atau fenomena yang sama. Demikian halnya dengan magnet di kelompokan dalam dua macam, yaitu magnet alam dan magnet buatan.

1)      Magnet Alam

      Magnet alam adlah magnet yang ada di alam tanpa campur tangan manusia. Kemagnetan magnet alam terjadi karena pengaruh medan magnet dari planet bumi. Magnet alam terdapat di dalam tanah berupa bijih besi magnet dalam bentuk besi oksida (Fe₃O₄).

Dalam bentuk de magnete, wiliam gibert menganalogikan bumi kita sebagai dipole magnetic raksasa , dengan kutub utara magnetic berbeda sekitar 11,5⁰  dari kutub utara gegrafis bumi . mengapa bumi bersifat magnetik ? dari sekian banyak penyebab ( sumber) magnet bumi, penyebab pertama adalah karena faktor perputaran inti bumi  yang bersifat cair. Inti cair bumi terdiri dari lelehan besi dan nikel bertemperatur 5000⁰C dan mengandung sejumlah muatan listrik yang berputar mengelilingi sumbunya sedemikian sehingga menghasilkan medan magnet yang arannya dari selatan menuju utara bumi . inilah yang menjadikan bumi menjadi sebuah magnet raksasa dengan kutub-selatan magnet di utara, dan kutub-utara magnet di selatan (berbeda dengan penamaan kutub-kutub magnet yang di gunakan manusia yang didasarkan pada arah mata angin yang di tunjuknya). Keberaadaan medan magnetik bumi memberikan memberikan keuntungan bagi kehidupan di planet bumi karena melindungi dari radiasi elektromagnetik matahari atau dikenal sebagai sabuk van Allen.

Magnet alam tidak banyak digunakan untuk kepentingan manusia karena ketersediannya tidak seberapa dan kekuatan unsur-unsur kemagnetannya pada umumnya tidak cukup besar. Magnet alam dalam bentuk batu di temukan pertama kali di daerah magnesia, Asia Kecil. Karena daerah  penemuan asalnya inilah benda itu dinamai magnet. Adapun dalam hal penggunaan praktisnya, menurut sejarah bangsa cina lah yang pertama kali memanfaatkannya sekitar tahun 2637 SM, yaitu sebagai alat yang menyerupai fungsi kompas menentukan arah mata angina tau kutub bumi.

2)      Magnet Buatan

Magnet dapat secara sengaja di buat oleh manusia dari baja atau besi murni, serta dari bahan paduan seperti paduan baja dengan nikel atau paduan antara almunium, kobalt, dan nikel (alnico). Anda sudah mengetahui bahwa magnet buatan dapat di buat dengan cara induksi magnet, dengan cara gosokan dan dengan menggunakan arus listrik (induksi listrik).

Membuat magnet dengan menggunakan arus listrik, Dalam pembuatan magnet ini, kawat (kabel) berarus listrik searah (DC) dililitkan disekitar batang baja atau bahan ferromagnetic lainnya (misalnya paku) yang akan dibuat magnet. Kekuatan semacam ini tergantung pada kuat arus yang mengalir kedalam lilitan kawat, dan juga tergantung pada banyaknya lilitan kawat disekitar batang baja atau batang bahan magnet lain tersebut.

Membuat magnet dengan gosokan. Membuat magnet semacam ini ialah dengan menggosok-gosokan magnet pada batang baja atau batang bahan magnet lainnya yang akan dibuat magnet. Cara menggosok batang magnet pada batang baja haruslah dikerjakan dalam arah yang selalu sama, tidak boleh bolak-balik. Membuat magnet dengan gosokan tidak praktis dan sifat kemagnetannya jarang bertahan lama sehingga tidak banyak dilakukan dalam industry, keculi hanya untuk percobaan-percobaan fisika disekolah.

Berdasarkan hasilnya magnet buatan di bedakan menjadi magnet tetap (permanen) dan magnet sementara. Biasanya magnet permanen di buat dari baja yang di keraskan, dan setelah baja itu cukup keras kemudian baja tersebut di masukan kedalam kumparan kawat berisolasi yang dialiri arus listrik DC. Magnet magnet sementara dapat dibuat dengan cara yang sama tetapi bahannya dari besi lunak,baja lunak,atau bahan nikel.

Magnet sementara menjadi magnet hanya pada saat digosok dengan batang magnet, atau pada saat dimasukannya arus listrik kedalam kumparan. Setelah arus listrik putus, atau penggosokan pada batang magnet dihentikan, makan bahan magnet tersebut segera kembali seperti semula, tidak lagi memiliki sifat-sifat kemagnetan kecuali hanya sedikit sekali. Magnet sementara ini sangat banyak digunakan untuk kepentingan sehari-hari, seperti kutub magnet generator, motor listrik, alat pengangkat magnetic, tersformator, bel listrik dan lain-lain

b.   Bahan-bahan Magnet

             Dapatkah kita membuat magnet dari setiap jenis logam ?logam untuk bahan magnet mempunyai sifat yang berbeda-beda, ada yang mudah sekali di pengaruhi oleh magnet dan dapat dibuat magnet dengan mudah, dan ada yang sukar atau sedikit sekali terpengaruh oleh magnet. Berdasarkan sifat-sifat bahan terhadap pengaruh magnet , bahan-bahan itu digolongkan menjadi 4 bagian yaitu ferromagnetik, diamagnetik, paramagnetik, dan non magnetik.

Bahan ferromagnetik, benda-benda feeromagnetik adalah benda-benda atau bahan-bahan yang sangat mudah dipengaruhi oleh magnet dan juga mudah dibuat magnet.bahan-bahan ini ialah berupa logam murni dan paduan logam. Logam murni yang merupakan bahan ferromagnetic adalah besi, baja, nikel, kobslt. Bahan ini banyak digunakan terutama untuk magnet sementara. Adapun logam paduan yang termasuk bahan ferromagnetic antara lain : baja-kobalt, baja-nikel, aluminium-nikel-kobalt (alnico), besi-nikel (permalloy), besi-nikel-kobalt (perminvar), dan sebagainya. Alnico banyak macamnya, tergantung banyaknya bagian-bagian dari paduan. Diantara bahan-bahan tersebut, yang paling mudah dipengaruhi oleh kekuatan magnet yaitu besi dan baja lunak. Kedua bahan ini sangat banyak digunakan untuk magnet sementara, seperti untuk bel listrik, kutub electromagnet motor listrik, dan sebagainya. Tetapi, dalam industri bahan ini dapat juga dijadikan magnet permanen.

            Bahan Diamagnetis, bertolak belakang dengan bahan ferromagnetic, bahan diamagnetic ialah bahan yang sukar sekali dipengaruhi magnet. Bahan ini mempunyai permeabilitas (angka koefisien kemagnetan) kurang dari satu. Jika benda diamagnetis diudara atau diruang hampa udara didekatkan magnet, maka benda ini akan ditolak oleh magnet itu sekalipun dengan pengaruh gaya tolak yang sangat kecil. Contoh bahan yang termasuk diamagnetic ialah : bismuth, antimony, seng murni, air raksa, timbale, perak, emas, air, posfor dan tembaga.

            Bahanagneti params, bahan ini dapat dipengaruhi oleh magnet tetapi tidak dapat dibuat magnet. Yang termasuk bahan paremagnetis ialah : mangan, platina, alumunium, magnesium, timah, oksigen dan udara.

            Bahan Nonmagnetis, bahan non magnetis ini tidak dapat dipengaruhi magnet dan juga tidak dapat dibuat magnet. Sebagai contoh misalnya kaca, kertas, dan kayu. Dalan klasifikasi lainnya, karena diamagnetis sangat sukar dipengaruhi oleh nagnet sering kali bahan diamgnetis dimasukan kedalah golongan bahan non magnetis.

c.       Bagaimana suatu bahan bersifat magnet

Ada dua teori yang menjelaskan bagaiman sebuah bahan bersifat magnet. Menurut webber semua benda terdiri dari molekul-molekul yang memiliki sifat magnet, disebut magnet elementer. Bersifat magnet atau tidak suatu bahan, tergantung bagaimana struktur magnet elementer tersebut. Jika letak magnet elementer dalam bahan itu tidak menentu (tidak teratur), sehingga mereka saling menetralkan maka bahan tersebut tidak bersifat magnet. Pada bahan yang bersifat magnet letak magnet-magnet elementer itu adalah teratur dan mengarah kesatu jurusan sehingga satu dengan yang lainnya saling memperkuat.

Weiss menerangkan teori magnet dengan teori electron. Menurut teori weiss, setiap-tiap atom benda terdiri dari inti dan electron yang beredar mengelilingi intinya menurut garis edarnya (orbitnya). Disamping berputar mengelilingi inti menurut garis edarnya, electron-elektron itu juga berputar sekeliling sumbunya masing-masing. Akibat perputaran pada sumbu electron ini terjadilah kutub-kutub magnet elementer, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Perputaran electron-elektron menurut sumbunya ini ada positif dan ada yang negative, artinya arah perputaran itua ada yang searah dan ada yang berlawanan arah. Selanjutnya, perputaran electron menurut sumbunya disebut puntiran electron. Untuk puntiran-puntiran electron yang tidak searah serta letak poros-poros electron tidak teratur menyebabkan kutub-kutub magnet elementer pada poros electron saling memperlemah (menetralkan) satu dengan yang lainnya. Kelompok-kelompok electron yang mempunyai puntiran searah disebut komplek weiss atau kelompok weiss, dan ini akan saling memperkuat sehingga merupakan magnet-magnet kecil didalam atom-atom benda.

Bahan-bahan farromagnetis mudah dipengaruhi oleh magnet karena arah puntiran elektronnya mudah diarahkan. Kekuatan untuk mengarahkan puntiran electron seperti semula disebut gaya koersif (coercive force). Gaya koersif besi lunak dan pelat-pelat dynamo lebih besar dari  pada gaya koersif baja atau logam campuran. Artinya, gaya tolak menolak atu tarik menarik kutub electron besi dan pelat dynamo juga lebih besar.

d.         Kutub magnet

            Selain sifat khasnya dapat menarik benda berunsur besi, magnet memiliki bagian yang sangat unik yang disebut kutub magnet. Fenomena kutub magnet diselidiki pada tahun 1269 oleh maricourt. Dalam studinya itu ia mengamati adanya sepasang kutub pada benda magnetic yang merupakan kekuatan gaya terbesar pada magnet. Kutub-kutub Ini kemudian dinamakan dengan kutub utara dan kutub selatan. Jika kutub yang sama didekatan maka akan saling tolak menolak jika kutub yang berlainan didekatkan maka akan saling tarik menarik.

Sudut yang di bentuk oleh garis utara geografis (bumi) dan garis utara-selatan magnet jarum disebut sudut deklinasi. Besar sudut deklinasi tidaklah konstan, tergantung dimana letak magnet jarum tersebut terhadap kutub utara-selatan magnet bumi. Ini berarti sudut deklinasi di taheran (ibu kota iran) berbeda dengan sudut deklinasi di new York. Tentu saja ada tempat-tempat yang menpunyai sudut taheran sama garis yang menghubungkan tempat-tempat ini dalam peta, disebut garis isodelinasi. Bagaimana patokan kasar untuk menentukan hal ini?

Demikian juga kalau magnet jarum dipasang pada sudut mendatar sehingga ia dapat berputar bebas, maka jarum itu akan sedikit menunjuk ke bawah. Sudut yang dibentuk pada garis mendatar(horisontal) dengan garis kutub utara-selatan magnet jarum disebut sudut inklinasi. Besar sudut inklinasi ini pada setiap di muka bumi tidak sama besarnya, misalnya di kutub utara sudut inklinasi besarnya 90⁰, dan di katulistiwa sama dengan nol.

Selain sifat tersebut diatas, kutub magnet memiliki sifat yang lain. Gaya saling menolak dan saling menarik pada magnet memiliki perbedaan cukup penting dengan gaya antar muatan listrik ( gaya coulomb). Pada magnet kutub utra dan selatan tidak bias di pisahkan dan selalu berpasangan, sedangkan pada gaya listrik masing-masing muatan ( positif dan megatif) bisa terpisah. Pada magnet kutub positif selalu muncul berpasangan dengan kutub negative, bahkan jika sebuah bahan (batang) magnet dipotong sedemikian rupa menjadi magnet elementer selalu saja muncul sepasang kutub. Sepasang kutub yang senantiasa ada pada magnet elementer di kenal dengan iastilah di pole magnet (di=dua,pole=kutub). Sebuah dipole magnet (yang merupakan magnet elementer atau satuan terkecil magnet) memiliki medan magnet yang arahnya dari kutub utara magnet menuju kutub selatan magnet. Benda-benda logam (magnetic)yang berada di sekita medan magnet tersebut akan mengalami gaya magnetik.

Hingga saat ini sukar di temukan magnet dengan kutub tungggal ( monopol). Berbeda dengan benda bermuatan listrik pada listrik, benda bermutan listrik hanya satu jenis saja tidak berpasangan. Jika suatu benda bermuatan listrik positif maka tidak dapat dalam waktu besamaan juga benda bermutan listrik negatif. Demikian sebaliknya, selain itu dalam hal jenis benda-benda yang dapat di tarik juga berbeda antara magnet dan listrik.

Besar kekuatan kutub magnet didasarkan atas adanya gaya tolak menolak atau gaya tarik menarik diantara kutub magnet yang satu dengan kutub magnet lainnya. Menurut hukum coulumb, besar gaya tarik menarik atau tolak menolak kutub-kutub berbanding langsung dengan kekuatan kutub-kutub itu, dan berbanding terbalik dengan jarak kuadrat antara kutub dengan kutub yang bersangkutan.

e.    Garis-garis gaya dan kuat medan magnet

Apabila di atas sebuah batang magnet diletakan selembar kertas, kemudian diatas kertas ditaburkan sebuk besi serta kertas ditekuk tekuk, maka serbut besi tersebut akan tersusun sedemikian rupa sehingga susunannya membentuk garis-garis yang menghubungkan kutub utara dan kutub selatan magnet. Garis-garis yang dibentuk oleh susunan serbuk besi ini menunjukan adanya pengaruh gaya kutub utara dan kutub selatan magnet terhadap sekitarnya, dan arah garis-garis tersebut dinamakan garis gaya. Garis gaya magnet dimulai dari kutub utara dan berakhir pada kutub selatan magnet.

Pengaruh gaya tolak dan tarik kutub magnet pada titik-titik sekeliling kutub magnet tidak sama besarnya, makin jauh dari kutub magnet makin berkurang pengaruh gaya itu. Besar gaya tolak atau tarik kutub magnet berbanding terbalik dengan jarak kuadrat dari kutub yang bersangkutan. Titik-titik di dalam ruangan dimana masih terdapat pengaruh gaya magnet dinamakan medan magnet.

f.       Induksi Magnetik

Jika sepotong besi lunak diletakan pada batang magnet atau pada kutub magnet, maka besi lunak itu akan di tarik oleh batang magnet. Selama besi itu melekat atau berdekatan dengan kutub magnet, maka ia akan menjadi magnet sementara . magnet sementara ini mempunyai kutub utara dan kutub selatan seperti magnet semula. Kutub utara magnet semula berhadapan dengan kutub selatan magnet sementara atau sebaliknya.

Apabila pada ujung magnet sementara yang tidak melekat pada kutub magnet semula, maka paku itu akan ditarik oleh magnet sementara, dan paku itu juga mempunyai sifat-sifat magnetisme sepertihalnya besi lunak. Setelah besi lunak itu dilepaskan dari kutub magnet dan dijauhkan, maka besi lunak itu akan kehilang sifat-sifat magnetismenya, jadi akan kembali lagi seperti semula. Tetapi besi lunak itu tidak kehilangan seluruh sifat-sifat magnetisme seketika itu, akan tetapi sementara waktu masih ada sebagian yang masih tinggal, dan sifat magnetisme sementara yang masih tinggal ini di sebut remanen magnet. Sifat-sifat magnet seperti terjadi pada peristiwa ini menunjukan bahwa sifat magnetisme dapat diinduksikan (diimbaskan) ke bahan-bahan ferromagnetis,dan batang-batang dari bahan ferromagnetis dapat maenjadi magnet induksi.

Remanen magnet berbeda besarnya untuk bahan-bahan magnetis yang berlainan. Remanen magnet pada baja lebih bertahan lama dan lebih kuat daripada remanen pada besi lunak. Dengan kata lain, besi yang telah terkena pengaruh kutub magnet akan lebih cepat kembali sepeti semula daripada baja, setelah ia dijauhkan dari kutub magnet. Remanen magnet pada baja dapat tinggal dari tiga bulan sampai satu tahun atau lebih, tergantung pada kuat atau lemahnya pengaruh kutub magnet pada baja itu. Sebab-sebab terjadinya magnet induksi seperti yang telah disebut di atas dapat di terangkan seperti berikut :

Magnet-magnet elementer pada bahan peromagtis lebih mudah di putarkan atau diarahkan menurut arah garis-garis gaya magnet. Selanjutnya, mudah atau sukarnya sifat-sifat kemagnetan hilang dari bahan feromagnetis yang telah menjadi magnet induksi tergantung kepada besar gaya koersif bahan yang bersangkutan. Gaya koersif adalah gaya untuk mengembalikan kedudukan magnet elemnter ke kedudukan seperti semula, sesudah kedudukannya diubah oleh pengaruh kutub magnet lainnya, gaya koersif pada zat besi jauh lebih besar dari pada gaya kerosif pada baja, oleh karena itu kebertahanan remanen magnet pada besi jauh lebih kecil dari pada remanen magnet pada baja.

g.      Memelihara Magnet

Kekuatan suatu magnet dapat hilang atau melemah sejalan dengan berjalannya waktu magnet akan mudah kehilangan kekutannya apabila dipanasi. Panas yang mengenai batang magnet akan menyebabkan magnet elementer bergerak lebih cepat, sehinnga lebih cepat membalik atau berubah arah. Magnet juga akan melemah kekuatannya akibat putaran yang kuat mlsalnya dengan cara memukul-mukulkannya. agar magnet batang atau magnet U tidak mudah menjadi lemah karena adanya pengaruh-pengaruh dari luar, maka cara menyimpannya hendaklah di beri penguat. Penguat itu berupa jangkar ( angker) dari besi lunak dan diletakan sebagai penutup pada kutub-kutub magnet.

Dengan cara ini, garis-garis gaya magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan magnet akan melalui jangkar ( angker ), dan hampir tidak ada yang melalui udara. Selain menggunakan jangkar penyearah garis gaya magnet, pengamanan magnet juga dilakukan dengan cara menjauhkan magnet dari benda-benda yang dapat di tarik oleh magnet. Induksi magnet terhadap benda-benda yang berada pada arah yang acak akan menyebabkan kurang teraturnya posisi magnet elementer dalam magnet. Dengan demikian kekutan magnet pun menjadi lemah.

LISTRIK

Abad dimana kita hidup saat ini adalah abad listrik. Perhatikanlah berbagai alat di sekitar anda. Jam tangan sebagai teman anda mungkin merupakan jam digital yang di operasikan dengan baterai listrik. Kalkulator yang anda gunakan jelas menggunakan listrik. Penggunaan listrik juga dengan mudah anda kenal pada alat-alat seperti radio, televise, tape recorder, telephon, microfon, dan alat penerang di rumah. Dengan demikian, masalah kelistrikan adalah masalah yang akrab dengan mayoritas masyarakat yang sekarang ini. Dalam fisika kelistrikan dipelajari secara khusus dalam cabang fisika khusus, yaitu elektrostatika berkenaan dengan muatan listrik yang diam, dan elektrodinamika tentang muatan listrik bergerak atau arus listrik.

a.       Elektrostatik
1. Teori Dasar Benda Bermuatan Listrik

      Gejala dan pemanfaatan kelistrikan sebenarnya berlandastumpu pada konsep dasar benda bermuatan yang lebih di kenal dengan nama elektrostatik. Sesungguhnya fenomena elektrostatik merupakan peristiwa yang mudah kita tunjukkan dalam kehidupan sehari-hari. Coba anda gosok-gosokkan penggaris plastik pada tangan anda kemudian dekatkan ke rambut teman anda maka akan nampak beberapa helai rambut berdiri karenanya. Atau coba gantilah penggaris plastik dengan menggunakan balon, gosokkan balon tersebut ke rambut anda kemudian tempelkanlah pada dinding, lihatlah apa yang terjadi? Balon akan menempel pada dinding  beberapa saat. Dalam skala yang lebih besar fenomena elektrostatik pernah anda lihat pada peristiwa terjadinya petir. Petir terjadi akibat adanya loncakan muatan listrik statis di ionosfer. Petir merupakan gejala alam yang jauh lebih awal dari kejadian bumi kehidupan dibumi.

      Fenomena elektrostatik sudah dikenal manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Pada kira-kira 2600 tahun yang lalu, pada jaman yunani kuno, Thales of Miletus telah mencermati fenomena sebuah benda fosil mirip kaca yang digosok-gosokan dapat menarik benda-benda tertentu secara “ajaib”, misalnya bulu-bulu halus binatang. Saat itu benda aneh tersebut dalam bahasa yunani dinamai Electron. Karena keterbatasana ilmu dan pengaruh budaya keyakinan saat itu, kejadian ala mini belum dapat dijelaskan secara ilmiah bahkan menganggapnya sebagai sebuah peristiwa “sihir” semata.

      Dalam literatur Inggris benda aneh tersebut dikenal dengan nama batu ambar (ambarstone) pada tahun 1600an, seorang dokter istana Inggris, William Gilbert meneliti “keajaiban” batu ambar tersebut secara ilmiah dan membedakannya dari fenomena kemagnetan. Gilbert menamai gejala batu ambar ini dan gejala apapun yang serupa sebagai electric, atau dalam bahasa Indonesia disebut listrik (bukan electron). Sekarang istilah electric atau listrik dipakai untuk menamai semua gejala yang berhubungan dengan ion (electron dan proton ) serta dinamikanya. Tahun 1700an seorang ilmuan bernama Du Fay menunjukkan bahwa ada dua jenis gejala kelistrikan static. Yaitu, gejala tarik menarik dan tolak menolak pada benda. Dari dua gejala ini disimpulkan terdapat dua jenis sumber listrik (yang kemudian disebut muatan listrik). Penemuan Du Fay ini diperkuat oleh hasil eksperimen Benjamin Franklin (1752), seorang ilmuan, sastrawan, politisi dan terutama salah seorang penggagas.

      Deklarasi kemerdekaan Amerika yang menyatakan berdasarkan fenomena kilat yang dipelajarinya bahwa muatan listrik pada peristiwa batu ambar terdiri dari dua jenis listrik ( muatan listrik ) yaitu sebagai positif (+) dan negative (-). Penamaan ini dipakai hingga saat ini dan amat membantu dalam menjelaskan gaya elektostatik Robert A. Millikan (1869-1953) kemudian melakukan eksperimen yang bertujuan mencari harga muatan yang paling kecil yang bisa didapatkan.

      Selanjutnya, Millikan memenangkan hadiah Nobel atas percobaan yang dikena;l dengan tetes minyak yang dikenal (oil – drop ) Millikan. Dari percobaan ini diketahui bahwa jumlah muatan pada suatu bahan selalu kelipatan dari 1,602x10^-19 Coulomb ©. Harga muatan ini dimiliki oleh partikel terkecil electron, sehingga bilangan tersebut disebut e ( muatan electron ). E = 1,602x10^-19 C. artinya benda apapun yang bermuatan listrik, muatannya adalah kelipatan bilangan bulat dari harga e (1e , 2e, 3e, dan seterusnya).

      Fenomena bahwa muatan listrik merupakan bilangan bulat dari e dikenal sebagai kuantisasi muatan. Kuantisasi artinya dapat dihitung menjadi bagian-bagian terkecil. Karena muatan electron sedemikian kecil, maka untuk menghasilkan satu coulomb saja diperlukan sekitar 6.242.197.253.433.208.489 buah electron !!

      Bagaimanakah benda bisa bermuatan listrik ? sebagaimana kita ketahui di alam ini terdapat benda bermuatan listrik dan benda netral yang ditentukan oleh perbandingan muatan listrik muatan positif dan muatan negative didalam atom penyusun bahan tersebut. Pada benda netral jumlah muatan positif dan negative didalam setiap atom sama. Dan karena setiap benda terdiri dari atom, maka dengan demikian jumlah muatan electron akan sama dengan inti atom yang notabene bermuatan positif.

Gambar sebuah atom bermuatan netral memiliki muatan negative dan positif yang sama besar.

                        Jika electron dalam atom atau benda berpindah ke atom atau benda lainnya, maka benda atau atom semula akan kekurangan electron. Dengan demikian jumlah muatan positifnya lebih besar dari pada jumlah muatan negatifnya maka bahan tersebut menjadi bermuatan positif.

                        Pada kenyataan sehari-hari kita tidak dapat membedakan benda yang mana yang bermuatan negative atau positif. Dengan kasat mata. Namun, menurut tradisi gelas/kaca yang digosok dengan kain sutra merupakan benda bermuatan positif, sedangkan jika digosok deangan kain wol maka akan bermuatan negative. Dengan demikian benda apapun yang ditolak oleh kaca yang tlah digosok kain sutra, maka ia kita sebut bermuatan positif. Demikian juga sebaliknya.

b) rangkain Hambatan pada rangkaian listrik

            pada umumnya rangkaian dalam sebuah alat listrik terdiri banyak jenis komponen yang terangkai secara tidak sederhana, akan tetapi untuk mempermudah mempelajarinya biasanya jenis rangkaian itu biasa di kelompokkan dalam rangkaian seri dan paralel. Beberapa resistor di rangkai untuk tujun tertentu seperti untuk membagi arus atau memperkecil arus ataupun membagi tegangan.

1.                  Rangkaian seri

Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan. Hambatan pengganti dari beberapa penghambat yang di susun secara seri adalah jumlah dari masing-masing hambatan. Hambatan pengganti atau hambatan substitusi (Rs) adalah hambatan jika terdapat beberapa penghambat misal R1, R2, dan R3 di rangkai secara seri dan secara umum dapat di tulis:

Rs =R1+R2+R3+…Rn

Skema rangkaian seri dengan lima buah hambatan

Dalam aplikasi sehari-hari, jika hambatan (misalnya lampu di rangkai secara seri dan di hubungkan dengan sumber arus, maka ketiga lampu tersebut akan di aliri arus sama besar. Sedangkan beda potensial pada masing-masing lampu sebanding dengan besar hambatan masing-masing lampu. Jika salah satu lampu padam maka lampu lainnya akan turut padam.

2.                  Rangkaian parallel

Rangkaian parallel adalah rangkaian yang mengandung titik percabangan arus. Beda potensial pada hambatan yang berasal dari titik percabangan dan titik pertemuan yang sama nilainya sama.jika terdapat beberapa penghambat misalnya R1, R2, dan R3 di susun secara parallel, skema rangkaian parallel adalah

Tegangan setiap penghambat adalah sama dan arus total sama dengan jumlah arus masing-masingpenghambat sehingga secara umum hambatan subtitusi parallel di tulis secara matematis,

 1/Rs = 1/R1+ 1/R2 +1/R3 +…1/Rn

Beda potensial atau tegangan pada setiap hambatan ( misalnya lampu yang di rangkai seri seperti yang di atas nilainya sama. Tetapi arus yang mengalir pada setiap hambatan berbanding terbalik dengan besar hambatan masing-masing.

c)  Hukum Kirchoff

1.  hokum kirchoff 1: kircoff’s Current Law (KCL)

            Jumlah arus yang memasuki percabangan atau node atau simpul, sama dengan arus yang meninggalkan percabangan atau node atau simpul. Dengan kata lain jumlah aljabar semua arus yang memasuki sebuah percabangan atau node atau simpul sama dengan nol. Secara matamatis:

∑ arus pada satu titik percabangan = 0; i₂ +i₄ – i₁-i₃ =0; atau

∑arus yang masuk percabangan = ∑ arus yang keluar percabangan

                                I₂ + I₄ =I₁ +I₃

2.Hukum kirchoff II: kirchoff’s Voltage Law (KVL)

                                Jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup sama dengan nol, atau penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusunnya yang embentuk satu lintasan tertutup akn bernilai sama dengan nol. Secara matamatis :∑V = 0

d).  energy listrik termasuk salah satu bentuk energy yang paling banyak di gunakan sehari-hari.   Terkait dengan energy ini dalam  kehidupan sehari-hari lebih dikenal pengguanaan satuan daya (watt dan kWh) yakni satuan dari energy yang di gunakan persatuan waktu

Jika pada rangkaian di  atas arus sebesar I yang berasal dari sumber tegangan E atau V mengalir pada rangkaian dengan hambatan R maka energy (W) dan daya ( P ) yang di gunakan pada rangkaian tersebut selama waktu adalah:

                                W = V I t atau W =I².R.t atau W =P.t dimana P = V.I

Satuan :                   W = Volt.amper.det (joule) atau A² Ohm. Det atau watt.det;

                                P = Volt. Ampere atau watt

                                kWh = kilowatt.hour atau kilowatt.jam 

Share this post