Listrik

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang Masalah

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

·         Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.

·         Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frase "jumlah listrik" digunakan juga dengan frase "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.

Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".

Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).

Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor.

B.     Rumusan Masalah

Dalam penulisan makalah ini penulis ingin mengetahui :

a.       Muatan listrik.

b.      Hukum Coulomb.

c.       Medan listrik, potensial listrik, dan arus listrik.

d.      Energi listrik, dan kapasitas listrik.

e.       Analisis KTSP IPA di SD

C.    Tujuan

Dengan memperhatikan latar belakang dan rumusan masalah, maka tujuan masalah adalah :

a.       Untuk mengetahui muatan listrik.

b.      Untuk mengetahui hukum Coulomb.

c.       Untuk mengetahui medan listrik, potensial listrik, dan arus listrik.

d.      Untuk mengetahui energy listrik, dan kapasitas listrik.

e.       Implementasi dengan pembelajaran IPA di SD

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Muatan Listrik

Muatan listrik, Q, adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah coulomb, yang merupakan 6.24 x 10¹⁸ muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun electron(muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan electron. Sementara atom yang kelebihan electron akan bermuatan negative. Besarnya muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan electron ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah electron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan).

B.     Hukum Coulomb

Hukum Coulomb adalah satu persamaan yang menggambarkan kekuatan elektrostatik antara muatan elektrik yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. Dikembangkan pada 1780-an oleh ahli ilmu fisika Perancis Charles Augustin de Coulomb yang merupakan orang penting pada pengembangan teori keelektromagnetan. Tinjaulah interaksi antara dua benda bermuatan yang dimensi geometrinya dapat diabaikan terhadap jarak antar keduanya. Maka dalam pendekatan yang cukup baik dapat dianggap bahwa
kedua benda bermuatan tersebut sebagai titik muatan. Charles Augustin de Coulomb (1736-1806). Pada tahun 1784 mencoba mengukur gaya tarik atau gaya tolak listrik antara dua buah muatan tersebut. Ternyata dari hasil percobaannya, diperoleh hasil sebagai berikut:

·         Pada jarak yang tetap, besarnya gaya berbanding lurus dengan hasil kali muatan dari masing-masing muatan.

·         Gaya antara dua titik muatan bekerja dalam arah sepanjang garis penghubung yang lurus.

·         Gaya tarik menarik bila kedua muatan tidak sejenis dan tolak menolak bila kedua muatan sejenis.

Gaya Coulomb

Gaya coulomb atau gaya listrik yang timbul antara benda-benda yang bermuatan listrik dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu sebanding besar muatan listrik dari tiap-tiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda-benda bermuatan listrik tersebut.

gaya coulomb antara dua benda bermuatan listrik

Jika benda A memiliki muatan q₁ dan benda B memiliki muatan q₂ dan benda A dan benda B berjarak r satu sama lain, gaya listrik yang timbul di antara kedua muatan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

  

Dimana:

F adalah gaya listrik atau gaya coulomb dalam satuan newton. k adalah konstanta kesebandingan yang besarnya 9 x 10⁹ N m² C^–2 muatan q dihitung dalam satuan coulomb (C).

C.    Medan Listrik, Potensial Listrik, dan Arus Listrik

a.      Medan Listrik

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti elektron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada di sekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C atau dibaca Newton/coulomb. Medan listrik umumnya dipelajari dalam bidang fisika dan bidang-bidang terkait, dan secara tak langsung juga di bidang elektronika yang telah memanfaatkan medan listrik ini dalam kawat konduktor (kabel). Rumus matematika untuk medan listrik dapat diturunkan melalui Hukum Coulomb, yaitu gaya antara dua titik muatan:

Menurut persamaan ini, gaya pada salah satu titik muatan berbanding lurus dengan besar muatannya. Medan listrik didefinisikan sebagai suatu konstan perbandingan antara muatan dan gaya:

Maka, medan listrik bergantung pada posisi. Suatu medan, merupakan sebuah vektor yang bergantung pada vektor lainnya. Medan listrik dapat dianggap sebagai gradien dari potensial listrik. Jika beberapa muatan yang disebarkan menghasiklan potensial listrik, gradien potensial listrik dapat ditentukan.

b.      Potensial Listrik

Dua buah benda bermuatan listrik yang terletak berdekatan akan mengalami gaya listrik di antara keduanya. Suatu usaha diperlukan untuk memindahkan (atau menggeser) salah satu muatan dari posisinya semula. Karena usaha merupakan perubahan energi, maka besar usaha yang diperlukan sama dengan besar energi yang dikeluarkan. energi dari muatan listrik disebut energi potensial listrik. Besar usaha (W) atau perubahan energi potensial listrik dari sebuah muatan uji q’ yang dipindahkan dari posisi r₁ ke posisi r₂ .

c.       Arus Listrik

 Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere  Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.^[1]

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10^-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

Untuk arus yang konstan, besar arus I dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

dimana I adalah arus listrik, Q adalah muatan listrik, dan t adalah waktu (time).

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga t melalui integrasi.

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan Q maupun waktu t merupakan besaran skalar. Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor. Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam sehingga i₁ + i₄ = i₂ + i₃. Panah arus hanya menunjukkan arah.

D.    Energi Listrik, dan Kapasitas Listrik

a.      Energi  Listrik

Energi Listrik adalah energi akhir yang dibutuhkan bagi peralatan listrik untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan, mendinginkan ataupun untuk menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk menghasilkan bentuk energi yang lain. Energi yang dihasilkan ini dapat berasal dari berbagai sumber misalnya, air, minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari dan lainnya. Energi ini besarnya dari beberapa volt sampai ribuan hingga jutaan volt.

b.      Kapasitas Listrik

Istilah Kapasitansi atau kapasitas adalah “kemampuan untuk menyimpan”. Kapasitor merupakan komponen elektronika yang memiliki kemampuan dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitor memiliki bagian-bagian penting yang terdiri dari dua buah konduktor yang tersekat antara satu dengan yang lainnya. Bahan penyekatnya adalah isolator semacam : mika, gelas, kertas, udara, dan lainny6a. Bahan penyekat ini disebut dengan Dielectricum. Di dalam dunia elektronika, kapasitor memiliki satuan yang disebut FARRAD (F).

1.      Hal Yang Berhubungan Dengan Kapasitor :

Dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis disebut kapasitor. Sifat kapasitor adalah menyimpan energy listrik/muatan listrik. Kapasitas suatu kapasitor (C) adalah perbandingan antara besar muatan Q dari salah satu penghantarnya dengan beda potensial V antara kedua penghantar itu.

2.      Kegunaan Kapasitor :

Untuk menghindari terjadinya loncatan listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan bila tiba-tiba diputuskan arusnya. Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil. Untuk memilih panjang gelombang yang ditangkap oleh pesawat penerima radio.

3.      Bentuk Kapasitor :

·         Kapasitor bentuk keping sejajar

·         Kapasitor bentuk bola sepusat

·         Kapasitor bentuk silinder

E.     Analisis KTSP IPA di SD

Dari analisis pembahasan diatas kita dapat mengimplementasikan dengan sistem pembelajaran di SD yang berhubungan kelistrikan, yaitu terdapat pada  materi pembelajaran kelas 6 SD semester 2 tentang energy listrik.

a.      Energi Listrik

Listrik merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan kita. Energi listrik digunakan untuk menerangi rumah dan jalan, baik di kota maupun di desa. Energi listrik juga digunakan untuk menggerakkan mesin dan menyalakan peralatan rumah tangga. Contoh: kereta api listrik, setrika, computer, TV, dan radio.

Apakah listrik itu sesungguhnya/ Apa saja yang menghasilkan dapat listrik. Berikut ini kita belajarsegala hal tentang listrik.

Benda – benda plastik bila digosok – gosokan menjadi bermuatan listrik. Adanya gejala kelistrikan inilah yang membuat benda plastik dapat menarik potongan-potongan kertas atau benda-benda kecil lainnya. Akan tetapi, tarikan itu hanya berlansung sementara (sebentar). Hal itu terjadi karena benda plastik menjadi tidak bermuatan listrik lagi.

Perhatikan juga saat kamu menyisir rambut. Jika kamu terlalu lama menyisir rambut dengan sisir plastik, maka sisir plastik dapat menerik rambut karena sisir menjadi bermuatan listrik. Muatan listrik itu terjadi karena panas yang dihasilkan oleh gesekan antara rambut dengan sisir.

b.      Sumber Energi Listrik

Benda yang dapat menimbulkan arus  listrik dinamakan sumber energi listrik. Sumber energy listrik yang paling sering kita jumpai adalah baterai dan aki. Keduanya memiliki kutub positive (+) dan kutub negatif (-). Baterai dan aki tergolong sumber energy yang kecil. Keduanya hanya mampu menyalakan lampu senter atau bola lampu berukuran kecil. Bagaimana kalau mau menyalakan lamou di jalasn atau lampu untuk seluruh rumah/ dari manakah sumberr listriknya?

1.      Generator

Untuk menyalakan lampu dalam satu ruma sebenarnya cukup menggunakan satu sumber energy berupa generator berukuran keil. Namun, untuk menyalakan lampu di seluruh jalanan dan rumah-rumah, tentu saja generator kecil tidak akan sanggup, apa lagi menggunakan baterai dan aki. Sumber energy yang diperlukan untuk itu harus berupa generator berukuran besar. Generator ini terdapat pada pusat pembangkit energy listrik.

2.      Baterai

Baterai merupakan sumber energy listrik yang paling mudah diperoleh. Kamu dapat membelinya di took atau di warung. Pada bungkus baterai biasanya tertulis 1,5 V. Artinya baterai tersebut mempunyai tegangan listrik 1,5 volt (1,5 V).

3.      Aki (Akumulator)

Perhatikanlah pada bagian – bagian aki (Akumulator). Alat tersebut berisi zat kimia berupa cairan. Oleh karena itu, aki disebut juga elemen baasah. Apabila aki telah lama digunakan untuk menyalakan lampu atau menghidupkan alat lainnya, maka energy listrik pada aki akan habis. Agar dapat digunakan kembali, aki hrus diberi energy listrik (di setrum) dan kadang – kadang juga ditambah air murni.

4.      Dynamo Sepeda

Dynamo sepeda terdiri dari magnet berbentuk tabung dan sebuah kumparan (kawat yang digulung secara teratur). Kumparan itu dipasang disekitar magnet tabung yang berputar.

  

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Dari pembahasan diatas, kami dapat menyimpulkan bahwasaaya  listrik adalah energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik. Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat.

 

DAFTAR PUSTAKA

http://blogsplonkz.wordpress.com/2009/05/06/fisika-dasarhukum-coulomb/

http://bebas.ui.ac.id/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Fisika/0299%20Fis-2-2b.htm

http://www.scribd.com/doc/24974644/A-Definisi-Istilah-Kapasitansi-Atau-Kapasitas-Adalah

http://arsvida.wordpress.com/2009/02/25/listrik-arus-tegangan-hambatan-daya/

http://222.124.140.108/forum/index.php?topic=170.0

http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrik

Haryanto, Sains untuk Sekolah Dasar Kelas VI, Jakarta: Erlangga, 2004