Materi dan Contoh Soal Arus Listrik dan Pengukurannya - Konsep Fisika SMA

Materi dan Contoh Soal Rangkaian Arus Searah

Arus Listrik dan Pengukurannya

Arus listrik adalah aliran muatan-muatan listrik yang melalui suatu penghantar. Dalam suatu rangkaian listrik, dapat terjadi arus listrik jika terdapat beda potensial listrik (beda tegangan listrik). Semakin banyak muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu dikatakan semakin besar (kuat) arus listriknya. Arah arus listrik dalam suatu rangkaian listrik yaitu dari potensial tinggi (+) ke potensial rendah (-). Dalam sebuah penghantar, sesungguhnya pembawa muatan listrik adalah elektron. Walaupun demikian, telah disepakati bahwa arah arus listrik berlawanan dengan arah gerak elektron. Kuat arus listrik dapat diukur dengan alat Amperemeter sedangkan beda potensial listrik dapat diukur dengan alat voltmeter.

1. Kuat Arus Listrik (I)

Besaran fisika yang menyatakan kuantitas arus listrik adalah kuat arus listrik (diberi simbol I), didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik positif Q yang mengalir melalui penampang seutas kawat penghantar per satuan waktu (t). Secara matematis,

Dengan:

I = Kuat Arus Listrik (Ampere disingkat A),

Q = Muatan Listrik (C),

t = Selang Waktu (s)

2. Cara Membaca Skala Hasil Ukur Amperemeter dan Voltmeter

Perhatikan gambar pengukuran kedua alat berikut yaitu amperemeter dan voltmeter.

Berdasarkan gambar di atas untuk mendapatkan hasil ukur, maka:

Contoh Soal dan Pembahasan:

Soal Nomor 1

Sebuah elektron bermuatan 1,6. Berapa banyak elektron harus mengalir melalui seutas kawat dalam 1 sekon agar amperemeter membaca 0,8 mA.

Jawab:

Misalkan, ada n buah elektron mengalir melalui kawat, maka muatan total yang melalui kawat:

Q = n x 1,6 x 10^-19 C.

Waktu t = 1 s, kuat arus I = 0,8 x 10^-3 A = 8 x 10^-4 A

Dan muatan total dapat kita peroleh dengan persamaan:

Q = I.t = (8 x 10^-4 A)(1) = 8 x 10^-4 C

Jadi, dengan menyamakan muatan total kita peroleh persamaan:

Q = n x 1,6 x 10^-19 C

Sehingga:

Soal Nomor 2

Dilaboratorium sekolah, biasanya digunakan amperemeter untuk mengukur kuat arus. Pada suatu pengukuran arus listrik didapat data seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Tentukan hasil pengukuran amperemeter tersebut.

Soal Nomor 3

Grafik berikut menunjukkan kuat arus yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup.

Berdasarkan grafik tersebut, tentukan banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam rangkaian selama 6 s pertama dalam satuan Coulomb (C).

Jawab:

Banyak muatan listrik, Q, dihitung dari luas grafik I-t untuk selang waktu t = 0 sampai dengan t = 6 s.

Untuk grafik dari t = 0 sampai t = 2 s, maka selisih waktunya = 2 – 0 = 2 s, arus pada selang waktu ini bertambah secara linear. Nilai rata-ratanya adalah:

Jumlah muatannya: Q₁ = I.t = (3 A) (2 s) = 6 C

Untuk grafik dari t = 2 sampai t = 6 s, maka selisih waktunya = 6 – 2 = 4 s, arus pada selang waktu ini tetap I = 4 A.

Jumlah muatannya: Q₂ = I.t = (4 A) (4 s) = 16 C.

Jadi, jumlah muatan yang mengalir melalui rangkaian selama 6 s adalah

Q = Q₁ + Q₂ = 6 C + 16 C = 22 C.

Sumber:

1. Dudi Indrajit. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Fisika 1: untuk Kelas X Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

2. Trio Widodo. 2009. Fisika: untuk SMA dan MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

3. Marthen Kanginan. 2007. Seribupena Fisika untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Erlangga.