Listrik, Magnet, dan Tata Surya

 A. Listrik Statis

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan alat-alat listrik, seperti radio, TV, dll, alat tersebut akan bekerja jika ada arus listrik yang mengalir. Arus listrik mengalir karena adanya perpindahan muatan listrik. Muatan listrik berkaitan langsung dengan susunan zat suatu benda. Dimana benda tersebut tersusun atas partikel-partikel yang kecil yang disebut ATOM. Atom terdiri atas inti atom (nukleus) dan elektron. Inti atom terdiri atas PROTON dan NEUTRON

Gambar Model Atom

Atom bermuatan positif jika jumlah elektronnya lebih sedikit dari jumlah protonnya, sedangkan atom bermuatan negatif jika jumlah elektronnya lebih banyak dari jumlah protonnya


Interaksi benda-benda bermuatan listrik
"Ketika penggaris plastik atau ebonit digosokkan dengan kain wol maka penggaris plastik atau ebonit akan bermuatan negatif, hal ini dikarenakan elektron berpindah dari kain wol ke plastik atau ebonit"

"Ketika batang kaca digosokkan dengan kain sutera maka batang kaca akan bermuatan positif, hal ini di karenakan elektron dari batang kaca pindah ke kain sutera"

Jika dua buah benda bermuatan sejenis di dekatkan maka interaksi yang terjadi adalah TOLAK-MENOLAK
Jika dua buah benda bermuatan tidak sejenis di dekatkan maka interaksi yang terjadi adalah TARIK-MENARIK

Arus listrik mengalir pada bahan konduktor yaitu : bahan yang mudah mengahantar arus listrik contohnya : perak, tembaga, dan alumunium, sedangakan yang tidak mudah menghantar arus listrik disebut isolator, contohnya : karet, plastik, PVC

Hukum Coulomb
"Gaya listrik ( gaya tarik-menarik atau tolak-menolak ) antara dua buah muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik"
Dari pernyataan tersebut dapat di rumuskan sbb:

dengan :
F = gaya coulomb (Newton)

Q1, Q2 = besar muatan masing-masing benda (Coulomb)

r = jarak antara 2 muatan (meter)



Contoh soal:
Berapa gaya coulomb yang timbul antara muatan +2 C, dan +4 C yang terpisah pada jarak 20 cm?

 

 

 




 














 




Medan Listrik
Medan listrik digambarkan sebagai garis gaya listrik yang berupa anak-anak panah, seperti pada gambar

Kuat medan listrik adalah besaran vektor, dimana kuat medan listrik dirumuskan sebagai berikut:


 
dengan : 
E = kuat medan listrik (N/C)
F = gaya coulomb (N)
q = muatan listrik (C)

Elektroskop
Elektroskop adalah alat untuk menguji benda bermuatan listrik, secara umum elektroskop terdiri atas kepala elektroskop berupa tutup logam dan daun elektroskop berupa kertas emas atau alumunium yang sangat tipis.

gambar elektroskop

dimana:
a = daun elektroskop, c = tabung elektroskop,  b = batang logam, d = kepala elektroskop
Cara kerja elektroskop:

1. Awal mula kepala elektroskop bermuatan netral (muatan positip = muatan negatip)
2. Apabila sebuah benda bermuatan negatif didekatkan ke kepala elektroskop maka elektron pada kepala elektroskop berpindah ke benda sehingga kepala elektroskop bermuatan positif dan daun elektroskop bermuatan negatif sehingga terjadi gaya tolak menolak dan daun elektroskop membuka/mekar. begitu juga sebaliknya.

Manfaat listrik statis  
Manfaat dari listrik statis antara lain:
1. Cat semprot
2. Mesin fotokopi
3. Printer laser
4. Penggumpal Asap
Alat ini berfungsi membersihkan partikel-partikel abu hasil pembakaran gas sehingga mengurangi pencemaran udara


5. Generator Van de Graaff
Alat ini berfungsi menghasilkan muatan listrik yang besar
      

Generator Van de Graaff

Diagram Van de Graaff

Bahaya listrik statis
Selain bermanfaat , listrik juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Bahaya listrik statis antara lain sebagai berikut:
1. Petir
Petir disebabkan awan besar yang bermuatan listrik negatif sangat kuat. Apabila awan kelebihan elektron berada diatas sebuah gedung maka gedung terinduksi menjadi bermuatan positif. Untuk menghindari gedung tersambar petir maka gedung dilengkapi dengan penangkal petir. Prinsip kerja penangkal petir memanfaatkan sifat-sifat muatan listrik yang terkumpul pada bagian yang lancip. Penangkal petir melindungi petir sambaran petir melalui 2 cara berikut:

1. Loncatan elektron dari awan mengalir melalui penangkal petir dan masuk ke dalam tanah
2. Jika molekul-molekul udara bermuatan listrik positif berkumpul disekitar ujung runcing penangkal petir mengalir ke luar, maka muatan listrik (negatif)terinduksi pada atap berkurang . Sebagian mautan negatif pada awan menjadi netral

2. Percikan api
B. Listrik Dinamis  
Arus listrik
Pada listrik statis diketahui bahwa aliran muatan positif berasal dari potensial tinggi menuju tempat yang potensial rendah. Muatan listrik dapat berpindah apabila terdapat beda potensial sehingga arus listrik tetap mengalir.

Rangkaian tertutup

Kuat arus listrik
Besarnya kuat arus listrik (I) di defenisikan sebagai muatan listrik (q) yang mengalir melalui kawat   konduktor tiap detik (t). Hubungan antara  I, q, dan t adalah sebagai berikut:

dimana:
i = kuat arus listrik (ampere)
q = muatan listrik (coulomb)
t = selang waktu (detik)

Contoh soal:
Muatan listrik sebesar 100 C mengalir selama 20 detik dalam suatu kawat penghantar. Maka besarnya kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat tersebut adalah......




 

 

 

 

 

Hukum ohm

" Sebuah kawat penghantar mempunyai hambatan 1 ohm apabila beda potensial 1 volt pada ujung-ujung penghantar itu menghasilkan kuat arus listrik sebesar 1 ampere"

 dirumuskan sebagai berikut:

Persamaan hukum Ohm

dimana:
I = kuat arus (ampere, A)
V = tegangan listrik (volt, V)
R = hambatan (ohm)

Untuk materi listrik dinamis selanjutnya silahkan download disini


C. Sumber Tegangan Listrik
Gaya gerak listrik (GGL)
Untuk memahami GGL perhatikan ilustrasi berikut:
Sebuah rangkaian listrik terdiri dari : sumber tegangan, beban, volt meter, dan saklar, seperti gambar  berikut:

Rangkaian terbuka

Berdasarkan gambar tersebut diatas, maka arus (I) tidak mengalir sehingga apabila voltmeter dipasang paralel dengan sumber tegangan, maka nilai yang terbaca pada voltmeter disebut Gaya Gerak Listrik

Rangkaian tertutup

 Berdasarkan gambar tersebut diatas (rangkaian tertutup), maka arus (I) mengalir sehingga apabila voltmeter dipasang paralel dengan sumber tegangan, maka nilai yang terbaca pada voltmeter disebut Tegangan Jepit

Elemen Listrik Primer  
Elemen listrik primer adalah : sumber tegangan listrik yang tidak dapat diisi kembali bila muatan listriknya telah habis. 
Hal ini disebabkan oleh reaksi kimia yang terjadi dalam elemen tersebut.
Macam-macam elemen primer:

1. Elemen Volta
2. Elemen Leclanche
3. Elemen Daniell
4. Elemen Kering (Batu baterai) 

Baterai dan bagian-bagiannya

Elemen Daniell

Elemen Leclanche

 







 


D. Energi dan Daya Listrik
1. Energi listrik
Faktor-faktor yang mempengaruhi energi listrik:
1. Tegangan listrik
2. Kuat arus listrik
3. Waktu pemakaian alat listrik
Secara matemtis dirumuskan :
 
dengan:
W = energi listrik (Joule)
 V = tegangan listrik (Volt)
 i = kuat arus (Ampere)
 t = selang waktu (Detik)
Energi listik dapat di tulis juga: 
 
atau 
 
Dengan:  
W = energi listrik (Joule)
V = tegangan listrik (Volt)
i = kuat arus listrik (Ampere)
R = hambatan listrik (Ohm)
t = selang waktu  (Detik)  
2. Daya listrik 
Daya listrik didefenisikan : besarnya energi listrik yang dihasilkan setiap detik. Secara matematis ditulis sebagai berikut:
   
Biaya pemakaian listrik 
Sebagai pengguna jasa listrik PLN setiap bulannya kita dikenakan biaya listrik.Energi listrik yang digunakan untuk keperluan rumah diukur dengan kilowatt hour meter, disingkat kWh. Satu kilowatt jam (1 kwH ) adalah jumlah energi listrik yang digunakan oleh suatu alat listrik yang memiliki daya 1 kilowatt selama 1 jam. Ongkos listrik setiap kwhnya ditentukan PLN.
Contoh:
Sebuah rumah memakai 4 lampu 20 watt, 2 lampu 60 watt, dan 1 buah tv 60 watt, setiap hari dinyalakan rata-rata 8 jam. Jika harga energi listrik setiap kwhnya Rp.555,30, berapakah biaya yang harus dibayarkan selama 1 bulan ( 30 hari )?
Penyelsaian:
Daya total alat-alat listik yang terpakai:
P = (4 x 20 w) + (2 x 60 w) + (1 x 60 w)
P = 260 watt
P = 0,26 kilowatt 
Energi listrik yang terpakai selama 1 bulan (30 hari):
W = P x t
W = 0,26 kw x 8 x 30
W = 62,4 kwh
Biaya listrik yang terpakai atau dibayar adalah = 62,4 x Rp.555,30 = 34.650,72

gambar kwh meter

 
3. Perubahan bentuk energi
A. Energi listrik menjadi energi kalor
contohnya:

Setrika listrik

Kompor listrik

Energi listrikdiubah oleh elemen pemanas menjadi energi kalor Q untuk menaikkan suhu air. Persamaan energi kalor adalah:
P = Q





B. Energi lstrik menjadi energi cahaya
Contohnya:

Lampu pijar

C. Energi listrik menjadi  energi gerak 
Contohnya:

Kipas angin

 












Penghematan listrik
Cara penghematan energi listrik adalah: 
1. Penggunaan lampu
2. Penggunaan pemanas air
3. Penggunaan lemari es
4. Penggunaan mesin cuci
5. Penggunaan setrika listrik
6. Penggunaan televisi, radio, tape recorder
7. Penggunaan kipas angin
8. Penggunaan pengatur suhu udara 

E. Kemagnetan
Untuk teori kemagnetan silahkan download : disini
Cara membuat magnet
Ada 3 cara membuat magnet yaitu: menggosok, induksi, dan elektromagnetik, untuk jelasnya silahkan klik link disini
Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara:
1. Dipukul dengan palu
2. Dipanaskan atau dibakar
3. Dialiri arus listrik bolak-balik
Medan gaya magnet  
Medan gaya magnet adalah : Daerah disekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya tarik magnet

Pola garis gaya magnet

Arah garis gaya magnet

  



Dari kedua gambar tersebut diatas terlihat bahwa garis gaya magnet keluar dari kutub UTARA magnet masuk atau menuju ke kutub SELATAN magnet.
 
Bumi sebagai magnet
Sebuah magnet jarum kompas dalam keadaan bebas tanpa pengaruh gaya lain akan selalu menunjukkan kearah utara dan selatan bumi. Kutub utara jarum kompas ditarik oleh kutub selatan magnet bumi sedangkan kutub selatan jarum kompas ditarik oleh kutub utara magnet bumi.

Deklinasi adalah: penyimpangan arah jarum kompas dengan arah utara-selatan bumi
Inklinasi adalah : penyimpangan arah jarum kompas dengan bidang horizontal bumi 

Medan magnet disekitar arus listrik
A. Percobaan Oersted
1. Disekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik timbul medan magnet
2. Arah medan magnet ditentukan oleh arah arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar

Percobaan Oersted

B. Arah garis gaya magnet disekitar kawat berarus listrik

Arah garis gaya magnet di sekitar kawat berarus listrik dapat ditentukan dengan KAIDAH TANGAN KANAN.

Kaidah tangan kanan

Dari gambar diatas maka ibu jari menunjukkan arah kuat arus (I), sedangkan ke empat jari lainnya menunjukkan arah garis gaya magnet

C. Elektromagnet

Jika ke dalam kumparan dimasukkan inti besi maka medan magnet yang ditimbulkan menjadi jauh lebih besar. Untuk memperbesar medan magnet pada sebuah elektromagnet dilakukan dengan bebrapa cara:
1. memperbanyak jumlah lilitan
2. memperbesar kuat arus
Beberapa alat yang prinsip kerjanya berdasarkan elektromagnet :
1. Bel listrik

2. Relai

relay

3. pesawat telepon 

pesawat telepon

 




Gaya magnet penghantar berarus listrik di dalam medan magnet
Suatu penghantar berarus listrik yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut GAYA LORENTZ.
Untuk menentukan arah gaya yang dialami penghantar berarus listrik di dalam medan magnet adalah dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

kaidah tangan kanan untuk gaya Lorentz

Dari gambar diatas:
"Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), keempat jari yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnet (B), maka terbukanya telapak tangan dan tegak lurus terhadap B dan I menunjukkan gaya (F)"  
Besarnya gaya Lorentz di tentukan oleh beberapa faktor:
1. Besarnya kuat arus listrik (I)
2. Besarnya kuat medan magnet (B)
3. Panjang kawat penghantar (l)
Secara matematis dapat di tulis:

F =  B . I . l 
Dengan:
F = gaya Lorentz (Newton)
B = kuat medan magnet (Tesla)
I =  kuat arus listrik (Ampere)
l = panjang kawat (meter)
Contoh alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz:
1. Motor listrik

prinsip kerja motor listrik

2. Alat ukur listrik

voltmeter

 
F. Induksi Elektromagnetik
1. Gaya gerak listrik (GGL)

percobaan Faraday

Dari gambar percobaan tersebut diatas: jika magnet digerakkan menjauhi kumparan maka galvanometer menyimpang kearah yang berlawanan, begitu sebaliknya. Gejala ini disebut induksi elektromagnetik. Beda potensial yang menyebabkan arus induksi disebut GGL.
Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya GGL induksi:
1. Laju gerak magnet
2. Jumlah lilitan kumparan
3. Kuat magnet

2. Generator
Generator adalah alat yang mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Generator terbagi atas 2:
a. Generator arus bolak-balik (AC). Generator AC dikenal juga dengan sebutan altenator

altenator

 b. Generator arus searah (DC)

generator DC

 c. Dinamo sepeda

dinamo sepeda

2. Transformator

transformatorr

Transformator terdiri atas pasangan kumparan input(primer) an kumparan ouput (sekunder) yang terpisah dan dililitkan pada inti besi lunak. Diawali arus bolak-balik pada kumparan primer mengakibatkan perubahan garis gaya magnet sehingga timbul GGL induksi pada kumparan sekunder yang mengakibatkan nilai GGL pada kumparan sekunder dan primer berbeda. Transformator terbagi atas dua yaitu transformator penaik tegangan (step up) dan transformator penurun tegangan (step down)

transformator step up Vs > Vp, Ns > Np, Is < Ip

transformator step down Vs < Vp, Ns < Np, Is > Ip

Persamaan transformator ideal

Dengan:
Vp : tegangan primer (volt)
Vs : tegangan sekunder (volt)
Np : lilitan primer
Ns : lilitan sekunder
Ip : arus primer (ampere)
Is : arus sekunder (ampere)
Transformator dikatakan ideal jika efisiensi = 100% atau dengan kata lain daya ouput = daya input



Dengan :


 


G. Tata Surya
Anggota tata surya
1. Matahari

matahari dan bagian-bagiannya

2. Planet
Dilihat dari letaknya planet dibedakan atas:
a. Planet inferior : planet yang letaknya di dalam garis edar bumi mengitari matahari. Planet dalam terdiri atas:
    * Merkurius
       Ciri dari planet merkurius adalah : 

•        permukaannya di penuhi kawah 

•        siang hari suhu 400 derajat celcius dan malam hari -200 derajat  celcius

merkurius

* Venus 
    Ciri planet venus :

•     dikenal sebagai bintang pagi atau bintang senja

•     suhu siang hari 500 derajat celcius

venus

b. Planet superior : planet yang letaknya diluar garis edar bumi mengitari matahari
    * Bumi
       Ciri planet bumi :

•        mengelilingi matahari yang dikenal dengan revolusi

                 akibat revolusi bumi :
                1.  terjadinya pergantian musim
                2.  terjadinya perubahan lamanya siang dan malam
                3.  terjadinya gerak semu matahari
                4.  terlihat rasi bintang yang berbeda setiap bulannya

•        melakukan perputaran terhadap porosnya yang disebut rotasi

                akibat rotasi bumi :
               1. terjadinya grak semu harian matahari dan benda langit seakan bergerak dari timur ke barat
               2. adanya perbedaan waktu
               3. pergantian siang dan malam
               4. pengembungan di kahtulistiwa dan pemempatan di kedua kutub bumi

bumi

    * Mars
       Ciri-ciri planet mars:

•        permukaan berbatu-batu

•        mempunyai kutub es dan gunung berapi

•        pernah ada kehidupan

    

mars

    * Jupiter
       Ciri-ciri planet jupiter:

•        merupakan planet terbesar

•        atmosfer terdiri dari hidrogen dan helium

•        mempunyai awan dari amonia dan kristal es

jupiter

    * Saturnus
       Ciri-ciri planet saturnus:

•        planet terbesar kedua

•        mempunyai cincin yang berlapis

saturnus

    * Uranus
       Ciri-ciri planet uranus

•        terdiri atas gas metan

•        mempunyai cincin yang tipis

•        garis tengahnya 4 kali garis tengah bumi

uranus

      * Neptunus    
         Ciri-ciri planet neptunus

•          sama seperti uranus, sehingga kadang-kadang disebut planet kembar

neptunus

3. Komet
Komet terdiri atas : inti, koma, lapisan hidrogen, dan ekor. Inti merupakan bahan berupa senyawa karbon yang sangat padat. Bahan-bahan es yang berubah menjadi gas akibat penguapan membentuk semacam atmosfer yang disebut koma.  
Ekor komet berupa gas yang  bergerak menjauhi matahari karena gaya radiasi matahari. Komet seringkali di kenal dengan BINTANG BEREKOR.
Periode komet mendekati matahari berbeda-beda, salah satu komet yang terkenal adalah komet Halley yang memiliki periode 76 tahun. 

komet

4. Meteor dan meteorit
Meteoroid terbentuk dari pecahan-pecahan komet yang tetap beredar diangkasa, sedangkan pecahan-pecahan yang sampai ke permukaan bumi di sebut : meteorit  
Sebuah kawah besar bernama Barringer Crater yang diperkirakan merupakan tempat jatuhnya meteor.

meteor

barringer crater

5. Asteroid
Benda-benda langit yang lebih kecil dari meteoroid dikenal dengan asteroid, asteroid beredar mengelilingi matahari  dimana orbitnya antara Mars dan Jupiter. Asteroid terbesar dinamakan ceres, sedangkan terkecil dinamakan jearus.

asteroid

6. Satelit
Satelit adalah benda langit yang kecil beredar mengelilingi benda langit yang besar, satelit juga beredar mengelilingi matahari. Ada dua jenis satelit:
1. satelit buatan, satelit yang dibuat oleh manusia dengan tujuan:
    * mendapat informasi keadaan cuaca
    * merelai siaran radio dan televisi
    * navigasi dan pembuatan peta
    * penyelidikan ilmiah
2. satelit alami, satelit yang sudah ada dan bukan buatan manusia, contohnya: bulan 

• Rupa bulan

         - Bulan berbentuk bola dengan massa 1/81 massa bumi.
         - Fenomena alam yang terjadi di bulan antara lain laut, pegunungan, dan lembah

• Gerak bulan

          Dalam peredarannya bulan melakukan 3 gerakan: 
          - Rotasi
          - Revolusi
          - Bersama dengan bumi mengitari matahari

• Fase-fase bulan

fase bulan

gerhana

• Gerhana. Gerhana merupakan salah satu fenomena alam yang paling spektakuler. gerhana disebabkan oleh   bayangan yang dibentuk bumi atau bulan terletak dalam satu garis. bayangan tersebut mempunyai 2 bagian yaitu:  umbra dan penumbra 
• Pasang surut air laut, untuk pasang surut air laut silahkan lihat disini

Sumber : www.elektrosains-jeremyferdinand.blogspot.com