Arus listrik
Arus listrik adalah aliran muatan listrik. Dalam rangkaian listrik muatan ini sering dibawa dengan
memindahkan elektron elektron dalam kawat. Hal tersebut dapat juga dibawa oleh ion-ion dalam sebuah elektrolit,atau di bawaholeh ion dan elektron seperti dalam (prosses) plasma. Satuan SI
(standard International) untuk mengukur arus listrik adalah ampere, Semua yang merupakan aliran muatan listrik di seluruh permukaan pada nilai satu coulomb per detik. Arus listrik diukur dengan menggunakan alat yang disebut Amperemeter. Arus listrik menyebabkan pemanasan Joule, yang Menciptakan cahaya dalam lampu pijar. Arus listrik juga membuat medan magnet, yang digunakan dalam motor, generator dan induktor.
Anggap bahwa di dalam sebuah konduktor, sejummlah elektron bebas yang ada disetiap meter persegi (m2) adalah n dan kecepatan gerak axialnya adalah v meter per detik. Dalam selang waktu (dt), jarak yang telah ditempuh adalah
(v x dt). Jika A adalah luas penampang melintang konduktor, maka volumenya adalah (v. A .dt) dan jumlah elektron yang terkandung dalam volume ini adalah : (n.v.A.dt). Semua elektron akan melintasi penampang konduktor dalam waktu ‘dt’. Jika e adalah muatan setiap elektron maka muatan total yang melintasi bagian dalam waktu dt adalah
(v x dt). Jika A adalah luas penampang melintang konduktor, maka volumenya adalah (v. A .dt) dan jumlah elektron yang terkandung dalam volume ini adalah : (n.v.A.dt). Semua elektron akan melintasi penampang konduktor dalam waktu ‘dt’. Jika e adalah muatan setiap elektron maka muatan total yang melintasi bagian dalam waktu dt adalah
dq = n . A . e . v . dt. Karena arus nilai aliran muatan maka[1]:
i = dq / dt = ( n . A . e . v dt ) / dt
Jadi nilai arus i adalah
i = n . A . e . v
Kerapatan arus : J = (i / A)
Dengan mengasumsikan kerapatan arus yang normal adalah
J= (i) / A = n . e . v [ampere per meter^2]
Dengan asumsi bahwa kerapatan arus, J = 1.55 x 10^4 (A / m2) ; n = 1029 untuk konduktor tembaga dan
e = ( 1.6 x 10^ - 19 ) coulomb, maka selanjutnya akan diperoleh :
(1.55 x 10^(- 4) ) = 10^29 × 1.6 x 10^(-19) × v
v = (9.7 × 10^(-5) ) ( m ⁄ detik ) = 0.58 (cm ⁄ menit )
Contoh soal 1-2 :
Sebuah material konduktor memiliki kerapatan elektron bebas sebanyak 1024 elektron per meter2. Saat tegangan diterapkan, elektron memperoleh kecepatan pergeseran konstan 1.5 102 (m/detik). Jika luasan penampang melintang bahan 1 cm2, hitung magnitud arus ; muatan elektron = 1.6
10^(-19) coulomb.
Penyelesaian :
n = 10^24
A = 1 cm2 = 104 m^2
e = (1.6 x 10^(-19) ) coulomb
v = (1.5 x 10^(-2) ) meter per detik.
Maka besar arus dapat ditentukan :
i = n . A . e . v
i = 10^24 × 10^(-4) × (1.6 ×10^(-19) ) x (1.5 × 10^(-2) ) = 0.24 Ampere
EmoticonEmoticon