Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari
pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam
rangkaian 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.
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:
I = Q / t
Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:
I = dQ / dt
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 aliran sepanjang
penghantar, bukan arah dalam ruang.
Rapat Arus
Rapat arus (bahasa Inggris: current density) adalah aliran muatan pada
suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar. Dalam SI, rapat
arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m2).
Aliran arah arus listri |
di mana I adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen. Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA sehingga persamaan menjadi:
Kelajuan Hanyutan
Saat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di
dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun
juga. Sedangkan saat arus listrik mengalir melalui penghantar, elektron
tetap bergerak secara acak namun mereka cenderung hanyut sepanjang
penghantar dengan arah berlawanan dengan medan listrik yang menghasilkan
aliran arus. Tingkat kelajuan hanyutan (bahasa Inggris: drift speed)
dalam penghantar adalah kecil dibandingkan dengan kelajuan gerak-acak,
yaitu antara 10-5 dan 10-4 m/s dibandingkan dengan sekitar 106 m/s pada
sebuah penghantar tembaga.
No comments:
Post a Comment