Ctes Eksakta: Energi dan Tegangan di Sirkuit

Energi dan Tegangan di Sirkuit

Bimbel TES SMAKBO

Bimbel SNBT

Listrik ada di sekitar kita menghidupkan teknologi seperti ponsel, komputer, lampu, setrika, dan AC. Tapi apa sebenarnya listrik itu? Ini adalah pertanyaan yang sangat rumit, dan saat Anda menggali lebih dalam dan mengajukan lebih banyak pertanyaan, sebenarnya tidak ada jawaban yang pasti, hanya representasi abstrak tentang bagaimana listrik berinteraksi dengan lingkungan kita.

Listrik tidak daoat dilihat namun hasilnya dapat dilihat, Semua kebutuhan listrik sulit untuk menghindarinya di dunia modern kita saat ini. Bahkan ketika Anda mencoba untuk melepaskan diri dari listrik, itu masih bekerja di seluruh alam, dari kilat dalam badai petir hingga sinapsis di dalam tubuh kita.

Simbol sirkuit

Sirkuit listrik adalah loop di mana listrik dapat mengalir. Anda mungkin sering melihat yang sederhana bersama-sama di kelas sains Anda, tetapi mereka bisa jauh lebih kompleks dan bertanggung jawab untuk menyalakan semuanya, mulai dari ketel hingga lampu hias ulang tahun dan lain sebagainya.

Simbol rangkaian adalah representasi sederhana dari komponen yang biasa digunakan dalam rangkaian listrik. Anda harus dapat mengenali dan menggambar simbol-simbol berikut:

Komponen sirkuit ini menjalankan fungsi yang berbeda:

Switch - menghidupkan dan mematikan sirkuit

Filament lamp - dapat menunjukkan adanya arus dalam rangkaian

Fuse - meleleh untuk memutus sirkuit jika arusnya terlalu tinggi

Diode - memastikan arus mengalir dalam satu arah atau mengubah arus listrik bolak - balik menjadi searah

Voltmeter - mengukur beda potensial (tegangan) dalam suatu rangkaian

Amperemeter - mengukur arus dalam rangkaian

Fixed resistor - membatasi aliran arus listrik

Variable resistor - membatasi aliran arus listrik ke berbagai derajat

Light-dependent resistor (LDR) - membatasi aliran arus listrik tergantung pada intensitas cahaya

Thermistor - membatasi aliran arus listrik tergantung pada suhu

Cell - mengubah energi kimia menjadi energi listrik untuk menyediakan arus

Battery - kumpulan sel tegangan

Lampu dan dioda pemancar cahaya (LED) dapat digunakan untuk menunjukkan adanya arus dalam suatu rangkaian. Jika mereka menyala, kita tahu bahwa rangkaian bekerja dan arus mengalir melalui kabel.

Resistansi variabel

Resistansi LDR dan termistor berubah tergantung pada jumlah intensitas cahaya dan suhu masing-masing. Untuk resistor yang bergantung pada cahaya (LDR), resistansinya berkurang dengan meningkatnya intensitas cahaya. Ini digunakan untuk hal-hal seperti sensor dan penerangan jalan. Untuk termistor, resistansi menurun dengan meningkatnya suhu, membuat termistor berguna untuk hal-hal seperti termostat dan alarm kebakaran.

Rangkaian seri vs paralel

Komponen yang terhubung satu demi satu dalam loop yang sama dari suatu rangkaian dihubungkan secara seri. Arus listrik hanya ada satu jalur, jadi jika terjadi putus karena komponen yang rusak, ini berarti arus akan berhenti dan seluruh rangkaian tidak akan berfungsi. Selain itu, menambahkan lebih banyak komponen secara seri meningkatkan resistansi sehingga tegangan yang lebih tinggi perlu digunakan untuk mendapatkan output yang sama.

Dalam rangkaian seri, arusnya sama di mana-mana. Katakanlah kita memiliki arus 7 A di titik A - ini berarti kita juga akan memiliki arus 7 A di titik B, C dan D.

Tegangan (atau perbedaan potensial) baterai dibagi antara komponen. Misalnya, jika baterai kita memasok tegangan total 20 V, ini akan dibagi antara dua resistor. Berapa banyak tegangan yang diterima setiap komponen tergantung pada resistansinya.

Hambatan total dalam rangkaian seri adalah jumlah dari hambatan masing-masing komponen. Jika resistor 1 dalam diagram kami memiliki resistansi 5 Ohm dan resistor 2 memiliki resistansi 3 Ohm, resistansi total dalam rangkaian = R1 + R2 = 8 Ohm.

Komponen yang terhubung dalam loop terpisah terhubung secara paralel. Arus dari baterai dibagi antara setiap komponen. Keuntungan dari rangkaian paralel adalah jika salah satu komponen gagal, rangkaian lainnya akan tetap bekerja. Manfaat lain dari rangkaian paralel adalah lebih banyak komponen dapat ditambahkan tanpa perlu tegangan lebih. Stopkontak stopkontak dan lampu utama di rumah-rumah dihubungkan secara paralel.

Dalam rangkaian paralel, persimpangan adalah tempat kawat bercabang untuk membentuk loop terpisah. Penting untuk diingat bahwa arus dibagi antara loop yang berbeda dalam rangkaian paralel. Jumlah total arus yang mengalir ke persimpangan (yaitu arus di titik A dalam diagram) sama dengan total arus yang mengalir keluar (titik D). Ini karena arus dilestarikan karena tidak ada biaya yang diperoleh atau hilang. Arus di titik B dan C akan menjadi setengah dari total arus, karena telah dibagi antara dua cabang. Oleh karena itu, jika kita memiliki arus 10 A di titik A, kita tahu akan ada 5 A arus yang mengalir melalui titik B dan C dan akan mencapai 10 A setelah cabang-cabang bergabung kembali di titik D.

Tegangan pada dua komponen yang dihubungkan secara paralel adalah sama. Lihat lagi diagram di sebelah kanan - jika kita menghubungkan voltmeter di sekitar bohlam B dan mencatat tegangan 8 V, maka kita tahu tegangan di titik C juga akan menjadi 8 V.

Arus, tegangan dan hambatan dalam rangkaian seri

Arus listrik adalah laju aliran muatan di sekitar rangkaian. Jika elektron bergerak melalui kawat lebih cepat, maka kita memiliki arus yang lebih tinggi. Arus diukur dalam ampere dengan menggunakan amperemeter yang dipasang seri dengan komponen lainnya.

Tegangan, juga dikenal sebagai beda potensial, adalah ukuran seberapa banyak energi yang ditransfer antara dua titik dalam suatu rangkaian. Diukur dalam volt menggunakan voltmeter. Voltmeter selalu ditempatkan secara paralel di sekitar komponen yang akan diukur.

Tahanan atau Resistansi adalah segala sesuatu yang memperlambat arus. Jika Anda menambahkan lebih banyak komponen ke rangkaian (secara seri), akan ada resistansi yang lebih tinggi. Resistansi diukur dalam Ohm.

Arus, tegangan dan hambatan

dihubungkan dalam persamaan berikut:

Contoh yang dikerjakan: menghitung beda potensial

Berapa beda potensial ketika arus 10 A mengalir melalui rangkaian dengan hambatan total 60 Ohm?

Tegangan = arus x hambatan

Tegangan = 10 x 60 = 600 V

Muatan, arus & waktu

Ketika kita berbicara tentang arus, kita berbicara tentang seberapa cepat elektron bergerak (yaitu berapa banyak muatan negatif yang melewati kawat dalam waktu tertentu). Kita dapat melihat hubungan antara muatan, arus dan waktu dalam persamaan berikut:

Keterangan :

Q = Muatan Listrik
I = Arus Listrik
t = detik

Muatan Litrik dengan Daya Listrik sama saja, perbedaannya pada waktu. Muatan listrik adalah muatan aliran litrik persatuan detik, satuannya Joule, sedangkan Daya listrk adalah muatan listrik dalam satu jam, satuannya watt.

Contoh yang berhasil: menghitung biaya

Arus sebesar 5 A melewati suatu rangkaian listrik selama 3,5 jam. Berapa coulomb muatan yang melalui rangkaian tersebut?

Ingatlah untuk mengubah waktu menjadi detik! 3,5 x 60 x 60 = 12.600 s

Muatan = 5 x 12.600

Muatan = 63.000 C

Energi yang ditransfer

Beda potensial, atau tegangan, adalah jumlah energi yang ditransfer per satuan muatan yang dilewatkan. Dengan kata lain, ini adalah jumlah energi yang diberikan ke komponen dalam rangkaian dari elektron yang melewati kawat. Itu diukur dalam volt - satu volt setara dengan satu joule per coulomb.

Energi yang ditransfer oleh elektron dalam suatu rangkaian ke komponennya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Kita sudah tahu bahwa tegangan dapat dihitung dengan mengalikan arus dengan hambatan (V = IR), oleh karena itu persamaan ini juga dapat ditulis sebagai: