Hai Quipperian, tahukah kamu bahwa arus listrik bisa dianalogikan seperti air lho. Apa analoginya? Tentu Anda paham bahwa air akan selalu mengalir jika ada perbedaan ketinggian.
Begitu juga dengan arus listrik. Bedanya arus listrik yang mengalir adalah muatan. Muatan akan selalu mengalir jika ada beda potensial. Tanpa beda potensial, muatan akan berhenti.
Misalnya pada saat terjadi pemadaman listrik, semua alat listrik akan mati karena tidak ada perbedaan potensial listrik. Lalu, apa yang dimaksud dengan beda potensial? Daripada penasaran, yuk simak selengkapnya!
Definisi Beda Potensial
Beda potensial adalah besarnya energi untuk mengalirkan muatan listrik pada kutub penghantar. Muatan yang mengalir adalah elektron
Kutub konduktor yang memiliki jumlah elektron lebih sedikit dikatakan sebagai kutub potensial tinggi atau terminal positif. Sedangkan kutub dengan elektron lebih banyak disebut kutub potensial rendah atau terminal negatif.
Elektron akan mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi dengan membawa energi yang cukup besar, sehingga akan muncul arus listrik. Nah, arah arus listrik ini berlawanan dengan arah aliran elektron ya.
Jika elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi, maka arus listrik akan mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dalam kehidupan sehari-hari, istilah beda potensial lebih dikenal dengan tegangan listrik.
Rumus Beda Potensial
Rumus beda potensial adalah perbandingan antara jumlah energi untuk memindahkan muatan listrik dan jumlah muatan itu sendiri. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
Deskripsi Rumus
V = beda potensial (V)
W = energi (Joule)
Q = nilai muatan yang ditransfer (C)
Perhatikan contoh berikut.
Sebuah sumber tegangan membutuhkan energi 30 J untuk mentransfer 1,5 C muatan listrik. Berapa beda potensial antara sumber tegangan?
Dikenal :
W = 30 J
Q = 1,5 C
Ditanya: V =…?
Menjawab
Untuk menentukan beda potensial pada sumber tegangan, gunakan rumus di bawah ini.
V = W / Q = 30 / 1,5 = 20 V
Jadi, beda potensialnya adalah 20 V.
Hubungan Beda Potensial dan Kuat Arus Listrik
Pada pembahasan di atas telah dijelaskan bahwa beda potensial akan menghasilkan arus listrik melalui aliran muatan listrik. Konsep ini telah dipelajari oleh seorang ilmuwan dari Jerman, yaitu George Simon Ohm. Menurut Ohm, beda potensial sebanding dengan arus dan hambatan listrik. Secara matematis, rumus beda potensial menurut hukum Ohm adalah sebagai berikut.
Rumus V : IR
Deskripsi Rumus
V = beda potensial atau tegangan listrik (V)
SAYA = kuat arus listrik (A)
R = hambatan listrik (Ω)
Dari rumus tersebut, semakin besar beda potensial antara kutub penghantar, semakin besar arus yang mengalir. Semakin besar beda potensial, semakin besar kemampuan muatan listrik untuk menembus resistansi kawat.
Misalnya sumber tegangan aki 1,5 V dan PLN 220 V. Menurut Anda, sumber tegangan manakah yang akan menghasilkan arus listrik lebih besar? Tentu saja sumber tegangannya dari PLN.
Sumber tegangan baterai hanya boleh digunakan pada alat listrik tertentu seperti remote tv, mainan anak, atau jam dinding karena selain bertegangan kecil, baterai juga merupakan sumber tegangan DC.
Alat Ukur Beda Potensial Listrik
Besarnya beda potensial listrik atau tegangan listrik dapat diukur dengan alat yang disebut voltmeter. Dalam penggunaannya, voltmeter disusun sejajar dengan bahan atau benda yang akan diukur tegangannya. Berdasarkan jenisnya, voltmeter dibedakan menjadi dua, yaitu voltmeter AC dan voltmeter DC.
Sebelum menggunakan voltmeter, Anda harus terlebih dahulu mengetahui nilai tegangan maksimum yang dapat diukur. Pastikan batas ukur maksimum voltmeter lebih besar dari beda potensial bahan yang akan diukur.
Kondisi ini bisa dianalogikan dengan timbangan. Dapatkah Anda menimbang beras 25 kg dalam timbangan digital yang batas takarannya hanya 10 kg? Tentu tidak, ya.
Lalu, apa jadinya jika bahan atau benda yang akan diukur memiliki beda potensial yang jauh lebih besar dari batas ukur maksimal voltmeter? Ini bisa menyebabkan kerusakan voltmeter ya.
Contoh Soal Beda Potensial Listrik
Agar Anda lebih memahami materi beda potensial, mari kita lihat contoh soal berikut ini.
Contoh Soal Pertama
Dalam suatu penelitian, seorang guru membuat rangkaian listrik yang terdiri dari satu lampu dan satu sumber tegangan. Setelah diukur ternyata beda potensial pada rangkaian listrik tersebut adalah 4 Volt. Jika jumlah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik sepanjang rangkaian adalah 12 J, berapa banyak muatan listrik yang dipindahkan?
Dikenal :
V=4V
W = 12 J
Ditanya : Q = …?
Menjawab
Muatan listrik dalam rangkaian merupakan hasil pembagian antara usaha memindahkan muatan listrik dan beda potensial yang terukur. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
V = W / Q ⇔ Q = W / V ⇔ Q = 12/4 ⇔ Q = 3 C
Jadi, jumlah muatan yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 3 C.
Contoh Soal Dua
Galih memiliki dua penghalang listrik. Dia mengatur rintangan ini secara paralel. Setelah diukur, beda potensial antara titik cabang adalah 1,5 Volt. Jika kedua hambatan Galih memiliki nilai yang sama, yaitu 3 Ω, berapakah arus yang mengalir melalui masing-masing hambatan tersebut?
Dikenal :
R1 = R2 = 3Ω
V = 1.5V
Ditanya: I1 dan saya2 =…?
Menjawab
Pertama, gambarkan dulu susunan sekat galih sebagai berikut.
Perbedaan potensial melintasi titik persimpangan sama dengan tegangan yang diterapkan ke sirkuit. Selanjutnya, tentukan resistansi penggantian total pada rangkaian di atas.
Kemudian, tentukan kekuatan arus total di sirkuit:
SAYA = V /R= 1,5 / 3/2 = 1,5 / 1,5 = 1 A
Karena nilai resistansinya sama, arus yang mengalir melalui masing-masing resistansi adalah 0,5 A.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat, ya. Untuk mendapatkan materi lengkapnya, buruan gabung dengan Quipper Video. Salam Quippers!