Listrik Arus Searah (DC)

Penjelasan umum listrik arus searah (DC) bisa dibaca pada artikel tentang listrik dinamis. Pada artikel ini, kita akan mengkaji lebih dalam tentang listrik arus searah (DC). Seperti yang sudah dibahas, jika beda potensial dihasilkan oleh sumber arus searah (DC) maka arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah arus searah.

A. Arus Listrik

Arus listrik adalah perpindahan muatan listrik akibat adanya perpindahan elektron. Arus listrik selalu mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. arus listrik akan mengalir apabila rangkaiannya dalam keadaan tertutup, yaitu rangkain yang tidak berpangkal dan tidak berujung.

Arus listrik adalah muatan yang mengalir tiap detik. Secara matematis arus listrik (I) dapat di rumuskan sebagai berikut.

$$\begin{align}
I&=\frac{q}{t}\\
q&=ne,\ sehingga\\
I&=\frac{ne}{t}\\
\end{align}$$
dengan:
$\begin{align}
I&=Arus\ listrik\ (ampere),\\
q&=muatan\ (coloumb),\\
t&=waktu\ (sekon),\\
n&=jumlah\ muatan, \ dan\\
e&=muatan\ elektron\ (-1,6\times10^-19\ C)\\
\end{align}$

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik dalam rangkaian adalah amperemeter. Cara mengukur kuat listrik yaitu Amperemeter selalu dipasang seri dengan rangkaian yang akan diukur kuat arusnya seperti gambar berikut.

Gambar 1. Amperemeter dipasang secara seri

Rapat arus yaitu besar kuat arus yang melalui penampang per satuan luas. secara matematis rapat arus ditulis sebagai berikut.

$$J=\frac{I}{A}$$

dengan:
$\begin{align}
I&=kuat arus\ (A),\\
A&=luas\ penampang\ (m^2),\\
J&=rapat\ arus\ (A/m^2).\\
\end{align}$

B. Hukum Ohm

Seorang ahli fisika yaitu George Simon ohm pada tahun 1827 menemukan hubungan antara arus listrik dan tegangan listrik. Kuat arus listrik yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya. Pernyataan dari ohm tersebut adalah hukum Ohm. Secara matematis Hukum ditulis sebagai berikut. 

$$V=IR$$
Dengan:
$\begin{align}
I&=kuat\ arus\ (ampere),\\
V&=tegangan\ atau\ beda\ potensial\ (volt),\\
R&=hambatan\ (Ω),\\
\end{align}$

C. Hambatan dan Hambatan Jenis
Kawat penghantar pada kenyataannya memiliki hambatan listrik didalamnya. Namun dalam perhitungan, kawat dianggap sebagai konduktor ideal yaitu penghantar listrik sempurna. Hambatan listrik kawat penghantar dapat diukur secara langsung dengan alat ohmmeter.
Hambatan suatu penghantar berguna untuk mengatur besar kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Hambatan listrik konduktor dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:
• panjang konduktor $(l)$,
• luas penampang $(A)$,
• hambat jenis $(\rho)$.
Besarnya hambatan dari suatu konduktor dinyatakan dalam persamaan berikut.
$$R=\rho\frac{l}{A}$$
dengan:
$\begin{align}
R&=hambatan\ (\Omega),\\
l&=panjang\ konduktor\ (m),\\
A&=luas\ penampang\ (m^2),\\
\rho&=hambat\ jenis\ atau\ resistivitas\ (\Omega m).
\end{align}$

D. Rangkaian Tertutup
Suatu rangkaian tertutup (loop) adalah rangkaian yang tidak berujung dan tidak berpangkal. Arus listrik akan mengalir terus menerus dalam siklus tertutup.  Misalnya pada baterai, di luar baterai, arah arus listrik dari kutub positif ke negatif. Sementara didalam baterai arah arus listrik dari kutub negatif ke positif.

Gambar 2. Rangkaian tertutup

Kuat arus yang mengalir dapat dituliskan sebagai berikut.
$$I=\frac{\varepsilon}{R+r}$$
dengan:
$\begin{align}
I&=kuat\ arus\ (ampere),\\
V&=tegangan\ atau\ beda\ potensial\ (volt),\\
R&=hambatan\ (Ω),\\
r&=hambatan\ dalam\ (\Omega),\\
\varepsilon &=GGL\ (volt),\\
\end{align}$