Daya Hantar Listrik

Daya Hantar Listrik - Kamu sudah mengetahui bahwa dua ujung penghantar yang mempunyai beda potensial dapat mengalirkan arus listrik. Menurutmu, apakah arus yang mengalir dalam penghantar tersebut tidak mengalami hambatan apapun? Untuk mengetahui jawabannya, ikutilah uraian berikut.

Di dalam kawat penghantar arus listrik dihasilkan oleh aliran elektron. Muatan positif tidak bergerak karena terikat kuat di dalam inti atom. Ketika ujung-ujung kawat penghantar mendapat beda potensial, elektron akan mengalir melalui ruang di antara sela-sela muatan positif yang diam. Tumbukan elektron dengan muatan positif sering terjadi sehingga menghambat aliran elektron dan mengurangi arus listrik yang dihasilkan. Makin panjang kawat penghantar makin banyak tumbukan elektron yang dialami, sehingga makin besar pula hambatan yang dialami elektron. Akibatnya makin kecil arus yang mengalir.

Oleh karena itu, hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis kawat. Bagaimanakah pengaruh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis kawat terhadap besarnya hambatan?

Untuk mengetahui pengaruh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis kawat terhadap besarnya hambatan, lakukan Kegiatan berikut ini secara kelompok. Sebelumnya bentuklah kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.

Percobaan Daya Hantar Listrik

Tujuan: Menyelidiki hambatan kawat penghantar

Alat dan Bahan:

– Berbagai jenis kawat (konstanta, nikrom, tembaga, nikelin)

– Sakelar

– Voltmeter

– (basicmeter)

– Amperemeter (basicmeter)

– Baterai 4 buah

– Lampu

Cara Kerja:

1. Rangkailah alat-alat seperti gambar di bawah.

2. Letakkan kawat konstanta panjang 5 cm pada ujung AB.

3. Tutup sakelar S, amati voltmeter dan amperemeter dan catat hasil pengukuran kedua alat itu ke dalam tabel.

4. Ulangilah langkah 2 dengan mengganti kawat konstanta dengan kawat nikrom yang panjangnya sama.

5. Buka sakelar S.

6. Ujilah semua jenis kawat yang tersedia.

7. Ulangi langkah 2 s.d 6 untuk kawat tembaga yang panjangnya

5 cm, 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. Catat hasilnya pada suatu tabel di buku kerjamu.

Pertanyaan:

1. Bagaimanakah hasil perbandingan tegangan dan kuat arus pada tiap-tiap percobaan berdasarkan data pada tabel?

2. Apa kegunaan lampu pada percobaan ini?

3. Apakah kesimpulanmu setelah melakukan kegiatan ini?

Percobaan di atas apabila dilakukan dengan cermat, akan menunjukkan bahwa hambatan kawat penghantar sebanding dengan panjang kawat. Kawat yang panjang hambatannya besar sehingga menyebabkan kuat arus kecil dan nyala lampu redup. Besar hambatan kawat penghantar bergantung pada jenis kawat. Kawat yang jenisnya berbeda, hambatannya juga berbeda. Hal itu dikarenakan kawat yang hambatan jenisnya besar akan menyebabkan hambatan kawat penghantar juga besar. Hambatan jenis beberapa jenis bahan disajikan pada Tabel berikut.

Tabel. Hambatan jenis beberapa bahan

Apabila Kegiatan 8.2 dilakukan dengan menggunakan kawat sejenis dengan panjang yang sama, tetapi luas penampangnya berbeda maka dihasilkan hambatan yang berbeda pula. Hambatan makin kecil, apabila luas penampang kawat besar. Hubungan antara hambatan kawat penghantar, panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis kawat secara matematis dirumuskan.

Dengan:

R = hambatan kawat satuan ohm (Ω )

ρ = hambatan jenis kawat satuan ohm meter ( Ω.m)

l = panjang kawat satuan meter (m)

A = luas penampang kawat satuan meter kuadrat (m²)

Apakah pengaruh penggunaan kawat penghantar yang panjang pada jaringan listrik PLN? Penggunaan kawat penghantar yang panjang menyebabkan turunnya tegangan listrik. Tegangan listrik yang diberikan pada kawat yang panjang tidak dapat merubah besar hambatan, tetapi hanya merubah besar arus listrik yang mengalir melalui kawat itu. Jika kawat penghantar itu panjang, kuat arus listrik yang mengalir kecil seiring turunnya tegangan listrik. Oleh karena itu diperlukan tegangan yang tinggi untuk mengalirkan arus listrik. Hal ini diterapkan pada jaringan kabel listrik yang panjangnya mencapai ratusan kilometer. Agar listrik dapat dinikmati konsumen diperlukan tegangan listrik yang tinggi sampai ribuan megavolt.

Contoh Soal Daya Hantar Listrik

1. Kawat tembaga panjangnya 15 m memiliki luas penampang 5 mm². Jika hambatan jenisnya 1,7 x 10^-8 Ω .m, berapakah hambatan kawat tembaga?

2. Dua kawat A dan B luas penampangnya sama dan terbuat dari bahan yang sama. Panjang kawat A tiga kali panjang kawat B. Jika hambatan kawat A 150 Ω, berapakah hambatan kawat B?

Hambatan jenis setiap bahan berbeda-beda. Bahan yang mempunyai hambatan jenis besar memiliki hambatan yang besar pula, sehingga sulit menghantarkan arus listrik. Berdasarkan daya hantar listriknya (konduktivitas listrik), bahan dibedakan menjadi tiga, yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor.

Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan arus listrik. Bahan konduktor memiliki hambatan kecil karena hambatan jenisnya kecil. Bahan konduktor memiliki elektron pada kulit atom terluar yang gaya tariknya terhadap inti atom lemah. Dengan de mikian, apabila ujung-ujung konduktor dihubungkan dengan tegangan kecil saja elektron akan bergerak bebas sehingga mendukung terjadinya aliran elektron (arus listrik) melalui konduktor. Contohnya: tembaga, perak, dan aluminium.

Isolator merupakan bahan yang sulit menghantarkan arus listrik. Bahan isolator memiliki hambatan besar karena hambatan jenisnya besar. Bahan isolator memiliki elektron-elektron pada kulit atom terluar yang gaya tariknya dengan inti atom sangat kuat. Apabila ujung-ujung isolator dihubungkan dengan tegangan kecil, elektron terluarnya tidak sanggup melepaskan gaya ikat inti. Oleh karena itu, tidak ada elektron yang mengalir dalam isolator, sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir melalui isolator. Plastik, kaca, karet busa termasuk isolator. Dapatkah isolator bersifat seperti konduktor?

Semikonduktor adalah bahan yang daya hantar listriknya berada di antara konduktor dan isolator. Semikonduktor memiliki elektron-elektron pada kulit terluar terikat kuat oleh gaya inti atom. Namun tidak sekuat seperti pada isolator. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah karbon, silikon dan germanium. Karbon digunakan untuk membuat komponen elektronika, seperti resistor. Silikon dan germanium digunakan untuk membuat komponen elektronika, seperti diode, transistor, dan IC (integrated circuit).