TEGANGAN LISTRIK
Ketika suatu benda berada pada suatu titik di permukaan bumi, ia akan memiliki energi potensial yang besarnya relatif terhadap acuan permukaan bumi. Energi tersebut akan menyebabkan benda tersebut ‘jatuh’ menuju bumi, dimana ‘tujuan’ benda tersebut adalah titik dimana energi potensial gravitasi lebih rendah dari pada titik semula.
Analogi ini dapat digunakan untuk meninjau energi potensial listrik. Suatu muatan q yang berada pada suatu titik dalam sebuah medan listrik akan memiliki energi potensial tertentu yang besarnya relatif terhadap acuan. Muatan tersebut akan bergerak menuju titik dnegan energi potensial yang lebih rendah.
Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per satuan muatan yang disimbolkan dengan V (dari Voltage). Jika titik muatan q memiliki energi potensial listrik sebesar EPa pada titik a, potensial listrik Va pada titik ini adalah
Va=EPa/q
Pada ilmu fisika, nilai mutlak suatu energi potensial tidak dapat diukur secara fisik, yang dapat diukur adalah selisih potensial atau beda potensial, antara 2 titik.
Ketika suatu muatan q berpindah dari titik a ke titik b akibat perbedaan energi potensial listrik, yang terjadi adalah gaya listrik melakukan kerja terhadap muatan tersebut. Selisih energi potensial EPa-EPb sama dengan negatif dari kerja Wba. Maka beda potensial / beda tegangan yang ada antara titik a dan b adalah
Vab=Vb-Va=Wba/q
Satuan SI untuk potensial listrik / beda potensial / voltase / tegangan listrik adalah joule/coulomb (J/c) dan diberi nama khusus volt (V), yang diambil dari nama Allesandro Volta yang menemukan baterai listrik.
ARUS LISTRIK
Ketika sebuah rangkain listrik tertutup terbentuk, muatan listrik dapat mengalir melalui rangkaian dari terminal positif (potensial tinggi) ke terminal negatif (potensial rendah). Aliran muatan ini disebut sebagai arus listrik. Arus listrik pada suatu titik pada rangkaian didefinisikan sebagai sebagai banyaknya muatan yang melewati titik tersebut per satuan waktu. Simbol untuk arus listrik adalah I yang diambil dari kata l’intensité / intensity /intensitas, dan sesuai definisi, arus rata-rata I didefinisikan sebagai
I=ΔQ/Δt
Dengan ΔQ adalah banyaknya muatan yang mengalir pada selang waktu Δt.
Satuan SI untuk arus adalah coulomb per detik dan diberi nama khusus Ampere untuk menghormati André-Marie Ampère seorang fisikawan perancis yang menemukan elektromagnet.
HUBUNGAN ANTARA TEGANGAN LISTRIK DAN ARUS LISTRIK
Untuk menghasilkan arus listrik pada sebuah rangkaian dibutuhkan tegangan listrik. Georg Simon Ohm menemukan bahwa besarnya tegangan yang terjadi sebanding dengan besarnya arus, dan dipengaruhi oleh besarnya ‘hambatan’ pada jalur yang dilalui oleh muatan listrik. Hambatan tersebut terjadi akibat adanya interaksi elektron dan atom-atom dalam rangkaian yang dilewati (misalnya kawat), dan jika hambatan ini makin besar, arus akan mengecil. Lalu didefinisikan rumus
V=IR
dengan R adalah besarnya hambatan. Rumusan ini dikenal dengan hukum Ohm.
DAYA LISTRIK
Untuk dapat digunakan, energi listrik harus diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi panas, gerak, atau cahaya. Besarnya energi yang dirubah tersebut sama dengan besarnya muatan listrik dikalikan dengan besarnya beda potensial yang dilaluinya. Daya listrik, disimbolkan dengan P didefinisikan sebagai besarnya energi listrik yang berubah per detik.
P=QV/t
Dengan menggunakan definisi arus, tegangan dan hukum Ohm, daya juga dapat dirumuskan sbb:
P=IV
P=I2R
P=V2/R
Satuan SI untuk daya listrik adalah Joule/detik atau Watt.
Daya listrik berguna untuk mendefinisikan energi listrik yang dibutuhkan suatu alat listrik untuk dapat berfungsi.