Teori Elektron

 TEORI ELEKTRON

Teori Elektron dikemukakan oleh Democretos, yang mengatakan : Jika suatu benda/Zat (padat, cair, gas) dibagi-bagi menjadi bagian yang terkecil dan bagian tersebut masih memiliki sifat asalnya disebut molekul. Kemudian jika molekul tersebut terus dibagi-bagi menjadi bagian yang sangat kecil sekali, dan bagian tersebut tidak memiliki sifat asalnya, disebut atom. Atom berasal dari kata Yunani yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi. A = tidak sedangkan tomos = dibagi-bagi. Jadi Atom adalah bagian yang terkecil dari suatu molekul yang tidak dapat dibagi-bagi lagi menurut reaksi kimia biasa. Sedangkan molekul adalah bagian yang terkecil dari suatu benda yang masih memiliki sifat asalnya.

Semua material terdiri dari molekul, dan molekul juga terdiri dari atom. Atom mempunyai suatu inti dengan elektron yang beredar disekitarnya. Inti atom terdiri dari kutub positif (proton) dan negatif (elektron). Kebanyakan atom dikenal hanya memiliki proton dan elektron. Elektron memiliki muatan listrik negatif (-), sedangkan proton memiliki muatan positif (+). Netron tidak memiliki muatan listrik atau netral. Muatan listrik negatif yang dimiliki oleh elektron seimbang dengan muatan listrik positif yang dimiliki oleh proton. Hal ini dikenal sebagai ikatan elektron.    

Elektron yang berada di luar ikatan, dapat beredar bebas dari aplikasi gaya luar, seperti pergerakan melalui medan magnet, friksi atau pengaruh kimia. Elektron tersebut dikenal sebagai elektron bebas. Elektron bebas dapat meninggalkan garis edarnya, dimana dapat diisi oleh elektron yang memaksa keluar dari garis edar pada atom yang lain. Elektron bebas berpindah satu atom ke atom berikutnya, disitulah arus elektron diproduksi. Ini adalah prinsip dasar dari kelistrikan.

Sifat-Sifat Atom

 Sifat-sifat atom antara lain :

·      Nomor atom suatu unsur menyatakan jumlah proton atau jumlah elektron   dalam sebuah atom netral. (jumlah proton = jumlah elektron).

·      Suatu Unsur dinyatakan dengan :

         A

             X                 dimana : X = nama unsur

               Z                                     A = nomor massa

                                                      Z  = nomor atom

·      Nomor massa suatu atom menyatakan jumlah proton dan netron dalam inti.

           Contoh:             1

       Atom Hidrogen :   H

                                   1  

                      Berarti, dalam atom H terdapat 1 elektron dan 1 proton.

                                  4

       Atom Helium :     He

                                  2

      Berarti, dalam atom He terdapat 2 elektron, 2 proton (Z), dan   Neutron ( A–Z)

·      Ion positif ialah atom yang kelebihan satu atau lebih elektronnya

·      Ion Negatif ialah atom yang kehilangan/kekurangan satu atau lebih elektronnya.

Hukum Muatan Listrik

1. Jika ada dua benda bermuatan sejenis saling berdekatan (positip dengan positip atau negatif dengan negatif), maka akan terjadi tolak menolak.
2. Jika ada dua benda bermuatan tak sejenis saling didekatkan akan terjadi tolak menolak.

Kedua Hukum diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Muatan sejenis akan tolak menolak
2. Muatan tak sejenis akan tarik menarik

Perpindahan Muatan Listrik

Berdasarkan kemampuan suatu bahan untuk memindahkan muatan listrik, dapat dibagi kelompok dalam :

Ø   Konduktor atau penghantar Yaitu benda atau bahan yang dapat memindahkan muatan listrik Sifat konduktor antara lain: mempunyai banyak elektron bebas.    Elektron bebas yaitu elektron-elektron yang berada pada lintasan terluar dari Struktur atom. elektron-elektron pada atom mudah berpindah dari lintasan yang dalam ke lintasan terluar. Biasanya mudah mengantar panas/kalor seperti : besi, emas, perak, tembaga    aluminium, kuningan dan lain-lain.    Benda cair: larutan elektrolit ( H2SO4 ), air  ( H2O )    Tubuh manusia, tanah dan sebagainya.

Ø   Isolator atau Penyekat Adalah benda atau bahan yang tidak dapat memindahkan muatan listrik. Sifat dari isolator antara lain Ikatan elektron pada intinya sangat kuat. (tidak ada elektron bebas).  Sulit menghantar panas/kalor. 

Ø   Semikonduktor atau Setengah Penghantar Adalah benda atau zat yang kurang baik untuk konduktor dan tidak sempurna sebagai isolator. Contoh: Silikon,  Germanium. Kedua bahan tersebut biasa dipakai utnuk membuat komponen seperti :

o  Dioda

o  Transistor

o  I (Integrated Circuit = Rangkaian yang dimampatkan/terpadu).

o  Micro chip.

Apabila sebatang plastik/ebonit kita gosok dengan rambut, setelah itu kita dekatkan pada potongan 2 kertas yang kecil, maka tertariklah pototngan-potongan kertas tersebut. Demikian pula halnya jika sebatang kaca kita gosok dengan sutera, maka batang kaca tersebut dapat menarik potongan-potongan kertas juga. Batangan plastik maupun kaca itu dapat menarik potongan-potongan kertas tersebut oleh karenanya setelah digosok tersebut menjadi bermuatan listrik. Untuk menjelaskan peristiwa ini telah disusun suatu teori yang dianggap benar. Teori tersebut adalah teori elektron, yaitu :

v  Tiap-tiap zat terdiri atas molekul-molekul. Moekul-molekul itu masih mempunyai sifat yang sama dengan zatnya. Molekul air mempunyai sifat yang sama dengan air.

v  Atom adalah bagian yang lebih kecil lagi. Sifat-sifat atom sudah tyidak sama dengan sifat zat aslinya. Suatu molekul air terdiri dari 2 atom hidrogen (zat air) dan 1 atom oksigen (zat asam). Sifat dari atom hidrogen maupun oksigen sangat berlainan dengan sifat dari molekul air maupun air. Hidrogen dan oksigen adalah gas yang apabila dicampur dan dinyalakan dapat meledak dengan hebat disertai dengan pengeluaran panas yang tinggi.

v  Setiap atom terdiri dari atas inti yang dikelilingi oleh satu atau lebih elektron.

v  Inti atom mengandung tenaga listrik positip (bermuatan listrik positif).

v  elektron mengandung tenaga listrik negatip (bermuatan listrik negati).

v  Inti terdiri atas proton yang mengandung tenaga listrik positip, dan neutron tak bermuatan listrik (netral).

v  Pada sebuah atom yang netral (tak bermuatan listrik) muatan listrik proton-protonnya sama dengan muatan listrik elektron-elektronnya. Kenetralan tersebut dapat terjadi karena sifat muatan listrik positip dan negatip yang saling menentang dan sama besarnya menjadi terhapus.

v  Pada setiap atom, satu atau lebih elektron-elektron berputar mengelilingi intinya dengan kecepatan yang luar biasa, yaitu 300.000.000 ms.

v  Bila karena sesuatu hal satu atau lebih elektron-elektron itu meninggalkan atomnya maka atom ini elektronnya menjadi berkurang.

v  Bila karena sesuatu hal sebuah atom menerima satu atau lebih elektron-elektron, maka atom ini menjadi kelebihan elektron. Dengan demikian maka muatan listrik negatipnya lebih besar dari muatan positipnya. Atom yang demikian menjadi atom yang bermuatan negatip.

v  Ada zat-zat yang elektronnya mudah pindah dari atom yang lain. Misalnya kawat tembaga, perak dsb. Zat yang mempunyai sifat demikian itu disebut konduktor (penghantar). Sedangkan zat-zat yang elektron-elektron pada atomnya sukar perpindah dari satu atom ke atom yang lain seperti ebonit, kaca dsb. Zat yang mempunyai sifat demikian itu disebut isolator (penyekat).

Dengan teori tsb sekarang dapat dijelaskan tentang peristiwa plastik digosok dengan rambut dan kaca digosok dengan sutera tsb. Adapun kaca dan ebonit dapat bermuatan listrik tsb karena ada perpindahan elektron-elektron diantara benda-benda yang digosok dan yang digunakan untuk menggosok. Karena itulah plastik maupun kaca tersebut menjadi tidak netral lagi yang kita saksikan dapat menarik potongan-potongan kertas kecil.

  TEGANGAN LISTRIK DAN SATUANNYA

               Energi listrikmerupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

ü   Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika,

solder, dan kompor listrik

ü  Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

ü  Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

ü  Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada:
• Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).
• Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).
• Waktu atau lamanya arus mengalir (t).

Tegangan Listrik dinyatakan dengan notasi V ( Volt ) atau Voltage dan juga dinyatakan dengan huruf E dari EMF yaitu singkatan Electro Motive Force ( gaya gerak listrik ) dan satuan tegangan Listrik adalah Volt. Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik adalah volt meter

Tegangan listrik atau Potensial listrik yaitu energi atau tenaga yang menyebabkan muatan-muatan negatif (elektron-elektron) mengalir dalam suatu penghantar.

Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

dimana :

 V  = Tegangan listrik dalam satuan Volt  (  V  )

W = Energi /tenaga/ kerja listrik dalam satuan       Joule  (  J  )

Q  = Muatan listrik dalam satuan Coulomb  (  C  )

C. ARUS LISTRIK DAN SATUANNYA

Arus listrik adalah muatan-muatan negatif (elektron-elektron) yang mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
Mengenai arus listrik ini diselidiki oleh Andre Marie Ampere, yang mengatakan : (Kuat) Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap sekon (detik). Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

Dimana :

      I : Arus listrik dalam satuan Ampere  ( A )

      Q: Muatan listrik dalam satuan Coulomb  ( C ) 

      T : waktu dalam satuan sekon atau detik  ( s ) atau ( dt )

Rumus  tersebut diatas menjelaskan bahwa apabila dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar satu    coulomb selama satu sekon ( detik ) maka itulah yang dimaksud dengan arus. Alat untuk mengukur arus adalah Ampere meter. 

D. HAMBATAN LISTRIK DAN SATUANNYA

Resistor yaitu suatu bahan yang melakukan perlawanan jika dialiri oleh arus listrik. Resistor diberi notasi dengan huruf R yang berasal dari kata Resistance. (perlawanan Atau to resist = melawan).

Mengenai resistor ini dipelajari oleh George Simon Ohm, yang melakukan penelitian pada kolom air raksa.

Satu Ohm adalah besarnya perlawanan sebatang air raksa/Kolom air raksa yang penampangnya serbasama (homogen), yang panjangnya 106,3 Cm, dan luas penampangnya 1 mm2  pada suhu 0 derajat Celsius.

Satuan Resistor/Hambatan Listrik

Satuan utnuk hambatan listrik atau Resistor adalah Ohm 

1 Megaohm  =  1 M       =  1.000  Kiloohm  =  1.000  K   

1 Kiloohm    =  1  K      =   1.000   ohm        =  1.000

1  Ohm          =  1           =  1.000  miliohm    = 1.000 m

1  miliohm     =  1          =   1.000  mikroohm=  1.000  u

 

Alat ukur

Ohmmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya hambatan listrik / resistansi.

 

Fungsi Resistor

1. Mengatur arus listrik ( melawan arus listrik)
2. Membagi arus listrik
3. Membagi tegangan listrik
4. Sebagai elemen pemanas; seperti solder, solder atraktor, heater, setrika listrik, rice cooker, kompor listrik dll.

E.  HUKUM OHM

Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan dengan alasan sejarah.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:

dimana I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere, V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan volt, dan Radalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm.

Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.

F.  DAYA LISTRIK DAN SATUANNYA

Daya listrik adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (P) dapat dirumuskan:
Daya = Energi/waktu

P =W/t

P = V.i.t/t

= V.i

P = i^2 R

P = V^2/R (dalam satuan volt-ampere, VA)

Satuan daya listrik :

a. watt (W) = joule/detik

b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.

Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu:
Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh).
1 kWh = 36 x 105 joule

Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut:
1 HP = 746 W = 0,746 kW

1kW = 1,34 HP

Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP)atau (ft)(lb)/(sec).