Catatan Kuliah: Arus Listrik dan Kecepatan Hanyut

Pengantar

• Ketika saklar di-on kan, lampu langsung menyala.
• Pertanyaan: Apakah kecepatan arus listrik cepat atau lambat?

Definisi Arus Listrik

• Arus listrik: Pergerakan muatan listrik menuju arah tertentu.
• Muatan listrik dapat berupa:
  • Positif (contoh: pemercepat proton)
  • Negatif (contoh: elektron dalam konduktor)

Arah Arus Listrik

• Arah arus listrik searah dengan gerakan muatan positif.
• Pada konduktor, muatan pembawa adalah negatif, jadi arus bergerak berlawanan.

Rumus Arus Listrik

• Arus (I) = Kuantitas Muatan (Q) / Waktu (ΔT)
• Satuan arus: Coulomb per detik (C/s), dikenal sebagai amper (A).

Analisis Mikroskopis Arus Listrik

• Penghantar dengan luas penampang A dan panjang ΔX.
• Jumlah muatan per satuan volume:
  N kecil (n) = N besar (N) / V, di mana V = A × ΔX.
• Muatan total dalam bagian ini:
  Q = n × A × ΔX.

Kecepatan Hanyut (Drift Velocity)

• Kecepatan hanyut (V_D): Kecepatan rata-rata elektron dalam arah tertentu saat diberi beda potensial.
• Elektron bergerak acak, tetapi cenderung ke arah tertentu saat ada beda potensial.

Perhitungan Kecepatan Hanyut

• Contoh: Kabel tembaga dengan luas penampang 3,3 × 10^-6 m² dan arus 10 A.
• Massa jenis tembaga: 8,95 g/cm³.
• Setiap atom tembaga menyumbangkan satu elektron bebas.
• Massa molar tembaga: 65,5 g/mol (1 mol = 6,02 × 10²³ atom).

Perhitungan Volume untuk 1 mol Tembaga

• Volume = Massa / Massa jenis
  V = 65,5 g / 8,95 g/cm³ = 7,09 cm³.
• Banyaknya muatan per volume:
  n = N / V
  n kecil = 8,49 × 10^-22 elektron/cm³ = 8,49 × 10^-28 elektron/m³.

Persamaan Kecepatan Hanyut

• V_D = I / (n × e × A), di mana e = muatan elektron (1,6 × 10^-19 C).
• Hasil perhitungan:
  V_D = 2,22 × 10^-4 m/s (0,00022 m/s).
• Waktu yang diperlukan untuk elektron menempuh 1 meter: ~75 menit.

Mengapa Lampu Langsung Menyala?

• Elektron sudah tersebar merata di saklar, kabel, dan lampu.
• Saat saklar di-on, elektron bergerak bersama-sama, sehingga lampu langsung menyala.

Penutupan

• Penyampaian materi oleh Agung Firmansyah dari Tongsius Fisika.
• Terima kasih.