Electric Fundamental (3): Tegangan dan Arus

Berbicara tentang tegangan dan arus, mungkin sudah banyak situs yang menuliskan definisi dengan lengkap dan mudah dimengerti. Namun, sekali lagi, chapter ini ditulis untuk menjadikan suatu rangkaian pemahaman yang utuh, tidak terpotong-potong. Tulisan ini juga diambil dari sumber-sumber di internet, dipadukan dengan sedikit penekanan agar tidak menghasilkan pemahaman yang kabur. Bagi para engineer elektrik, tulisan ini akan terasa sangat bertele-tele, mohon dimaklumi. Bagi yang sedang belajar elektrik, semoga tulisan ini bisa sedikit membantu.

Tegangan dan arus, 2 buah kata yang sangat erat dengan dunia listrik. Dalam bahasa Inggris, tegangan disebut dengan voltage, dan arus disebut sebagai current. Karena kita sedang dalam electrical zone maka voltage dan arus selalu mengacu pada tegangan dan arus listrik (karena ada istilah arus sungai, arus laut, tegangan mekanis (konsep tegangan dan regangan, modulus Young, mekanik)). Apakah arti tegangan dan arus? Dalam menjelaskan konsep tegangan dan arus, kebanyakan digunakan analogi tekanan (pressure) dan aliran (flow). Yang perlu dicatat adalah, ini hanya bersifat analogi. Ada beberapa bagian yang bersifat fundamental yang sangat berbeda. 

Kita akan memulai pembahasan dari tegangan. Tegangan adalah perbedaan potensial antara 2 titik. Untuk menjelaskan tegangan dan potensial, perhatikan gambar 1 di bawah ini.

 

Gambar 1. Potensial Listrik

Suatu muatan listrik statis (diam) sebesar Q, memancarkan medan listrik sebesar E. Kemudian terdapat muatan kedua sebesar q. Pada saat berada di a, muatan q memiliki energi potensial listrik. Pada saat di b, muatan energi potensial listrik pula. Perbedaan energi potensial listrik untuk setiap muatan q, antara a dan b disebut tegangan a-b. Mungkin pembaca kurang suka dengan definisi tersebut. Agar lebih mudah, kita gunakan analogi fluida seperti pada gambar 2.
 

Gambar 2. Analogi tegangan

 Jika 2 bejana berhubungan diisi dengan suatu cairan dengan jenis yang sama, saat ketinggian bejana adalah sama, maka fluida tidak akan mengalir. Jika ketinggian bejana berbeda, maka akan ada aliran. Adanya aliran ini diakibatkan oleh perbedaan tekanan (differential pressure, dp). Dengan demikian, tegangan beranalogi dengan dp, dan potensial beranalogi dengan tekanan. Sehingga, saya kurang setuju dengan beberapa situs yang mengatakan tegangan beranalogi dengan tekanan, karena keduanya memiliki tingkatan berbeda dalam analogi.

Sedangkan arus adalah banyaknya aliran muatan listrik tiap satuan waktu. Secara analogi, arus dianalogikan sebagai aliran (flow). Setelah membaca penjelasan tentang definisi tegangan, maka memahami definisi arus akan lebih mudah. Arus mengalir sebagai akibat dari tegangan (perbedaan potensial). Sebagai konvensi, arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah sebagaimana diperlihatkan dalam gambar 3.

Gambar 3. Tegangan dan Arus

Pada gambar 3, sebagaimana dijelaskan pada chapter sebelumnya, bahwa 'aktor' utama arus listrik adalah elektron. Apabila mengacu pada definisi ini, sebetulnya yang bergerak adalah elektron, maka arus listrik bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi. Namun karena konsep arus konvensional sudah dibangun sejak lama, dan banyak teori yang berlandaskan aturan tersebut maka dibuat semacam konvensi tidak tertulis. Arus listrik (arus listrik konvensional) mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Sedangkan arus listrik sebenarnya (arus elektron, arus listrik moderen) mengalir dari potensial negatif ke potensial positif.

released: Paiton, 6 Juni 2012 20.16

Sumber:

http://en.wikipedia.org/wiki/Voltage

http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_potential

http://en.wikipedia.org/wiki/Volt

http://www.physicstutorials.org/home/electric-current/electric-current-and-flow-of-charge