DEFINISI DAN SEJARAH LISTRIK

Add caption

Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. Listrik menimbulkan berbagai macam efek yang telah umum diketahui, seperti petir, listrik statis, induksi elektromagnetik dan arus listrik. Adanya listrik juga bisa menimbulkan dan menerima radiasi elektromagnetik seperti gelombang radio.

Dalam listrik, muatan menghasilkan medan elektromagnetik yang dilakukan ke muatan lainnya. Listrik muncul akibat adanya beberapa tipe fisika:

• muatan listrik: sifat beberapa partikel subatomik yang menentukan interaksi elektromagnetik. Substansi yang bermuatan listrik menghasilkan dan dipengaruhi oleh medan elektromagnetik.
• medan listrik (lihat elektrostatis): tipe medan elektromagnetik sederhana yang dihasilkan oleh muatan listrik ketika diam (maka tidak ada arus listrik). Medan listrik menghasilkan gaya ke muatan lainnya.
• potensial listrik: kapasitas medan listrik untuk melakukan kerja pada sebuah muatan listrik, biasanya diukur dalam volt.
• arus listrik: perpindahan atau aliran partikel bermuatan listrik, biasanya diukur dalam amperes.
• elektromagnet: Muatan berpindah menghasilkan medan magnet. Arus listrik menghasilkan medan magnet dan perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik.

Pada teknik elektro, listrik digunakan untuk:

• tenaga listrik dimana arus listrik digunakan untuk menghidupkan peralatan;
• elektronik yang berhubungan dengan sirkuit listrik yang melibatkan komponen listrik aktif seperti tabung vakum, transistor, dioda dan sirkuit terintegrasi.

Fenomena listrik telah dipelajari sejak zaman purba, meskipun pemahaman secara teoritisnya berkembang lamban hingga abad ke-17 dan 18. Meski begitu, aplikasi praktisnya saat itu masih sedikit, hingga di akhir abad ke-19 para insinyur dapat memanfaatkannya pada industri dan rumah tangga. Perkembangan yang luar biasa cepat pada teknologi listrik mengubah industri dan masyarakat. Fleksibilitas listrik yang amat beragam menjadikan penggunaannya yang hampir tak terbatas seperti transportasi, pemanasan, penerangan, telekomunikasi, dan komputasi. Tenaga listrik saat ini adalah tulang punggung masyarakat industri modern.

Sejarah

Thales, ilmuwan pertama yang meneliti listrik

Jauh sebelum pengetahuan tentang listrik ada, orang pada saat itu takut akan kejutan dari ikan listrik. Penduduk Mesir Kuno dari zaman 2750 BC menyebut ikan ini sebagai "Guntur dari Nil", dan menganggap mereka sebagai "pelindung" dari semua ikan lainnya. Ikan listrik kemudian juga dilaporkan satu milenium kemudian oleh Yunani Kuno, Kekaisaran Romawi dan para naturalis Arab. Beberapa penulis kuno, seperti Plinius yang Tua dan Scribonius Largus, membuktikan efek mati rasa sengatan listrik dari lele dan pari torpedo, dan tahu bahwa kejutan listrik tersebut dapat mengalir melalui benda berkonduktansi. Pasien yang terkena pirai atau sakit kepala juga diarahkan untuk memegang ikan listrik dengan harapan bahwa kejutan yang kuat tersebut mampu menyembuhkan mereka. Kemungkinan pendekatan awal dan paling dekat kepada penemuan listrik dari sumber lainnya adalah kepada orang-orang Arab, dimana sebelum abad ke-15 mereka telah memiliki kata berbahasa Arab untuk petir (raad) ke pari listrik.

Beberapa budaya kuno sekitar Mediterania mengetahui bahwa beberapa benda, seperti batang ambar, dapat digosok dengan bulu kucing untuk menarik benda ringan seperti bulu. Thales membuat beberapa observasi pada listrik statis sekitar tahun 600 BC, dimana ia percaya bahwa friksi yang dihasilkan amber magnetik, kebalikan dari minerak seperti magnetit yang tidak perlu digosok.Thales saat itu belum benar bahwa tarik-menarik disebabkan oleh efek magnet, namun sains kemudian membuktikan adanya hubungan antara magnetisme dan listrik. Menurut sebuah teori kontroversial, orang-orang Parthia mungkin telah memiliki pengetahuan tentang elektroplating, berbasis pada penemuan Baghdad Battery tahun 1936 yang menyerupai sel galvanis, meskipun belum diketahui apakah artefak itu berlistrik di alam.

Add caption

Benjamin Franklin melakukan penelitian ekstensif tentang listrik di abad ke-18, didokumentasikan oleh Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, dengannya Franklin melakukan korespondensi lanjutan.

Listrik tetap hanya menjadi bahan keingintahuan selama satu milenium hingga tahun 1600, ketika ilmuwan Inggris William Gilbert membuat studi khusus mengenai listrik dan magnetisme, membedakan efek lodestone dari listrik statis yang dihasilkan dengan menggosok ambar. Ia mengajukan kata Latin Baru electricus ("seperti amber", seperti ????????, elektron, kata Yunani Kuno untuk "amber") untuk merujuk pada sifat menarik benda ringan setelah digosok. Kata ini akhirnya diserap dalam bahasa Inggris "electric" dan "electricity", yang pertama kali muncul pada tulisan cetak pada tulisan milik Thomas Browne, Pseudodoxia Epidemica, tahun 1646.

Karya berikutnya yang dilakukan oleh Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray dan C. F. du Fay. Di abad ke-18, Benjamin Franklin melakukan penelitian ekstensif pada kelistrikan. Bulan Juni 1752 ia berhasil menempelkan kunci logam ke bagian dasar senar layang yang dibasahi dan menerbangkan layang tersebut di langit berbadai. Adanya kilatan yang meloncat dari kunci ke tangannya menunjukkan bahwa kilat adalah listrik di alam.

Penemuan Michael Faradaydmenjadi dasar teknologi motor listrik

Tahun 1791, Luigi Galvani mempublikasikan penemuan biolistrik, menunjukkan bahwa listrik merupakan medium dimana sel saraf memberikan signal ke otot. Baterai Alessandro Volta atau tumpukan volta di tahun 1800, dibuat dari lapisan seng dan tembaga, sehingga memberikan sumber yang lebih dipercaya bagi para ilmuwan bagi sumber energi listrik daripada mesin elektrostatis yang sebelumnya digunakan. Dikenalnya elektromagnetisme, kesatuan fenomena listrik dan magnetik, adalah karya Hans Christian ?rsted dan Andr�-Marie Amp�re tahun 1819-1820; Michael Faraday menemukan motor listrik tahun 1821, dan Georg Ohm menganalisa secara matematis sirkuit listrik tahun 1827. Listrik dan magnet (dan cahaya) dihubungkan oleh James Clerk Maxwell, pada tulisannya "On Physical Lines of Force" tahun 1861 dan 1862.

Di awal abad ke-19 mulai ada perkembangan yang cepat dalam ilmu kelistrikan. Beberapa penemu seperti Alexander Graham Bell, Ott? Bl?thy, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, ?nyos Jedlik, Lord Kelvin, Sir Charles Parsons, Ernst Werner von Siemens, Joseph Swan, Nikola Tesla dan George Westinghouse, listrik berubah dari keingintahuan sains menjadi peralatan berguna untuk kehidupan modern, menjadi penggerak bagi Revolusi Industri Kedua.

Tahun 1887, Heinrich Hertz menemukan bahwa elektroda yang teriluminasi dengan cahaya ultraviolet dapatmenghasilkan percikan listrik lebih mudah. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisan yang menjelaskan data percobaan dari efek fotolistrik sebagai hasil dari energi cahaya yang dibawa pada discrete quantized packets, menghidupkan elektron. Penemuan ini mengantarkan pada revolusi kuantum. Einstein mendapatkan Hadiah Nobel bidang Fisika tahun 1921 untuk "penemuannya dalam hukum efek fotolistrik". Efek fotolistrik juga digunakan dalam fotosel seperti yang bisa ditemukan pada panel surya dan bisa digunakan untuk memproduksi listrik secara komersial.

Alat solid-state pertama adalah detektor "cat's whisker", pertama kali digunakan tahun 1900an di penerima radio. Kawat menyerupai kumis ditempatkan berkontak dengan kristal padat (seperti kristal germanium) untuk mendeteksi signal radio dengan efek simpang kontak. Pada komponen bentuk padat, arus listrik dibatasi oleh elemen padat dan senyawa direkayasa spesifik untuk menghidupkan dan memperkuatnya. Aliran arus dapat dipahami dalam 2 bentuk: sebagai elektron bermuatan negatif dan elektron kekurangan muatan positif yang disebut lubang. Muatan dan lubang ini dapat dipahami pada fisika kuantum. Material pembangunnya biasanya adalah kristalin semikonduktor.

Komponen bentuk-padat kemudian berkembang dengan munculnya transistor tahun 1947. Beberapa komponen bentuk padat yang umum adalah transistor, chip mikroprosesor, dan RAM. Sebuah tipe khusus dari RAM disebut flash RAM digunakan pada flash drives. Selain itu, solid-state drive saat ini digunakan untuk menggantikan cakram keras yang berputar mekanis. Komponen bentuk padat mulai populer tahun 1950-an dan 1960-an, transisi dari tabung vakum ke dioda semikonduktor, transistor, sirkuit terintegrasi (IC) dan diode pancaran cahaya (LED).

Konsep

Muatan listrik

Muatan pada elektroskop berdaun-emas menyebabkan daunnya akan terlihat tolak-menolak satu sama lain

Adanya muatan akan menghasilkan gaya elektrostatis: muatan memberikan gaya pada muatan lainnya, sebuah efek yang diketahui sejak zaman kuno. Sebuah bola ringan yang digantung dari senar dapat diberi muatan dengan menyentuhkannya dengan pengaduk kaca yang telah dimuati dengan menggosokkannya pada kain. Jika ada bola yang sama dimuati dengan pengaduk kaca yang sama, maka akan menolak bola pertama: muatan bekerja pada kedua bola. Dua bola yang dimuati dengan batang amber yang digosok juga menolak satu sama lain. Namun, jika satu bola dimuati oleh pengaduk kaca, dan lainnya dengan batang amber, kedua bola ini akan tarik menarik. Fenomena ini kemudian diinvestigasi di akhir abad ke-18 oleh Charles-Augustin de Coulomb. Penemuan ini kemudian memunculkan aksiom yang terkenal: muatan sejenis akan tolak-menolak dan muatan berlawanan jenis akan tarik-menarik.

Gaya yang bekerja pada partikel akan memberi muatan pada partikel itu sendiri, maka muatan akan memiliki kecenderungan untuk tersebar berlipat ganda pada permukaan berkonduksi. Besarnya gaya elektromagnetik, entah tarik-menarik atau tolak-menolak, dituliskan dalam Hukum Coulomb, yang menghubungkan gaya dengan hasil kali muatan dan memiliki hubungan kuadrat terbalik dengan jarak antar keduanya. Gaya elektromagnetik sangat kuat, hanya berada di belakang gaya nuklir kuat,namun ia bergerak ke semua arah. Sebagai perbandingan dengan gaya gravitasi yang jauh lebih lemah, gaya elektromagnetik akan mendorong kedua elektron terpisah 10⁴² kali daripada gaya tarik-menarik gravitasi yang saling menarik mereka.

Studi telah menunjukkan bahwa sumber muatan adalah dari tipe partikel subatomik tertentu yang memiliki sifat muatan listrik. Muatan listrik menimbulkan dan berinteraksi dengan gaya elektromagnetik, satu dari empat interaksi dasar di alam. Pembawa paling umum dari muatan listrik adalah elektron dan proton. Penelitian menunjukkan bahwa muatan adalah kekekalan kuantitas, artinya muatan bersih antara sebuah sistem terisolasi akan selalu konstan tanpa memperhatikan perubahan yang terjadi pada sistem tersebut. Dalam sistem, muatan dapat berpindah antar tubuh, entah melalui kontak langsung atau dilewatkan material berkonduksi seperti kawat. Sebutan listrik statis merujuk pada adanya muatan bersih pada suatu benda, biasanya disebabkan oleh kedua material berbeda yang digosok bersamaan, menyebabkan perpindahan muatan dari satu benda ke benda lainnya.

Muatan pada elektron dan proton berlainan tanda, maka jumlah muatan dapat diekspresikan negatif atau positif. Dengan konvensi, muatan yang dibawa elektron ditulis negatif, dan proton positif, sebuah kesepakatan yang berasal dari kerja Benjamin Franklin. Jumlah muatan biasanya diberi simbol Q dan satuannya coulomb; tiap elektron membawa muatan yang sama kira-kira ?1.6022�10^?19 coulomb. Jika proton memiliki muatan yang sama dan berlainan, maka muatannya +1.6022�10^?19  coulomb. Muatan tidak hanya dimiliki oleh materi, namun juga antimateri, tiap antipartikel memiliki hubungan muatan yang sama dan berlawanan dengan partikel lainnya.

Muatan dapat diukur dengan beberapa cara, salah satu instrumen awal adalah elektroskop berdaun-emas, yang saat ini masih digunakan untuk demonstrasi di kelas, telah digantikan oleh elektrometer elektronik.

Sifat-sifat listrik

Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frasa "jumlah listrik" digunakan juga dengan frasa "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan listrik: positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.

Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "C". Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan. Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".

Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten, cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam bola lampu (bulblamp atau bohlam).

Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat. Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik..

Berkawan dengan listrik

Aliran listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif.

Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").

Daya listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub negatif.

Sistem listrik yang masuk ke rumah kita, jika menggunakan sistem listrik 1 fase, biasanya terdiri atas 3 kabel:

Pertama adalah kabel fase (berwarna merah/hitam/kuning) yang merupakan sumber listrik bolak-balik (fase positif dan fase negatif berbolak-balik terus menerus). Kabel ini adalah kabel yang membawa tegangan dari pembangkit tenaga listrik (PLN misalnya); kabel ini biasanya dinamakan kabel panas (hot), dapat dibandingkan seperti kutub positif pada sistem listrik arus searah (walaupun secara fisika adalah tidak tepat).

Kedua adalah kabel netral (berwarna biru). Kabel ini pada dasarnya adalah kabel acuan tegangan nol, yang disambungkan ke tanah di pembangkit tenaga listrik, pada titik-titik tertentu (pada tiang listrik) jaringan listrik dipasang kabel netral ini untuk disambungkan ke ground terutama pada trafo penurun tegangan dari saluran tegangan tinggi tiga jalur menjadi tiga jalur fase ditambah jalur ground (empat jalur) yang akan disalurkan kerumah-rumah atau kelainnya.

Untuk mengatasi kebocoran (induksi) listrik dari peralatan tiap rumah dipasang kabel tanah atau ground (berwarna hijau-kuning) dihubungkan dengan logam (elektroda) yang ditancapkan ke tanah untuk disatukan dengan saluran kabel netral dari jala listrik dipasang pada jarak terdekat dengan alat meteran listrik atau dekat dengan sikring.

Dalam kejadian-kejadian badai listrik luar angkasa (space electrical storm) yang besar, ada kemungkinan arus akan mengalir dari acuan tanah yang satu ke acuan tanah lain yang jauh letaknya. Fenomena alami ini bisa memicu kejadian mati lampu berskala besar.

Ketiga adalah kabel tanah atau Ground (berwarna hijau-kuning). Kabel ini adalah acuan nol di lokasi pemakai, yang disambungkan ke tanah (ground) di rumah pemakai, kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah di rumah kita, kabel ini merupakan kabel pengamanan yang disambungkan ke badan (chassis) alat2 listrik di rumah untuk memastikan bahwa pemakai alat tersebut tidak akan mengalami kejutan listrik.

Kabel ketiga ini jarang dipasang di rumah-rumah penduduk, pastikan teknisi (instalatir) listrik anda memasang kabel tanah (ground) pada sistem listrik di rumah. Pemasang ini penting, karena merupakan syarat mutlak bagi keselamatan anda dari bahaya kejutan listrik yang bisa berakibat fatal dan juga beberapa alat-alat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik yang muncul di chassisnya (misalnya karena efek arus Eddy).

Satuan-satuan SI listrik

edit Unit-unit elektromagnetisme SI
Simbol	Nama kuantitas	Unit turunan		Unit dasar
I	Arus	ampere	A	A
Q	Muatan listrik, Jumlah listrik	coulomb	C	A�s
V	Perbedaan potensial	volt	V	J/C = kg�m2�s?3�A?1
R, Z	Tahanan, Impedansi, Reaktansi	ohm	?	V/A = kg�m2�s?3�A?2
?	Ketahanan	ohm meter	?�m	kg�m3�s?3�A?2
P	Daya, Listrik	watt	W	V�A = kg�m2�s?3
C	Kapasitansi	farad	F	C/V = kg?1�m?2�A2�s4
	Elastisitas	reciprocal farad	F?1	V/C = kg�m2�A?2�s?4
?	Permitivitas	farad per meter	F/m	kg?1�m?3�A2�s4
?e	Susceptibilitas listrik	(tak berdimensi)	-	-
	Konduktansi, Admitansi, Susceptansi	siemens	S	??1 = kg?1�m?2�s3�A2
?	Konduktivitas	siemens per meter	S/m	kg?1�m?3�s3�A2
H	Medan magnet, Kekuatan medan magnet	ampere per meter	A/m	A�m?1
?m	Flux magnet	weber	Wb	V�s = kg�m2�s?2�A?1
B	Kepadatan medan magnet, Induksi magnet, Kekuatan medan magnet	tesla	T	Wb/m2 = kg�s?2�A?1
	Reluktansi	ampere-turns per weber	A/Wb	kg?1�m?2�s2�A2
L	Induktansi	henry	H	Wb/A = V�s/A = kg�m2�s?2�A?2
?	Permeabilitas	henry per meter	H/m	kg�m�s?2�A?2
?m	Susceptibilitas magnet	(tak berdimensi)	-	-