GAYA GERAK LISTRIK : Rumus, Pengertian, Sumber, Penerapan

Gaya Gerak Listrik – Listrik merupakan hal yang sangat penting dan krusial sekarang ini. Penggunaannya sangat dibutuhkan oleh banyak orang. Tidak ada listrik, bisa-bisa dunia gelap gulita tak ada cahaya. Lalu bagaimana dengan ilmu sains yang mempelajari mengenai listrik? Salah satu materi yang harus diketahui adalah Gaya Gerak Listrik. Secara umum, gaya gerak listrik atau yang juga sering disingkat dengan singkatan GGL ini adalah perbedaan potensial ujung perhantar tanpa dialiri arus listrik.

Michael Faraday (seorang ilmuwan Inggris), pernah melakukan suatu percobaan yang berhasil menunjukkan bahwa gerakan yang ditimbulkan oleh magnet terhadap kumparan menyebabkan jarum pada galvanometer menyimpang. Alat yang dipakai adalah galvanometer, kumparan, magnet batang, dan kabel penghantar.

Sejarah Gaya Gerak Listrik

Pada percobaan yang dilakukan Michael Faraday, ketika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum pada galvanometer akan menyimpang ke kanan. Sebaliknya, jika magnet diam di dalam kumparan, jarum galvanometer tidak bergerak atau tidak menyimpang sama sekali. Peristiwa timbulnya arus listrik ini disebut induksi elektromagnetik. Beda potensial yang timbul di antara ujung-ujung kumparan disebut dengan Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi.

Jarum galvanometer ternyata juga bergerak ketika magnet dikeluarkan dari kumparan. Hanya saja, arah penyimpangan jarum galvanometer berlawanan dengan arah penyimpangan ketika jarum berada dalam kumparan. Dari hasil percobaan Michael Faraday dapat disimpulkan bahwa Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi kumparan.

Pengertian Gaya Gerak Listrik

Gaya Gerak Listrik adalah gaya yang timbul dari perbedaan potensial antara ujung-ujung penghantar tanpa dialiri arus listrik. Gaya Gerak Listrik atau biasa disingkat GGL ini merupakan energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik yang berada di antara dua kutub baterai atau generator. Satuan untuk Gaya Gerak Listrik adalah Volt.

Muatan-muatan listrik yang berada di antara dua kutub dapat bergerak karena adanya Gaya Gerak Listrik. Muatan-muatan itu antara lain adalah elektron. Sebuah elektron yang bermuatan e bergerak dari kutub negatif ke kutub positif melalui konduktor di luar baterai dengan gaya gerak listrik V, elektron akan mendapatkan energi sebesar e x V joule.

Jika sejumlah arus keluar dari baterai, tegangan akan turun. Agar tegangan tetap ada, maka dibutuhkan suatu sumber energi. Energi yang dikeluarkan inilah yang dinamakan Gaya Gerak Listrik.

Gaya gerak listrik, secara sederhana dapat diartikan sebagai energi per satuan muatan. Gaya Gerak Listrik (GGL) ditulis dengan sebuah simbol. Jika muatan yang digerakkan disimbolkan dengan dQ dan usaha yang dibutuhkan disimbolkan dengan dW, maka hubungan yang diperoleh adalah

dε = dW/dQ

Satuan Gaya Gerak Listrik dapat diturunkan dari persamaan di atas. Jika dilihat dari persamaan, maka satuan Gaya Gerak Listrik adalah J/C atau Volt. J adalah Joule (satuan dari usaha), sedangkan C adalah Coloumb (satuan dari besar muatan).

Saat penghantar dihubungkan dengan arus listrik, maka Gaya Gerak Listrik juga akan ikut teraliri arus listrik. Arus listrik disimbolkan dengan simbol i. Hal ini akan menyebabkan timbulnya tegangan dalam. Tegangan dalam biasa disimbolkan dengan simbol Vs.

Sumber Gaya Gerak Listrik

Gaya Gerak Listrik dapat timbul dari alat yang memiliki kutub negatif dan kutub positif yang terpisah. Dua kutub ini disebut terminal. Muatan listrik positif akan berkumpul di terminal positif. Muatan listrik positif akan berkumpul di terminal positif. Terminal positif disebut juga dengan anoda, sedangkan terminal negatif disebut juga dengan katoda.

Terpisahnya terminal positif (anoda) dengan terminal negatif (katoda) menimbulkan adanya medan listrik. Medan listrik ini mempunyai arah dari anoda ke katoda. Medan listrik ini membuat muatan positif selalu terdorong ke katoda (terminal negatif). Medan listrik ini juga mendorong muatan negatif menuju ke anoda (terminal positif).

Terdorongnya muatan positif ke terminal negatif, dan sebaliknya muatan negatif ke terminal positif dapat dilawan dengan suatu medan non listrik yang dihasilkan oleh suatu alat. Medan non listrik cara kerjanya berlawanan dengan cara kerja medan listrik. Gaya Gerak Listrik mendorong elektron dari potensial rendah ke potensial tinggi.

Sumber Gaya Gerak Listrik (GGL) dapat mengubah energi kimia, energi mekanik, dan bentuk energi yang lain menjadi energi listrik. Contoh sumber Gaya Gerak Listrik (GGL) yang sudah familiar di dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai dan generator.

Baterai yang ideal adalah sumber gaya gerak listrik yang dapat menjaga agar beda potensial antara kedua kutub (terminal) tetap dan tidak bergantung pada kecepatan aliran muatan. Baterai yang ideal mempunyai beda potensial yang sama dengan gaya gerak listrik (ggl) baterai.

Pada saat arus dihilangkan/ditarik dari baterai, tegangan antara terminal positif dan negatif menjadi tidak konstan atau turun dari nilai GGL nya. Peristiwa ini terjadi karena reaksi kimia pada baterai tidak mampu memasok muatan dengan cukup cepat untuk mempertahankan agar ggl tetap penuh. Muatan-muatan yang melaju bebas selalu mempunyai hambatan. Ini berarti, di dalam baterai itu sendiri terdapat hambatan. Hambatan ini disebut hambatan dalam baterai.

Baterai dapat dianggap sebagai sebuah baterai ideal dengan gaya gerak listrik (E) disusun seri terhadap hambatan dalam (r). Tegangan jepit yang merupakan tegangan luar iR disimbolkan dengan VAB.

VAB = i.R

Maka,
E – ir = iR
E = iR + ir = i (R + r)
I = E / (R+r)

Sumber tegangan dapat disusun secara seri maupun secara paralel. Perbedaan susunan ini akan menyebabkan perbedaan perhitungan besar ggl pada rangkaian.

1. Sumber Tegangan disusun Seri
Sejumlah n sumber tegangan disusun seri. Jika susunan sumber tegangan ini akan diganti dengan sumber tegangan pengganti, maka tegangan pengganti tersebut dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.

ε = ε1+ε2+ε3+…+εn

Untuk hambatan dalam pengganti dapat dihitung sebagai berikut:

rs =r1 + r2 + r3 +….+rn

Jika sumber tegangan yang disusun adalah sejenis dengan ggl ε dan hambatan dalam r disusun secara seri, maka besar sumber tegangan pengganti adalah sebesar

εs = n ε

Untuk hambatan dalam pengganti dapat dihitung sebagai berikut:

rs = nr

n merupakan jumlah sumber tegangan (baterai) yang disusun secara seri.
Anda dapat menghitung besar arus (I) dengan cara berikut:

I = εn/(R + rn)

Contoh Soal Sumber Tegangan Disusun Secara Seri

Soal:
Empat (4) buah baterai yang masing-masing memiliki GGL 3V dan mempunyai hambatan dalam 1 Ω dirangkai dengan sebuah lampu yang berhambatan 8 Ω. Hitunglah kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian jika baterai dirangkai secara seri!

Jawaban:
Diketahui:
– Jumlah baterai (n) = 4
– Hambatan dalam baterai (r) = 1 Ω
– Gaya Gerak Listrik (ε) = 3 V
– Hambatan Lampu (R) = 8 Ω

Ditanyakan
– Kuat Arus Listrik (i) jika disusun secara seri

Jawab
I = nε/(R+nr)
I = 4 . 3 V/(8 Ω + 4. 1 Ω)
I = 12 V/12 Ω
I = 1 A

Jadi, kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah sebesar 1 A (ampere)

Soal:
Empat buah resistor dengan besar masing-masing hambatan 2Ω, 3Ω, 4Ω, dan 5Ω disusun secara seri. Rangkaian ini dihubungkan dengan suatu sumber tegangan yang memiliki GGL 15,5 V dan hambatan dalam sebesar 1,5Ω. Berapa besar kuat arus pada rangkaian tersebut?

Diketahui:
– Hambatan resistor R1 = 2 Ω
– Hambatan resistor R2 = 3 Ω
– Hambatan resistor R3= 4 Ω
– Hambatan resistor R4= 5 Ω
– Hambatan dalam r = 1,5 Ω
– Gaya Gerak Listrik ε = 15,5 V

Ditanyakan:
– Kuat Arus Listrik (i) jika disusun secara seri

Jawab:
Rs = R1 + R2 + R3 +R4
Rs = (2 + 3 + 4 + 5) Ω
Rs = 14 Ω
I = ε/(Rs+r)
I = 15,5 V/(14 Ω + 1,5 Ω)
I = 1 A

Jadi, kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah sebesar 1 A (ampere)

Sumber Tegangan disusun Paralel

Sejumlah n sumber tegangan jika disusun secara paralel, akan memiliki besar sumber tegangan jepit yang sama, sehingga berlaku:

V1 = V2=…= Vn= I x R
Ε1 – I1 x r 1 = ε2 – I2 x r2 = …. = εn – In x rn = ( In+In +…+In) R

Untuk hambatan dalam pengganti dapat dihitung sebagai berikut:

rp=r/n

Keterangan:
n menyatakan jumlah baterai (sumber tegangan) yang dirangkai secara paralel.

Jika sumber tegangan yang disusun adalah sejenis dengan ggl ε dan hambatan dalam r disusun secara paralel, maka besar sumber tegangan pengganti adalah sebesar

ε p = ε

Anda dapat menghitung besar arus (I) dengan cara berikut:

I = ε/(R + r/n)

Contoh Soal Sumber Tegangan Disusun Secara Paralel

Soal:
Tiga baterai dengan ggl masing-masing sebesar 1,8V dan hambatan dalam sebesar 0,15Ω disusun secara paralel dan digunakan untuk menyalakan lampu yang memilki hambatan 1,75Ω. Hitunglah besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut!

Jawab:
I = ε/(R + r/n)
I = 1,8 / [1,75 +(0,15/3)]
I = [1,8 + (1,75+ 0,005)]
I = 1,8/1,8
I = 1A

Jadi, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah sebesar 1 A (ampere)

Soal
Baterai sejumlah 3 buah masing-masing mempunyai GGL sebesar 1,5V. Hitunglah besar GGL total atau GGL terminalnya jika:
a. Baterai dirangkai secara seri
b. Baterai dirangkai secara paralel
c. Hambatan dalam total dirangkai secara seri
Hambatan dalam total dirangkai secara paralel

Jawab
Diketahui:
– Jumlah sumber tegangan (n) = 3 buah
– Besar Gaya Gerak Listrik/GGL (ε) = 1,5 Volt
– Hambatan dalam (r) = 0,1 ohm

Jawab:
a) GGL total dirangkai seri
εs = n x ε
εs = 3 x 1,5 v
εs = 4,5 v

b) GGL total dirangkai paralel
εp = ε, maka
εt = 1,5 v

c) hambatan dalam total dirangkai seri, maka
rs = n x r
rs = 3 x 0,1
rs = 0,3 ohm

d) hambatan dalam total dirangkai paralel, maka
rp = r/n
rp = 0,1/3
rp = 0,03 ohm

Medan Listrik

Medan listrik dapat diartikan sebagai suatu medan vektor, dimana medan ini merupakan distribusi vektor-vektor. Setiap titik dalam ruang suatu objek bermuatan, memiliki sebuah vektor (nilai dan arah).

Di dalam medan listrik terdapat garis-garis medan listrik. Ruang di sekitar sebuah benda yang bermuatan dipenuhi oleh garis-garis gaya. Medan listrik mempunyai satuan Newton per Coulomb (N/C).

Gaya Gerak Magnet

Gejala magnet sudah tidak asing dalam kehidupan manusia. Bahkan, bumi yang Anda tinggali adalah sebuah magnet raksasa dengan kutub utara magnet bumi berada di dekat kutub selatan bumi dan kutub selatan magnet bumi berada di dekat kutub utara bumi.

Magnet dibentuk dari dua kutub, sehingga magnet disebut pula dipol (dwikutub) magnet. Tidak ada magnet yang hanya memilki satu buah kutub atau berkutub tunggal (monopol).

Garis-garis pada medan magnet mempunyai beberapa aturan yang berlaku. Aturan pertama adalah arah garis yang menyinggung garis medan magnet pada semua titik memberikan arah dari B di titik tersebut.

Aturan kedua adalah jarak antar garis mewakili magnitudo B. Pada daerah yang garis-garisnya lebih rapat, maka memiliki medan magnet yang lebih kuat, begitu pula sebaliknya, jika garis-garisnya renggang, maka medan magnet yang dimiliki lebih lemah.

Garis-garis gaya pada sebuah magnet selalu membentuk sebuah loop tertutup. Medan magnet terkuat pada sebuah magnet adalah pada ujung-ujung kutub utara dan kutub selatan. Pada ujung kedua kutub, garis-garis gaya yang ada akan semakin rapat dibandingkan di daerah tengah magnet.

Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Gaya Gerak Listrik

Faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gerak listrik antara lain:
a. Besar Medan Magnet (B)
b. Banyak Lilitan (N)
c. Kecepatan perubahan garis gaya magnet
d. Panjang penghantar (l)
e. Kecepatan gerak penghantar (v)

Penerapan Gaya Gerak Listrik Pada Kehidupan Sehari-Hari

Gaya gerak listrik dapat Anda lihat penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Penerapan gaya gerak listrik pada kehidupan sehari-hari contohnya adalah pada alat-alat listrik yang ada di sekitar rumah Anda. Gaya Gerak Listrik bahkan juga dijumpai pada aksesoris dan hiasan yang ada di rumah Anda. Sebagian besar dari alat-alat tersebut menerapkan atau memanfaatkan teknologi gaya magnetik sebagai perekat.

Hukum Faraday

Hukum Faraday dicetuskan oleh Michael Faraday. Menurut Faraday, besar Gaya Gerak Listrik pada kedua ujung kumparan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Hal ini berarti semakin cepat terjadi perubahan fluks magnetik, maka semakin besar Gaya Gerak Listrik yang ditimbulkan.

Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Gerak Listrik

Soal 1
Sebuah akumulator (aki) memiliki ggl sebesar 5,6V. aki tersebut dialiri dengan arus sebesar 10A. Tegangan jepitnya adalah 6,8V. Hitungalah besar hambatan dalam yang dimiliki oleh aki tersebut!

Jawab
Diketahui:
– Tegangan Jepit (Vjepit) = 6,8V
– Gaya Gerak Listrik (GGL) = 5,6V
– Kuat Arus (I) = 10A

Ditanyakan:
– Besar hambatan dalam aki

Jawab:
Vjepit = I.R
R = Vjepit / I
R = 6,8V / 10 A
R = 0,68 ohm

Hambatan dalam aki dapat dihitung sebagai berikut:
V = ε – I.r
6,8V = 5,6V – (10A).r
r = 0,12 ohm

Soal 2
Sebuah baterai memiliki ggl (ε) sebesar 9V. Jika dua kutub baterai dihubungkan dengan kawat yang tidak memiliki hambatan, pada baterai akan mengalir arus listrik 4A. Hitunglah:
a. Hambatan dalam baterai
b. Tegangan jepit baterai, jika baterai dihubungkan dengan hambatan luar (R) sebesar 10 ohm.

Jawab:
a. Hambatan luar sama dengan nol, maka kuat arus hanya dibatasi oleh hambatan dalam.
r = ε / I
r = 9V / 4A
r = 2,25 ohm

b. Hambatan luar R = 10 ohm, maka kuat arus yang mengalir dapat dihitung sebagai berikut
I = ε / (r + R)
I = 9V / (10 ohm + 2,25 ohm)
I = 0,73 A

Tegangan jepit baterai dapat dihitung sebagai berikut:
Vjepit = I.R
Vjepit = (0,73A)(10 ohm)
Vjepit = 7,3V

Contoh contoh soal dan pembahasan mengenai gaya gerak listrik diatas tentunya bisa menjadi referensi untuk Anda yang sedang duduk di bangku SMA dan perkuliahan karena merupakan salah satu materi yang penting dan wajib anda kuasai. Dengan mempelajari contoh soal, anda akan mudah terbiasa dan mahir dalam mengerjakan soal-soal lainnya. Jadi, lakukan latihan pembahasan soal sebanyak mungkin hingga anda paham. Semoga bermanfaat!

Boleh copy paste, tapi jangan lupa cantumkan sumber. Terimakasih

Gaya Gerak Listrik