MENGENAL LISTRIK [2]

Hai sahabat Belajar Engineer, jika pada kesempatan sebelumnya kita sudah bersama – sama mengenal listrik dalam bentuk analogi air kali ini kita akan mengenal listrik lebih dalam secara sudut pandang teknik. Pada pembahasan kali ini kita akan fokus pada listrik DC (direct current) atau listrik searah. Untuk listrik AC (alternating current) atau listrik bolak – balik akan kita bahas di kesempatan selanjutnya setelah konsep pengenalan listrik.

Seperti yang sudah disampaikan sebelumnya pada Mengenal Listrik [1], di dalam listrik terdapat 3 hal utama yang saling berkaitan, yaitu tegangan (voltage) dengan satuan Volt, arus (current) dengan satuan Ampere, serta hambatan (resistance) dengan satuan Ohm (disimbolkan dengan omega Ω). Tegangan merupakan perbedaan potensial antara kutub positif dan kutub negatif. Perbedaan potensial inilah yang “mendorong” elektron untuk berpindah dari kutub negatif ke kutub positif.

Sebelum melanjutkan pembahasan, kita perlu mengetahui apa itu elekton. Elektron merupakan bagian dari atom, dimana atom merupakan partikel terkecil dari suatu benda atau bisa dibilang inti dari materi. Atom terdiri dari inti atom yang bersifat positif dan berisi proton dan neutron (kecuali Protium yang tidak memiliki neutron) dan elektron yang bersifat negatif pada kulit atom. Jumlah proton, neutron, dan elektron setiap materi berbeda satu dengan yang lain. Hal inilah yang mengakibatkan sifat benda satu berbeda dengan benda lain. Dalam kelistrikan, jumlah elektron sangat mempengaruhi apakah benda tersebut bersifat konduktor yang dapat mengalirkan arus listrik, atau isolator yang tidak dapat mengalirkan arus listrik.

Inti atom dikelilingi oleh kulit atom. Elektron yang bersifat negatif akan mengorbit inti atom pada kulit atom dengan jumlah tertentu pada setiap lapisan kulitnya. Setiap kulit atom memiliki sebutan yang diurutkan berdasarkan abjad dari huruf K sampai Q. Kulit K merupakan kulit yang paling mendekati inti atom. Jumlah elektron yang beredar pada setiap kulit atom masing – masing memiliki konfigurasi sendiri – sendiri, dengan rumus 2(n²) dimana n merupakan nomor lapisan kulit. Untuk lebih jelasnya bisa melihat tabel  di bawah.

KULIT KE -	NAMA KULIT	JUMLAH ELEKTRON MAKSIMUM	KETERANGAN
1	K	2
2	L	8
3	M	8 atau 18	·   Jika jumlah elektron sisa dari kulit L berjumlah antara 8 – 17, kulit M diisi 8 elektron dan sisanya masuk ke kulit N ·   Jika jumlah elektron sisa dari kulit L berjumlah 18 atau lebih, kulit M diisi 18 elektron dan sisanya masuk ke kulit N
4	N	8 atau 18 atau 32	·  Jika jumlah elektron sisa dari kulit M berjumlah antara 8 – 17, kulit N diisi 8 elektron dan sisanya masuk ke kulit O ·  Jika jumlah elektron sisa dari kulit M berjumlah antara 18 – 31, kulit N diisi 18 elektron dan sisanya masuk ke kulit O ·  Jika jumlah elektron sisa dari kulit M berjumlah 32 atau lebih, kulit N diisi 32 elektron dan sisanya masuk ke kulit O

Konfigurasi jumlah elektron tersebut berlanjut sampai kulit O, P, dan Q meskipun pada aktualnya belum ada atom yang elektronnya bisa mengisi kulit atom sampai penuh pada kulit Q.

Elektron yang berada pada kulit terluar disebut elektron valensi. Elektron ini yang bisa menjadi elektron bebas ketika mendapatkan dorongan dari luar. Elektron bebas ini bisa berpindah dari satu atom ke atom yang lain. Perpindahan elektron antar atom inilah yang menjadikan munculnya arus listrik.

Jumlah elektron valensi pada suatu materi turut mempengaruhi jenis benda tersebut masuk pada klasifikasi konduktor, semi konduktor atau isolator. Seperti contohnya penggambaran Bohr model atom tembaga yang memiliki 1 elektron valensi di bawah, hal ini menjadi salah satu penyebab tembaga merupakan jenis konduktor yang baik.

 

Atom Copper (Tembaga)

Pada atom yang bersifat stabil, netral atau equilibrium jumlah elektron akan sama dengan jumlah proton. Seperti pada gambar di atas pada atom tembaga, elektron yang bermuatan negatif berjumlah 29 sama dengan jumlah proton yang bermuatan positif. Setiap atom pada materi yang sama memiliki jumlah proton yang sama, tetapi bisa memiliki jumlah elektron yang berbeda jika atom tersebut tidak pada kondisi netral.

Elektron yang jauh lebih ringan daripada proton dapat berpindah antar atom, terutama elektron valensi. Perpindahan elektron inilah yang mengakibatkan munculnya arus listrik. Ketika jumlah elektron pada atom lebih sedikit daripada proton, atom tersebut bermuatan positif. Ketika jumlah elektron pada atom lebih banyak daripada proton, atom tersebut bermuatan negatif. Kehilangan elektron ataupun mendapatkan elektron akan mengubah muatan listrik pada atom tersebut.

Baterai memiliki 2 kutub, kutub positif dan kutub negatif. Antara kutub positif dan kutub negatif terdapat perbedaan potensial atau tegangan (yang terukur dengan satuan volt). Perbedaan potensial ini yang menyebabkan elekton pada kabel tembaga atau rangkaian listrik bergerak.

Untuk lebih mudahnya kita bisa membayangkan bahwa kutub negatif merupakan kutub yang mengandung banyak elektron, sedangkan kutub positif merupakan kutub yang kekurangan elektron dan siap menerima elektron. Ketika kutub positif dan negatif baterai dihubungkan dengan konduktor berupa kabel tembaga, elektron akan bergerak dari kutub negatif ke kutub positif sehingga timbullah arus listrik. Semakin banyak elektron yang berpindah, semakin besar arus listrik yang mengalir. Perpindahan atau aliran elektron inilah yang bertanggung jawab atas munculnya aliran arus listrik. Arus listrik akan terus mengalir sampai muatan pada kutub negatif habis, atau kutub positif tidak mampu menerima elekton lagi.

Banyak yang berpendapat bahwa arus listrik mengalir dari kutub negatif ke kutub positif karena elektron bergerak dari kutub negatif ke kutub positif. Tetapi sampai saat ini mayoritas tetap menyetujui bahwa arah arus listrik dari kutub poisitif ke kutub negatif berkebalikan dengan arah aliran elektron.

Demikian pembahasan lanjutan mengenai Mengenal Listrik, jika sahabat Belajar Engineer ingin bertanya, menambahkan atau berdiskusi bisa melalui kolom komentar. Jika berkenan sahabat Belajar Engineer bisa menyaksikan video di bawah mengenai pembahasan Mengenal Listrik di halaman ini. Sampai bertemu lagi di pembahasan berikutnya.