Arus Listrik: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya

• Rumus arus listrik dapat dinyatakan dengan I = q/t, dimana I arus listrik, q jumlah muatan, t waktu.
• Arus listrik adalah aliran muatan listrik melalui suatu media konduktif seperti kawat atau penghantar lainnya.

Arus listrik adalah salah satu konsep dasar dalam ilmu fisika dan teknik listrik. Konsep ini sangat penting karena arus listrik digunakan untuk menjelaskan pergerakan elektron dalam konduktor yang menghasilkan energi listrik, yang kemudian digunakan untuk menjalankan berbagai perangkat elektronik dan mesin.

Tanpa arus listrik, banyak perangkat elektronik yang kita gunakan sehari-hari tidak akan berfungsi. Oleh karena itu, pemahaman dasar tentang konsep arus listrik menjadi sangat penting, baik dalam konteks pendidikan maupun dalam aplikasi praktis di dunia nyata.

Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah aliran muatan listrik melalui suatu media konduktif seperti kawat atau penghantar lainnya. Muatan ini biasanya dalam bentuk elektron yang bergerak dari satu titik ke titik lain akibat adanya perbedaan potensial (tegangan). Pergerakan muatan listrik menghasilkan arus listrik yang dapat dimanfaatkan untuk menyalakan lampu, menggerakkan motor, dan mengoperasikan berbagai perangkat elektronik lainnya.

Arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif di luar sumber listrik, seperti baterai atau pembangkit listrik, meskipun secara fisik, elektron sebenarnya bergerak dari kutub negatif ke kutub positif di dalam konduktor.

Satuan dari arus listrik adalah ampere (A), yang didefinisikan sebagai jumlah muatan listrik (dalam coulomb) yang mengalir melalui penghantar dalam waktu satu detik. Secara matematis, arus listrik dapat dinyatakan sebagai:
$$ I = \frac{Q}{t} $$
di mana:

• \( I \) adalah arus listrik dalam ampere (A),
• \( Q \) adalah muatan listrik dalam coulomb (C),
• \( t \) adalah waktu dalam detik (s).

Jenis Arus Listrik

• Arus Searah (DC – Direct Current)
  Arus yang mengalir dalam satu arah tetap. Contoh sumber arus searah adalah baterai dan sel surya.
• Arus Bolak-Balik (AC – Alternating Current)
  Arus yang arah alirannya berubah-ubah secara periodik. Contoh sumber arus bolak-balik adalah listrik dari jaringan rumah tangga.

Rumus Arus Listrik

Rumus utama yang berkaitan dengan arus listrik berasal dari hukum Ohm dan hubungan antara muatan, waktu, dan tegangan.

Rumus Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah salah satu hukum dasar dalam listrik yang menggambarkan hubungan antara arus listrik (I), tegangan (V), dan resistansi (R). Hukum ini dinyatakan dalam persamaan:
$$ V = I \times R $$
di mana:

• \( V \) adalah tegangan dalam volt (V),
• \( I \) adalah arus dalam ampere (A),
• \( R \) adalah resistansi dalam ohm (Ω).

Dari persamaan ini, kita juga bisa menentukan arus listrik sebagai:
$$ I = \frac{V}{R} $$
Ini berarti bahwa arus listrik sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansi.

Rumus Arus Berdasarkan Muatan

Selain hukum Ohm, arus listrik juga bisa dihitung berdasarkan jumlah muatan yang mengalir selama waktu tertentu. Rumusnya adalah:
$$ I = \frac{Q}{t} $$
di mana:

• \( I \) adalah arus dalam ampere (A),
• \( Q \) adalah jumlah muatan dalam coulomb (C),
• \( t \) adalah waktu dalam detik (s).

Satu coulomb setara dengan muatan listrik dari sekitar $$ 6.242 \times 10^{18} $$ elektron.

Daya Listrik dan Arus

Daya listrik adalah energi yang digunakan atau dihasilkan oleh alat listrik setiap detiknya. Hubungan antara daya (P), tegangan (V), dan arus listrik (I) dinyatakan dalam rumus:
$$ P = V \times I $$
di mana:

• \( P \) adalah daya dalam watt (W),
• \( V \) adalah tegangan dalam volt (V),
• \( I \) adalah arus dalam ampere (A).

Dari rumus ini, jika daya dan tegangan diketahui, kita bisa menghitung arus sebagai:
$$ I = \frac{P}{V} $$

Rumus Arus pada Kapasitor

Jika arus listrik mengalir melalui kapasitor dalam rangkaian, arus listrik dapat dihitung dengan rumus:
$$ I(t) = C \frac{dV(t)}{dt} $$
di mana:

• \( I(t) \) adalah arus pada waktu tertentu,
• \( C \) adalah kapasitansi kapasitor,
• \( \frac{dV}{dt} \) adalah laju perubahan tegangan terhadap waktu.

Contoh Soal dan Pembahasan Arus Listrik

Contoh Soal 1: Menghitung Arus Listrik Berdasarkan Tegangan dan Resistansi
Soal: Sebuah rangkaian memiliki sumber tegangan sebesar 24 V dan resistansi total sebesar 8 Ω. Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut.
Pembahasan:
Diketahui:

• Tegangan \( (V = 24\,V) \)
• Resistansi \( (R = 8\,\Omega) \)

Menggunakan hukum Ohm untuk menghitung arus:
$$ I = \frac{V}{R} = \frac{24}{8} = 3\,A $$

Jadi arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 3 ampere.

Contoh Soal 2: Menghitung Arus Listrik Berdasarkan Muatan dan Waktu
Soal: Jika 16 coulomb muatan mengalir melalui kawat penghantar dalam waktu 4 detik, hitunglah arus listrik yang mengalir.
Pembahasan:
Diketahui:

• Muatan \( (Q = 16\,C) \)
• Waktu \( (t = 4\,s) \)

Menggunakan rumus arus listrik:
$$ I = \frac{Q}{t} = \frac{16}{4} = 4\,A $$

Jadi arus listrik yang mengalir adalah 4 ampere.

Contoh Soal 3: Menghitung Tegangan dengan Hukum Ohm
Soal: Sebuah rangkaian memiliki arus sebesar 0.5 A dan resistansi sebesar 20 Ω. Hitunglah tegangan yang diterapkan pada rangkaian tersebut.
Pembahasan:
Diketahui:

• Arus \( (I = 0.5\,A) \)
• Resistansi \( (R = 20\,\Omega) \)

Menggunakan hukum Ohm untuk menghitung tegangan:
$$ V = I \times R = 0.5 \times 20 = 10\,V $$

Jadi tegangan yang diterapkan pada rangkaian adalah 10 volt.

Contoh Soal 4: Menghitung Arus Berdasarkan Daya dan Tegangan
Soal: Sebuah lampu memiliki daya 60 watt dan terhubung dengan sumber tegangan 120 V. Hitunglah arus yang mengalir melalui lampu tersebut.
Pembahasan:
Diketahui:

• Daya \( (P = 60\,W) \)
• Tegangan \( (V = 120\,V) \)

Menggunakan rumus daya listrik untuk menghitung arus:
$$ I = \frac{P}{V} = \frac{60}{120} = 0.5\,A $$

Jadi arus yang mengalir melalui lampu adalah 0.5 ampere.

Contoh Soal 5: Menghitung Energi Listrik dengan Arus
Soal: Sebuah alat listrik mengalirkan arus sebesar 2 A dan bekerja selama 5 jam pada tegangan 220 V. Hitunglah energi yang digunakan alat tersebut dalam kilowatt-jam (kWh).

Pembahasan:
Diketahui:

• Arus \( (I = 2\,A) \)
• Tegangan \( (V = 220\,V) $$
• Waktu \( (T = 5\, jam = 18000\,s) $$

Energi dapat dihitung dengan rumus daya dikalikan waktu. Pertama, hitung daya:
$$ P = V \times I = 220 \times 2 = 440\,W $$

Energi yang digunakan:
$$ E = P \times t = 440 \times 18000 = 7.92 \times 10^6\, J $$

Dalam satuan kilowatt-jam $$ \left(1\,kWh = 3.6 \times 10^6\,J \right) $$:
$$ E = \frac{7.92 \times 10^6}{3.6 \times 10^6} = 2.2\,kWh $$

Jadi energi yang digunakan oleh alat tersebut adalah 2.2 kilowatt-jam.