Pengertian Arus Listrik (Electrical Current)

Kita semua tentu paham bahwa arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana setiap elektron mempunyai muatan yang besarnya sama. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron, sering dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb, yaitu sebesar.

$q\approx 1,6 \cdot 10^{-19} coulomb$

Besarnya hantaran pada kawat tersebut hanya tergantung pada adanya elektron bebas (dari elektron valensi), karena muatan inti dan elektron pada lintasan dalam terikat erat pada struktur kristal. Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Namun jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektron sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tapi ingat, dalam hal ini disepakati bahwa arah arus ke kiri). Aliran elektron inilah yang selanjutnya disebut arus listrik.

Aliran Arus Listrik

Besarnya arus listrik diukur dengan satuan banyaknya elektron per detik, namun demikian ini bukan satuan yang praktis karena harganya terlalu kecil. Satuan yang dipakai adalah ampere, dimana :

$i=\frac{dq}{dt}$

NB: 1 Ampere = 1 coulomb/detik

Contoh di bawah ini menggambarkan besarnya arus listrik (ukuran konsumsi arus listrik dan kemampuan memberikan arus listrik) dalam beberapa peralatan:

Stasiun pembangkit ………………. 1000 A
Starter mobil ………………. 100 A
Bola lampu ………………. 1 A
Radio kecil ………………. 10 mA
Jam tangan ………………. 1 mA

Kerapatan Arus Listrik (Current Density)

Rapat arus (current density) adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar. Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m²).

$I=\int J \cdot dA$

di mana I adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen. Jika arus listrik seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap dA sehingga persamaan menjadi:

$I=\int J \cdot dA=J \int dA=JA$