Listrik: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
kTidak ada ringkasan suntingan |
→Elektromagnet: Menerjemahkan Tag: Suntingan perangkat seluler Suntingan peramban seluler |
||
| (324 revisi antara oleh lebih dari 100 100 pengguna tak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:Servers in a Rack.jpg|jmpl|[[Petir|Listrik adalah sumber yang terjadi energi ke satelit dunia .]]]]
{{Elektromagnetisme}}
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 (mekanik)|kerja]] pada sebuah [[muatan listrik]], biasanya diukur dalam [[volt]]
* [[arus listrik]]: perpindahan atau aliran partikel bermuatan listrik, biasanya diukur dalam [[ampere]]
* [[elektromagnet]]: Muatan berpindah menghasilkan [[medan magnet]]. Arus listrik menghasilkan medan magnet dan perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik
Pada [[teknik elektro]], listrik digunakan untuk:
* [[Energi listrik|tenaga listrik]] yang digunakan untuk menghidupkan peralatan
* [[elektronik]] yang berhubungan dengan [[sirkuit listrik]] yang melibatkan [[komponen aktif|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 [[teknik elektro|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 [[tenaga gerak|transportasi]], [[HVAC|pemanasan]], [[penerangan listrik|penerangan]], [[telekomunikasi]], dan [[komputasi]]. Tenaga listrik saat ini adalah tulang punggung masyarakat industri modern.<ref>{{Citation| first = D.A. | last = Jones| title = Electrical engineering: the backbone of society| journal = Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology| pages = 1–10| volume = 138| issue = 1| doi = 10.1049/ip-a-3.1991.0001| year = 1991}}</ref>
== Sejarah ==
[[Berkas:Thales.jpg|jmpl|alt=A bust of a bearded man with dishevelled hair|[[Thales]], ilmuwan pertama yang meneliti listrik|257x257px]]
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.<ref>{{citation|title=Review: Electric Fish|first=Peter|last=Moller|journal=BioScience|volume=41|issue=11|date=December 1991|pages=794–6 [794]|doi=10.2307/1311732|jstor=1311732|publisher=American Institute of Biological Sciences|last2=Kramer|first2=Bernd}}</ref> Beberapa penulis kuno, seperti [[Plinius yang Tua]] dan [[Scribonius Largus]], membuktikan efek mati rasa [[sengatan listrik]] dari [[lele listrik|lele]] dan [[pari torpedo]], dan tahu bahwa kejutan listrik tersebut dapat mengalir melalui benda berkonduktansi.<ref name=Electroreception>{{citation| first = Theodore H. | last = Bullock| title = Electroreception| pages = 5–7| publisher = Springer| year = 2005| isbn = 0-387-23192-7}}</ref> Pasien yang terkena [[pirai]] atau [[sakit kepala]] juga diarahkan untuk memegang ikan listrik dengan harapan bahwa kejutan yang kuat tersebut mampu menyembuhkan mereka.<ref name=morris>{{citation| first = Simon C. | last = Morris
| title = Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe| pages = 182–185| publisher = Cambridge University Press| year = 2003
| isbn = 0-521-82704-3}}</ref> Kemungkinan pendekatan awal dan paling dekat kepada penemuan listrik dari sumber lainnya adalah kepada orang-orang Arab, di mana sebelum abad ke-15 mereka telah memiliki kata [[bahasa Arab|berbahasa Arab]] untuk petir (''raad'') ke [[pari listrik]].<ref name="EncyclopediaAmericana">''The [[Encyclopedia Americana]]; a library of universal knowledge'' (1918), [[New York]]: Encyclopedia Americana Corp</ref>
Beberapa budaya kuno sekitar [[Laut Mediterania|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, di mana ia percaya bahwa friksi yang dihasilkan amber [[magnetik]], kebalikan dari minerak seperti [[magnetit]] yang tidak perlu digosok.<ref name=stewart>{{Citation| first = Joseph | last= Stewart| title = Intermediate Electromagnetic Theory| publisher = World Scientific| year = 2001| page = 50| isbn = 981-02-4471-1}}</ref><ref>{{Citation| first = Brian | last = Simpson| title = Electrical Stimulation and the Relief of Pain| publisher = Elsevier Health Sciences| year = 2003| pages = 6–7| isbn =0-444-51258-6}}</ref> Thales saat itu belum benar bahwa tarik-menarik disebabkan oleh efek magnet, tetapi sains kemudian membuktikan adanya hubungan antara magnetisme dan listrik. Menurut sebuah teori kontroversial, orang-orang [[Parthia]] mungkin telah memiliki pengetahuan tentang [[penyepuhan]], berbasis pada penemuan [[baterai Baghdad]] tahun 1936 yang menyerupai [[sel galvani]], meskipun belum diketahui apakah artefak itu berlistrik di alam.<ref>{{Citation| first = Arran | last = Frood| title = Riddle of 'Baghdad's batteries'| publisher = BBC| date = 27 February 2003| accessdate = 2008-02-16| url = http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/2804257.stm}}</ref>
[[Berkas:Franklin-Benjamin-LOC.jpg|jmpl|kiri|alt=A half-length portrait of a bald, somewhat portly man in a three-piece suit.|[[Benjamin Franklin]] melakukan penelitian ekstensif tentang listrik pada abad ke-18, didokumentasikan oleh [[Joseph Priestley]] (1767) ''History and Present Status of Electricity'', dengannya Franklin melakukan korespondensi lanjutan.|236x236px]]
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.<ref name=stewart /> Ia mengajukan kata [[Latin Baru]] ''electricus'' ("seperti amber", seperti ἤλεκτρον, ''elektron'', kata [[Yunani Kuno]] untuk "amber") untuk merujuk pada sifat menarik benda ringan setelah digosok.<ref>{{Citation| first = Brian | last = Baigrie| title = Electricity and Magnetism: A Historical Perspective| publisher = Greenwood Press| year = 2006| pages = 7–8| isbn = 0-313-33358-0}}</ref> 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.<ref>{{Citation| first = Gordon | last = Chalmers| title = The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England| journal = Philosophy of Science| year = 1937| volume = 4| issue = 1| pages = 75–95| doi = 10.1086/286445}}</ref>
Karya berikutnya yang dilakukan oleh [[Otto von Guericke]], [[Robert Boyle]], [[Stephen Gray (ilmuwan)|Stephen Gray]] dan [[C. F. du Fay]]. Pada 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.<ref>{{citation| first = James | last = Srodes| title = Franklin: The Essential Founding Father| pages = 92–94| year = 2002| publisher = Regnery Publishing| isbn = 0-89526-163-4}} Belum diketahui pasti apakah Franklin melakukan percobaan ini sendiri, tetapi dialah yang populer.</ref> Adanya kilatan yang meloncat dari kunci ke tangannya menunjukkan bahwa [[kilat]] adalah listrik di alam.<ref>{{Citation| last = Uman| first = Martin| authorlink = Martin A. Uman| title = All About Lightning| publisher = Dover Publications| year = 1987| url = http://ira.usf.edu/CAM/exhibitions/1998_12_McCollum/supplemental_didactics/23.Uman1.pdf|format=PDF| isbn = 0-486-25237-X}}</ref>
[[Berkas:M Faraday Th Phillips oil 1842.jpg|jmpl|lurus|alt=Half-length portrait oil painting of a man in a dark suit |Penemuan [[Michael Faraday]]<nowiki/> menjadi dasar teknologi motor listrik|220x220px]]
Tahun 1791, [[Luigi Galvani]] mempublikasikan penemuan [[biolistrik]], menunjukkan bahwa listrik merupakan medium di mana [[sel saraf]] memberikan signal ke otot.<ref name=kirby>{{citation| first = Richard S. | last = Kirby| title = Engineering in History| pages = 331–333
| year = 1990| publisher = Courier Dover Publications| isbn = 0-486-26412-2}}</ref> Baterai [[Alessandro Volta]] atau [[tumpukan volta]] pada 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.<ref name=kirby /> Dikenalnya [[elektromagnetisme]], kesatuan fenomena listrik dan magnetik, adalah karya [[Hans Christian Ørsted]] dan [[André-Marie Ampère]] tahun 1819–1820; [[Michael Faraday]] menemukan [[motor listrik]] tahun 1821, dan [[Georg Ohm]] menganalisis secara matematis sirkuit listrik tahun 1827.<ref name=kirby /> Listrik dan magnet (dan cahaya) dihubungkan oleh [[James Clerk Maxwell]], pada tulisannya "[[On Physical Lines of Force]]" tahun 1861 dan 1862.<ref>Berkson, William (1974) [https://books.google.com/books?id=hMc9AAAAIAAJ&pg=PA148&dq=maxwell+on+physical+lines+of+force#v=onepage&q=maxwell%20on%20physical%20lines%20of%20force&f=false Fields of force: the development of a world view from Faraday to Einstein] p.148. Routledge, 1974</ref>
Di awal abad ke-19 mulai ada perkembangan yang cepat dalam ilmu kelistrikan. Beberapa penemu seperti [[Alexander Graham Bell]], [[Ottó Bláthy]], [[Thomas Edison]], [[Galileo Ferraris]], [[Oliver Heaviside]], [[Ányos Jedlik]], [[William Thomson, 1st Baron Kelvin|Lord Kelvin]], [[Charles Algernon Parsons|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]].<ref>{{Citation| first = Dragana| last = Marković| title = The Second Industrial Revolution| url = http://www.b92.net/eng/special/tesla/life.php?nav_id=36502| accessdate = 2007-12-09| archive-date = 2007-11-19| archive-url = https://web.archive.org/web/20071119074224/http://www.b92.net/eng/special/tesla/life.php?nav_id=36502| dead-url = yes}}</ref>
Tahun 1887, [[Heinrich Hertz]]<ref name=uniphysics />{{rp|843–844}}<ref name="Hertz1887">{{cite journal | first=Heinrich|last= Hertz|title=''Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung''|journal= [[Annalen der Physik]] |volume=267|issue=8|pages=S. 983–1000|year=1887|doi=10.1002/andp.18872670827|bibcode=1887AnP...267..983H}}</ref> menemukan bahwa [[elektrode]] 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".<ref>{{cite web |title=The Nobel Prize in Physics 1921 |publisher=Nobel Foundation |url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/index.html |accessdate=2013-03-16}}</ref> Efek fotolistrik juga digunakan dalam [[fotosel]] seperti yang bisa ditemukan pada [[panel surya]] dan bisa digunakan untuk memproduksi listrik secara komersial.
[[solid state (elektronik)|Alat solid-state]] pertama adalah detektor "[[cat's whisker]]", pertama kali digunakan tahun 1900-an di penerima radio. Kawat menyerupai kumis ditempatkan berkontak dengan kristal padat (seperti kristal [[germanium]]) untuk mendeteksi signal radio dengan efek simpang kontak.<ref>[http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/solid+state "Solid state"], ''The Free Dictionary''</ref> 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 elektron|lubang]]. Muatan dan lubang ini dapat dipahami pada fisika kuantum. Material pembangunnya biasanya adalah kristalin [[semikonduktor]].<ref>John Sydney Blakemore, ''Solid state physics'', pp.1-3, Cambridge University Press, 1985 ISBN 0-521-31391-0.</ref><ref>Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, ''Microelectronic circuit design'', pp.46-47, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-250503-6.</ref>
Komponen bentuk-padat kemudian berkembang dengan munculnya [[transistor]] tahun 1947. Beberapa komponen bentuk padat yang umum adalah [[transistor]], chip [[mikroprosesor]], dan [[Random-access memory|RAM]]. Sebuah tipe khusus dari RAM disebut [[flash memory|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 ===
{{Main|Muatan listrik}}
{{See also|elektron|proton|ion}}
[[Berkas:Electroscope.svg|jmpl|lurus|alt=Kubah kaca memiliki elektrode eksternal yang menghubungkan melalui gelas ke sepasang daun emas. Sebuah batang bermuatan menyentuh bagian luar elektrode dan menyebabkan daunnya saling menjauh.|Muatan pada [[elektroskop berdaun-emas]] menyebabkan daunnya akan terlihat tolak-menolak satu sama lain]]
Adanya muatan akan menghasilkan gaya elektrostatis: muatan memberikan [[gaya (fisika)|gaya]] pada muatan lainnya, sebuah efek yang diketahui sejak zaman kuno.<ref name=uniphysics>{{Citation| first = Francis | last = Sears| title = University Physics, Sixth Edition| publisher = Addison Wesley| year = 1982| isbn = 0-201-07199-1|display-authors=etal}}</ref>{{rp|457}} 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''.<ref name=uniphysics />
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 [[hukum kuadrat terbalik|kuadrat terbalik]] dengan jarak antar keduanya.<ref>"Gaya tolak menolak antara kedua bola yang diberi muatan dengan listrik yang sama akan berkebalikan dengan kuadrat jarak antar kedua bola." Charles-Augustin de Coulomb, ''Histoire de l'Academie Royal des Sciences'', Paris 1785.</ref><ref name=Duffin>{{Citation| first = W.J. | last = Duffin| title = Electricity and Magnetism, 3rd edition| publisher = McGraw-Hill| year = 1980| isbn = 0-07-084111-X}}</ref>{{RP|35}} Gaya elektromagnetik sangat kuat, hanya berada di belakang [[gaya nuklir kuat]],<ref>{{citation| last = National Research Council| title = Physics Through the 1990s| pages = 215–216| year = 1998| publisher = National Academies Press| isbn = 0-309-03576-7}}</ref> namun ia bergerak ke semua arah.<ref name=Umashankar>{{citation| first = Korada | last = Umashankar| title = Introduction to Engineering Electromagnetic Fields| pages = 77–79| year = 1989| publisher = World Scientific
| isbn = 9971-5-0921-0}}</ref> Sebagai perbandingan dengan [[gaya gravitasi]] yang jauh lebih lemah, gaya elektromagnetik akan mendorong kedua elektron terpisah 10<sup>42</sup> kali daripada gaya tarik-menarik gravitasi yang saling menarik mereka.<ref name=hawking>{{Citation| first = Stephen | last = Hawking| title = A Brief History of Time| publisher = Bantam Press| page = 77| year = 1988| isbn = 0-553-17521-1}}</ref>
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.<ref>{{Citation| first = James | last = Trefil| title = The Nature of Science: An A–Z Guide to the Laws and Principles Governing Our Universe| publisher = Houghton Mifflin Books| page = 74| year = 2003| isbn = 0-618-31938-7}}</ref> Dalam sistem, muatan dapat berpindah antar tubuh, entah melalui kontak langsung atau dilewatkan material berkonduksi seperti kawat.<ref name=Duffin />{{rp|2–5}} 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]].<ref>{{Citation| first = Jonathan | last = Shectman| title = Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 18th Century| publisher = Greenwood Press| pages = 87–91| year = 2003| isbn = 0-313-32015-2}}</ref> Jumlah muatan biasanya diberi simbol ''Q'' dan satuannya [[coulomb]];<ref>{{Citation| first = Tyson | last = Sewell| title = The Elements of Electrical Engineering| publisher = Lockwood| page = 18| year = 1902}}. ''Q'' awalnya dipahami sebagai 'jumlah listrik', kata 'listrik' saat ini lebih umum dituliskan sebagai 'muatan'.</ref> tiap elektron membawa muatan yang sama kira-kira −1.6022×10<sup>−19</sup> [[coulomb]]. Jika proton memiliki muatan yang sama dan berlainan, maka muatannya +1.6022×10<sup>−19</sup> coulomb. Muatan tidak hanya dimiliki oleh [[materi]], tetapi juga [[antimateri]], tiap [[antipartikel]] memiliki hubungan muatan yang sama dan berlawanan dengan partikel lainnya.<ref>{{Citation| first = Frank | last = Close| title = The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe| publisher = CRC Press| page = 51| year = 2007
| isbn = 1-58488-798-2}}</ref>
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.<ref name=Duffin />{{rp|2–5}}
=== Arus listrik ===
{{Main|Arus listrik}}
Perpindahan muatan listrik dikenal dengan nama [[arus listrik]], besarnya diukur dalam [[ampere]]. Arus dapat terdiri dari partikel bermuatan apapun yang berpindah; biasanya adalah elektron, tetapi muatan apapun yang berpindah menghasilkan arus.
Menurut konvensi lama, arus positif didefinisikan sebagai yang memiliki arah yang sama dari aliran muatan positif yang dikandungnya, atau aliran dari bagian paling positif dari sirkuit ke bagian paling negatif. Saat ini disebut dengan [[arus konvensional]]. Gerakan elektron bermuatan negatif di sekitar [[sirkuit listrik]], maka dianggap positif pada arah "berlawanan" dari elektron tersebut.<ref>{{Citation| first = Robert | last = Ward| title = Introduction to Electrical Engineering| publisher = Prentice-Hall| page = 18
| year = 1960}}</ref> Meski begitu, tergantung kondisinya, arus listrik dapat terdiri dari aliran [[partikel bermuatan]] dari salah satu arah, atau bahkan bersamaan dari kedua arah. Konvensi positif ke negatif digunakan luas untuk menyederhanakan kondisi ini.
[[Berkas:Lichtbogen 3000 Volt.jpg|jmpl|kiri|alt=Two metal wires form an inverted V shape. A blindingly bright orange-white electric arc flows between their tips.|[[Api listrik]] memberikan demonstrasi energi dari arus listrik]]
Proses ketika arus listrik melewati material disebut [[konduksi listrik]], dan sifatnya bervariasi tergantung dari partikel bermuatan dan material yang mereka lewati. Contoh arus listrik misalnya konduksi logam, di mana elektron mengalir melalui [[konduktor listrik]] seperti logam, dan [[elektrolisis]], di mana [[ion]] ([[atom]] bermuatan) mengalir melalui cairan atau [[plasma (fisika)|plasma]]. Ketika partikel itu sendiri dapat berpindah agak lambat, [[medan listrik]] yang menggerakkan mereka dapat memperbanyak dengan kecepatan mendekati [[kecepatan cahaya]], memungkinkan signal listrik untuk lewat dengan cepat pada kawat.<ref>{{Citation| first = L. | last = Solymar| title = Lectures on electromagnetic theory| publisher = Oxford University Press| page = 140| year = 1984| isbn = 0-19-856169-5}}</ref>
Arus akan menyebabkan beberapa pengaruh. Air bisa terdekomposisi melalui arus dari [[tumpukan volta]], ditemukan oleh [[William Nicholson (kimiawan)|Nicholson]] dan [[Anthony Carlisle|Carlisle]] tahun 1800, proses ini sekarang dikenal dengan [[elektrolisis]]. Hasil karya mereka kemudia dikembangkan [[Michael Faraday]] tahun 1833. Arus yang melalui [[resistansi listrik]] akan menyebabkan panas, efek yang dipelajari matematis oleh [[James Prescott Joule]] tahun 1840.<ref name=Duffin />{{rp|23–24}} Salah satu penemuan terpenting dalam ilmu tentang arus oleh [[Hans Christian Ørsted]] tahun 1820, ketika ia menyaksikan arus dalam kawat menganggu kerja jarum kompas magnet.<ref name=berkson>{{Citation| first = William | last = Berkson| title = Fields of Force: The Development of a World View from Faraday to Einstein| publisher = Routledge| page = 370| year = 1974| isbn = 0-7100-7626-6}} Accounts differ as to whether this was before, during, or after a lecture.</ref> Ia menemukan [[elektromagnetisme]], interaksi dasar antara listrik dan magnet. Tingkat keluaran elektromagnetik yang dihasilkan [[api listrik]] cukup tinggi untuk menghasilkan [[gangguan elektromagnet]] yang bisa menganggu kerja alat.<ref>{{cite web | title = Lab Note #105 ''EMI Reduction – Unsuppressed vs. Suppressed'' | publisher = Arc Suppression Technologies | date = April 2011 | url = http://www.arcsuppressiontechnologies.com/arc-suppression-facts/lab-app-notes/| accessdate = March 7, 2012}}</ref>
Pada teknik atau aplikasi rumah tangga, arus sering kali dijelaskan dalam [[arus searah]] (DC) atau [[arus bolak-balik]] (AC). Sebutan ini merujuk pada bagaimana arus bervariasi terhadap waktu. Arus searah, diproduksi sebagai contoh dari [[baterai (listrik)|baterai]] dan diperlukan oleh hampir seluruh peralatan [[elektronik]], adalah aliran dari bagian positif sirkuit ke bagian negatif.<ref name=bird>{{citation| first = John | last = Bird| title = Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition| publisher = Newnes
| year = 2007| isbn = 978-1-4175-0543-2}}</ref>{{rp|11}} Aliran ini biasanya dibawa oleh elektron, mereka akan berpindah melalui arah berlawanan. Arus bolak-balik adalah arus yang berbalik arah berulang-ulang; hampir selalu membentuk [[gelombang sinus]].<ref name=bird />{{rp|206–207}} Arus bolak-balik akan bergetar bolak-balik dalam konduktor tanpa tanpa muatan berpindah tiap jarak seiring waktu. Nilai waktu rata-rata arus bolak balik adalah nol, tetapi energi akan dikeluarkan pada satu arah, kemudian kebalikannya. Arus bolak-balik dipengaruhi oleh sifat-sifat listrik yang tidak dapat dilihat pada arus searah keadaan tunak, seperti [[induktansi]] dan [[kapasitansi]].<ref name=bird />{{rp|223–225}} Sifat-sifat ini menjadi penting ketika rangkaian ditujukan pada [[respon transien]], seperti ketika pertama kali diberi energi.
=== Medan listrik ===
{{Main|Medan listrik}}
{{See also|Elektrostatis}}
Konsep [[medan listrik]] pertama kali diperkenalkan oleh [[Michael Faraday]]. Medan listrik tercipta dari benda bermuatan di ruang yang mengelilinginya, dan menghasilkan gaya yang diberikan pada muatan manapun yang berada pada cakupan medan tersebut. Medan listrik bekerja di antara 2 muatan dengan perilaku yang serupa dengan medan gravitasi bekerja di antara 2 [[massa]], dan akan berbanding kuadrat terbalik dengan jarak.<ref name=Umashankar /> Namun, ada perbedaan di antara keduanya. Gravitasi selalu bekerja tarik menarik, menarik kedua massa bersama, sedangkan medan listrik bisa menghasilkan tarikan atau tolakan. Ketika objek besar seperti planet umumnya tidak membawa muatan bersih, medan listrik pada jarak tertentu nilainya nol. Oleh karena itu gravitasi menjadi dominan di alam semesta, meskipun jauh lebih lemah.<ref name=hawking />
[[Berkas:VFPt image charge plane horizontal.svg|jmpl|Garis gaya keluar dari muatan positif diatas bidang konduktor]]
Sebuah medan listrik umumnya beragam pada suatu ruang,<ref>Almost all electric fields vary in space. An exception is the electric field surrounding a planar conductor of infinite extent, the field of which is uniform.</ref> dan kekuatannya pada satu titik didefiniskan sebagai gaya (per satuan muatan) yang mengenai muatan diam imajiner jika diletakkan pada titik tersebut.<ref name=uniphysics />{{rp|469–470}} Konsep ini, dinamai '[[muatan tes]]', haruslah sangat kecil untuk menghindari medan listriknya sendiri menganggu medan utama dan juga harus diam untuk menghindari efek [[medan magnet]]. Karena medan listrik didefiniskan dalam [[gaya (fisika)|gaya]], dan gaya adalah [[vektor euklidean|vektor]], maka medan listrik juga vektor, memiliki [[besaran (matematika)|besaran]] dan [[arah (geometri)|arah]]. Secara spesifik, medan listrik adalah [[medan vektor]].<ref name=uniphysics />{{rp|469–470}}
Studi mengenai medan listrik diciptakan oleh muatan diam yang disebut [[elektrostatis]]. Medan dapat divisualisasikan dengan set garis imajiner yang arahnya pada semua titik adalah sama dengan medan tersebut. Konsep ini pertama kali diperkenalkan Faraday,<ref name="elec_princ_p73">{{citation| last = Morely & Hughes| title = Principles of Electricity, Fifth edition| page = 73| isbn = 0-582-42629-4}}</ref> di mana kata '[[garis gaya]]' terkadang masih digunakan. Garis medan adalah jalur-jalur titik tempat muatan positif akan terlihat seperti dipaksa untuk berpindah di dalam medan tersebut; namun ini hanyalah konsep imajiner tanpa keberadaan yang sesungguhnya. Medan menembus semua ruang di antara garis-garis tersebut.<ref name="elec_princ_p73" /> Garis gaya terpancar dari muatan diam memiliki beberapa sifat: pertama, mereka berawal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif. Kedua, mereka harus masuk ke konduktor manapun pada sudut yang benar, ketiga, mereka tidak boleh memotong atau berdekatan antara satu sama lain.<ref name=uniphysics />{{rp|479}}
Objek berkonduksi berongga membawa semua muatannya pada permukaan. Maka medan di dalam objek bernilai nol.<ref name=Duffin />{{rp|88}} Ini merupakan prinsip operasi [[sangkar Faraday]], kerangka logam berkonduksi yang mengisolasi dalamnya dari efek listrik dari luar.
Prinsip elektrostatis sangat penting ketika mendesain peralatan dengan [[voltase tinggi]]. Ada batas medan listrik tertentu yang dapat ditahan oleh medium apapun. Diatas titik ini, akan terjadi [[kegagalan listrik]] dan [[api listrik|percikan api]] dan terjadi flashover di antara bagian yang bermuatan. Udara, misalnya, cenderung akan muncul percikan di sepanjang celah kecil pada medan listrik diatas 30 kV per sentimeter. Jika celahnya diperbesar, maka kekuatan breakdown juga melemah, sekitar 1 kV per sentimeter.<ref name=hv_eng>{{Citation| first = M.S.| last = Naidu| first2 = V.| last2 = Kamataru| title = High Voltage Engineering| publisher = Tata McGraw-Hill| page = 2| year = 1982| isbn = 0-07-451786-4}}</ref> Paling mudah bisa dilihat pada [[kilat]], terjadi ketika muatan menjadi terpisah di awan dengan naiknya kolom udara dan menaikkan medan listrik di udara hingga lebih besar dari yang bisa ditahan. Voltase dari awan kilat yang besar bisa mencapai 100 KV dan bisa mengeluarkan energi hingga 250 kWh.<ref>{{Citation| first = M.S.| last = Naidu| first2 = V.| last2 = Kamataru
| title = High Voltage Engineering| publisher = Tata McGraw-Hill| pages = 201–202| year = 1982| isbn = 0-07-451786-4}}</ref>
Kekuatan medan sangat dipengaruhi oleh objek berkonduksi di dekatnya, terutama menjadi besar ketika dipaksa untuk melekuk disekitar titik objek. Asas ini kemudian dipelajari pada [[konduktor kilat]], ujung tajam yang di mana mendorong kilat untuk terarah kesitu, dan bukan ke gedung yang dilindunginya.<ref name="Nahin2002">{{cite book|author=Paul J. Nahin|authorlink=Paul J. Nahin|title=Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age|date=9 October 2002|publisher=JHU Press|isbn=978-0-8018-6909-9}}</ref>{{rp|155}}
=== Potensial listrik ===
{{Main|Potensial listrik}}
{{See also|Tegangan listrik|Baterai (listrik)}}
[[Berkas:Panasonic-oxyride.jpg|jmpl|alt=Dua baterai AA masing-masing memiliki tanda + di salah satu ujungnya.|Sepasang [[baterai AA]]. Tanda + menunjukkan polaritas perbedaan potensial di antara kutub-kutub baterai.]]
Konsep dari potensial listrik sangat berhubungan dekat dengan medan listrik. Sebuah muatan yang diletakkan dalam sebuah medan listrik akan mendapat gaya, dan akan membuat membuat muatan melawan gaya tersebut yang membutuhkan [[kerja mekanik|kerja]]. Potensial listrik pada tiap titik didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk membawa sebuah muatan dari [[tak terbatas|jarak tak terbatas]] ke titik tersebut. Diukur dalam satuan [[volt]] yang berarti satu volt adalah potensial di mana harus dihasilkan kerja 1 [[joule]] untuk membawa muatan sebesar 1 [[coulomb]] dari jarak tak terhingga.<ref name=uniphysics/>{{rp|494–498}} Definisi potensial ini hanya sedikit memiliki kegunaan, dan konsep yang lebih sering dipakai adalah [[perbedaaan potensial listrik]] yaitu energi yang dibutuhkan untuk memindahkan sebuah muatan antara 2 titik tertentu. Sebuah medan listrik memiliki karakteristik khusus yaitu ''[[gaya konservatif|konservatif]]'' di mana jalur yang dilewati muatan tidak berhubungan: semua jalur antara 2 titik tertentu menghabiskan energi yang sama, maka nilai perbedaan potensial dapat ditentukan.<ref name=uniphysics/>{{rp|494–498}}
Pada praktiknya, biasanya didefinisikan titik referensi di mana potensial dapat dinyatakan dan dibandingkan. Karena harus ditentukan maka acuan yang paling umum digunakan adalah [[bumi]] itu sendiri, yang diasumsikan memiliki potensial yang sama di manapun. Titik acuan ini biasanya diambil dari [[Ground (listrik)|bumi]]. Bumi diasumsikan memiliki jumlah muatan negatif dan positif yang sama banyak dan tak terbatas, maka tak dapat dialiri listrik.<ref>
{{Citation
| first = Raymond A. | last = Serway
| title = Serway's College Physics
| publisher = Thomson Brooks
| page = 500
| year = 2006
| isbn = 0-534-99724-4}}
</ref>
Potensial listrik adalah [[skalar (fisika)|besaran skalar]] yang berarti hanya memiliki nilai dan tidak memiliki arah. Dapat dianalogikan dengan [[tinggi]]: ketika sebuah objek yang dilontarkan akan jatuh pada ketinggian yang berbeda akibat medan gravitas maka muatan akan 'jatuh' melalui tegangan yang disebabkan oleh medan listrik.<ref>
{{Citation
| first = Sue | last = Saeli
| title = Using Gravitational Analogies To Introduce Elementary Electrical Field Theory Concepts
| url = http://physicsed.buffalostate.edu/pubs/PHY690/Saeli2004GEModels/older/ElectricAnalogies1Nov.doc
| accessdate = 2007-12-09
| bibcode = 2007PhTea..45..104S
| last2 = MacIsaac
| first2 = Dan
| volume = 45
| year = 2007
| pages = 104
| journal = The Physics Teacher
| doi = 10.1119/1.2432088
| issue = 2}}
</ref> Pada peta relief menunjukkan [[garis kontur]] menandai titik-titik pada ketinggian yang sama, sekelompok garis menandai titik-titik dengan potensial yang sama (atau [[ekuipotensial]]) dapat digambarkan di sekitar objek bermuatan elektrostatis. Ekuipotensial akan memotong semua garis gaya pada sudut siku. Ekuipotensial juga harus terletak paralel dengan permukaan konduktor listrik, jika tidak maka akan menghasilkan gaya yang dapat membawa muatan sampai bahkan potensial pada permukaan.
Medan listrik secara formal didefinisikan sebagai gaya yang diberikan per atuan muatan, namun konsep dari potensial memberikan definisi yang lebih baik: medan listrik adalah [[gradien]] lokal dari potensial listrik. Diukur dalam volt per meter, arah vektor dari medan listrik adalah garis kemiringan terbesar dari potensial, di mana ekuipotensial terletak paling dekat bersamaan.<ref name=Duffin/>{{rp|60}}
=== Elektromagnet ===
{{Main|Elektromagnet}}
[[Berkas:Electromagnetism.svg|jmpl|kiri|alt=A wire carries a current towards the reader. Concentric circles representing the magnetic field circle anticlockwise around the wire, as viewed by the reader.|Medan magnet melingkari arus]]
Penemuan Ørsted pada tahun 1821 bahwa [[medan magnet]] ada pada semua sisi kawat yang membawa arus listrik menandakan bahwa ada hubungan langsung antara listrik dan magnet. Ditambah lagi, interaksi antar keduanya tampak berbeda dari gaya gravitasi dan elektrostatis. Gaya pada jarum kompas tidak mengarah pada arah yang sama atau kebalikan, tetapi arahnya tegak lurus terhadap arus.<ref name=berkson/> Gaya ini juga tergantung dari arah arus, jika arah alirannya dibalik, maka gayanya juga terbalik.<ref>
{{Citation
| first = Silvanus P. | last = Thompson
| title = Michael Faraday: His Life and Work
| publisher = Elibron Classics
| page = 79
| year = 2004
| isbn = 1-4212-7387-X}}
</ref>
Ørsted belum memahami dengan benar penemuannya, tetapi ia meneliti bahwa efek ini bersifat kebalikan: sebuah arus menghasilkan gaya pada magnet dan medan magnet menghasilkan gaya pada arus. Fenomena ini nantinya akan diteliti lebih lanjut oleh [[André-Marie Ampère|Ampère]], yang menemukan bahwa 2 kawat paralel berarus akan menghasilkan gaya satu sama lain: dua kawat mengonduksi arus pada arah yang sama akan tarik-menarik, sedangkan kawat yang arusnya berlawanan arah akan tolak menolak.<ref name="elec_princ_92-93">
{{citation
| last = Morely & Hughes
| title=Principles of Electricity, Fifth edition
| pages=92–93}}</ref> Interaksi tersebut dimediasi oleh medan magnet yang dihasilkan setiap arus dan membentuk dasar untuk satuan internasional [[ampere]].<ref name="elec_princ_92-93"/>
[[Berkas:Electric motor cycle 3.png|jmpl|alt=A cut-away diagram of a small electric motor|Motor listrik menggunakan prinsip elektromagnet: arus melalui medan magnet akan mendapat gaya pada sudut tegak lurus dari medan dan arus]]
Hubungan antara medan magnet dan arus sangat penting, hal ini akan mengacu pada penemuan [[motor listrik]] oleh Michael Faraday tahun 1821. [[Motor homopolar]] Faraday terdiri dari [[magnet permanen]] yang terletak pada pul [[raksa]]. Arus dilewatkan melalui kawat yang digantung dari poros diatas magnet dan dicelupkan ke dalam raksa. Magnet akan memberikan gaya tangensial pada kawat, membuat kawat mengelilingi magnet selama arus mengalir.<ref name=iet_faraday>{{Citation
| last = Institution of Engineering and Technology
| authorlink = Institution of Engineering and Technology
| title = Michael Faraday: Biography
| url = http://www.iee.org/TheIEE/Research/Archives/Histories&Biographies/Faraday.cfm
| accessdate = 2007-12-09
| archive-date = 2007-07-03
| archive-url = https://web.archive.org/web/20070703063432/http://www.iee.org/TheIEE/Research/Archives/Histories%26Biographies/Faraday.cfm
| dead-url = yes
}}</ref>
Percobaan oleh Faraday tahun 1831 membuktikan bahwa kawat bergerak tegak lurus terhadap medan magnet akan menghasilkan perbedaan potensial di antara ujung-ujungnya. Penelitian lebih lanjut dari proses ini, disebut dengan [[induksi elektromagnetik]], memunculkan [[Hukum induksi Faraday]], yang menyatakan bahwa perbedaan potensial yang diinduksi pada rangkaian tertutup akan berbanding lurus dengan perubahan kecepatan [[fluks magnet]] sepanjang rangkaian. Pemanfaatan lebih lanjut dari penemuan ini membuatnya menemukan [[generator listrik]] pertama tahun 1831, di mana ia mengubah energi mekanik dari cakram tembaga yang berputar menjadi energi listrik.<ref name=iet_faraday/> [[Cakram Faraday]] tidak efisien dan tidak digunakan sebagai generator sesungguhnya, tetapi ia menunjukkan adanya kemungkinan membangkitkan energi listrik menggunakan magnet.
=== Elektrokimia ===
[[Berkas:Volta-and-napoleon.PNG|jmpl|ka|[[Fisikawan]] [[Italia]] [[Alessandro Volta]] menunjukkan ''"[[Baterai (listrik)|baterainya]]"'' kepada Kaisar [[Prancis]] [[Napoleon Bonaparte]] di awal abad ke-19.]]
{{main|Elektrokimia}}
Kemampuan reaksi kimia untuk menghasilkan listrik, serta kemampuan listrik untuk menjalankan reaksi kimia telah banyak membawa manfaat.
Elektrokimia merupakan bagian penting dari listrik. Dari awal penemuan tumpukan volta, [[sel elektrokimia]] telah berkembang menjadi berbagai macam baterai, elektroplating, dan sel elektrolisis. [[Aluminium]] diproduksi dalam jumlah besar saat ini dan banyak peralatan ditenagai dengan sel yang dapat diisi ulang.
=== Rangkaian listrik ===
{{Main|Rangkaian listrik}}
[[Berkas:Ohms law voltage source.svg|jmpl|[[Rangkaian listrik]] sederhana. [[Sumber tegangan]] ''V'' di sebelah kiri akan menghasilkan [[arus listrik]] ''I'' di sekitar rangkaian, memberikan [[energi listrik]] ke [[resistor]] ''R''. Dari resistor, arus akan kembali ke sumber, sehingga menjadi satu rangkaian.]]
Rangkaian listrik adalah interkoneksi beberapa komponen listrik sehingga muatan listrik dibuat berpindah melalui jalur tertutup (rangkaian), biasanya digunakan untuk melakukan tujuan tertentu.
Komponen dalam rangkaian listrik dapat terdiri dari berbagai macam elemen seperti [[resistor]], [[kapasitor]], [[sakelar]], [[transformator]] dan [[elektronika]]. [[Rangkaian listrik]] terdiri dari [[komponen aktif]], biasanya [[semikonduktor]], dan biasanya berjalan [[Sistem nonlinier|non-linear]], membutuhkan analisis kompleks. Komponen listrik paling sederhana adalah komponen-komponen [[pasivitas (teknik)|pasif]] dan [[linear]]: ketika mereka dapat menyimpan energi sementara, mereka tidak punya sumbernya, dan akan memperlihatkan respon linear jika diberi stimulus.<ref name=Alexander>{{Citation | last = Alexander | first = Charles | last2 = Sadiku | first2 = Matthew | title = Fundamentals of Electric Circuits | publisher = McGraw-Hill | year = 2006 | edition = 3, revised |isbn = 978-0-07-330115-0}}</ref>{{rp|15–16}}
[[Resistor]] adalah salah satu elemen rangkaian pasif: resistor akan [[hambatan listrik|menghambat]] arus yang melaluinya, melepaskan energinya sebagai panas. Hambatan muncul akibat gerak muatan melalui konduktor: pada logam, misalnya, hambatan disebabkan karena tabrakan antara elektron dan ion. [[Hukum Ohm]] adalah hukum dasar mengenai [[teori rangkaian]], menyatakan bahwa rangkaian yang melewati hambatan berbanding lurus dengan perbedaan potensialnya. Hambatan pada sebagian besar material relatif konstan terhadap berbagai ''range'' suhu dan arus. [[Ohm]], satuan hambatan, diambil dari fisikawan [[Georg Ohm]], dilambangkan dengan huruf Yunani Ω. 1 Ω adalah hambatan yang akan menghasilkan perbedaan potensial 1 volt jika diberikan arus satu ampere.<ref name=Alexander />{{rp|30–35}}
[[Kapasitor]] adalah pengembangan Leyden jar dan merupakan alat yang dapat menyimpan muatan sehingga menyimpan energi listrik dalam medan resultan. Kapasitor terdiri dari 2 pelat berkonduksi dipisahkan oleh lapisan [[dielektrik]] [[insulator (listrik)|terinsulasi]]. Dalam kenyataannya, kertas logam tipis digulung bersama, meningkatkan luas permukaan per satuan volume dan meningkatkan [[kapasitansi]]. Satuan kapasitansi adalah [[farad]], diambil dari nama fisikawan [[Michael Faraday]], dan diberi simbol ''F'': satu farad adalah kapasitansi yang memberikan perbedaan potensial 1 volt ketika menyimpan muatan sebesar 1 coulomb. Kapasitor awalnya terhubung dengan catu daya akan menimbulkan arus listrik dan mengumpulkan muatan; arus ini akan terputus ketika kapasitor telah terisi penuh. Maka kapasitor tidak beroperasi dalam arus [[keadaan tunak]] (''steady state''), tetapi malah membloknya.<ref name=Alexander />{{rp|216–220}}
[[Induktor]], biasanya berupa gulungan kawat, menyimpan energi pada medan magnet sebagai respon atas arus yang melewatinya. Ketika terjadi perubahan arus, maka medan magnet akan berubah, [[Induksi elektromagnetik|menginduksi]] tegangan antara ujung-ujung konduktor. Tegangan terinduksi berbanding lurus dengan [[turunan waktu|perubahan arus terhadap waktu]]. Perbandingan ini disebut dengan [[induktansi]]. Satuan dari induktansi adalah [[Henry (satuan)|henry]], dinamai dari fisikawan [[Joseph Henry]]. Satu henry adalah induktansi yang akan menginduksi perbedaan potensial sebesar 1 volt jika arus yang melewati berubah dengan kecepatan 1 ampere per detik. Perilaku induktor agak kebalikan dengan kapasitor: beroperasi pada arus tetap, tetapi tidak bia jika arus berubah sangat cepat.<ref name=Alexander />{{rp|226–229}}
=== Tenaga listrik ===
{{Main|Tenaga listrik}}
Tenaga listrik adalah kecepatan [[energi listrik]] berpindah melalui [[rangkaian listrik]]. Satuan [[SI]] dari [[daya (fisika)|tenaga]] adalah [[watt]], satu [[joule]] per [[detik]].
Tenaga listrik, seperti [[daya (fisika)|tenaga mekanik]], adalah seberapa cepatnya melakukan [[Kerja (listrik)|kerja]], terukur dalam [[watt]] dan dilambangkan dengan huruf ''P''. Tenaga listrik dihasilkan dari arus listrik ''I'' terdiri dari muatan ''Q'' coulomb tiap ''t'' detik melewati perbedaan [[potensial listrik]] ([[voltase]]) ''V'' adalah
:<math>P = \text{kerja per satuan waktu} = \frac {QV}{t} = IV \,</math>
:''Q'': muatan listrik dalam [[coulomb]]
:''t'': waktu dalam [[detik]]
:''I'': arus listrik dalam [[ampere]]
:''V'': potensial listrik atau voltase dalam [[volt]]
[[Pembangkit listrik]] biasanya menggunakan [[generator listrik]], tetapi juga bisa berasal dari sumber kimia seperti [[baterai listrik]] atau sumber lain. Tenaga listrik biasanya disalurkan ke rumah tangga dan bisnis oleh [[industri tenaga listrik]]. Listrik biasanya dijual dalam satuan [[kilowatt jam]] (3.6 MJ) yang merupakan hasil kali daya dalam kilowatt dikali lamanya waktu dalam jam. Utilitas listrik mengukur daya menggunakan [[meteran listrik]], yang terus menyimpan total energi listrik yang digunakan oleh pelanggan.
=== Elektronika ===
{{Main|Elektronika}}
[[Berkas:Arduino ftdi chip-1.jpg|jmpl|Komponen elektronik yang [[Teknologi memuat-permukaan|dimuat pada permukaan]]]]
Elektronika berhubungan dengan [[rangkaian listrik]] yang berisi [[komponen aktif]] seperti [[tabung vakum]], [[transistor]], [[dioda]] dan [[sirkuit terintegrasi]]. Sifat [[Sistem nonlinier|nonlinear]] dari komponen aktif dan kemampuannya untuk mengontrol aliran elektron membuat penguatan signal lemah menjadi mungkin dan elektronika secara luas digunakan pada [[pemrosesan informasi]], [[telekomunikasi]], dan [[Pengolahan isyarat|pemrosesan sinyal]]. Kemampuan peralatan elektronik untuk menjadi [[sakelar]] memungkinkan pemrosesan informasi digital. Ditambah teknologi [[papan rangkaian]], pengemasan elektronik, dan berbagai bentuk rangkaian infrastruktur komunikasi, mengubah komponen yang terpisah-pisah menjadi satu sistem kesatuan kerja.
Saat ini, sebagian besar peralatan elektronik menggunakan komponen [[semikonduktor]] untuk mengontrol elektron. Studi mengenai peralatan semikonduktor dan teknologinya adalah cabang dari [[fisika fasa padat]], di mana mempelajari desain dan konstruksi [[rangkaian elektronik]] untuk menyelesaikan permasalahan-permasalahan [[teknik elektronika]].
=== Gelombang elektromagnetik ===
{{Main|Gelombang elektromagnetik}}
Faraday dan Ampère menunjukkan bahwa medan magnet yang berubah terhadap waktu berperan sebagai sumber [[medan listrik]], dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga sebagai sumber medan magnet. Maka, ketika salah satu medan berubah terhadap waktu, maka medan lainnya juga terinduksi.<ref name=uniphysics />{{rp|696–700}} Fenomena ini adalah sifat-sifat [[gelombang]] dan disebut sebagai [[gelombang elektromagnetik]]. Gelombang elektromagnetik pertama kali diteliti oleh [[James Clerk Maxwell]] tahun 1864. Maxwell mengembangkan beberapa persamaan yang menjelaskan hubungan antara medan listrik, medan magnet, muatan listrik, dan arus listrik. Ia juga dapat membuktikan bahwa gelombang dapat melintas dengan [[kecepatan cahaya]], maka cahaya itu sendiri adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. [[Hukum Maxwell]], yang menggabungkan cahaya, medan, dan muatan adalah salah satu pencapaian terpenting di bidang fisika teoretis.<ref name=uniphysics />{{rp|696–700}}
Maka, dari hasil kerja para peneliti ini barang elektronik bisa mengubah signal menjadi arus berosilasi [[frekuensi radio|berfrekuensi tinggi]], dan melalui konduktor, listrik bisa menghantarkan dan menerima signal ini melalui gelombang radio pada jarak yang sangat jauh.
== Produksi dan penggunaan ==
=== Pembangkit dan transmisi ===
{{Main|Pembangkit listrik}}
{{See also|Transmisi tenaga listrik|Listrik utama}}
[[Berkas:Gorskii 04414u.jpg|jmpl|250x250px|Alternator awal abad 20 yang dibuat di [[Budapest]], [[Hungaria]], di ruangan pembangkit listrik dari stasiun [[tenaga air]] (foto oleh [[Prokudin-Gorsky]], 1905–1915).]]
Pada abad ke-6 SM, filosofis Yunani [[Thales]] melakukan percobaan dengan batang amber dan percobaan ini adalah percobaan pertama untuk menghasilkan energi listrik. Dengan metode ini, saat ini disebut [[efek triboelektrik]], dapat mengangkat benda ringan dan menghasilkan percikan, tetapi sangat tidak efisien.<ref name=batteries>{{citation| first = Ronald | last = Dell| first2 = David | last2 = Rand| title = Understanding Batteries| pages = 2–4| year = 2001| publisher = Royal Society of Chemistry| isbn = 0-85404-605-4| bibcode = 1985STIN...8619754M| volume = 86| journal = Unknown}}</ref> Namun tidak ada perkembangan berarti hingga abad ke-18 ketika ditemukannya tumpukan volta. Tumpukan volta dan penerus modernnya yaitu [[baterai (listrik)|baterai listrik]] menyimpan energi kimia dan bisa menghasilkan listrik.<ref name=batteries /> Baterai mudah digunakan dan merupakan sumber tenaga paling umum yang ideal untuk banyak aplikasi, tetapi penyimpanan energinya terbatas, dan ketika sudah habis maka harus dibuang atau diisi ulang. Untuk kebutuhan energi listrik yang besar maka listrik harus dihasilkan kontinu melalui jalur transmisi konduktif.
Tenaga listrik biasanya dihasilkan dengan [[generator listrik|generator]] mekanik-listrik yang digerakkan oleh [[uap]] dihasilkan dari pembakaran [[bahan bakar fosil]], atau panas yang dilepas dari reaksi nuklir, atau dari sumber lain seperti [[energi kinetik]] dari angin atau air mengalir. [[Turbin uap]] modern ditemukan oleh [[Charles Algernon Parsons|Sir Charles Parsons]] tahun 1884 saat ini menghasilkan sekitar 80% [[tenaga listrik]] dunia dari berbagai sumber panas. Generator ini sudah berbeda sama sekali dari generator cakram homopolar Faraday tahun 1831, tetapi masih tetap menggunakan prinsip dasar elektromagnetik yang sama yaitu konduktor yang dihubungkan ke medan magnet yang berubah akan menginduksi perbedaan potensial di antara ujung-ujungnya.<ref>{{citation| first = Peter G. | last = McLaren| title = Elementary Electric Power and Machines| pages = 182–183| year = 1984| publisher = Ellis Horwood| isbn = 0-85312-269-5}}</ref> Penemuan [[transformator]] di akhir abad ke-19 akhirnya bisa membuat tenaga listrik disalurkan lebih efisien pada tegangan tinggi namun arus rendah. [[Transmisi listrik]] yang efisien dapat membuat listrik bisa disalurkan ke pengguna yang berjarak yang relatif jauh dari stasiun pembangkitnya.<ref name=Patterson_p44-48>{{citation| first = Walter C. | last = Patterson
| title = Transforming Electricity: The Coming Generation of Change| pages = 44–48| year = 1999| publisher = Earthscan| isbn = 1-85383-341-X}}</ref><ref>{{citation| last = Edison Electric Institute| title = History of the Electric Power Industry| url = http://www.eei.org/industry_issues/industry_overview_and_statistics/history| accessdate = 2007-12-08| archiveurl = https://web.archive.org/web/20071113132557/http://www.eei.org/industry_issues/industry_overview_and_statistics/history| archivedate = 2007-11-13| dead-url = no}}</ref>
[[Berkas:Parque eólico La Muela.jpg|jmpl|kiri|alt=A wind farm of about a dozen three-bladed white wind turbines.|[[Tenaga angin]] menjadi penting di banyak negara|200x200px]]
Karena energi listrik tidak dapat dengan mudah disimpan dalam jumlah besar untuk memenuhi permintaan nasional, maka listrik harus diproduksi sebanyak mungkin yang dibutuhkan.<ref name=Patterson_p44-48 /> Hal ini membutuhkan [[utilitas listrik]] untuk memprediksi dengan benar beban listrik dan menjaga koordinasi dengan stasiun pembangkit. Setiap pembangkit yang dijalankan harus memiliki [[cadangan operasi|cadangan]] untuk melindungi jaringan listrik dari gangguan dan kehilangan yang tak terduga.
Permintaan akan listrik akan meningkat cepat seiring modernisasi suatu negara dan berkembangnya ekonomi. Permintaan listrik di Amerika Serikat meningkat 12% tuap tahunnya pada 3 dekade pertama abad ke-20,<ref>{{Citation| last = Edison Electric Institute| title = History of the U.S. Electric Power Industry, 1882–1991| url=http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/chg_stru_update/appa.html| accessdate = 2007-12-08}}</ref> pertumbuhan yang saat ini juga dirasakan oleh India atau Tiongkok.<ref>{{Citation| last = Carbon Sequestration Leadership Forum| title = An Energy Summary of India| url = http://www.cslforum.org/india.htm| accessdate = 2007-12-08| archiveurl = https://web.archive.org/web/20071205080916/http://www.cslforum.org/india.htm| archivedate = 2007-12-05| dead-url = yes}}</ref><ref>{{Citation| last = IndexMundi| title = China Electricity – consumption| url=http://www.indexmundi.com/china/electricity_consumption.html| accessdate = 2007-12-08}}</ref> Dari sejarahnya, tingkat permintaan listrik telah melampaui bentuk energi lainnya.<ref name=NRC1986>{{Citation| last= National Research Council| authorlink = United States National Research Council| title = Electricity in Economic Growth| publisher = National Academies Press| year = 1986| isbn = 0-309-03677-1}}</ref>{{rp|16}}
[[Keresahan lingkungan akan pembangkit listrik]] meningkatkan fokus pembangkitan listrik dari [[energi terbaharui]], seperti [[tenaga angin|angin]] dan [[tenaga air|air]].<ref name=NRC1986 />{{rp|89}}
=== Penggunaan ===
[[Berkas:Gluehlampe 01 KMJ.png|jmpl|[[Lampu pijar]], salah satu aplikasi pertama listrik, beroperasi dengan [[pemanasan joule]]: lewatnya [[arus listrik]] melalui [[hambatan listrik]] akan menghasilkan panas|291x291px]]
Listrik adalah energi yang paling mudah digunakan dan telah digunakan di sebagian besar alat dan akan terus berkembang.<ref>{{Citation| first = Matthew | last = Wald| title = Growing Use of Electricity Raises Questions on Supply| newspaper = New York Times| url= http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=9C0CE6DD1F3AF932A15750C0A966958260| date = 21 March 1990| accessdate = 2007-12-09}}</ref> Penemuan [[lampu pijar]] pada tahun 1870-an menjadikan [[penerangan]] salah satu aplikasi pertama tenaga listrik yang digunakan secara luas. Dengan begitu listrik menggantikan penerangan dari api yang berarti jauh mengurangi risiko kebakaran pada rumah dan pabrik.<ref>{{Citation| first = Peter | last = d'Alroy Jones| title = The Consumer Society: A History of American Capitalism| page = 211| publisher = Penguin Books}}</ref> Utilitas umum dipasang di banyak kota menargetkan permintaan pasar yang berkembang untuk penerangan listrik.
Efek [[pemanasan joule]] yang muncul pada lampu juga digunakan langsung pada [[pemanas listrik]]. Meski penggunaannya mudah dan bisa dikontrol, tetapi pemanas listrik dianggap memboroskan energi, karena sebagian besar pembangkit listrik sudah membutuhkan panas di stasiun pembangkit.<ref>{{Citation| first = Charles and Penelope | last = ReVelle| title = The Global Environment: Securing a Sustainable Future| publisher = Jones & Bartlett| page = 298| year = 1992| isbn = 0-86720-321-8}}</ref> Beberapa negara seperti Denmark, telah mengeluarkan aturan yang membatasi atau melarang penggunaan pemanas listrik di bangunan baru.<ref>{{Citation| last = Danish Ministry of Environment and Energy| work = Denmark's Second National Communication on Climate Change| title = F.2 The Heat Supply Act| url = http://glwww.mst.dk/udgiv/Publications/1997/87-7810-983-3/html/annexf.htm| accessdate = 2007-12-09| archive-date = 2008-01-08| archive-url = https://web.archive.org/web/20080108011443/http://glwww.mst.dk/udgiv/Publications/1997/87-7810-983-3/html/annexf.htm| dead-url = yes}}</ref> Listrik juga merupakan sumber energi utama untuk [[refrigerasi]],<ref>{{Citation| first = Charles E. | last = Brown| title = Power resources| publisher = Springer| year = 2002| isbn = 3-540-42634-5}}</ref> dengan [[pendingin udara]] menggambarkan permintaan listrik yang meningkat.<ref>{{Citation| first = B. | last = Hojjati| first2 = S. | last2 = Battles| title = The Growth in Electricity Demand in U.S. Households, 1981–2001: Implications for Carbon Emissions| url= http://www.eia.doe.gov/emeu/efficiency/2005_USAEE.pdf| accessdate = 2007-12-09}}</ref>
Listrik digunakan dalam [[telekomunikasi]], muncul pada [[telegraf listrik]] tahun 1837 oleh [[William Fothergill Cooke|Cooke]] dan [[Charles Wheatstone|Wheatstone]]. Pembangunan sistem telegraf [[Telegraf Transkontinental Pertama|interkontinental]] dan [[kabel telegraf transatlantik|transatlantik]], pada tahun 1860-an, listrik membuat komunikasi di seluruh dunia terhubung dalam hitungan menit. [[Fiber optik]] dan [[satelit komunikasi]] turut berperan dalam sistem telekomunikasi, tetapi listrik tetap menjadi bagian utamanya.
Efek elektromagnet paling bisa dilihat pada [[motor listrik]] yang dapat menyediakan tenaga gerak yang bersih dan efisien. Motor diam seperti [[winch]] dapat ditenagai dengan mudah, tetapi motor yang berpindah dalam penggunaannya, seperti [[kendaraan listrik]], harus membawa sumber tenaga seperti baterai atau mendapatkan arus dari kontak geser seperti [[pantograf (rel)|pantograf]].
Peralatan elektronik menggunakan [[transistor]], salah satu penemuan terpenting pada abad ke-20,<ref>{{Citation| first = Dennis F. | last = Herrick| title = Media Management in the Age of Giants: Business Dynamics of Journalism| publisher = Blackwell Publishing| year = 2003
| isbn = 0-8138-1699-8}}</ref> menjadi dasar dari semua rangkaian listrik modern. Sebuah [[rangkaian terintegrasi]] modern dapat berisi milyaran transistor mini dengan luas hanya beberapa sentimeter persegi.<ref>{{Citation| first = Saswato R.| last = Das| title = The tiny, mighty transistor| newspaper = Los Angeles Times| date = 2007-12-15| url = http://www.latimes.com/news/opinion/la-oe-das15dec15,0,4782957.story?coll=la-opinion-rightrail}}</ref>
Listrik juga digunakan untuk menggerakan transportasi umum, seperti kereta dan bus listrik.<ref>{{Citation| title = Public Transportation
| newspaper = Alternative Energy News| date = 2010-03-10| url = http://www.alternative-energy-news.info/technology/transportation/public-transit/}}</ref>
== Besaran dan satuan SI listrik ==
{| class="wikitable"
! colspan="5" | Satuan [[elektromagnetisme]] [[Sistem Satuan Internasional|SI]]
|-
! Simbol<br>besaran
! [[Besaran fisika|Nama besaran]]
! [[Satuan]] turunan
! Simbol<br>satuan
! Satuan dasar
|-
| I
| [[Arus listrik|Arus]]
| [[ampere]]
| A
| A
|-
| Q
| [[Muatan listrik|Muatan]]
| [[coulomb]]
| C
| A·s
|-
| V
| [[Tegangan listrik|Tegangan (Voltase)]]
| [[volt]]
| V
| J/C = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−3</sup>·A<sup>−1</sup>
|-
| R, Z
| [[Hambatan listrik|Hambatan]], [[Impedansi]], [[Reaktansi]]
| [[ohm]]
| Ω
| V/A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−3</sup>·A<sup>−2</sup>
|-
| ρ
| [[Resistivitas listrik|Resistivitas]]
| [[ohm]] [[meter]]
| Ω·m
| kg·m<sup>3</sup>·s<sup>−3</sup>·A<sup>−2</sup>
|-
| σ
| [[Konduktivitas listrik|Konduktivitas]]
| [[siemens (satuan)|siemens]] per [[meter]]
| S/m
| kg<sup>−1</sup>·m<sup>−3</sup>·s<sup>3</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| P
| [[Daya listrik|Daya]]
| [[watt]]
| W
| V·A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−3</sup>
|-
| C
| [[Kapasitansi]]
| [[farad]]
| F
| C/V = kg<sup>−1</sup>·m<sup>−2</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
|
| [[Elastisitas listrik|Elastisitas]]
| ''reciprocal'' [[farad]]
| F<sup>−1</sup>
| V/C = kg·m<sup>2</sup>·A<sup>−2</sup>·s<sup>−4</sup>
|-
| ε
| [[Permitivitas]]
| [[farad]] per [[meter]]
| F/m
| kg<sup>−1</sup>·m<sup>−3</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
| χ<sub>e</sub>
| [[Susceptibilitas listrik]]
| [[Besaran nirdimensi|(tak berdimensi)]]
| -
| -
|-
|
| [[Konduktansi listrik|Konduktansi]], [[Admitansi]], [[Susceptansi]]
| [[siemens (satuan)|siemens]]
| S
| Ω<sup>−1</sup> = kg<sup>−1</sup>·m<sup>−2</sup>·s<sup>3</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| H
| [[Medan magnet|Medan magnet, Kekuatan medan magnet]]
| [[ampere]] per [[meter]]
| A/m
| A·m<sup>−1</sup>
|-
| Φ<sub>m</sub>
| [[Flux magnet]]
| [[weber (satuan)|weber]]
| Wb
| V·s = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−2</sup>·A<sup>−1</sup>
|-
| B
| [[Medan magnet|Kepadatan medan magnet, Induksi magnet, Kekuatan medan magnet]]
| [[tesla (satuan)|tesla]]
| T
| Wb/m<sup>2</sup> = kg·s<sup>−2</sup>·A<sup>−1</sup>
|-
|
| [[Reluktansi]]
| [[ampere]]-''turns'' per [[weber (satuan)|weber]]
| A/Wb
| kg<sup>−1</sup>·m<sup>−2</sup>·s<sup>2</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| L
| [[Induktansi]]
| [[henry (induktansi)|henry]]
| H
| Wb/A = V·s/A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>−2</sup>·A<sup>−2</sup>
|-
| μ
| [[Permeabilitas (elektromagnetisme)|Permeabilitas]]
| [[henry (induktansi)|henry]] per [[meter]]
| H/m
| kg·m·s<sup>−2</sup>·A<sup>−2</sup>
|-
| χ<sub>m</sub>
| [[Susceptibilitas magnet]]
| [[Besaran nirdimensi|(tak berdimensi)]]
| -
| -
|}
== Referensi ==
{{reflist|30em}}
=== Bacaan ===
* {{Citation |title=Electric Circuits |year=1965 |last1=Nahvi |last2=Joseph |first1=Mahmood |first2=Edminister |publisher=McGraw-Hill |isbn=978-0-07-142241-3}}
* {{Citation |last=Hammond |first=Percy |title=Electromagnetism for Engineers |year=1981 |journal=Nature |volume=168 |issue=4262 |pages=4 |publisher=Pergamon |bibcode=1951Natur.168....4G |doi=10.1038/168004b0 |isbn=0-08-022104-1}}
* {{Citation |last=Morely |first=A. |title=Principles of Electricity |year=1994 |last2=Hughes |first2=E. |edition=5th |publisher=Longman |isbn=0-582-22874-3}}
* {{Citation |last=Naidu |first=M.S. |title=High Voltage Engineering |year=1982 |last2=Kamataru |first2=V. |publisher=Tata McGraw-Hill |isbn=0-07-451786-4}}
* {{Citation |last=Nilsson |first=James |title=Electric Circuits |year=2007 |last2=Riedel |first2=Susan |publisher=Prentice Hall |isbn=978-0-13-198925-2}}
* {{Citation |last=Patterson |first=Walter C. |title=Transforming Electricity: The Coming Generation of Change |year=1999 |publisher=Earthscan |isbn=1-85383-341-X}}
* Benjamin, P. (1898). [https://books.google.com/books?id=VLsKAAAAIAAJ A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin]. New York: J. Wiley & Sons.
== Lihat juga ==
* [[Daftar tegangan, frekuensi, dan colokan listrik menurut negara]]
== Pranala luar ==
{{
* [https://books.google.com/books?id=n-MDAAAAMBAJ&pg=PA772&dq=Popular+Mechanics+1931+curtiss#v=onepage&q&f=true "One-Hundred Years of Electricity", May 1931, Popular Mechanics]
* [http://www.hometips.com/hyhw/electrical/electric.html Illustrated view of how an American home's electrical system works]
* [http://www.worldstandards.eu/electricity/plugs-and-sockets/ Electricity around the world]
* [http://amasci.com/miscon/elect.html Electricity Misconceptions]
* [http://www.micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/diode/index.html Electricity and Magnetism] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20151201064159/http://www.micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/diode/index.html |date=2015-12-01 }}
* [http://steverose.com/Articles/UnderstandingBasicElectri.html Understanding Electricity and Electronics in about 10 Minutes]
* [http://water.worldbank.org/water/publications/water-electricity-and-poor-who-benefits-utility-subsidies/ World Bank report on Water, Electricity and Utility subsidies]
{{Authority control}}
[[Kategori:Listrik| ]]
[[Kategori:Energi]]
| |||