Keselamatan listrik
Arus sekitar 10 hingga 20 mA melalui tubuh bisa membuat tangan mencengkeram kawat tanpa bisa dilepaskan. Hambatan tubuh orang yang basah kuyup bisa hanya 10 kΩ.
Dua jenis bahaya: panas dan sengatan
Listrik dapat melukai dengan dua cara. Bahaya termal terjadi ketika terlalu banyak daya berubah menjadi panas di tempat yang tidak semestinya, misalnya di dalam dinding, dan dapat memicu kebakaran. Bahaya sengatan terjadi ketika arus melewati tubuh seseorang. Keduanya langsung berkaitan dengan rumus dalam pelajaran ini, P = V² ÷ R dan I = V ÷ R, sehingga kamu sudah punya bekal untuk mengenali sumber bahayanya.
Hubung singkat
Hubung singkat adalah jalur dengan hambatan sangat rendah antara kedua sisi sumber listrik. Contohnya, isolasi yang aus membuat dua kawat dalam kabel peralatan saling menyentuh. Karena hambatan r pada jalur itu sangat kecil, daya P = V² ÷ r sangat besar. OpenStax menggunakan contoh 120 V pada jalur hubung singkat 0.100 Ω: 120² ÷ 0.100 = 144 000 W, atau 144 kW, jauh melampaui pemakaian peralatan rumah mana pun. Panas timbul begitu cepat hingga isolasi meleleh atau terbakar. Baterai dalam laboratorium bersifat ideal, sehingga hubung singkat membuat arus meningkat tanpa batas dan ditandai merah. Baterai nyata memiliki hambatan dalam yang membatasi arus, tetapi tetap cepat panas.
Beban berlebih, sekring, dan pemutus sirkuit
Bahaya yang tidak begitu kentara adalah beban berlebih: arus terlalu besar melewati kawat terlalu lama. Panas pada kawat sendiri mengikuti P = I² R_w. Kabel rusak dengan beberapa serabut putus bisa memiliki hambatan 2.00 Ω, bukan 0.100 Ω; saat dialiri 10.0 A, kabel itu mengubah 200 W menjadi panas di dalamnya. Ingat pembahasan paralel: setiap peralatan yang dinyalakan menambah arus pada kabel sumber. Jadi, menghubungkan banyak peralatan berdaya tinggi ke satu stopkontak bercabang dapat menimbulkan beban berlebih meskipun tiap peralatan bekerja normal.
Sekring dan pemutus sirkuit melindungi dari kedua masalah itu. Keduanya dipasang seri dengan rangkaian, sehingga seluruh arus melewatinya. Sekring memiliki pita logam bertitik leleh rendah; arus berlebih melelehkannya dan memutus rangkaian secara permanen, sehingga sekring harus diganti. Pemutus sirkuit adalah sakelar otomatis yang membuka saat arus terus melampaui batasnya, dan dapat disetel ulang. Beberapa perangkat sesaat menarik arus besar ketika mulai bekerja, seperti lampu depan dingin pada unit hukum Ohm. Karena itu, sekring dan pemutus dirancang untuk membiarkan lonjakan singkat dan memutus arus berlebih yang berlangsung lama.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Dampak arus pada tubuh
Keparahan sengatan terutama bergantung pada arus, juga pada jalurnya melalui tubuh, durasi, dan frekuensi sumber listrik. OpenStax memberikan dampak umum sengatan selama 1 detik melalui batang tubuh dari listrik 60 Hz, seperti tercantum dalam tabel. Nilai untuk perempuan sekitar 60 hingga 80 persen dari angka yang tercantum. Ambangnya rendah. Arus yang membuat tangan mencengkeram tanpa bisa dilepaskan dimulai pada sekitar 10 hingga 20 mA. Jantung dapat mengalami fibrilasi, yaitu irama tak teratur yang mematikan, mulai sekitar 100 hingga 300 mA.
| Arus (mA) | Dampak umum |
|---|---|
| 1 | Ambang mulai terasa |
| 5 | Arus terbesar yang tidak membahayakan |
| 10 hingga 20 | Otot mengunci; tidak bisa melepaskan genggaman; napas dapat berhenti selama sengatan |
| 50 | Mulai terasa nyeri |
| 100 hingga 300 dan lebih | Fibrilasi ventrikel mungkin terjadi, sering berakibat fatal |
| 300 | Luka bakar mulai terjadi, bergantung pada seberapa terpusat arusnya |
| 6000 (6 A) | Jantung dan napas dapat berhenti selama sengatan |
Hukum Ohm menjelaskan mengapa air begitu berpengaruh. Sebagian besar hambatan tubuh terdapat pada kulit kering. OpenStax memberikan nilai sekitar 200 kΩ untuk orang berkulit kering, sehingga 120 V menghasilkan 120 ÷ 200 000 = 0.6 mA, yang lewat tanpa terasa. Saat basah kuyup, hambatan orang yang sama bisa hanya 10.0 kΩ, dan 120 V kini menghasilkan 12 mA, melampaui ambang tangan tidak bisa melepaskan genggaman. Pada 220 hingga 230 V yang digunakan di Korea, Eropa, dan banyak tempat lain, kedua hambatan itu menghasilkan sekitar 1.1 mA dan 22 mA. Inilah sebabnya tangan basah, kamar mandi, dan peralatan listrik di dekat air berbahaya.
Kawat pembumian, isolasi ganda, dan pemutus arus bocor
Instalasi modern menambahkan beberapa lapis perlindungan. Dalam sistem tiga kawat, kawat pembumian ketiga menghubungkan selubung logam peralatan ke tanah agar tegangannya mendekati nol volt. Jika isolasi aus membuat kawat fase menyentuh selubung, arus mengalir melalui kawat pembumian, bukan orang yang memegangnya, dan biasanya memicu pemutus sirkuit. Peralatan berisolasi ganda memakai sistem isolasi pelindung sebagai pengganti sambungan pembumian. Peralatan ini dikenali dari penandaannya, bukan hanya jumlah pin stekernya. Pemutus gangguan tanah, yang di banyak negara disebut perangkat arus sisa atau pemutus arus bocor, membandingkan arus yang keluar melalui satu kawat dengan arus yang kembali melalui kawat lainnya. Jika selisihnya melebihi nilai yang ditetapkan, berarti sebagian arus bocor di suatu tempat, mungkin melalui seseorang, dan perangkat memutus listrik dalam sepersekian detik. Nilai batas bergantung pada negara. Pemutus gangguan tanah di Amerika Utara bekerja pada sekitar 5 mA, arus terbesar yang tidak membahayakan dalam tabel. Perangkat arus sisa untuk perlindungan manusia di Korea dan Eropa biasanya memiliki batas 30 mA, sedangkan aturan instalasi Korea mensyaratkan 15 mA untuk stopkontak kamar mandi.
- Jauhkan perangkat listrik dan stopkontak dari air, serta keringkan tangan terlebih dahulu.
- Jangan menyalakan banyak peralatan berdaya tinggi dari satu stopkontak bercabang sekaligus.
- Hentikan pemakaian kabel yang isolasinya rusak atau steker yang menjadi panas.
- Jika sekring berulang kali putus atau pemutus sirkuit berulang kali terpicu, ada masalah: cari penyebabnya, bukan memasang sekring yang lebih besar.
- Serahkan pemasangan kabel listrik dan perbaikan bagian dalam peralatan kepada teknisi listrik yang kompeten.
- Bahaya termal: daya berubah menjadi panas di tempat yang tidak semestinya; bahaya sengatan: arus melewati tubuh.
- Hubung singkat memiliki r sangat kecil, sehingga P = V² ÷ r sangat besar.
- Sekring dan pemutus sirkuit dipasang seri dan memutus arus berlebih yang berlangsung lama.
- Dampaknya terutama bergantung pada arus: sekitar 10 hingga 20 mA membuat tangan mengunci, 100 hingga 300 mA dapat menghentikan jantung.
- Kulit basah menurunkan hambatan, sehingga tegangan yang sama menghasilkan arus jauh lebih besar.
- Kawat pembumian, isolasi ganda, dan pemutus arus bocor (sekitar 5 mA di Amerika Utara, biasanya 30 mA di Korea dan Eropa) menambah perlindungan.
- 120 V pada jalur hubung singkat 0.100 Ω. Berapa dayanya dalam kilowatt?
- Kabel rusak dengan hambatan 2.00 Ω dialiri 10.0 A. Berapa kalor per detik yang dihasilkan dalam kabel, dalam watt?
- Kulit kering dengan hambatan 200 kΩ menyentuh 120 V. Berapa arusnya dalam miliampere? (satu angka desimal)
- Orang yang sama basah kuyup, dengan hambatan 10.0 kΩ, pada 220 V. Berapa arusnya dalam miliampere?
- Arus mana yang tercantum sebagai arus terbesar yang tidak membahayakan?
- 5 mA
- 50 mA
- 300 mA
- 1 A
- Bagaimana sekring dipasang?
- Seri dengan rangkaian yang dilindunginya
- Paralel dengan beban
- Hanya pada kawat pembumian
- Di laboratorium, tiga lampu 12 Ω secara paralel pada 6 V menggunakan satu sekring bersama. Berapa arus melalui sekring dalam ampere?
- Pemutus sirkuit terus terpicu. Tindakan yang masuk akal adalah:
- Mencari penyebabnya, seperti beban berlebih atau peralatan rusak
- Memasang sekring atau pemutus sirkuit yang lebih besar
- Merekatkan pemutus agar tetap menyala
- Apa fungsi kawat pembumian?
- Menjaga selubung logam mendekati 0 V dan menyalurkan arus gangguan ke tanah
- Memasok tegangan tambahan
- Mengurangi daya yang digunakan peralatan
- Pemutus arus bocor memutus listrik saat:
- Selisih arus keluar dan arus kembali melebihi batas yang ditetapkan
- Tegangan naik di atas 230 V
- Peralatan dimatikan
- Mengapa hubung singkat berbahaya meskipun hanya pada tegangan baterai sehari-hari?
- Hambatannya sangat kecil, sehingga arus dan panas menjadi sangat besar
- Tegangan melonjak hingga ribuan volt
- Muatan habis terpakai
Sumber kursus ini (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Diperiksa: 2026-10-17