Tegangan adalah 'tekanan listrik' yang mendorong arus melalui sirkuit. Anggap saja seperti tekanan air di dalam pipa. Tegangan lebih tinggi = dorongan lebih kuat. Diukur dalam volt (V). Tidak sama dengan arus atau daya!

• 1 volt = 1 joule per coulomb (energi per muatan)
• Tegangan menyebabkan arus mengalir (seperti tekanan menyebabkan air mengalir)
• Diukur antara dua titik (perbedaan potensial)
• Tegangan lebih tinggi = lebih banyak energi per muatan

Tegangan (V) = tekanan, Arus (I) = laju aliran, Daya (P) = laju energi. P = V × I. 12V pada 1A = 12W. Daya yang sama, kombinasi tegangan/arus yang berbeda dimungkinkan.

• Tegangan = tekanan listrik (V)
• Arus = aliran muatan (A)
• Daya = tegangan × arus (W)
• Resistansi = tegangan ÷ arus (Ω, hukum Ohm)

Tegangan DC (Arus Searah) arahnya konstan: baterai (1.5V, 12V). Tegangan AC (Arus Bolak-balik) membalik arahnya: listrik dinding (120V, 230V). Tegangan RMS = setara DC yang efektif.

• DC: tegangan konstan (baterai, USB, sirkuit)
• AC: tegangan bolak-balik (listrik dinding, jaringan)
• RMS = tegangan efektif (120V AC RMS ≈ 170V puncak)
• Sebagian besar perangkat menggunakan DC secara internal (adaptor AC mengonversi)

Volt (V) adalah satuan SI untuk potensial listrik. Didefinisikan dari watt dan ampere: 1 V = 1 W/A. Juga: 1 V = 1 J/C (energi per muatan). Awalan dari atto hingga giga mencakup semua rentang.

• 1 V = 1 W/A = 1 J/C (definisi pasti)
• kV untuk saluran listrik (110 kV, 500 kV)
• mV, µV untuk sensor, sinyal
• fV, aV untuk pengukuran kuantum

W/A dan J/C secara definisi setara dengan volt. Menunjukkan hubungan: V = W/A (daya per arus), V = J/C (energi per muatan). Berguna untuk memahami fisika.

• 1 V = 1 W/A (dari P = VI)
• 1 V = 1 J/C (definisi)
• Ketiganya identik
• Perspektif berbeda pada kuantitas yang sama

Abvolt (EMU) dan statvolt (ESU) dari sistem CGS lama. Jarang digunakan dalam penggunaan modern tetapi muncul dalam teks fisika historis. 1 statV ≈ 300 V; 1 abV = 10 nV.

• 1 abvolt = 10⁻⁸ V (EMU)
• 1 statvolt ≈ 300 V (ESU)
• Usang; volt SI adalah standar
• Hanya muncul di buku teks lama

Hubungan fundamental: V = I × R. Tegangan sama dengan arus dikalikan resistansi. Ketahui dua di antaranya, hitung yang ketiga. Dasar dari semua analisis sirkuit.

• V = I × R (tegangan = arus × resistansi)
• I = V / R (arus dari tegangan)
• R = V / I (resistansi dari pengukuran)
• Linear untuk resistor; non-linear untuk dioda, dll.

Dalam setiap loop tertutup, jumlah tegangan adalah nol. Seperti berjalan dalam lingkaran: perubahan ketinggian berjumlah nol. Energi dilestarikan. Penting untuk analisis sirkuit.

• ΣV = 0 di sekitar loop mana pun
• Kenaikan tegangan = penurunan tegangan
• Konservasi energi dalam sirkuit
• Digunakan untuk memecahkan sirkuit kompleks

Medan listrik E = V/d (tegangan per jarak). Tegangan lebih tinggi pada jarak pendek = medan lebih kuat. Petir: jutaan volt pada meter = medan MV/m.

• E = V / d (medan dari tegangan)
• Tegangan tinggi + jarak pendek = medan kuat
• Kerusakan: udara terionisasi pada ~3 MV/m
• Kejutan statis: kV melintasi mm

USB: 5V (USB-A), 9V, 20V (USB-C PD). Baterai: 1.5V (AA/AAA), 3.7V (Li-ion), 12V (mobil). Logika: 3.3V, 5V. Pengisi daya laptop: umumnya 19V.

• USB: 5V (2.5W) hingga 20V (100W PD)
• Baterai ponsel: 3.7-4.2V Li-ion
• Laptop: umumnya 19V DC
• Level logika: 0V (rendah), 3.3V/5V (tinggi)

Rumah: 120V (AS), 230V (UE) AC. Transmisi: 110-765 kV (tegangan tinggi = kerugian rendah). Gardu induk menurunkan tegangan ke tegangan distribusi. Tegangan lebih rendah di dekat rumah untuk keamanan.

• Transmisi: 110-765 kV (jarak jauh)
• Distribusi: 11-33 kV (lingkungan)
• Rumah: 120V/230V AC (stopkontak)
• Tegangan tinggi = transmisi efisien

Akselerator partikel: MV hingga GV (LHC: 6.5 TeV). Sinar-X: 50-150 kV. Mikroskop elektron: 100-300 kV. Petir: umumnya 100 MV. Generator Van de Graaff: ~1 MV.

• Petir: ~100 MV (100 juta volt)
• Akselerator partikel: rentang GV
• Tabung sinar-X: 50-150 kV
• Mikroskop elektron: 100-300 kV

Setiap langkah awalan = ×1000 atau ÷1000. kV → V: ×1000. V → mV: ×1000. mV → µV: ×1000.

• kV → V: kalikan dengan 1.000
• V → mV: kalikan dengan 1.000
• mV → µV: kalikan dengan 1.000
• Sebaliknya: bagi dengan 1.000

P = V × I (daya = tegangan × arus). 12V pada 2A = 24W. 120V pada 10A = 1200W.

• P = V × I (Watt = Volt × Ampere)
• 12V × 5A = 60W
• P = V² / R (jika resistansi diketahui)
• I = P / V (arus dari daya)

V = I × R. Ketahui dua, temukan yang ketiga. 12V melintasi 4Ω = 3A. 5V ÷ 100mA = 50Ω.

• V = I × R (Volt = Ampere × Ohm)
• I = V / R (arus dari tegangan)
• R = V / I (resistansi)
• Ingat: bagi untuk I atau R

USB-C menghasilkan 20V pada 5A. Berapa dayanya?

P = V × I = 20V × 5A = 100W (maksimum Pengiriman Daya USB)

Suplai 5V, LED membutuhkan 2V pada 20mA. Resistor apa?

Penurunan tegangan = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Gunakan standar 150Ω atau 180Ω.

Mengapa mentransmisikan pada 500 kV bukan 10 kV?

Kerugian = I²R. Daya yang sama P = VI, jadi I = P/V. 500 kV memiliki arus 50× lebih sedikit → kerugian 2500× lebih sedikit (faktor I²)!

Sel saraf mempertahankan potensial istirahat -70 mV. Potensial aksi melonjak ke +40 mV (ayunan 110 mV) untuk mengirimkan sinyal pada ~100 m/s. Otak Anda adalah komputer elektrokimia 20W!

Sambaran petir biasa: ~100 MV pada ~5 km = medan 20 kV/m. Tetapi arus (30 kA) dan durasi (<1 ms) yang menyebabkan kerusakan. Energi: ~1 GJ, bisa memberi daya pada rumah selama sebulan—jika kita bisa menangkapnya!

Belut listrik dapat mengeluarkan 600V pada 1A untuk pertahanan/berburu. Memiliki 6000+ elektrosit (baterai biologis) secara seri. Daya puncak: 600W. Membuat mangsa pingsan seketika. Taser alam!

USB-C PD 3.1: hingga 48V × 5A = 240W. Dapat mengisi daya laptop gaming, monitor, bahkan beberapa perkakas listrik. Konektor yang sama dengan ponsel Anda. Satu kabel untuk mengatur semuanya!

Kerugian daya ∝ I². Tegangan lebih tinggi = arus lebih rendah untuk daya yang sama. Saluran 765 kV kehilangan <1% per 100 mil. Pada 120V, Anda akan kehilangan semuanya dalam 1 mil! Itulah mengapa jaringan menggunakan kV.

Generator Van de Graaff mencapai 1 MV tetapi aman—arus sangat kecil. Kejutan statis: 10-30 kV. Taser: 50 kV. Arus yang melalui jantung (>100 mA) berbahaya, bukan tegangan. Tegangan saja tidak membunuh.

Volta menemukan baterai (tumpukan volta). Sumber tegangan kontinu pertama. Satuan tersebut kemudian dinamai 'volt' untuk menghormatinya.

Ohm menemukan V = I × R. Hukum Ohm menjadi dasar teori sirkuit. Awalnya ditolak, sekarang menjadi fundamental.

Faraday menemukan induksi elektromagnetik. Menunjukkan bahwa tegangan dapat diinduksi dengan mengubah medan magnet. Memungkinkan adanya generator.

Kongres listrik internasional pertama mendefinisikan volt: GGL yang menghasilkan 1 ampere melalui 1 ohm.

Westinghouse memenangkan kontrak untuk pembangkit listrik Air Terjun Niagara. AC memenangkan 'Perang Arus'. Tegangan AC dapat diubah secara efisien.

CGPM mendefinisikan ulang volt dalam istilah absolut. Berdasarkan watt dan ampere. Definisi SI modern ditetapkan.

Standar tegangan Josephson. Efek kuantum mendefinisikan volt dengan akurasi 10⁻⁹. Berdasarkan konstanta Planck dan frekuensi.

Redefinisi SI: volt sekarang diturunkan dari konstanta Planck yang tetap. Definisi yang tepat, tidak diperlukan artefak fisik.

Tegangan adalah tekanan listrik (seperti tekanan air). Arus adalah laju aliran (seperti aliran air). Tegangan tinggi tidak berarti arus tinggi. Anda bisa memiliki tegangan tinggi dengan arus nol (sirkuit terbuka) atau arus tinggi dengan tegangan rendah (hubungan pendek melalui kabel).

Kerugian daya pada kabel ∝ I² (kuadrat arus). Untuk daya yang sama P = VI, tegangan lebih tinggi berarti arus lebih rendah. 765 kV memiliki arus 6.375× lebih sedikit daripada 120V untuk daya yang sama → kerugian ~40 juta kali lebih sedikit! Itulah mengapa saluran listrik menggunakan kV.

Tidak, arus yang melalui tubuh Anda yang membunuh, bukan tegangan. Kejutan statis adalah 10-30 kV tetapi aman (<1 mA). Taser: 50 kV tetapi aman. Namun, tegangan tinggi dapat memaksa arus melalui resistansi (V = IR), sehingga tegangan tinggi sering berarti arus tinggi. Arus >50 mA melalui jantung yang mematikan.

Tegangan DC (Arus Searah) arahnya konstan: baterai, USB, panel surya. Tegangan AC (Arus Bolak-balik) membalik arahnya: stopkontak dinding (50/60 Hz). Tegangan RMS (120V, 230V) adalah setara DC yang efektif. Sebagian besar perangkat menggunakan DC secara internal (adaptor AC mengonversi).

Alasan historis. AS memilih 110V pada tahun 1880-an (lebih aman, membutuhkan lebih sedikit isolasi). Eropa kemudian menstandarisasi 220-240V (lebih efisien, lebih sedikit tembaga). Keduanya berfungsi dengan baik. Tegangan lebih tinggi = arus lebih rendah untuk daya yang sama = kabel lebih tipis. Sebuah trade-off antara keamanan dan efisiensi.

Ya, secara seri: baterai seri menjumlahkan tegangannya (1.5V + 1.5V = 3V). Paralel: tegangan tetap sama (1.5V + 1.5V = 1.5V, tetapi kapasitas ganda). Hukum Tegangan Kirchhoff: tegangan di setiap loop berjumlah nol (kenaikan sama dengan penurunan).