Listrik

 

Listrik

Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. Listrik menimbulkan berbagai macam efek yang telah umum diketahui, seperti petir, listrik statis, induksi elektromagnetik dan arus listrik. Adanya listrik juga bisa menimbulkan dan menerima radiasi elektromagnetik seperti gelombang radio.

Petir adalah contoh listrik alami yang paling dramatis

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 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:

• tenaga listrik yang digunakan untuk menghidupkan peralatan
• elektronik yang berhubungan dengan sirkuit listrik yang melibatkan 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 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 transportasi, pemanasan, penerangan, telekomunikasi, dan komputasi. Tenaga listrik saat ini adalah tulang punggung masyarakat industri modern.

Konsep Listrik 

• Muatan listrik

Muatan pada elektroskop berdaun-emas menyebabkan daunnya akan terlihat tolak-menolak satu sama lain

Adanya muatan akan menghasilkan gaya elektrostatis: muatan memberikan gaya pada muatan lainnya, sebuah efek yang diketahui sejak zaman kuno. 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.

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 kuadrat terbalik dengan jarak antar keduanya. Gaya elektromagnetik sangat kuat, hanya berada di belakang gaya nuklir kuat, namun ia bergerak ke semua arah. Sebagai perbandingan dengan gaya gravitasi yang jauh lebih lemah, gaya elektromagnetik akan mendorong kedua elektron terpisah 10⁴² kali daripada gaya tarik-menarik gravitasi yang saling menarik mereka.

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. Dalam sistem, muatan dapat berpindah antar tubuh, entah melalui kontak langsung atau dilewatkan material berkonduksi seperti kawat. 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. Jumlah muatan biasanya diberi simbol Q dan satuannya coulomb; tiap elektron membawa muatan yang sama kira-kira −1.6022×10⁻¹⁹ coulomb. Jika proton memiliki muatan yang sama dan berlainan, maka muatannya +1.6022×10⁻¹⁹  coulomb. Muatan tidak hanya dimiliki oleh materi, tetapi juga antimateri, tiap antipartikel memiliki hubungan muatan yang sama dan berlawanan dengan partikel lainnya.

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.

• 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. 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.

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. Ketika partikel itu sendiri dapat berpindah agak lambat, medan listrik yang menggerakkan mereka dapat memperbanyak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, memungkinkan signal lsitrik untuk lewat dengan cepat pada kawat.

Arus akan menyebabkan beberapa pengaruh. Air bisa terdekomposisi melalui arus dari tumpukan volta, ditemukan oleh Nicholson dan 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. 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. 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.

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 dan diperlukan oleh hampir seluruh peralatan elektronik, adalah aliran dari bagian positif sirkuit ke bagian negatif. 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. 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. Sifat-sifat ini menjadi penting ketika rangkaian ditujukan pada respon transien, seperti ketika pertama kali diberi energi.

• Medan listrik

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. 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.

Garis gaya keluar dari muatan positif diatas bidang konduktor

Sebuah medan listrik umumnya beragam pada suatu ruang, dan kekuatannya pada satu titik didefiniskan sebagai gaya (per satuan muatan) yang mengenai muatan diam imajiner jika diletakkan pada titik tersebut. 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, dan gaya adalah vektor, maka medan listrik juga vektor, memiliki besaran dan arah. Secara spesifik, medan listrik adalah medan vektor.

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, 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. 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.

Objek berkonduksi berongga membawa semua muatannya pada permukaan. Maka medan di dalam objek bernilai nol. 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 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. 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.

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.

• Potensial listrik

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. Potensial listrik pada tiap titik didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk membawa sebuah muatan dari 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. 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 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.

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 bumi. Bumi diasumsikan memiliki jumlah muatan negatif dan positif yang sama banyak dan tak terbatas, maka tak dapat dialiri listrik.

Potensial listrik adalah 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. 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.

• Elektromagnet

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. Gaya ini juga tergantung dari arah arus, jika arah alirannya dibalik, maka gayanya juga terbalik.

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 Ampere, 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. The interaction is mediated by the magnetic field each current produces and forms the basis for the international definition of the ampere.

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.

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. Cakram Faraday tidak efisien dan tidak digunakan sebagai generator sesungguhnya, tetapi ia menunjukkan adanya kemungkinan membangkitkan energi listrik menggunakan magnet.

• Elektrokimia

Fisikawan Italia Alessandro Volta menunjukkan "baterainya" kepada Kaisar Prancis Napoleon Bonaparte di awal abad ke-19.

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

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 non-linear, membutuhkan analisis kompleks. Komponen listrik paling sederhana adalah komponen-komponen pasif dan linear: ketika mereka dapat menyimpan energi sementara, mereka tidak punya sumbernya, dan akan memperlihatkan respon linear jika diberi stimulus.

Resistor adalah salah satu elemen rangkaian pasif: resistor akan 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.

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 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.

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, menginduksi tegangan antara ujung-ujung konduktor. Tegangan terinduksi berbanding lurus dengan perubahan arus terhadap waktu. Perbandingan ini disebut dengan induktansi. Satuan dari induktansi adalah 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.

• Tenaga listrik

Tenaga listrik adalah kecepatan energi listrik berpindah melalui rangkaian listrik. Satuan SI dari tenaga adalah watt, satu joule per detik.

Tenaga listrik, seperti tenaga mekanik, adalah seberapa cepatnya melakukan 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

${\displaystyle P={\text{kerja per satuan waktu}}={\frac {QV}{t}}=IV\,}$

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

Komponen elektronik yang dimuat pada permukaan

Elektronika berhubungan dengan rangkaian listrik yang berisi komponen aktif seperti tabung vakum, transistor, dioda dan sirkuit terintegrasi. Sifat 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 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

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. 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

Maka, dari hasil kerja para peneliti ini barang elektronik bisa mengubah signal menjadi arus berosilasi berfrekuensi tinggi, dan melalui konduktor, listrik bisa menghantarkan dan menerima signal ini melalui gelombang radio pada jarak yang sangat jauh.