Pengertian Aliran Elektron dan Arus Listrik

Aliran Elektron – Hampir semua alat yang kita gunakan saat ini didalamnya terkandung muatan listrik, sehingga setiap hari kita akan selalu menggunakan alat-alat bermuatan listrik. Bahkan, muatan listrik merupakan salah satu muatan yang ada di dalam tubuh manusia.

Ketika berbicara muatan listrik pasti selalu ada muatan negatif dan muatan positif karena tanpa adanya itu, muatan listrik akan menciptakan gaya tolak-menolak. Dengan kata lain, muatan listrik yang memiliki muatan sama akan menghasilkan gaya tolak menolak dan muatan listrik yang memiliki muatan berbeda akan menghasilkan gaya tarik menarik.

Pada dasarnya, muatan dasar listrik memiliki partikel-partikel yang saling berhubungan, yaitu partikel proton dan partikel elektron yang di mana kedua partikel itu termasuk partikel penyusun atom. Namun, di dalam muatan listrik tidak ada partikel neutron. Tanpa adanya muatan listrik, maka arus listrik tidak dapat mengalir.

Adanya partikel elektron dalam muatan listrik, maka dapat dikatakan bahwa aliran elektron dan arus listrik selalu berkaitan satu sama lain. Supaya mengetahui lebih dalam tentang aliran elektron dan arus listrik. Jadi, dalam kesempatan kali ini kita akan membahas lebih lanjut tentang aliran elektron dan arus listrik.

Pengertian Elektron

Sebelum membahas aliran elektron, maka kita perlu mengetahui apa itu elektron agar lebih mudah memahami aliran elektron. Elektron adalah partikel subatom yang letaknya mengelilingi inti atom, sehingga tidak berada di dalam inti atom dan bermuatan negatif. Oleh sebab itu, partikel elektron sering disebut sebagai partikel penyusun atau pembentuk atom yang letaknya di luar inti atom.

Dikarenakan elektron merupakan salah satu partikel penyusun atom, maka partikel ini memiliki berat massa kurang lebih sekitar 1836 lebih ringan daripada massa proton atau jika dilambangkan, seperti 1/1836 dari massa proton. Dengan berat massa seperti itu, maka elektron bisa dibilang memiliki ukuran yang sangat kecil.

Selain itu, muatan listrik negatif dalam elektron sekitar -1. Jumlah muatan listrik ini sama dengan muatan proton, tetapi memiliki sifat yang berlawanan. Elektron merupakan muatan negatif dan proton memiliki muatan positif.

Positron adalah antipartikel elektron yang di mana sama dengan elektron hanya saja positron bermuatan positif. Oleh karena itu, ketika elektron saling bertemu dengan antipartikel, positron, maka kedua partikel iu akan menyebar atau semuanya akan menghilang. Meskipun menghilang, tetapi kedua partikel itu akan memunculkan sepasang atau lebih foton sinar gamma.

Setiap elektron yang terkandung di dalam berbagai jenis atom satu sama lain selalu mengalami perbedaan. Perbedaan itu terletak pada derajat kebebasan pada saat bergerak mengitari inti atom. Di dalam elektron ada yang namanya elektron bebas, elektron bebas adalah elektron-elektron yang dapat bergerak bebas meninggalkan bebas karena sudah tidak terlepas dari ikatan atom. Selain itu, di dalam ruang antar atom yang jaraknya berdekatan, elektron bebas dapat mengambang.

Apabila elektron atom yang berasal dari suatu jenis barang harus meninggalkan atom dan berpindah ke barang lain ketika ruang untuk bergerak bebas terbatas dan adanya gaya luar yang diarahkan pada barang tersebut.  Meskipun begitu, elektron-elektron itu tetap tidak bisa bergerak dengan bebas di antara atom-atom yang ada di dalam suatu barang itu.

Elektron-elektron itu sendiri ternyata memiliki suatu mobilitas yang ada pada suatu barang atau bahan tertentu dan mobilitas elektron dikenal dengan istilah konduktivitas listrik. Jumlah konduktivitas listrik ini ditentukan dengan banyaknya jenis atom dalam suatu barang atau bahan (banyaknya partikel proton atau muatan positif yang ada di dalam setiap inti atom akan menentukan identitas kimianya). Selain itu, konduktivitas listrik juga ditentukan melalui cara setia atom terhubung satu dengan lainnya.

Mobilitas elektron dibagi menjadi dua jenis, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah suatu bahan yang didalamnya terkandung mobilitas elektron yang tinggi atau memiliki elektron bebas yang cukup banyak. Isolator adalah suatu bahan yang didalamnya hanya memiliki mobilitas elektron yang sedikit atau rendah atau sama sekali tidak memiliki elektron bebas.

Beberapa contoh benda atau bahan yang termasuk ke dalam konduktor, seperti besi, baja, emas, perak, tembaga, aluminum, perunggu, kuningan, dan lain-lain. Sedangkan contoh benda atau bahan isolator, seperti kertas, minyak, gelas, karet, serat kaca, kapas, kayu plastic, dan sebagainya.

Penemu dan Pengembang Elektron

Penemu elektron yang diketahui oleh banyak orang bernama Joseph John Thomson atau lebih dikenal dengan nama J.J Thomson. Namun, berdasarkan beberapa catatan sejarah, J.J Thomson melanjutkan eksperimen dari William Crookes. Setelah dikembangkan oleh J.J Thomson, penemuan elektron terus mengalami perkembangan. Jika diurutkan terdapat beberapa penemu yang berperan dalam perkembangan elektron, di antaranya:

Johann William Hittorf dan Eugen Goldstein

Pada awalnya, penemuan elektron bermula ketika seorang fisikawan yang berasal dari Jerman mendalami konduktivitas listrik dan ia membuat sebuah penemuan pada tahun 1869 berupa pancaran sinar yang berasal dari katoda. Pancaran sinar itu akan semakin bertambah selama adanya penurunan tekanan gas. Fisikawan itu bernama Johann William Hittorf, ia lahir pada tanggal 27 Maret 1824 di Bonn, Jerman. Beliau meninggal dunia pada tanggal 28 November 1914.

Kemudian di tahun 1876, penemuan sinar yang berasal dari katoda diberi nama sinar katoda. Namun, nama sinar katoda itu bukan diberikan oleh Johann William Hittorf melainkan diberikan oleh Eugen Goldstein.

William Crookes

William Crookes lahir di Inggris pada tahun 1832 di Inggris. Ia merupakan seorang fisikawan dan kimiawan. Setelah munculnya sinar katoda, kemudian di tahun 1870, William Crookes melakukan eksperimen untuk menciptakan sebuah tabung sinar katoda vakum untuk pertama kalinya. Melalui tabung yang telah dibuatnya, William Crookes memperlihatkan munculnya pancaran sinar yang dapat dilihat dari dalam tabung itu dan sinar itu membawa energi serta berpindah dari katoda ke anoda.

Bahkan, ia bisa memakai medan magnet yang digunakan untuk membelokkan sinar itu. Dengan melakukan hal itu, maka ia bisa memperlihatkan kalau sinar tersebut seperti memiliki muatan negatif. Oleh sebab itu, ia menyatakan bahwa sinar katoda adalah partikel-partikel yang memiliki muatan negatif, ada pada semua materi, dan memiliki massa. Kemudian di tahun 1879, William Crookes memberikan nama terhadap penemuannya, yaitu materi radian.

J.J. Thomson bersama John S. Townsend dan HA Wilson

J.J Thomson bersama teman eksperimennya, John S. Townsend dan HA Wilson melakukan eksperimen untuk mengembangkan tabung sinar katoda yang telah ditemukan oleh William Crookes. J.J Thomson dan dua rekannya bukan hanya mengembangkan tabung sinar katoda, tetapi juga ingin membuktikan bahwa sinar katoda merupakan partikel baru.

Kemudian, mereka bertiga melakukan uji eksperimen terhadap pengaruh medan magnet dan medan listrik yang ada di dalam tabung sinar katoda. Dari eksperimen yang telah dilakukan. J.J. Thomson menyimpulkan bahwa sinar katoda adalah salah satu partikel pembentuk atom yang mempunyai muatan negatif.

Setelah penemuan yang dilakukan oleh J.J Thomson berhasil, ada seorang fisikawan yang berasal dari Irlandia yang bernama George F. Fitzgerald memberikan nama partikel yang telah ditemukan itu, yaitu partikel elektron. Partikel elektron bermuatan negatif itulah yang kita kenal hingga saat ini terutama dalam pembentukan atom atau sebagai subatom.

Oleh karena itu, partikel elektron sering dikatakan bahwa ditemukan oleh J.J Thomson. J.J Thomson lahir di Cheetham Hill, Manchester, Inggris pada tanggal 18 Desember 1856. Beliau meninggal dunia di usia 83 tahun pada tanggal 30 Agustus 1940 di Cambridge, Inggris.

Henri Becquerel

Setelah J.J Thomson melakukan eksperimen dan mengembangkan sinar katoda dan elektron, kemudian ada seorang fisikawan yang bernama Henri Becquerel dan ia berasal dari Perancis. Pada uji cobanya, Henri Becquerel mengatakan bahwa ada partikel alfa dan beta. Munculnya kedua partikel tersebut disebabkan karena dapat menembus suatu materi benda.

Kemudian di tahun 1900, Henri Becquerel ingin membuktikan bahwa elektron termasuk bagian dari partikel pembentuk atom. Untuk melakukan pembuktian itu, beliau melakukan penelitian dan dari penelitian itu menghasilkan sebuah kesimpulan bahwa pancaran sinar beta yang berasal dari radium bisa dibelokkan dengan medan listrik. Selain itu, Henri Becquerel menyimpulkan bahwa rasio massa terhadap sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katoda.

Robert Andrews Millikan

Robert Andrews Milikan atau lebih dikenal dengan nama Robert Milikan lahir pada tanggal 22 Maret 1868 di Morrison. Ia merupakan seorang fisikawan yang ingin mengukur elektron secara akurat dengan cara melakukan percobaan tetes minyak. Percobaan itu dilakukan pada tahun 1909 dan dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan yang dilakukan Robert Milikan ini menggunakan medan listrik.

Medan listrik yang ada di dalam percobaan ini berfungsi untuk mencegah agar setiap tetesan minyak yang memiliki muatan tidak jatuh karena adanya gaya gravitasi. Alat-alat yang digunakan oleh Robert Millikan ini bisa mengukur muatan 1 sampai 150 ion dengan catatan bahwa kesalahan kurang dari 0,3 persen. Beliau meninggal dunia pada tanggal 19 Desember 1953.

Charles Wilson

Ketika sudah mulai memasuki abad ke-20, telah ditemukan adanya suatu pergerakan cepat partikel yang memiliki muatan serta pada kondisi tertentu bisa mengakibatkan munculnya uap air melalui jenuh yang mengembun di sepanjang aliran partikel. Dengan prinsip seperti itu, di tahun 1911, Charles Wilson telah menciptakan ruang awan yang di mana ruang awan itu bisa menangkap setiap jalur partikel yang memiliki muatan elektron yang dapat melakukan pergerakan dengan kecepatan tinggi.

Aliran Elektron 

Aliran elektron adalah aliran arus listrik yang bergerak dari suatu bahan bermuatan negatif ke arah bahan bermuatan positif. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa dalam suatu rangkaian listrik terdapat dua arah aliran listrik, yaitu aliran elektron yang berasal dari kutub negatif baterai (katoda) kemudian balik lagi ke arah kutub positif baterai (anoda) atau aliran proton.

Aliran elektron ini termasuk ke dalam jenis aliran arus listrik yang di mana aliran arus listrik ada dua jenis, yaitu aliran arus listrik konvensional (conventional current flow) dan aliran elektron (electron flow).

Jadi, ketika ada bahan yang bermuatan berbeda (negatif dan positif) digabungkan dengan aliran elektron, maka akan menghasilkan arus listrik. Namun, bahan dengan muatan yang sama (positif dengan positif) atau (negatif dengan negatif) tidak akan menghasilkan arus listrik.

Supaya lebih memahami adanya aliran elektron, maka kamu bisa melihatnya ketika kawat logam digabungkan pada dua ujung baterai, maka akan menghasilkan arus listrik. Hal ini dikarenakan elektron yang berada di dalam atom mengalir dengan bebas.

Dengan demikian dapat dikatakan bahwa di dalam arus listrik, elektron dapat mengalir atau berpindah dari tempat yang satu ke tempat lainnya. Jika bahan bermuatan elektron lebih banyak mengalir ke bahan bermuatan positif, maka disebut sebagai aliran elektron. Sementara itu, apabila suatu bahan bermuatan proton atau positif lebih banyak mengalir ke bahan bermuatan negatif atau elektron, maka disebut sebagai aliran listrik konvensional.

Contoh Aliran Elektron

Contoh-contoh aliran elektron sebagai berikut.

1. Aliran Elektron Dengan Kelereng

Pada gambar di atas, terdapat suatu tabung yang sudah dipenuhi dengan kelereng yang di mana ketika kelereng dimasukkan ke dalam tabung melalui sisi kiri, maka kelereng akan keluar pada sisi kanan tabung. Perpindahan itu tak memunculkan masalah walaupun jarak perpindahan kelereng pendek. Jadi, dari contoh itu dapat dikatakan bahwa dalam bidang listrik, pengaruh dari bahan konduktor yang satu ke konduktor lainnya memiliki kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya atau kurang lebih 186.000 mil per detik.

2. Aliran Elektron dari Sumber ke Tujuan

Kemudian, pada contoh kedua ini kita akan melihat aliran elektron mengalir dari sumber elektron menuju ke tujuan. Dari gambar di atas, kita mengetahui bahwa sumber elektron membawa elektron baru melalui kawat menuju aliran elektron yang dituju, sehingga bisa menciptakan suatu aliran elektron.

3. Aliran Elektron yang Diputus dengan Memotong Kawat

Jika pada contoh kedua sumber elektron bisa menghasilkan elektron, maka pada contoh ketiga ini aliran elektron putus. Jika suatu kawat (sebagai penghubung sumber elektron ke tujuan elektron) tidak akan menghasilkan aliran elektron. Hal ini dapat terjadi karena kawat yang putu memunculkan udara. Udara merupakan salah satu bahan isolasi yang bisa memutuskan aliran elektron.

4. Aliran Elektron yang Dihubungkan Menggunakan Kawat Baru

Jika kawat penghubung elektron putus, maka bisa disambungkan kembali dengan menggunakan kawat baru. Dengan begitu, sumber elektron bisa sampai ke tujuan elektron, sehingga menghasilkan aliran elektron.

Arus Listrik

Dalam bahasa Inggris, arus listrik disebut dengan istilah electric current. Arus listrik adalah suatu aliran yang muncul dari adanya muatan elektron yang mengalir dari titik yang satu ke titik lainnya yang terdapat pada suatu rangkaian.

Suatu atom yang mengalirkan aliran arus listrik terdiri dari elektron dan proton. Elektron adalah muatan listrik yang bermuatan negatif dan memiliki fungsi untuk membawa suatu muatan pindah ke tempat lain. Sedangkan proton adalah muatan listrik yang bermuatan positif yang umumnya bergerak di inti atom. Nilai arus listrik akan semakin besar ketika nilai tegangan antara muatan elektron dan muatan proton semakin besar.

Satuan Internasional (SI) arus listrik adalah Ampere (A). Sementara itu, ketika menulis rumus arus listrik menggunakan simbol I (current). Aliran arus listrik dapat mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah.

Kesimpulan

Elektron merupakan subatom atau bagian dari partikel pembentuk atom. Partikel ini memiliki muatan negatif dan letaknya ada di luar inti atom yang mengelilingi inti atom. Elektron yang memiliki muatan negatif akan bereaksi ketika bertemu dengan proton partikel bermuatan positif. Sementara itu, dalam aliran arus listrik, aliran elektron adalah aliran arus listrik yang di mana muatan listrik negatif mengalir ke muatan listrik positif.

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa arus listrik bisa terjadi karena adanya muatan listrik negatif (elektron) dan muatan listrik positif (proton). Selain itu, besarnya arus listrik ditentukan juga oleh banyaknya muatan listrik negatif dan muatan listrik positif. Dengan kata lain, semakin besar muatan listrik elektron (negatif) dan muatan listrik proton (positif), maka aliran arus listrik juga semakin besar.

Sumber: Dari berbagai macam sumber