LISTRIK DINAMIS 1

LISTRIK DINAMIS I

Mata Pe Pelajaran : Fisika Kelas : II (Dua) Nomor Mo Modul : Fis.X.13

Penulis Direvisi ol oleh

: Dra. Ni Nia Ainawati Ha Haesin : Sukarm rmaan, S. S.Pd.

Pen enyu yun nti tin ng Ma Mate teri ri

: Dr Drs. s. I Mad Made Ast Astra ra,, M.S M.Si.i.

Pen enyu yunt ntin ing g Me Medi diaa

: Dr Dr.. Nur Nurdi din n Ibr Ibrah ahim im,, M.P M.Pd. d.

DAFTAR ISI IDENTITAS DAFTAR ISI PENDAHULUAN

Kegiatan Belajar 1:

HUKUM OHM

Kegiatan Belajar 2:

RANGKAIAN KOMPONEN LISTRIK

......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... .. Petunj Pet unjuk uk .... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ...... Uraian Uraia n Mate Materi ri ..... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... ........ ......... ......... ......... ..... 1. Ha Hamb mbat atan an di disu susu sun n se seri ri .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2. Ha Hamb mbat atan an di disu susu sun n pa para rale lell .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 3. Ga Gabu bung ngan an Su Sumb mber er Te Tega gang ngan an .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. TUGAS TUG AS KEGIA KEGIATAN TAN 2 .... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... .....

19 19 19 19 22 25 28

Kegiatan Belajar 3:

HUKUM KIRCHOFF

31 31 31 31 35 40

PENUTUP

......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 5 Petu Pe tunj njuk uk ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... .. 5 Uraian Ura ian Mat Materi eri ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 5 1. Ku Kuat at Ar Arus us Li List stri rik k .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 5 2. Be Beda da Po Pote tens nsia iall at atau au Te Tega gang ngan an Li List stri rik k (V (V)) .. .... .... .... .... .... .... .... .... 7 3. Hu Hubun bunga gan n antar antara a Tegan Teganga gan n Listr Listrik ik (V) (V) dan dan Kuat Kuat Arus Listrik (I) .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7 4. Pe Pene nerap rapan an hu hukum kum OHM da dalam lam Ke Kehid hidup upan an sehari-ha seha ri-hari ri ..... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ......... .... 11 5. Hu Hubun bunga gan n anta antara ra hamb hambata atan n kawat kawat den denga gan n jenis jenis kawat kaw at dan uku ukuran ran kawat kawat ... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 11 TUGAS TUG AS KEGIA KEGIATAN TAN 1 .... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ..... 15

............. ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ..... Petunj Pet unjuk uk .... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ...... Uraian Uraia n Mate Materi ri ..... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... ........ ......... ......... ......... ..... 1. Hu Huku kum m I Kir Kirch chof offf .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2. Hu Huku kum m II Ki Kirc rcho hoff ff .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. TUGAS TUG AS KEGIA KEGIATAN TAN 3 .... ......... ......... ......... .......... ......... ......... ......... ......... .......... ......... ......... .....

................................ ................ ................................. .................................. .................................. .................................. ..................... .... 45

KUNCI KEGIATAN DAFTAR PUSTAKA

................................ ............... ................................. ................................. ................................. .......................... .......... 48 .................................. ................. ................................. ................................. .................................. ...................... ..... 51

PENDAHULUAN

Selamat Anda telah mencapai modul berjudul “Listrik Dinamis I”. Modul ini dibagi menjadi 4 kegiatan belajar, yaitu: • Ke Kegia giatan tan Bel Belaja ajarr 1: menj menjela elaska skan n tent tentang ang ala alatt ukur ukur listr listrik. ik. • Ke Kegia giatan tan Bel Belaja ajarr 2: men menjel jelask askan an ten tentan tang g huku hukum m Ohm. Ohm. • Ke Kegia giatan tan Bel Belaja ajarr 3: men menjel jelask askan an ten tentan tang g hukum hukum Kir Kircho choff. ff. • ke kegia giata tan n Belaja Belajarr 4: menjel menjelask askan an tenta tentang ng energ energii dan daya daya list listrik rik.. Tujuan modul modul ini adalah agar Anda Anda memahami listrik Dinamis, dengan dengan indikator: 1. Mem Membed bedaka akan n jenis jenis alat alat ukur ukur list listrik rik.. 2. Men Menyeb yebut utkan kan fung fungsi si alat alat ukur ukur listri listrik. k. 3. Menj Menjelas elaskan kan cara pen penguku gukuran ran kuat kuat arus listr listrik. ik. 4. Menj Menjelas elaskan kan cara pen penguku gukuran ran tega tegangan ngan listr listrik. ik. 5. Menu Menuliska liskan n definisi definisi kuat arus listr listrik ik denga dengan n benar. benar. 6. Menu Menuliska liskan n bunyi bunyi huku hukum m Ohm Ohm dengan dengan bena benar. r. 7. Menghitun Menghitung g kuat kuat arus arus berdasarkan berdasarkan hukum Ohm bila bila data data tersedia tersedia secukupny secukupnya. a. 8. Mene Menentuk ntukan an hambatan hambatan sebuah sebuah resisto resistorr melalui melalui grafik V-I dengan dengan tepat. tepat. 9. Menjelaska Menjelaskan n hubungan hubungan antara hambatan hambatan,, panjang panjang dan dan luas luas penampang penampang sebuah konduktor dengan benar. 10. Menentukan hambatan hambatan sebuah resistor bila diketahui hambatan jenis bahan konduktor itu dan data lainnya diketahui. 11.. Menjelaska 11 Menjelaskan n hukum I Kirchoff dengan benar. benar. 12. Menentuka Menentukan n kuat arus pada suatu titik percabangan bila data yang diperlukan tersedia. 13. Menentuka Menentukan n kuat arus pada salah satu resistor dari suatu rangkaian rangkaian yang terdiri dari 3 resistor disusun seri paralel. 14. Menghitun Menghitung g kuat arus pada suatu rangkaian rangkaian yang terdiri dari 3 resistor di susun seri paralel dan dihubungkan dengan baterai yang memiliki hambatan dalam tertentu bila data diperlukan tersedia. 15. Menentukan hambatan hambatan sebuah alat listrik yang spesifikasinya (Watt - Volt) diketahui. 16. Mengubah satuan satuan energi dari Joule menjadi Kwh dari data yang diketahui. 17. Menentuk Menentukan an daya terpasang dari sebuah lampu yang dipasang pada sumber tegangan yang spesifikasinya diketahui bila data minimal yang dibutuhkan. Percobaan yang ada dalam modul ini dikerjakan di sekolah induk dengan bantuan Guru Bina dan dikerjakan secara berkelompok. Bagaimana Anda mempelajari modul ini? Untuk mudahnya ikuti petunjuk belajar berikut ini: • Ba Baca ca urai uraian an mate materi ri pada pada tiap tiap-ti -tiap ap keg kegiat iatan an den dengan gan ba baik. ik. • Ke Kerja rjakan kan semu semua a latiha latihan n dan tug tugasas-tug tugas as yang yang terda terdapa patt pada pada modul. modul.

• • •

•

Gunakan alat Gunakan alat-alat -alat yang dipe diperluka rlukan n dalam dalam memp mempelaja elajari ri modul modul ini, misal misalnya: nya: baterai, bola lampu senter dan amperemeter. Janganla Jang anlah h meliha melihatt kunci kunci jawab jawaban an sebe sebelum lum Anda sele selesai sai meng mengerjak erjakan an tugas tugas/  /  latihan. Catatlah Cata tlah bagi bagian-b an-bagia agian n yang yang belum belum And Anda a pahami pahami,, kemudi kemudian an disku diskusikan sikan den dengan gan teman Anda atau tanyakan kepada guru bina atau orang yang Anda anggap mampu. Bila Anda belu belum m menguas menguasai ai 70% 70% dari dari tiap tiap kegiata kegiatan, n, maka maka ulang ulangii kembali kembali lang langkahkahlangkah di atas dengan seksama.

Mudah-mudahan dengan mempelajari modul ini Anda mendapatkan tambahan wawasan materi pelajaran Fisika, dan jangan lupa Anda terus mengingat pelajaran modul ini, karena akan berhubungan dengan modul yang berikutnya. Modul ini hendakya dapat Anda selesaikan dalam waktu 1,5 jam termasuk Anda menyelesaikan latihan atau tugas-tugasnya.

Selamat Belajar, semoga berhasil dan sukses untuk Anda.

Kegiatan Belajar 1

 ALAT UKUR LISTRIK  Setelah mempelajari kegiatan ini, Anda diharapkan mempunyai kemampuan sesuai indikator dibawah ini: 1. mem membed bedaka akan n jenis jenis alat alat ukur ukur list listrik rik;; 2. men menyeb yebutk utkan an fungs fungsii alat ukur ukur listr listrik; ik; 3. menj menjelas elaskan kan cara cara peng pengukur ukuran an kuat kuat arus arus listrik; listrik; dan dan 4. menj menjelas elaskan kan cara pen penguku gukuran ran tega tegangan ngan listr listrik. ik.

Saat Anda berbicara tentang listrik, tidak akan terlepas dari besaranbesaran yang ada pada listrik itu sendiri. Masih Masi h ingatkah Anda apa besaran itu? Pada modul pertama kelas X, Anda telah mengetahui bahwa besaran: sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dalam satuan. Besaran yang ada pada listrik antara lain kuat arus disebut Ampermeter, sedangkan alat untuk mengukur tegangan atau beda potensial antara dua titik disebut Volt meter. Alat ukur yang akan kita pelajari pada kegiatan ini adalah alat ukur listrik digital. digi tal. Alat ukur listrik analog mempunyai ketidaktelitian ketidakteliti an sekitar 3% sampai 4%. Alat inilah yang biasa tersedia di laboratorium-laboratorium laboratorium-laboratorium IPA di sekolah.

I. Amperm rme eter  Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus. Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer. Cara kerja galvanometer ini akan dibahas lebih lanjut pada saat Anda mempelajari medan magnetik di kelas XII jurusan IPA. Ampermeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada ampermeter.

5

Bagaimana cara menggunakan Ampermeter? Misalkan Anda akan mengukur kuat arus yang melewati rangkaian pada gambar 1. Misalkan R adalah lampu, maka:

(a) Gambar 1.

(b) a. gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc. b. rangkaian sebenarnya

Anda harus memasang secara seri ampermeter ampermet er dengan lampu. Sehingga harus memutus salah satu ujung (lampu menjadi padam). Selanjutnya hubungkan kedua ujung dengan kabel pada ampermeter, seperti gambar 2.

Gambar 2.

Gambar 3.

6

Rangkaian cara menggunakan Ampermeter 

Multimeter yang dapat digunakan sebagai Ampermeter 

Hati-hati saat Anda membaca skala yang digunakan, karena Anda harus memperhatikan batas ukur yang digunakan. Misalnya Mi salnya Anda menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Ini berarti saat  jarum ampermeter menunjuk angka 10 kuat arus yang mengalir hanya 1 A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus aru s yang mengalir 0,5 A. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat dituliskan: Skala yang ditunjuk jarum Ampermeter Hasil pengamatan =

x Batas ukur Ampermeter Skala maksimal

Bagaimana jika saat Anda mengukur kuat arus jarum menyimpang melewati batas ukur maksimal? Ini berarti berar ti kuat arus yang Anda ukur lebih besar dari batas ukur alat. Anda harus memperbesar batas ukur dengan menggeser batas ukur  jika masih memungkinkan. Jika tidak Anda harus memasang hambatan shunt secara paralel pada Ampermeter seperti pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 4.

Rangkaian hambatan Shunt (Rsh) Ampermeter untuk  memperbesar batas ukurnya.

Besar hambatan shunt yang dipasang pada Ampermeter tersebut adalah: 1

Rsh = (n − 1) RA dengan Rsh = Hamb Hambatan atan shun shuntt satuann satuannya ya n

Ω

(dibaca Ohm)

I

= I = Kelipatan batas ukur A

I = Ba Bata tas s uku ukurr ses sesud udah ah di dipa pasa sang ng ha hamb mbat atan an sh shun untt (A) (A) IA = Batas ukur ukur sebelum di pasang pasang hambatan hambatan shunt (A) RA = Hamb Hambatan atan dala dalam m Amperme Ampermeter ter ( Ω )

7

Untuk lebih memahami uraian di atas pelajari contoh soal berikut ini. 1. Bera Berapa pa kuat kuat arus arus yang meng mengalir alir pada pada rangkai rangkaian an berikut berikut ini? ini?

Dike Di keta tahu hui: i: Skal Skala a ma maks ksim imal al = 10 Batas ukur = 5A Ditanya: Hasil pengamatan? Jawab: Hasil pengamatan =

x5A

= 2A 2. Suatu Suatu Amperm Ampermeter eter mempu mempunya nyaii hambata hambatan n dalam dalam 4 Ω , hanya mampu mengukur sampai 5 M A. Ampermeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang besarnya mencapai 10 A. Tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang secara paralel pada Ampermeter.

Diketahui:I A = 5 m A = 5.10–3 A I = 10 A RA = 20 Ditanya: Rsh? Jawab:

n

R sh = =

=

=

10 A 5 . 10 − 3 A

= 2000

1

(n − 1) RA 1 (2000 − 1 )

= 2 . 10 –3

.4 Ω

B. Vol oltm tmet eter  er  Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik listr ik atau beda potensial antara 8

dua titik. Voltmeter juga menggunakan galvanometer yang dihubungkan seri dengan resistor. Coba Anda bedakan dengan Ampermeter! Beda antara Voltmeter dengan Ampermeter adalah sebagai berikut: 1. Amper Ampermeter meter merupak merupakan an galvanom galvanometer eter yang yang dirangka dirangkaii dengan dengan hambatan hambatan shunt secara seri, Voltmeter secara paralel. 2. Hamb Hambatan atan Shunt Shunt yang yang dipasang dipasang pada pada Ampermete Ampermeterr nilainya nilainya kecil sedangk sedangkan an pada Voltmeter sangat besar. Bagaimana menggunakan Voltmeter? Menggunakan Voltmeter berbeda dengan menggunakan Ampermeter, dalam menggunakan Voltmeter harus dipasang paralel pada kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya. Misalkan Anda kan mengukur beda tegangan antara ujung-ujung lampu pada gambar 5.

Gambar 5.

Rangkaian dengan sumber arus dc.

Anda cukup mengatur batas ukur pada alat ala t dan langsung hubungkan dua kabel dari voltmeter ke ujung-ujung lampu seperti pada gambar 6.

Gambar 6 .

Mengukur tegangan.

Skala yang ditunjukkan jarum pada Voltmeter Hasil pengamatan =

x batas ukur 9

Skala maksimal

Seperti pada saat Anda menggunakan Ampermeter, jika jarum pada voltmeter melewati batas skala maksimal, berarti beda potensial yang Anda ukur lebih besar dari kemampuan alat ukur. Sehingga Anda harus memperbesar batas ukur. Caranya dengan memasang resistor (hambatan muka) secara seri pada voltmeter. Seperti gambar 7.

Gambar 7. Rangkaian

hambatan muka (Rm) pada Voltmeter  untuk memperbesar batas ukurnya.

Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah: Rm = (n – 1) R v dengan Rm = hambatan muka ( n=

)

= kelipatan batas ukur Voltmeter

Vv V Rv

= batas batas ukur ukur Voltmete Voltmeterr sebelum sebelum dipas dipasang ang hamba hambatan tan muka muka (Volt (Volt)) = ba bata tas s ukur ukur Vo Volt ltme mete terr se sete tela lah h di dipa pasa sang ng ha hamb mbat atan an mu muka ka (V (Vol olt) t) = ha hamb mbat atan an dala dalam m Vol Voltm tmet eter er ( Ω )

Contoh: Sebuah Voltmeter mempunyai hambatan dalam 3 k , dapat mengukur tegangan maksimal 5 Volt. Jika ingin memperbesar batas ukur Voltmeter menjadi 100 Volt, tentukan hambatan muka yang harus dipasang secara seri pada Voltmeter. Diketa Dik etahui hui:: Rv = 3 k Vv = 5 Volt V = 100 Volt Ditanya: Rm? Jawab: n

=

= 20

Rm = (n – 1) . Rv = (20 – 1) . 3 k Ω = 57 k

10

Alat ukur yang Anda pelajari di atas adalah untuk arus searah (dc). Jika ingin digunakan pada arus bolak-balik harus disesuaikan dengan menambahkan diode. Tetapi Anda tidak akan mempelajarinya. mempelajariny a. Biasanya alat yang tersedia di sekolahsekolah adalah Basic meter. Basic meter dapat berfungsi sebagai Ampermeter ataupun Voltmeter dengan menggeser colokan yang ada. Agar Anda terampil menggunakan Ampermeter atau Voltmeter Anda harus melakukan percobaan yang ada pada kegiatan 1 dan kegiatan 2 nanti. Apabila dalam melakukan percobaan Anda menemui kesulitan atau masalah alat, Anda lakukan percobaan di sekolah induk dan mintalah bantuan pada Guru bina. Percobaan 1. Pengukuran kuat arus listrik. Alat dan bahan yang diperlukan: 1. bo bola la lam lampu pu se sent nter er 1 bu buah ah 2. amperemeter 3. 1 bua buah h bat batu u bat bater erai ai 1, 1,5 5V 4. ka kabel bel pen pengh ghubu ubung ng kira kira-ki -kira ra 30 cm

Caranya: 1. Rang Rangkaia kaian n alat alat seperti seperti pada pada gamba gambarr di bawah bawah ini. ini.

2. Perhatikan Perhatikan oleh oleh Anda, Anda, apakah apakah lampu lampu menyala? menyala? Dan apaka apakah h jarum amperemeter bergerak menyimpang. 3. Coba Anda Anda lepaskan lepaskan salah salah satu satu kabel penghu penghubun bung g pada lampu, lampu, apa yang yang Anda lihat? 4. Samb Sambungk ungkan an lagi kabel kabel yang Anda Anda lepaskan lepaskan dan dan perhatika perhatikan n alat ukur kuat kuat

11

arus (amperemeter), apa yang terjadi?

Untuk lebih memahami tentang penggunaan apermeter dan voltmeter, cobalah Anda kerjakan latihan berikut ini tanpa melihat kunci terlebih dahulu. 1. Tentukan hasil pengamatan yang ditunjukkan oleh amperemeter berikut ini!

2.

Gambarkan rangkaian cara mengukur arus listrik dan beda potensial pada lampu (hambatan) secara bersamaan!

KUNCI LA L ATIHAN 1. Ha Hasi sill peng pengam amat atan an =

30 50

x 100 m A

= 60 m A. 2.

Bagaimana jawaban Anda? Tentu sudah betul bukan? Berarti Anda telah menguasai materi pokok kegiatan ! Untuk mengetahui sejauh mana 12

pemahaman Anda tentang keseluruhan materi kegiatan I, di atas kerjakan Tugas I berikut!

 TUGAS 1

Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat! 1. Pe Perha rhatik tikan an ga gamba mbarr beri berikut kut!!

Berdasarkan gambar di atas pemasangan ampermeter yang benar ditunjukkan pada nomor: A. 1 dan 2 D. 1 saja B. 1 dan 3 E. 3 saja C. 2 dan 3 2. Nama alat ukur dan kegu kegunaan naan yang ditu ditunjuk njukkan kan nomo nomorr 3 pada soal nomo nomorr 1 adalah .... A. Vo Voltm ltmete eter, r, meng menguku ukurr arus arus di R2 B. Amp Amperm ermet eter, er, men menguk gukur ur arus arus di R3 R3 C. Volt Voltmete meter, r, meng mengukur ukur tega tegangan ngan RI D. Ampe Ampermet rmeter, er, meng mengukur ukur arus tota totall E. Volt Voltmete meterr mengukur mengukur tega tegangan ngan R2 maupun maupun R3. R3. 3. Hasi Hasill pengukur pengukuran an yang ditun ditunjukka jukkan n Voltmeter Voltmeter beriku berikutt adalah adalah .... A. B. C. D.

50 Volt 40 Volt 30 Volt 10 Volt

13

E. 6 Volt

4. Suatu Suatu Ampe Ampermet rmeter er memp mempuny unyai ai hamb hambatan atan dala dalam m 2 Ω , hanya mampu mengukur sampai 10 m A. Ampermeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang mencapai 10 A. Maka besar hambatan shunt yang harus di pasang secara paralel pada amperemeter adalah .... A. 2 . 10–3 B. 2 . 10–2 C. 2 . 10–1 D. 2 E. 2 k Ω 5. Untuk Untuk memperbe memperbesar sar batas batas ukur ukur Voltmeter Voltmeter harus harus dipas dipasang ang .... .... A. ha hamba mbata tan n shunt shunt secar secara a parale paralell B. hamb hambatan atan shun shuntt secara secara seri seri dan dan parale paralell C. ha hamba mbatan tan muk muka a secar secara a seri seri D. ha hamba mbatan tan muka muka sec secara ara para paralel lel E. hamb hambatan atan shun shuntt dan dan hambat hambatan an muka muka..

14

Kegiatan Belajar 2

HUKUM OHM

3. 4. 5. 6.

Setelah mempelajari kegiatan ini, Anda diharapkan dapat memahami tentang hukum Ohm sesuai dengan indikator dibawah ini: 1. menu menuliska liskan n definis definisii kuat kuat arus arus listrik listrik dengan dengan bena benar; r; 2. menu menuliska liskan n bunyi bunyi huku hukum m Ohm Ohm denga dengan n benar benar;; menghitung menghitu ng kuat kuat arus arus listrik berdasar berdasarkan kan hukum hukum Ohm Ohm bila tersedia data secukupnya; menentuk mene ntukan an hambatan hambatan sebua sebuah h resistor resistor melalui melalui grafik grafik V – I dengan dengan tepat; tepat; menjelaskan menjelaska n hubungan hubungan antara panjang, hambata hambatan n dan luas penampang penampang sebuah konduktor dengan benar; menentukan menentuk an hambatan hambatan sebuah resister bila diketahui diketahui hambatan jenis bahan bahan itu dan data lainnya diketahui.

1. Kuat Arus Listrik  Pernahkah Anda mendengar kata kuat arus listrik? Coba diingat! Di rumah Anda lampu menyala disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus bolak-balik. Jika Anda menghubungkan lampu listrik kecil dan baterai dengan kabel, apa yang terjadi? Lampu akan menyala, yang disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus searah. Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.

Gambar. 8

Segmen dari sebuah kawat penghantar berarus

15

Jika dalam waktu t mengalir t  mengalir muatan listrik sebesar Q , maka kuat arus listrik I adalah: I : kuat arus listrik (coulomb / sekon = ampere, A) I=

Q  :

muat mu atan an li list stri rik k (c (cou oulo lomb mb))

t 

waktu (sekon)

:

Makin banyak jumlah muatan listrik yang bergerak, makin besar pula kuat arusnya. Dari pembahasan di atas, apakah Anda sudah mengerti? Bila belum, coba perhatikan contoh soal di bawah ini. Contoh soal: Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb dalam waktu 1 menit, kita dapat menentukan kuat arus listrik yang melintasi kawat penghantar tersebut. Caranya seperti berikut: Diketahui: Q = 360 coulomb t = 1 menit = 60 60 sekon Maka kuat arus listrik ( I ) adalah …. I

I

=

Q t

=

360 60

=

6 A.

Jadi kuat arus listrik (I) itu adalah 6 A. Bagaimana, mudah bukan! Bila Anda sudah memahaminya, sekarang sekara ng coba Anda selesaikan soal-soal berikut!. Ingat, latihan ini dikerjakan secara mandiri!

1

1. Apakah Apakah yang yang dima dimaksud ksud den dengan gan kuat arus listr listrik? ik? 2. Seb Sebutk utkan an satua satuan n kuat kuat arus arus listri listrik! k! 3. Juml Jumlah ah muata muatan n yang yang mengali mengalirr melalui melalui penam penampang pang kawat penghantar dengan kuat arus listrik 2 ampere selama 15 menit adalah ….

KUNCI JAW JAWABAN ABAN 1. Kuat arus arus listrik listrik adalah adalah jumlah jumlah muatan muatan listrik listrik yang yang mengal mengalir ir di dalam dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. 2. Ampere at atau coulomb / sekon. 16

3. Diketahui

:

Ditanyakan :

I = 2 Ampere t = 15 menit = 900 sekon Q = .. ....

Jawaban

I =

:

Q t

Q = I.t = 2. 2.900 900 = Q = 1.8 1.800 00 co coulo ulomb mb

2. Beda Potensi Potensial al atau atau Tegan Tegangan gan Listrik Listrik (V) (V) Setelah Anda mempelajari kuat arus listrik, selanjutnya kita akan mempelajari beda potensial atau tegangan listrik. Untuk mempelajari beda potensial atau tegangan listrik, coba kita perhatikan sebuah baterai; yang Anda pasti sudah tahu, pada baterai itu terdapat 2 (dua) kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Bila kutub positif dan kutub negatif kita hubungkan dengan kawat penghantar listrik, maka akan mengalir elektron dari kutub negatif melalui penghubung ke kutub positif. Para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron. Seandainya Anda ingin lebih jelas lagi, perhatikan gambar di bawah ini. Keterangan: 1. ku kutu tub b pos posit itif if (+ (+)) 2. ku kutu tub b neg negat atif if (– (–)) 3. ar arah ah ar arus us li list stri rik k 4. ar arah ah ge gera rak k el elek ektr tron on

Gambar 9.

Perjanjian arah arus listrik 

Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif. Jadi arus listrik mengalir dari potensial potensi al tinggi ke potensial rendah, sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit. jepit . 17

3. Hubung Hubungan an antara antara Tegang Tegangan an listrik listrik (V) dan Kuat Kuat arus listrik listrik (I) Setelah Anda mengetahui tentang kuat arus listrik (I) dan tegangan listrik (V), Anda akan bertanya apa hubungannya antara kedua besaran tersebut? Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai seb agai hukum Ohm yang berbunyi:

Besar kuat arus listrik dalam suatu suat u penghantar berbanding langsung dengan  beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar  tetap .

Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus ( I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm ( Ω). Hambatan dalam rangkaian listrik diberi simbol: gambar sebenarnya adalah

atau R

R

Maka persamaannya dapat ditulis: R =

V I

Keterangan:

atau V = I . R

R : hambatan lilistrik (o (ohm = Ω) V : beda beda po pote tens nsia iall at atau au te tega gang ngan an (v (vol oltt = V) I : ku kuat at aru arus s list listri rik k (amp (amper ere e = A) A)

Sebelum diberikan contoh soal, cobalah Anda pelajari lagi bahan pelajaran hubungan V dan I. Bila Anda telah paham, bacalah contoh soal berikut! Contoh Soal: Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial antara ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut! Diketahui: I = 400 mA = 0,4 A V = 40 V Ditanyakan: R = …. Jawaban:

R =

V I

R = 100

40

= 0,4 Ω

Sebelum Anda mengerjakan latihannya, Anda bisa melakukan percobaan ke-2 bersama teman-teman. Percobaan ini dilakukan di sekolah induk yang telah ditunjuk dan dibantu oleh Guru Bina. 18

Percobaan-2: Hubungan Antara Tegangan (V) dan Kuat Arus (I) Alat dan bahan: - 3 bua buah h bat bater erai ai ma masi sing ng-m -mas asin ing g 1,5 1,5 V - 3 bu buah la lampu pi pijar ke kecil - kawa watt nik ikro rom m se secu cuk kup upn nya - ampere meter

Cara melakukan kegiatan: 1. Susu Susunlah nlah tiga tiga macam macam rangkaia rangkaian n seperti seperti pada pada gambar gambar di bawah bawah ini!

2. Catatlah Catatlah hasil hasil yang ditunju ditunjukkan kkan ampere ampere meter meter pada pada setiap percob percobaan aan (a), (a), (b) dan (c). Jumlah Baterai

Tegangan (V)

Kuat Ar Arus (I (I)

(1) (2) (3)

1,5 3 4,5

.. . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. . . . . .. . .. . .. . .. ..

Tegangan/kuat arus V/I . .. . .. .. . .. . . .. .. . . . .. . .. . . .. . .. .. . .. . .

3. Buat gra rafi fik k V– I

4. Bua Buatt kesimpulan kesimpulan,, dan faktor faktor yang yang mempengar mempengaruhi uhi hasil hasil percobaa percobaan. n. Selamat mencobanya! Apakah Anda sudah memahami bahasan di atas? Bila Anda telah memahaminya dengan baik, Anda bisa melanjutkan latihan-2 di bawah ini. Berarti Anda termasuk siswa yang cerdas. Tetapi bila Anda belum memahami, Anda harus mengulanginya lagi. Anda bukan siswa yang lemah (bodoh). Maaf ya! Ini untuk keberhasilan keberh asilan Anda di masa yang akan datang. Oke! 19

2 1. 2. 3. 4. 5.

Kerjakan soal di bawah ini dengan jawaban yang singkat dan jelas!

Sebutkan Sebut kan ala alatt ukur ukur kua kuatt arus arus!! Sebutkan Sebu tkan alat ukur beda pote potensia nsial/te l/tegang gangan! an! Apaka Ap akah h satua satuan n dari dari tega tegang ngan an? ? Tuliskan Tulis kan lamb lambang ang dari hamb hambatan atan/tah /tahana anan! n! Hitung Hitun g kuat arus arus listrik listrik yang mengalir mengalir melalui melalui kawat kawat penghan penghantar, tar, bila bila besarnya hambatan kawat 10 ohm. Dan ujung-ujungnya diberi tegangan sebesar 1,2 kV!

Perlu diingat oleh Anda! Jangan melihat dulu kunci jawaban jawaba n yang telah tersedia.

KUNCI LA L ATIHAN-2 1. 2. 3. 4. 5.

Amp mpe ere mete terr Voltmeter volt R= Diketahui: R V Ditanyakan: I Jawaban: V

= = = =

10 ohm 1,2 kV = 1.200 volt .… I.R V R

=

1.200 10

I

=

I

= 100 Ampere

 4. Pene Penerapa rapan n hukum Ohm Ohm dalam dalam kehidupan kehidupan sehar sehari-har i-harii Coba Anda perhatikan bola lampu di rumah! Bila bola lampu diberi tegangan (V), apa yang terjadi? Yang terjadi adalah arus mengalir melalui filamen, sehingga bola lampu menyala. Tegangan yang diberikan pada suatu alat listrik seperti bola lampu harus disesuaikan dengan tegangan yang seharusnya diperuntukkan bagi alat tersebut. Jika lampu 220 V diberi tegangan 110 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang lebih kecil dari yang seharusnya sehingga lampu 220 V tersebut, menyala redup. Sebaliknya jika lampu 110 V diberi tegangan 220 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang terlalu besar dari yang seharusnya sehingga lampu 110 V filamennya terbakar. 20

Jadi Anda harus memahami, bila Anda mempunyai sesuatu alat listrik harus dengan tegangan yang ada di rumah dan tegangan yang tercantum di alat listrik listri k tersebut. Jelas!

5. Hubungan Hubungan antara antara hambatan hambatan kawat kawat dengan dengan jenis jenis kawat kawat dan ukuran ukuran kawat Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik. Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut: R = ρ

l

l

A

dengan ketentuan: R = hambatan ( Ω ) ρ = ha hamb mbat atan an je jeni nis s pen pengh ghan anta tarr ( Ω m) = pa panj njan ang g pen pengh ghan anta tarr (m) (m) A = luas penampang penghantar (m 2) untuk kawat berbentuk lingkaran r

A = Ω r2 = jari-jari lingkaran kawat.

21

Untuk mempermudah Anda mengenal berbagai macam jenis logam dan hambatan  jenisnya, Anda perhatikan tabel di bawah ini! Tabel –1. Hambatan jenis beberapa zat. No

1.

2.

3.

Zat

Hambatan jenis (ρ) pada 200 C (ohmmeter)

Penghantar • Pe Perak • Tembaga • Alumunium • Tungsten • Nikel • Besi • Baja • Mangan • Karbon

1,8 x 10–8 1,7 x 10–8 2,8 x 10–8 5,6 x 10–8 6,8 x 10–8 10,0 x 10–8 18,0 x 10–8 44,0 x 10 –8 3500 x 10 –8

Semikonduktor • Germanium • Karbon • Doiksid tembaga

0,5 3,5 x 10–5 1 x 103

Isolator • Kaca • Karet

1010 – 1014 1013 – 1016

Cobalah Anda ulangi sekali lagi tentang uraian materi hubungan antara hambatan dengan jenis dan ukuran kawat sebelum mempelajari contoh soalnya. Contoh soal: Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas penampangnya 1 mm 2, mempunyai hambatan jenis 10 -7 ohmmeter. Jika antara ujung-ujung kawat dipasang beda potensial 60 volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat! kawa t!

22

Diketahui:

l

= A = V = ρ =

Ditanyakan:

I

20 m 1 mm2 = 1 x 10–6 m2 60 V 10–7 ohm-meter

= .…

Jawaban: Langkah pertama, selidiki dahulu nilai hambatannya. R = ρ = 10–7 .

20 1 x 10 − 6

R = 2 ohm Berdasarkan hukum Ohm: I

I

=

V R

=

60 2

= 30 A

Bagaimana Anda sudah memahami uraian materi di atas? Mudah-mudahan Mudah-m udahan Anda lebih mudah memahaminya, bila Anda memahami materi ini, Anda langsung kerjakan latihan-3. Bila belum memahami uraian materi ini, cobalah ulangi pembahasan materi tersebut. Jangan merasa bosan/jenuh untuk mengulangi pembahasan ini?

I A

3

1. Seutas kawat yang yang panjangnya panjangnya 50 cm, luas 2 penampangnya 2 mm , ternyata hambatannya 100 ohm. Dengan demikian, hambatan jenis kawat tersebut sama dengan ….

2. Penggunaan Penggunaan kawat penghan penghantar tar yang yang terlalu terlalu panjang panjang dapat dapat mengakibatkan ….

KUNCI LA L ATIHAN –3 1. Diketahui: l = 50 cm = 0, 0,5 m A = 2 mm2 = 2 x 10–6 m2 R = 100Ω Ditanyakan: ρ = ….

23

Jawaban:

Anda harus me menggunakan pe persamaan:

R

=

ρ

I A

Ubah persamaan itu menjadi: R.A = ρ . l =

R.A 1

ρ

=

100.2 x 10 − 6 0,5

ρ

= 4 x 10–4 ohmmeter

ρ

(masukkan besaran-besarannya) = 400 x 10 –6

2. Be Berku rkuran rangn gnya ya teg tegan angan gan lis listri trik k Bagaimana jawaban Anda! Betul atau salah! Bila betul, Anda berarti sudah memahami dengan benar. Bila masih salah, ulangilah pemahaman Anda itu. Jangan bosan yaa…..! Sampai di sini, Anda mempelajari mempelajari uraian materi di kegiatan-2. kegiatan-2. Tetapi, sebelum sebelum Anda melanjutkan uraian materi di kegiatan-3, Anda harus mengerjakan tugas kegiatan 2. Yang berguna untuk mengukur seberapa banyak materi yang Anda telah kuasai.

24

 TUGAS 2

Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat! Anda harus ingat! Jangan dulu melihat kunci jawaban yang terletak di akhir modul.

1. Jumlah muatan yang mengalir melalui penampa penampang ng penghanta penghantarr setiap satuan waktu dinamakan .… A. hambatan B. kuat arus C. tegangan D. muatan E. kapasitor 2. Untuk Untuk mencari mencari kuat arus digu digunaka nakan n persam persamaan aan …. A. I = Q . t B. I =

t Q

C. I =

Q t

D. I =

Q2 t

E. I = Q2 . t 3. Besarnya Besarnya kuat arus listrik listrik dalam dalam suatu pengh penghantar antar menurut menurut hukum Ohm berbanding …. A. lur lurus us denga dengan n kwadra kwadratt tegang tegangan an B. te terba rbalik lik de deng ngan an teg tegang angan an C. lur lurus us den denga gan n tega teganga ngan n D. lur lurus us de denga ngan n mua muata tan n E. te terba rbalik lik de deng ngan an kua kuadra dratt 4. Hubunga Hubungan n antara besar besar kuat arus arus listrik dan besara besaran n lainnya lainnya adalah adalah sebagai sebagai berikut, kecuali …. A. se seban bandin ding g denga dengan n besar besar muatan muatan B. berb berbandi anding ng terb terbalik alik deng dengan an wakt waktu u C. berb berband anding ing lurus lurus dengan dengan beda beda poten potensial sial D. berb berband anding ing terba terbalik lik dengan dengan hamb hambatan atan E. se seban bandin ding g denga dengan n hamba hambatan tan

25

5. Penulisan Penulisan hukum hukum Ohm Ohm dapat dapat dinyatak dinyatakan an dalam dalam bentuk bentuk persamaan persamaan .... .... A. I = V2.R B.

I

=

R V

C.

I

=

V R

D.

I

= Q.t

E.

I

=

V R2

6. Alat Alat ukur ukur kuat kuat arus arus list listrik rik adal adalah ah …. …. A. am ampe pere re me mete terr B. hid idro rome mete terr C. vo volt ltme mete terr D. bar aro ome mete terr E. ohmmeter 7. Jika sebua sebuah h hambatan hambatan 150 150 ohm dipasa dipasang ng pada pada beda poten potensial sial 6 volt. volt. Maka kuat arus yang dihasilkan …. A. 1200 mA B. 900 mA C. 150 mA D. 80 mA E. 40 mA 8. Dari perc percoba obaan an pengu pengukura kuran n hambata hambatan n suatu penghantar didapat grafik seperti di samping ini. Besar hambatan penghantar tersebut adalah .… A. 0,02 ohm B. 0,2 ohm C. 2 ohm D. 20 ohm E. 200 ohm 9. Besar Besar hambatan hambatan suatu suatu pengh penghanta antarr sebandin sebanding g dengan dengan …. …. A. lu luas as pen penam ampa pang ngny nya a B. panja jan ngnya C. luas pen penampa ampang ng dan dan hamba hambatt jenisn jenisnya ya D. pa panja njang ng dan dan hambat hambat jeni jenisny snya a E. luas pen penmpan mpang, g, panja panjang ng dan dan jenis jenisnya nya

26

10. Seutas kawat panjangnya 100 100 cm dan luas penampangnya 5 mm 2, jika hambatan kawat tersebut 100 ohm, maka hambatan jenisnya adalah .... A. 1 x 10–4 ohmmeter B. 5 x 10–4 ohmmeter C. 5 x 10–5 ohmmeter D. 2 x 10–6 ohmmeter E. 2 x 10–5 ohmmeter Bila Anda telah menyelesaikan tugas kegiatan-2, cocokkan jawaban Anda dengan kunci jawaban yang terletak di belakang di akhir modul ini. Hitunglah sendiri jawaban Anda yang benar dengan menggunakan:  jumlah jawaban benar Tingkat penguasaan = –––––––––––––––––– x 100 %  jumlah soal Bila tingkat penguasaan Anda mencapai 70% atau lebih, Anda langsung mempelajari kegiatan yang berikutnya (kegiatan-3). Seandainya tingkat penguasaan Anda di bawah atau kurang dari 70%. Anda wajib mempelajari uraian ur aian materi ini sampai Anda memahami betul dan mencapai tingkat di atas 70%. Tetapi bila Anda masih belum memahaminya juga, Anda bertanya pada teman sejawat atau Guru Bina di sekolah induk. Yang harus Anda ingat, bahwa didalam belajar Anda tidak boleh malu bertanya dan mudah putus asa. Semoga berhasil. Setelah Anda mempelajari uraian materi tentang kuat arus dan hukum ohm, Anda lebih memahami lagi apabila Anda mencoba melaksanakan percobaan. percoba an. Percobaan dilaksanakan di sekolah induk bersama teman-teman Anda dan dibimbing oleh Guru Bina dari sekolah induk yang ditunjuk. Selamat mencoba!

27

28

Kegiatan Belajar 3

HUKUM KIRCHHOFF Setelah mempelajari kegiatan ini, Anda diharapkan dapat memahami uraian materi tentang hukum Kirchoff sesuai indikator-indikator di bawah ini: 1. menj menjelas elaskan kan bunyi bunyi huku hukum m I Kirchho Kirchhoff ff denga dengan n benar; benar; 2. menentuk menentukan an kuat kuat arus pada suatu titik percabangan percabangan bila data data yang yang diperlukan diperlukan tersedia; 3. menentuk menentukan an kuat kuat arus pada salah satu resistor resistor dari dari suatu suatu rangkaian rangkaian yang terdiri terdiri dari 3 resistor disusun seri - paralel; dan 4. meng menghitu hitung ng kuat kuat arus pada pada suatu rangka rangkaian ian yang yang terdiri terdiri dari 3 resistor resistor disusun disusun seri - paralel dan dihubungkan dengan baterai yang mempunyai hambatan dalam tertentu bila data yang diperlukan tersedia.

1. Hukum I Kirchhoff  Bahasan ini merupakan kelanjutan materi pada modul kegiatan-1 dan 2 sebelumnya. Arus listrik yang telah Anda kenal bahkan pahami itu, bila mengalir bak ... aliran air yaitu dari dataran lebih tinggi ke dataran lebih rendah atau arus listrik itu merupakan aliran arus dari potensial tinggi disebut kutub positif melalui kabel (rangkaian luar) menuju potensial rendah disebut kutub negatif. Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik listri k yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya hambatan nya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar. Selanjutnya hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik percabangan/  simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan akan diselidiki dengan percobaan pada lembar percobaan dan diharapkan Anda mencobanya.

29

Dari percobaan akan didapatkan bahwa penunjukkan ampere meter A 1 sama dengan penjumlahan penunjukkan A 2 dan A3 (lihat gambar 10) Hal tersebut dikenal sebagai hukum I Kirchhoff yang berbunyi:

Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah  kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.

Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik seperti sepert i tampak dalam analogi pada gambar 3.2 berikut. Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:

Σ

Imasuk

= Σ Ikeluar

Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah

Gambar 8.

Skema diagram untuk   Hukum I Kirchhoff 

Gambar 10.

Rangkaian untuk  menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari suatu titik simpul

Bila Anda telah menyimak uraian di atas, dan telah memahaminya, silakan Anda coba selesaikan/kerjakan soal berikut. Bila Anda belum memahami dengan baik, silakan si lakan Anda ulangi lagi sampai Anda dapat memahaminya dengan baik. Contoh soal: Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada gambar! Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A. Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A Berapakah besar dan arah kuat arus I4?

30

Penyelesaian: menurut Hukum I Kirchhoff = Σ Imasuk = Σ Ikeluar Selanjutnya Σ Imasuk = I1 + I2 = 10 + 5 = 15 ampere. I = 8 A arahnya keluar dari titik A berarti I pastilah berarah keluar sehingga: 3 4 ΣI = I3 + I4 = 8 + I4 keluar Akhirnya:

Σ I

masuk

I

1

+ I2 I

5

I

4

I

4

1

2. 3. 4. 5.

= Σ Ikeluar = I3 + I4 = 8 + I4 = 15 – 8 = 7 A = 7 amper ampere e arah arahnya nya kel kelua uarr dari dari titik titik A

Kerjakan soal latihan berikut ini! 1. Perhatikan rangkaian listrik di bawah ini, maka maka arah arus listrik dari rangkaian tersebut adalah ….

Sebutkan Sebutka n alat alat untuk untuk menguku mengukurr kuat arus listri listrik k itu! Pada Pad a rangkaian rangkaian listrik listrik disusun disusun bagaima bagaimanaka nakah h amperemet amperemeter er itu? Tulis Tu lislah lah defi definis nisii hukum hukum I Kirchho Kirchhoff ff itu! itu! Ada lima buah buah percaban percabangan gan berarus berarus listrik, listrik, percab percabang angan an berarus berarus listrik listrik masuk yaitu I1 = 10 ampere, I 2 = 5 ampere sedangkan percabangan berarus listrik keluar yaitu I 3 = 5 ampere, I4 = 7 ampere sedangkan I 5 harus ditentukan besar dan arahnya, tentukan I 5 tersebut!

31

KUNCI LATIHAN 1 1. Arah arus arus listrik listrik pada rangkai rangkaian an listrik listrik yaitu arah arah arus keluar keluar dari dari kutub positi positiff melalui rangkaian luar menuju kutub negatif. 2. Amperemeter 3. Di Disu susu sun n seca secara ra ser serii 4. Juml Jumlah ah kuat arus arus listrik listrik yang yang masuk ke suatu suatu titik titik simpul simpul sama sama dengan jumlah  jumlah  kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut. 5. Pe Peny nyel eles esai aian an:: Σ Imasuk = I1 + I2 = 10 + 5 = 15A I + I = 5 + 7 = 12A arahnya keluar dari titik B berarti I 3 4 5 pastilah berarah keluar dari titik b sehingga: Σ Imasuk = I3 + I4 + I5 = 12 + I5 Akhirnya =

= Σ Ikeluar I + I = I + I + I 1 2 3 4 5 15 = 12 + I5 I = 15 – 12 = 3 A 5 I = 3 ampe ampere re arah arahnya nya kel kelua uarr dari dari titik titik B 5 Σ Imasuk

Percobaan 3 Menyelidiki Kuat Arus Listrik pada titik simpul • Al Alat at da dan n bah bahan an ya yang ng di dipe perl rluk ukan an:: 1. bo bola la lam lampu pu 3 bua buah h masi masing ng-ma -masin sing g 1,5 1,5 V (L 1, L2, L3) 2. am ampe pere reme mete terr 3 bu buah ah (A1, A2, A3) 3. Ba Bate tera raii 1,5 1,5 vo volt lt 3 bu buah ah 4. Powe Powerr supply supply DC untu untuk k 1,5 volt, 3 volt volt dan dan 4,5 volt 5. ka kabe bell peng penghu hubu bung ng 6. sa sakl klar ar pen pengh ghub ubun ung g (S) (S) •

Cara pe Cara pela laks ksan anaa aan n pe perc rcob obaa aan: n: 1. Rang Rangkaia kaian n alat-ala alat-alatt seperti seperti pada pada gamba gambarr di bawah bawah ini: ini:

2. Ap Apaka akah h semu semua a lamp lampu u meny menyala ala? ? 32

3. Jika semua semua lampu lampu menyala, menyala, bacala bacalah h angka yang yang ditunju ditunjukkan kkan oleh oleh alat alat A1, A2 dan A3. 4. Cat Catatla atlah h angka angka yan yang g ditun ditunjukk jukkan an oleh oleh A 2 dan A3 dengan titik P merupakan titik cabang rangkaian. 5. Tuli Tuliskan skan kesi kesimpul mpulan an Anda Anda dari dari hasil hasil perco percobaan baan ini!

2. Hu Huku kum m II Ki Kirc rchh hhof off  f  Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel. Umumnya ini terjadi jika ji ka dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian rangkai an tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:

Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( ε ) dengan  penurunan tegangan (  R) sama dengan nol.  I R)

Dirumuskan:

Σε

+ Σ IR = 0

Selanjutnya ada beberapa tahap yang diperkenalkan pada Anda melalui kegiatan 3 ini yaitu pertama rangkaian dengan satu loop (loop adalah rangkaian tertutup) serta selanjutnya rangkaian dengan dua loop atau lebih. Nah ... selanjutnya silahkan Anda simak yang berikut: Rangkaian dengan satu loop Pada gambar 12 berikut menunjukkan rangkaian sederhana dengan satu loop. Pada rangkaian tersebut, tersebut, arus listrik yang mengalir adalah sama, yaitu I (karena pada rangkaian tertutup). Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini! a. Kua Kuatt arus bertand bertanda a positif positif jika searah searah dengan dengan loop dan dan bertanda bertanda negati negatiff jika berlawanan dengan arah loop.

33

b. GGL bertanda bertanda positi positiff jika kutub kutub positip positipnya nya lebih lebih dulu dulu di jumpai jumpai loop loop dan sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.

Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a

Gambar 12.

Rangkaian dengan satu loop

Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Kirchhoff: Σ ε + Σ IR = 0 – ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0 Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya! Rangkaian dengan dua loop atau lebih Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk. Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai berikut:

Gambar 13.

34

Rangkaian dengan dua loop

a. Gambarla Gambarlah h rangkaia rangkaian n listrik listrik dari rangka rangkaian ian majemuk majemuk terse tersebut! but! b. Teta Tetapkan pkan arah kuat arus untu untuk k tiap tiap caban cabang. g. c. Tuli Tulislah slah persam persamaanaan-pers persamaa amaan n arus untuk untuk tiap titik cabang cabang dengan dengan menggunakan Hukum I Kirchhoff! d. Teta Tetapkan pkan loop loop beserta beserta arahnya arahnya pada pada setiap setiap rangkai rangkaian an tertutu tertutup! p! e. Tulis Tuliskan kan persama persamaan-p an-persa ersamaan maan untuk untuk setiap setiap loop dengan dengan mengg menggunak unakan an persaman Hukum II Kirchhoff! f. Hitu Hitungl nglah ah besaran besaran-bes -besara aran n yang ditanya ditanyakan kan dengan dengan mengg mengguna unakan kan persamaan huruf e di atas! Nah ... cukup pelikkah!… Tetapi Anda tidak usah berputus asa, karena berikut ini ada beberapa contoh soal yang akan memudahkan Anda memahami salah satu prinsip-prinsip dasar dalam Ilmu Kelistrikan ini, silahkan Anda menyimaknya!… Contoh Soal Mula-mula dengan rangkaian rangkaian listrik yang terdiri dari satu loop! Perhatikanlah soal rangkaian tertutup yang terdiri dari satu loop pada gambar di bawah ini!

= r = R = ε = ε = ε = ε = ε

ggl baterai hambatan dalam baterai hambatan luar 24 V r1 = 1 Ω 12 V r2 = 1 Ω 6V r3 = 0,5 Ω 12 V r4 = 0,5 Ω

R1 R2 R3 R4

= = = =

20 15 12 10

Ω Ω Ω Ω

Hitungla Hitu nglah: h: a. Kua Kuatt arus arus listrik listrik (I) yang yang meng mengalir alir pada rang rangkaia kaian n di atas atas!! b. Tegangan listrik antara titik B dengan dengan D (VBD)

35

Penyelesaian: → Perhatikanlah oleh Anda!…… yaitu arah loop, arah arus listrik (I) dan teliti  akan harga-harga komponen listrik yang diketahui!  a. Menu Menurut rut Hukum Hukum II Kirchhoff, Kirchhoff, didalam didalam rangkai rangkaian an tertutup tertutup terseb tersebut ut berlaku berlaku persamaan: Σ ε + Σ IR = 0 (arah loop dan arah arus listrik misalkan searah) maka: – ε1 – ε2 – ε3 + ε4 + I (r1 + R1 + r2 + R2 + r3 + R3 + r4 + R4) = 0 – 24 – 12 – 6 + 12 + I ( 1 + 20 + 1 + 15 + 0,5 + 12 + 0,5 + 10 ) = 0 – 30 + I ( 60 ) = 0 60 . I = 30 I

=

=

1 2

= 0,5 A

Jadi, kuat arus listrik (I) yang mengalir yaitu 0,5 ampere. Kini kita telah mengetahui besar kuat arus listrik yang mengalir kawat rangkaian di atas! Selanjutnya kita akan tentukan besar tegangan listrik antara dua titik! b. Kita dapa dapatt meng menghitu hitung ng besa besarr tega tegangan ngan anta antara ra A dan D (V BD) untuk lintasan yang menempuh B-A-D atau B-C-D. Untuk Jalan B-A-D B-A-D { Perhatikan Perhatikan harga I negatif (–) } VBD = Σ ε + Σ I.R = + ε2 + ε1 – I (r2 + R1 + r1 + R4) = + 12 12 + 24 – 0,5 0,5 (1 + 20 20 + 1 + 10 10)) = + 36 – 0,5 (32) = + 36 – 16 VBD = + 20 Volt Jalan lainnya untuk menentukan besar V BD (jalan kedua), yaitu: Untuk jalan B – C – D: VBD = Σ ε + Σ I.R {perhatikanlah harga I disini positip (+), Anda tahu mengapa?} = – ε3 + ε4 + I (R2 + r3 + R3 + r4) = – 6 + 12 + 0, 0,5 5 (15 (15 + 0,5 0,5 + 12 + 0,5 0,5)) = + 6 + 0,5 (28) = + 6 + 14 VBD = + 20 Volt Jadi besar tegangan antara titik B dengan titik D yaitu V BD adalah + 20 volt, dengan cara yang serupa Anda dapat menentukan bahwa besar V DB = – 20 volt, silahkan mencoba. Kini Anda akan ditunjukkan contoh soal berikut untuk loop (rangkaian tertutup) dengan 2 (dua) loop disertai beberapa komponen listrik, silahkan Anda menyimaknya! 36

Contoh soal: Perhatikanlah Perhatikan lah gambar rangkaian listrik berikut: Diketahui: ε1 = 10 volt ε2 = 10 volt R1 = 5 Ω R2 = 5 Ω R3 = 2 Ω r1 = 1 Ω r2 = 1 Ω Ditanyak Dita nyakan: an: a. Kuat arus listrik listrik yang meng mengalir alir dalam dalam rangk rangkaian aian (I1, I2, dan I3). b. Beda potensial potensial antara A dan dan B (V AB). Penyelesaian: a. Berdasarka Berdasarkan n Hukum Hukum I Kirchhoff, di titik titik simpul simpul A: Σ Imasuk = Σ Ikeluar I1 + I2 = I3 atau I1 = I3 – I2 atau I2 = I3 – I1 ………(1) Berdasarkan Hukum II Kirchhoff untuk loop I atau loop C-A-B-D-C: Σ ε + Σ IR = 0 ε1 + ( r1 + R1) + I3.R3 = 0 –10 +I1 ( 1 + 5 ) + I3 . 2 = 0 –10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 …………(persamaan …………(persamaa n 2) Berdasarkan hukum II kirchhoff untuk loop II atau loop F-E-A-B-F: Σ ε + Σ IR = 0 ε 2 + I2 (r2 + R2) + I3 . R3 = 0 – 10 + I2 ( 1 + 5 ) + I3.2 = 0 – 10 + 6 I2 + 2 . I3 = 0 ……….(persamaan ……….(persama an –3) Selanjutnya subtitusikan (menyamakan dengan memasukkan nilai) persamaan (1) dan (2) sehingga persamaan (2) menjadi: – 10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 ….. I1 = I3 – I2 – 10 + 6 ( I3 – I2 ) + 2 I3 = 0 – 10 + 6 I3 – 6 I2 + 2 I3 = 0 – 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0 ………..(persamaan – 4) Selanjutnya eliminasikan (menghilangkan) persamaan 3 dan 4 sehingga: – pers rsa amaa aan n (3 (3)) : – 10 + 6 I2 + 2 I3 = 0 – pers rsa amaa aan n (4 (4)) : – 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0 –––––––––––––––– + – 20 + 10 I3 = 0 10 I3 = 20 I3 = 2 Ampere. 37

– Masukkan subtitusik subtitusikan) an) I3 = 2 A ke persamaan (2), sehingga: – 10 + 6 I1 + 2 (2) = 0 …….. 6 I1 = 6 ……. I1 = 1 Ampere dan I2 = I3 – I1 = 2 – 1 = 1 Ampere. Jadi arus listrik pada cabang rangkaian B-D-C-A yaitu I1 = 1 A. Arus listrik pada cabang rangkaian B-F-E-A yaitu I2 = 1A. Arus listrik pada cabang rangkaian A-B yaitu I3 = 2 A. {Semua harga I1, I2 dan I3 bertanda positif (+), berarti arah pemisalan yang telah kita tentukan yaitu arah I sesuai}. b. Kita dapa dapatt menghi menghitung tung besa besarr beda beda pote potensia nsiall antara antara A dan dan B (V AB) untuk lintasan yang menempuh jalan A – B (langsung), jalan A-C-D-B dan jalan AE-F-B (Nah!….. ada tiga cara menentukan VAB! ….) Untuk jalan A-B (langsung) VAB = Σ ε + Σ I.R = 0 + I3 (R3) = 0 + 2 (2 ( 2) VAB = + 4 Volt Untuk Jalan A-C –D-B yaitu: VAB = Σ ε + Σ I.R = + ε1 – I1 (R1 + r1) = + 10 – 1 (5 + 1) = + 10 – 6 = + 4 Jadi VAB = + 4 Volt Untuk jalan A-E-F-B yaitu: VAB = Σ ε + Σ I.R = + ε2 – I2 (R2 + r2) = + 10 – 1 (5 + 1) = + 10 – 6 = + 4 VAB = + 4 volt Jadi besar beda potensial antara titik A dan B yaitu V AB = + 4 volt, dengan cara yang serupa Anda dapat menentukan bahwa besar B BA = - 4 volt?…… Silahkan Anda mencobanya!….. Sekarang Anda dapat mengerjakan tugas kegiatan-3 di bawah ini yaitu agar Anda dapat mengukur pemahaman materi kegiatan-3 ini dengan baik!

38

 TUGAS 3

Petunjuk: a. Pili Pilihlah hlah satu satu jawaba jawaban n yang yang menurut menurut Anda Anda paling paling tepat! tepat! b. Kunc Kuncii jawaban jawaban pada pada akhir akhir modul dilihat dilihat setela setelah h Anda menjawa menjawab b semua soal di bawah ini.

1. Arah arus arus dianalo dianalogika gikan n dengan dengan arah arah air yang yang mengalir mengalir dari: dari: A. da data tara ran n rend rendah ah B. da data tara ran n ting tinggi gi C. data dataran ran ting tinggi gi ke data dataran ran rend rendah ah D. data dataran ran rend rendah ah ke ke datara dataran n tinggi tinggi E. dari data dataran ran ting tinggi gi ke ke datara dataran n rendah rendah 2. Dataran Dataran tinggi tinggi dianalo dianalogika gikan n dengan dengan kutub kutub baterai baterai bermuata bermuatan n .... A. negatif B. positif C. netral D. po posi siti tiff – neg negat atif if E. ne nega gati tiff - po posi siti tiff 3. Dalam alirannya alirannya,, arus listrik jika jika mendapatka mendapatkan n hambatan hambatan yang yang besar besar maka maka besar besar arus listrik yang mengalir akan semakin … alirannya. A. be beru ruba bahh-ub ubah ah B. tertentu C. be berk rkel elok ok-k -kel elok ok D. kecil E. besar 4. Pada percob percobaan aan menyelid menyelidiki iki kuat arus arus listrik pada pada titik simpul simpul bila semakin semakin banyak banyak percabangannya maka arus listrik semakin banyak terbagi ke percabanganpercabangan tersebut, maka Anda …. A. ragu-ra rag gu B. tid ida ak setu setuju ju C. setuju D. ha haru rus s dic dicob oba a lagi lagi E. tid tidak ak dap dapat at dik diketa etahui hui

39

5. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah  kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut. Pernyataan ini dikenal  dengan:  A. Hu Huku kum m Aru Arus s Lis Listr trik ik B. Hukum Ohm C. Hu Huku kum m I Ki Kirc rchh hhof offf D. Hu Huku kum m II Ki Kirc rchh hhof offf E. Huk Hukum um Jum Jumlah lah Aru Arus s List Listrik rik 6. Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( ε ) dengan  penurunan potensial (IR) sama dengan nol. Pernyataan ini dikenal dengan : A. Hukum Ohm B. Hu Huku kum m I Ki Kirc rchh hhof offf C. Hu Huku kum m II Ki Kirc rchh hhof offf D. Huk Hukum um Gaya Gaya Ger Gerak ak Lis Listri trik k E. Hu Huku kum m Dasa Dasarr Lis Listr trik ik 7.

8. Dari Dari soal soal no. no. 7 di ata atas s maka maka ara arah h A. ke kelu luar ar – ma masu suk k B. berputar C. di diam am-d -dia iam m saja saja D. masuk E. keluar 9. Dari Dari rang rangka kaia ian n disam disampi ping ng besar beda potensial antara titik D dan titik A (V DA) yaitu: A. – 6 V B. 6 V C. 4 V D. – 4 V E. 8 V

40

Bila I1 = 10 A, I2 = 5 A, I3 = 5A dan I4 = 12 A, maka I5 dapat ditentukan sebesar .... A. 8 A B. 2 A C. 1 A D. 32 A E. 12 A

I5

yaitu ... dari titik A!

10.Dari data rangkaian di samping besar dan arah arus pada hambatan 2 Ω (kawat AB) yaitu: A. 8 A da dari ri A ke ke B B. 6 A da dari ri A ke ke B C. 4 A da dari ri A ke ke B D. 2 A da dari ri A ke ke B E. 1 A da dari ri A ke ke B

Bila Anda telah menyelesaikan tugas kegiatan-3 dengan baik, maka cocokkanlah  jawaban Anda dengan kunci jawaban tentunya dan jangan tertukar tertuka r atau salah alamat, akan lain jadinya! ….. Anda dapat menghitung akan jawaban yang Anda buat, yaitu: Jumlah Jawaban Benar Tingkat Penguasaan = ––––––––––––––––––– x 100 % Jumlah soal Bila tingkat penguasaan Anda mencapai 70% apalagi lebih, Anda dapat melanjutkan ke modul atau kegiatan berikutnya. Andaikan tingkat penguasaan Anda di bawah atau kurang dari 70% Anda diharapkan mempelajari kembali, terus-menerus sehingga mencapai tingkat penguasaan > dari 70%. Capailah, tingkat penguasan Anda setinggi bintang yang bertaburan di langit dan  jangan pesimis, karena orang yang pesimis pesimi s adalah orang yang gagal dalam menjalani hidupnya!

41

42

Kegiatan Belajar 4

ENERGI DAN DAYA LISTRIK  Setelah mempelajari uraian kegiatan ini, Anda diharapkan dapat memahami tentang tentang energi dan daya listrik sesuai indikator-indikator indikator-indikator di bawah ini: 1. mengubah satuan energi dari joule menjadi KWH dari data yang di ketahui; 2. mene menentuk ntukan an hambatan hambatan sebuah sebuah alat alat listrik listrik yang spesifika spesifikasinya sinya (Watt, (Watt, Volt) Volt) di ketahui; 3. menentuka menentukan n daya daya terpasang terpasang dari sebuah sebuah lampu yang yang dipasang dipasang pada sumber tegangan bila data minimal yang dibutuhkan diketahui.

Energi listrik  Untuk memulai mempelajari energi listrik, coba Anda perhatikan gambar 14. Sebuah baterai dengan tegangan V, selama waktu t mengalirkan muatan elektron sebanyak q melalui hambatan R. Untuk itu baterai melakukan usaha W yang besarnya sama dengan perubahan energi potensial ∆Ep = V.q Gambar 14.

Baterai membangkitkan energi pada hambatan R

kita tuliskan:

W = ∆E p = V . q

karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha yang dilakukan adalah: W=V.I.t karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik adalah

43

W = V . I . t = I2 . R . t = Dimana: W I R V t q

= = = = = =

energi listrik dalam Joule arus listrik dalam Ampere hamb ha mba ata tan n dala lam m Oh Ohm m beda be da po pote tens nsia iall da dala lam m Vo Volt lt waktu dalam sekon (S) muatan (C)

Contoh: Berdasarkan rangkaian di samping tentukan a. Ene Energi rgi listri listrik k yang yang dibang dibangkitk kitkan an oleh oleh bate baterai rai selama 1 menit. b. Ener Energi gi listr listrik ik yang yang beru berubah bah menj menjadi adi pan panas as pada R = 4 Ω selama 1 menit. Diketahui: V R2 R2 t

= = = =

12 V 4Ω 2Ω 1 menit = 60 sekon

Dita Di tany nyak akan an:: a. en ener ergi gi ya yang ng di diba bang ngki kitk tkan an ba bate tera raii W = .. .... .. b. en energ ergii yang yang menj menjadi adi pa panas nas pa pada da R1 = 4 Ω, W1 = .... Jawab: a. W =

V2 (R1 + R2 )

(12)2 .t= (4 + 2) . 60

W = 1440 Joule V

12

b. I = (R + R ) = =2A 4+2 1 1 W1 = (I2) . R1 . T = (2)2 . (4) . (60) W1 = 960 Joule

Daya Listrik  Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan. P=

→

W=P.t

dengan satuan P adalah Joule (S)1 atau watt. Jika nilai W pada persamaan (6 - 4) kita substitusikan pada persamaan (6-5), maka kita dapatkan nilai daya listrik P 44

besarnya adalah: P = V . I = I2 . R =

Contoh: Berdasarkan gambar di samping, coba Anda tentukan: a. Day Daya a list listrik rik yan yang g diba dibang ngkit kitkan kan ole oleh h baterai. b. Day Daya a disi disipas pasii (da (daya ya yan yang g beru beruba bah h jadi jadi panas) pada hambatan 11 Ω

Diketahui:

= 6 V, r = 1 Ω, R = 11 Ω

Dita Di tany nyak akan an:: a. Da Daya ya ya yang ng di ba bang ngki kitk tkan an ba bate tera rai, i, P ε = .... b. Da Daya ya pa pada da ha hamb mbat atan an 11Ω, Pr = .... ε

ε

r +R

Jawab:

a. I

=

=

6 1 + 11

= 0,5 A

P ε = (I)2 (r + R) = (0,5) ( 0,5)2 (11) = 2,75 watt b. Pr = (I)2 (R) = (0,5)2 (11) = 2,75 watt

Hubungan antara Joule dengan KWh. Penggunaan energi listrik di rumah tangga diukur dengan menggunakan satuan kilowatt jam atau kilowatt hour disingkat KWh dimana 1 KWh = 3,6 . 10 6 J Contoh: Jika kita mempunyai kulkas yang memiliki spesifikasi 200 watt/220 Volt, menyala satu hari penuh (24 jam) maka energi listrik yang terpakai selama sebulan (30 hari) dapat kita hitung. Bagaimana caranya? Diketahui: P = 200 wa watt = 0,2 kW kW t = 24 h x 30 = 720 h Ditanyakan: W dalam KWh

45

Jawab:

P=

→

W = P.t W = (0,2 kW) (720 h) W = 144 KWh

Hubungan energi listrik dengan kalor 

Gambar 15.

Pernahkah Anda melihat teko listrik? yaitu suatu alat yang dipergunakan untuk memasak air. Teko listrik ini merupakan salah satu contoh alat yang merubah energi listrik menjadi kalor. Jika m massa air yang dipanaskan dipanask an dan c kalor   jenis air serta ∆T perubahan suhu: maka energi listrik sebesar W = P . t akan berubah menjadi kalor Q = m . c . ∆T (dalam hal ini kita mengabaikan kapasitas kalor teko).

Teko Listrik 

Hubungan antara W dan Q tersebut kita tuliskan: W=Q P.t

= m.c.T

V . I . t = m . c . ∆T

Contoh: Sebuah teko listrik 400 watt/220 Volt digunakan untuk memanaskan 1 kg air yang kalor jenisnya 4200 J/kg 0C pada suhu 20 0 C. Berapakah suhu air setelah dipanaskan selama 2 menit? Diketahui: P = 400 W, V = 220 V t = 2 menit = 120 S m = 1 kg c = 4200 J/kg 0C To = 20 0C Ditanyakan: suhu akhir air, T = ....... Jawab:

46

P . t = m . c . ∆T

∆T

=

∆T

=

∆T

= 11,43 0C

Suhu akhir T adalah: T = To + ∆T = 20 0C + 11, 43 0C T = 31,43 0C

Daya listrik pada alat listrik rumah tangga Pada alat listrik rumah tangga umumnya tertulis spesifikasi daya dan tegangannya. Sebagai contoh pada lampu pijar tertulis 60 W/220 V, artinya lampu pijar tersebut akan memiliki daya 60 Watt jika terpasang pada tegangan 220 Volt, dikatakan lampu menyala normal, jika lampu pijar terpasang pada tegangan lebih kecil dari 220 Volt lampu akan meredup, sebaliknya jika lampu terpasang pada tegangan lebih besar dari 220 Volt, maka lampu akan menyala lebih terang. Tegangan 220 V pada alat listrik tersebut merupakan tegangan efektif. Pada bohlam 24 W/ 12 V, tegangan 12 V maksimum, karena sumbernya berasal dari arus DC. Daya sesungguhnya yang digunakan oleh suatu alat listrik memenuhi persamaan:

P2 = di mana

P1 P2 V1 V2

= = = =

. P1

daya tertu daya tertulis lis pada pada alat alat list listrik rik daya da ya ses sesun ungg gguh uhny nya a tegangan tega ngan tert tertulis ulis pad pada a alat alat listri listrik k tegan te ganga gan n uan uang g terp terpaka akaii

Pemakaian daya listrik di rumah atau di kantor dibatasi oleh pemutus daya yang dipasang bersama dengan KWh meter. Pemutus daya tersebut memiliki spesifikasi arus tertentu: 2A, 4A. 6A, 10A, 15A. Pemutusan daya 2A digunakan untuk membatasi pemakaian 440 W, pemutusan daya 6A digunakan untuk membatasi pemakaian daya 220 x 6 = 1320 Volt dan seterusnya. Jika arus listrik melebihi ketentuan maka dengan adanya pemutusan daya secara otomatis akan menurunkan saklar. Untuk keamanan pada alat-alat listrik rumah tangga biasanya pada masing-masing alat dipasang sekering (fuse) seperti ditunjukkan gambar (16).

Gambar 16.

Sekering sebagai pengaman 47

Pemasangan sekering pada alat listrik untuk mengantisipasi mengantis ipasi adanya arus yang tibatiba membesar yang memungkinkan alat listrik dapat rusak atau terbakar. Dengan adanya sekering, jika arus tiba-tiba membesar maka sekering akan putus dan alat listrik lis trik tida tidak k rusak. r usak. Sekering di pasaran pasaran memiliki nilai nilai tertentu yaitu: yaitu: 3 A, 5 A, A, 13 A, 15 A. Bentuk sekering diberikan pada gambar (17).

(a) Gambar 17.

a) Sekering tipe kawat

(b) b) Sekering tipe peluru

Selanjutnya coba Anda perhatikan contoh-contoh berikut ini! Contoh: Lampu pijar memiliki spesifikasi 40 watt/220 Volt. Berapakah daya yang terpakai pada lampu jika dipasang pada tegangan 110 Volt? Diketahui: P1 = 40 W V1 = 220 V V2 = 110 V Ditanyakan: P2 Jawab:

berdasarkan persamaan (6 - 8) P2 =

. P1

= P2 = 10 watt

48

. (40)

Contoh: Sebuah pembersih vakum memiliki spesifikasi 440 W/220 V. Jika nilai sakering yang ada 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A. Sakering mana yang harus dipilih? Diketahui: P = 440 W, V = 220 V Nilai sakering 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A Ditan Dit anyak yakan: an: Sa Saker kering ing man mana a yan yang g dipi dipilih lih? ? Jawab:

P = VI I

=

=

I = 2A Sakering yang digunakan adalah 3 A

 4

Untuk menguji pemahaman Anda, coba Anda kerjakan latihan berikut ini! Kerjakanlah terlebih dahulu jangan langsung melihat kunci jawabannya!

1. Beban 5 Ω ditimbangkan pada elemen 12 Volt yang memiliki hambatan dalam 1 Ω. Berapakah energi yang terserap pada beban 5 W selama 5 menit? 2. Lampu 6 Ω dihubungkan pada akumulator 12 Volt ternyata menyala normal. Berapakah daya pada lampu tersebut? 3. TV berwarna berwarna 600 600 Watt/220 Watt/220 Volt Volt tiap tiap hari dinyala dinyalakan kan rata-ra rata-rata ta selama selama 8  jam. Berapakah energi listrik yang terpakai oleh TV setiap hari? 4. Elemen pemana pemanas s 400 Watt/2 Watt/220 20 Volt Volt digunakan digunakan untuk memasak air 0 sebanyak 1 kg dari suhu 20 C hingga mendidih pada suhu 100 0C. Jika kalor jenis air 4200 J/kg 0C, berapakah lama air akan mendidih? 5. Lamp Lampu u pijar 100 Watt/ Watt/250 250 Volt Volt dipasang dipasang pada pada teganga tegangan n 200 Volt. Volt. Berapa Berapa arus yang mengalir pada lampu? 6. Seb Sebuah uah TV berwa berwarna rna 1000 1000 W/220 W/220 V memerluk memerlukan an sakering sakering penga pengaman man  jika nilai sakering yang ada adalah 3 A, 5 A, 13 A, 15 A. Berapakah nilai sakering yang dipakai? 7. Pada gambar di samping A, B dan C adalah lampu yang identik 24 W/12 V. Berapakah daya yang terdisipasi pada seluruh lampu?

49

KUNCI LA L ATIHAN 4

1. Diketahui :

= 12 V; r = 1 Ω ; R = 5Ω ; t = 300 s ε

Dita Di tany nya a : en ener ergi gi W pa pada da be beba ban nR Jawab

: I

=

=

=2A

W = I2Rt = (2)2 (5) (300) W = 6000 Joule 2. Diketahui : V = 12 Volt R = 6Ω Ditanya

: Daya P

Jawab

: P=

=

P = 24 Watt 3. Diketahui : P = 600 W; V = 220 V t =8h Ditanya

: Energi W .....

Jawab

: P=

W=P.t W = (600 W) (8 h) W = 4800 Wh W = 4,8 kWh

4. Diketahui : P = 400 W ; V = 220 V m = 1 kg; c = 4200 J / kg 0C ∆T = 100 – 20 = 80 0C Ditanya

: t=

Jawab

: P . t = m c ∆T t= t=

50

= 840 S

5. Diketahui : P1 = 100 W ; V1 = 250 V ; V2 = 200 V. Ditanya

: Arus I = .....

Jawab

: P1 =

→

Besar arus I =

R=

= =

= 625 Ω = 0,32 A

6. Diketahui : P = 1000 Q ; V = 220 V Nilai sekering : 3A, 5A, 13A, 15A Dittanya Di

: Nil ila ai sek seke eri ring ng ya yan ng ha haru rus s dip dipak aka ai

Jawab

: I=

=

= 4,55 A Sekering yang dipakai adalah : 5 A →

1000 220

7.

Dike Di keta tahu huii : La Lamp mpu u A, B dan dan C seje sejeni nis s 24 W/ W/12 12 V Dita Di tany nya a

: Da Daya ya ya yang ng te terd rdis isip ipas asii pad pada a sel selur uruh uh la lamp mpu u (P) (P)

Jawab

: Hambatan tiap lampu Arus yang mengalir

→

R=

I=

Daya pada seluruh lampu

= =

=6Ω =

A

P = I2 (3R) P=

= (3 x 6)

P = 8 Watt 51

Anda telah menyelesaikan kegiatan 4 modul ini. Selanjutnya kerjakanlah tugas 4 berikut ini dengan benar. Untuk melihat kebenaran hasil kerja Anda, cocokkan  jawaban Anda dengan kunci jawaban yang ada pada akhir modul. Jika masih ada yang salah ulangi sekali lagi sehingga Anda betul-betul memahaminya.

52

 TUGAS 4

1. Sebuah Sebuah kump kumparan aran memi memiliki liki hamb hambatan atan 100 1000 0 Ω dialiri arus sebesar 2 A selama 10 menit. Berapakah energi yang dipakai pada komponen? 2. Sebu Sebuah ah alat alat listri listrik k memili memiliki ki hamba hambata tan n 25 Ω ketika dialiri arus selama 10 menit menyerap energi sebesar 60 kilo Joule. Berapakah besar arus yang mengalir? 3. Hambatan 50 50 Ω dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan? 4. Sebuah Sebuah lampu lampu memiliki memiliki spesifika spesifikasi si 100 W/220 W/220 V. Berapaka Berapakah h hambatan hambatan lampu lampu tersebut? 5. Setrika Setrika listrik listrik 350 Watt/2 Watt/220 20 Volt dipaka dipakaii selama 4 jam. jam. Berapa Berapa KWh energi energi listrik listrik yang terpakai? 6. Air terjun terjun sebuah sebuah bendung bendungan an tingginy tingginya a 100 meter meter memiliki memiliki debit aliran aliran 50 m 3s–1. Air terjun digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms –2 dan massa jenis air 100 kgm -3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan? 7. Sebuah Sebuah kumparan kumparan water water heater heater 100 100 Watt/22 Watt/220 0 Volt memanas memanaskan kan 5 liter liter air selama selama 0 0 20 menit dari suhu 30 C, kalor jenis air 4200 J/kg C. Berapakah suhu akhir air? 8. Tiga buah buah lampu lampu masing-m masing-masin asing g 36 W/12V, W/12V, 24W/1 24W/12 2 V dan 12 W/12 W/12 V disusun disusun paralel kemudian dihubungkan ke baterai 12 Volt. Berapakah daya disipasi pada seluruh lampu? 9. Sebuah Sebuah mesin mesin derek derek 220 V memerlu memerlukan kan arus arus 12 A untuk mengan mengangkat gkat beban beban 800 800 kg dengan kecepatan 9 m/menit. Tentukan efisiensi mesin jika g = 10 m s –2 10. Bola lampu 100 W/200 V akan dipasang pada tegangan tegangan 250 V. Agar lampu menyala normal, berapa hambatan yang harus diserikan dengan lampu?

53

54

PENUTUP

Selamat Anda telah selesai mempelajari materi Rangkaian Arus Searah dengan baik. Dengan selesainya Anda mempelajari modul ini, Anda dapat menjelaskan arus listrik, hukum Ohm dan rangkaian arus listrik, serta Anda dapat menghitung kuat arus pada suatu rangkaian listrik. Dan Anda dapat melakukan percobaan. Semoga Anda berhasil dalam mengikuti tes akhir modul. Kemudian Anda dapat melanjutkan belajar pada modul berikutnya, tapi sebelum itu bacalah rangkuman berikut ini! • Ala Alatt ukur ukur kua kuatt arus arus lis listri trik k ada adalah lah amp ampere ereme meter ter.. • Ala Alatt ukur ukur teg tegang angan an/be /beda da pot potens ensial ial ada adalah lah vol voltme tmeter ter.. • Kua Kuatt arus arus adalah adalah juml jumlah ah muata muatan n yang yang meng mengalir alir tiap satu satuan an waktu waktu,, dirumus dirumuskan: kan: I

=

= kuat arus listrik (coulomb / sekon = ampere) Q = mu muat atan an lilist strik rik (c (cou oulo lomb mb)) t = wa w aktu (sekon) I

Q t

• •

Arah arus listr listrik ik mengal mengalir ir dari dari poten potensial sial ting tinggi gi (+) (+) menuju menuju ke poten potensial sial rend rendah ah (–). Arah arus elektron dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi. Besarr kuat Besa kuat arus arus di dalam dalam suat suatu u pengha penghantar ntar seba sebandin nding g denga dengan n beda beda poten potensial. sial. Hal ini dikenal sebagai hukum ohm. I

•

=

V R

Hambatan suat Hambatan suatu u pengh penghanta antarr pada pada suhu suhu tert tertentu entu dite ditentuk ntukan an oleh oleh panj panjang ang ( l), hambatan jenis penghantar (r) dan luas penampang kawat penghantar (A), dirumuskan: 1

R = ρ A •

Beberapa Beberap a sumber sumber tega tegangan ngan sear searah ah yang yang diran dirangkai gkai para paralel lel tidak tidak akan meru merubah bah besar tegangan total, namun hanya meningkatkan kemampuannya memasok arus.

55

•

Bunyii huk Buny hukum um I Ki Kirc rchh hhof offf ya yait itu u kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul  sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut. Persamaan Hukum I Kirchhoff yaitu:

Σ Imasuk = Σ Ikeluar

Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah

Imasuk = arus listrik masuk titik percabangan/simpul Ikeluar = arus listrik keluar titik percabangan/simpul percabangan/simpul •

Bunyii Hu Buny Huku kum m II II Kir Kirch chho hoff ff ya yait itu u di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar  gaya gerak listrik ( ε ) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. Dirumuskan:

Σε + ΣIR = 0

Σ ε = jumla jumlah h GGL atau sumb sumber er arus arus listrik listrik (bater (baterai) ai)

I R •

= arus listrik = hambatan listrik

Besar Bes ar energi energi W yang yang terjad terjadii pada pada hambat hambatan an R yang yang dial dialiri iri arus arus I sela selama ma t adala adalah: h: W = V I t = I 2Rt =

•

Besar daya listrik P=

= V I = I2R =

•

Satuan energ Satuan energin in listrik listrik dala dalam m rumah rumah tang tangga ga mengg menggunak unakan an satua satuan n KWh KWh (KiloWa (KiloWatt tt hour). 1 kWh = 3,6 x 10 6 J

•

Ene nerg rgii lis listr trik ik W = P . t = mc ∆Τ pada proses pemanasan akan berubah menjadi kalor Q = mc ∆Τ ditulis: W = Q P t = mc ∆Τ V I t = mc ∆Τ

•

Spesifik Spesi fikas asii alat alat listri listrik k dinyat dinyataka akan n dalam dalam daya daya P dan dan tega teganga ngan n V. Jika alat listrik memiliki spesifikasi P1 /V1 dipasang pada tegangan V 2, daya yang dipakai P2 =

. P1

Anda telah menyelesaikan modul ini. Selanjutnya temuilah Guru Bina Anda untuk mendapatkan test akhir modul yang harus Anda kerjakan. Tetaplah bersemangat dan semoga berhasil. 56

 TUGAS 1

1. 2. 3. 4. 5.

A E C A C

 TUGAS 2

1. D (m (muatan) 2. C (I =

)

3. C (lu (lurus rus de denga ngan n teg tegang angan an)) 4. E (seba (seband nding ing de denga ngan n ham hambat batan) an) 5. E (I =

)

6. A (a (amp mper ere e me mete ter) r) 7. E

→

R = 150 ohm

V = 6 volt I = …. →

8. E I

V = 100 volt = 0,5 ampere

I

=

=

= 0,04 A

I

= 40 mA (e)

I

=

R=

=

R = .... R = 200 ohm (e) 9. C (luas (luas penamp penampang ang dan dan hamba hambatt jenisn jenisnya) ya) l = 100 cm = 1 m 10.E A = 5 mm2 = 5 x 10–6 m2 R = 100 ohm r = …. R = ρ. ρ

=

=

= 500. 10–6

r = 5 x 10 –4 Ω m (e)

 TUGAS 3

1. C (datar (dataran an ting tinggi gi ke dat datara aran n renda rendah) h) 2. B (positif)

57

3. D (k (kecil) 4. C (s (setuju) 5. C (Hu (Huku kum m I Ki Kirc rchh hhof off) f) 6. C (Hu (Huku kum m II II Kir Kirch chho hoff ff)) 7. A (8 A) cara cara pen penyel yelesa esaian iannya nya:: Σ Imasuk = Σ Ikeluar (I5 pastilah kearah keluar dari titik A) I1 + I2 + I3 = I4 + I5 10 + 5 + 5 = 12 + I5 I5 = 20 – 12 12 = 8 I5 = 8 A ……(a) 8. E (keluar (keluar)) cara peny penyeles elesaian aiannya nya lihat lihat no. 7 di atas! atas! 9. B (6 V) car cara a peny penyele elesai saian annya nya:: misal arah loop yaitu A-B-C-D-A sehingga: Σ ε + Σ IR = 0 –12 – 2 + 4 + I (1 + 2 + 1 + 1) = 0 10 + 5 I = 0 I = 2 A VDA = Σ ε + Σ IR ( VDA langsung) = + 4 + 2 (1) VDA = 6 volt … (b) 10. D (2 A dari A ke B) Untuk loop D-C-A-B-D didapat: Σ ε + Σ IR = 0 –10 – 2 + I (1 + 7) + I3 (2) = 0 –12 + 8 I1 + 2 I3 = 0 di titik simpul A berlaku: I1 = I3 – I2 sehingga: –12 + 8 ( I3 – I2) + 2 I3 = 0 –12 – 8 I2 + 10 I3 = 0 …….1 Untuk loop F-E-A-B-F didapat: Σ ε + Σ IR = 0 –10 – 2 + I2 (1 + 7) + 2 I3 = 0 –12 + 8 I2 + 2 I3 = 0 …….2

58

substitusi persaman 1 dan 2 didapat: –12 – 8 I2 + 10 I3 = 0 –12 + 8 I2 + 2 I3 = 0 –––––––––––––––– + –24 + 12 I3 = 0 P I3

I3

=

= 2A

= 2 A arah dari A ke B ….. (d)

KEGIATAN 4

1. Diketahui :

R = 1000 Ω ; r=2A; t = 600 S

Ditanya

:

W = ......

Jawab

:

W = I2 R t = (2 A) 2 (1000 S) (600 S) = 2,4 x 106 J

2. Diketahui :

R = 25 Ω; t = 600 S; W = 6 x 104 J

Ditanya

:

I =......

Jawab

:

W = I2 R t I2 = I2 = I2 = 4 I =2A

3. Diketahui :

R = 50

Ω;

V = 12 V

Ditanya

:

Daya P = .......

Jawab

:

P = 2,88 Watt

59

4. Diketahui :

P = 100 Watt ; V = 220 V

Ditanya

:

R = ......

Jawab

:

P=

5. Diketahui :

→

R=

=

= 484

P = 350 W ; V = 220 V ; t=4h

Ditanya

:

energi da dalam KW KWh, W = .. ........

Jawab

:

W = P . t = (350) (4) W = 1400 kWh W = 1,4 kWh

6. Diketahui :

= 50 m 3s–1

h = 100 m,

g = 10 ms–2 , P = 1000 kg m–3 = 8090 = 0,8 Ditanya

:

daya listrik P = ?

Jawab

:

P=

=h

=

gh

P = (0,8) (1000) (50) (10) (100) P = 40 . 106 W P = 40 MW 7. Diketahui :

P = 100 W, t = 1200 s, To = 30 0C,

V = 220 V, m = 5 liter c = 4200 J/kg 0C

Ditanya

:

Suhu akhir, T = ........

Jawab

:

P. t = m c ∆Τ ∆Τ

=

Suhu akhir, T = T0 + T = 3 0C + 5,7 0C T = 35,7 0C 60

= 5,7 0C

= ∆Τ

Ω

8. Diketahui :

L1 = 36 W/12 V L2 = 24 W/12 V L3 = 12 W/12 V Tersusun paralel dihubungkan pada baterai 12 V

Dit ita anya

:

Daya dis isip ipa asi pada sa salu lura ran n ke la lamp mpu. u.

Jawa wab b

:

Kare ren na te ters rsu usu sun n pa para rale lel, l, maka la lamp mpu u me men nya yala la no norm rmal al Daya total P = P1 + P2 + P3 P = 36 W + 24 W + 12 W P = 72 W

9. Diketahui :

Ditanya

:

Jawab

:

V = 220 V, I = 12 A, m = 800 kg g = 10 m s2, v = 9 m (mnt) –1 = 0,15 m s–1 Efisiensi mesin,

=

= .....

=

=

= 0,45

η

10. Diketahui :

Bola la lampu (P (P1 = 100 W, V 1 = 200 V) Dipasang pada tegangan V = 250 V

Ditanya

:

Besar hambatan Rs agar lampu menyala normal

Jawab

:

Arus yang mengalir I=

=

= 0,5 A

Hambatan total R L = Hambatan total R =

=

= 500

=

= 400

Ω

Ω

Hambatan Rs = R – RL Rs = 500 – 400 Rs = 100 Ω

61

DAFTAR PUSTAKA 

Tim PDKBM Fisika II, Pustekkom Diknas, Jakarta: 2000. TIM Kegiatan Pembelajaran Fisika, Proyek alat-alat IPA dan PKG DIKNAS , Jakarta: 1997. Budikase, Nyoman Kertiasa, Fisika 2 , Balai Pustaka, Jakarta: 1995. Muhadi, dkk, Konsep-Konsep Fisika 2 , Salatiga: PT. Intan Pariwara, 1996. Drs. Kamajaya, Penuntun Belajar Fisika 2 , Bandung: Ganeca Exact, 1996. Drs. Heru Asri Poerno, dkk., Fisika 2a , Jakarta:Yudhistira, 1997. Bob Foster, Fisika Terpadu 2a , Jakarta: Erlangga, 2000. Ir. Hasan Wiladi, S.Pd, M.Si, Fisika 2 , Bandung: Grafindo, 1994. Marthen Kanginan, Fisika 2000 2B , Jakarta: Erlangga, 2000. Depdiknas, Kurikulum 2004 SMA, Pedoman Khusus Pengembangan  Silabus dan Sistem Penilaian Pelajaran Fisika , Fisika , 2003

62