Bab. 8-IX Listrik Dinamis _Made_

Report as inappropriate Your report has been received

Shared by: Iyandri_TilukWahyono

Tags

Stats

views:: 6501
posted:: 1/2/2011
language:: Indonesian
pages:: 23

Public Domain

Document Sample

101
Listrik Dinamis

BAB IX
LISTRIK DINAMIS

1. Apa yang dimaksud dengan sumber tegangan listrik?
2. Apa perbedaan elemen primer dan elemen sekunder?
3. Bagaimana cara membuat rangkaian listrik?
4. Bagaimana cara mengukur tegangan dan kuat arus
listrik?
5. Bagaimana hubungan antara tegangan da kuat arus
dalam suatu penghantar?
6. Faktor apa yang mempengaruhi besar hambatan suatu
penghantar?
7. Bagaimana sifat-sifat arus listrik dalam suatu
rangkaian?
8. Apa perbedaan rangkaian seri dan paralel?

Listrik yang kita pergunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah listrik
yang mengalir (listrik dinamis), yaitu berupa arus listrik yang sumber utamanya
dari PLN (Perusahaan Listrik Negara). Listrik tersebut disalurkan kerumah atau
pabrik melalui suatu jaringan
listrik yang tiang-tiang dan
kabelnya banyak kita lihat di
jalanan. Jaringan listrik yang
masuk kerumah, terlebih dahulu
harus melalui sekring pembatas
(S1), lalu ke kWh meter (M), ke
sekring pengaman (S2), baru
kemudian dialirkan ke berbagai
lampu yang harus terpasang
secara paralel. Untuk keperluan
tambahan, biasanya di setiap
ruangan disediakan stopkontak
sebagai sumber listrik untuk
berbagai peralatan tambahan
Gambar 9-1. Skema jaringan listrik di yang memerlukan listrik.
rumah

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 101
102
Listrik Dinamis

Tugas diskusi 9-1

1. Alat apakah yang dipegunakan PLN untuk menghasilkan listrik?
2. Apa fungsi sekring pembatas, kWh meter dan sekring pengaman? Jelaskan!
3. Mengapa peralatan listrik di rumah harus dipasang secara paralel? Jelaskan!

9.1. SUMBER TEGANGAN LISTRIK

Pada saat mempelajari listrik statis kita sudah mengetahui bahwa dua
benda yang memiliki perbedaan tegangan listrik (selisih potensial listrik), kalau
dihubungkan dengan konduktor akan mengalirkan elektron dari tegangan
rendah tegangan lebih tinggi. Setelah tegangan ke dua benda sama, maka
aliran elektron berhenti.
Kalau ada aliran elektron maka ada
arus listrik, tetapi arah arus listrik
berlawanan dengan aliran elektron.
Hal itu disebabkan karena sebelum
mengenal teori atom, arah arus
listrik telah dinyatakan dari tegangan
tinggi ke tegangan yang lebih
Gambar 9-2. rendah. Perjanjian tersebut sampai
Arah arus listrik berlawanan dengan aliran sekarang masih tetap dipakai.
elektron
Agar arus listrik dapat terus mengalir, diperlukan suatu alat yang dapat
menghasilkan perbedaan tegangan atau selisih potensial listrik. Alat yang dapat
menghasilkan perbedaan tegangan listrik disebut sumber tegangan listrik
(sumber listrik). Contohnya adalah batere, aki (akumulator), dinamo sepeda
dan generator, seperti yang terlihat dalam gambar 9-3.

Gambar 9-3. Beberapa sumber tegangan listrik dan
simbollnya
Arus listrik yang diperoleh dari dinamo atau generator berbeda dengan
arus listrik yang kita peroleh dari batere dan aki. Dinamo sepeda dan generator
menghasilkan arus listrik bolak-balik atau alternating curent (AC) dengan
tegangan 12 volt dan 220 volt. Sedangkan arus listrik dari batere dan aki

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 102
103
Listrik Dinamis

berupa arus listrik searah atau direck curent (DC) dengan tegangan yang relatif
kecil, yaitu 1,5 volt sampai 12 volt. Perhatikan dengan baik, perbedaan simbol
yang diberikan untuk sumber tegangan DC dan sumber tegangan AC tersebut.

1. Batere (elemen kering)

Coba kalian bongkar sebuah batere, maka akan ditemukan bahwa
bagian luarnya berupa sebuah bejana yang terbuat dari logam seng yang
berfungsi sebagai katoda atau kutub negatip, karena bertegangan lebih rendah.
Di dalamnya berisi zat kimia (elektrolit) dalam bentuk pasta yang merupakan
campuran salmiak (amonium klorida), dengan serbuk karbon dan batu kawi
(mangan dioksida). Sebagai anoda atau kutub positip (bertegangan lebih tinggi)
digunakan batang karbon yang ujungnya telah ditutupi dengan logam kuningan.
Pada saat belum digunakan ( tidak
ada arus listrik), antara katoda (seng)
dan anoda (batang karbon) ada
selisih potensial yang disebut gaya
gerak listrik (GGL). Besar GGL
batere sekitar 1,5 volt. Karena
tegangan listrik yang dihasilkan
batere berasal dari reaksi kimia, maka
perubahan energi yang terjadi pada
batere adalah dari bentuk energi kimia
menjadi energi listrik.
Elektrolit yang digunakan (amonium
klorida) berbentuk pasta, sehingga
Gambar 9-4. Komponen batere disebut sebagai elemen kering.
batere
2. Aki (akumulator)

Akumulator biasanya terbuat dari sebuah bejana plastik yang relatip kuat
sebagai wadah cairan zat kimia yaitu larutan asam sulfat.

Sebagai katoda digunakan lapisan timbal
berpori, sedangkan sebagai anoda
digunakan lapisan timbal dioksida
berpori. Akibat reaksi kimia, maka antara
katoda dan anoda ada GGL sebesar 12
volt. Perubahan energi yang terjadi pada
akumulator, sama seperti batere yaitu
dari bentuk energi kimia menjadi energi
listrik. Karena elektrolitnya berbentuk
cair, maka akumulator disebut sebagai
Gambar 9-5. Komponen elemen basah.
akumulator

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 103
104
Listrik Dinamis

Kalau GGL akumulator berkurang dan keadaan selnya masih baik, maka
akumulator dapat diisi kembali dengan cara distrum menggunakan arus listrik.
Elemen yang tidak bisa diisi kembali disebut sebagai elemen primer, sedangkan
elemen yang bisa diisi kembali disebut sebagai elemen sekunder. Dewasa ini
sudah banyak jenis batere yang bisa diisi kembali dengan menggunakan listrik,
misalnya batere yang banyak digunakan pada telepon genggam (hand phone).

3. Dinamo dan generator

Pada prinsipnya dinamo sama dengan generator, yaitu terdiri dari magnet
dan kumparan (gulungan kawat) seperti yang terlihat dalam dalam gambar 9-6
berikut.

Gambar 9-6. Dinamo dan
Generator
Jika kepala dinamo ditempelkan pada ban sepeda yang sedang
berputar, maka magnetnya akan ikut berputar. Terjadi perubahan medan
magnet pada kumparan, sehingga di ujung-ujung kumparan timbul GGL induksi
Cara memutar generator ada bermacam-macam, generator yang kecil
biasanya diputar dengan menggunakan motor listrik. Tetapi generator besar
seperti yang dipakai PLN, ada yang menggunakan tenaga air sehingga disebut
sebagai PLTA (Pembangkit Listrik tenaga air), menggunakan energi uap disebut
PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap), menggunakan energi panas bumi
disebut PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Geotermal), jika menggunakan energi
nuklir disebut PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir).
Perubahan energi yang terjadi pada dinamo dan generator adalah dari
energi gerak (kinetik) menjadi energi listrik. Secara lebih detil cara kerja dinamo
dan generator tersebut akan kita pelajari di bab.XI, yaitu pada saat membahas
materi tentang kemagnetan.

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 104
105
Listrik Dinamis

9.2. KUAT ARUS LISTRIK

Kita telah mengetahui bahwa arus listrik dapat mengalir, jika antara dua
tempat selalu ada perbedaan tegangan listrik. Berarti untuk menghasilkan arus
listrik di dalam suatu rangkaian, maka pada rangkaian tersebut harus ada
sumber tegangan yang berfungsi untuk memberikan perbedaan tegangan pada
ujung-ujung rangkaian. Penggunaan sumber tegangan pada rangkaian listrik,
sama seperti penggunaan pompa air dalam suatu rangkaian pipa air di rumah.
Yaitu berfungsi untuk memberikan perbedaan tekanan pada ujung-ujung
rangkaian pipa air, sehingga air mengalir dati tekanan yang lebih tinggi ke
tekanan yang lebih rendah.

Apakah perbedaan rangkaian terbuka dan rangkaian tertutup?

Tugas percobaan 9-1
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah batere atau power suplay, lampu kecil, sakelar terbuka dan
beberapa kabel penghubung.

2. Rangkaian peralatan tersebut seperti
gambar.

3. Kemudian coba sakelarnya, apakah sudah
dapat berfungsi dengan baik? Maksudnya
pada saat sakelar ditutup (on), arus listrik
mengalir (lampu menyala). Pada saat sakelar
di buka (off), tidak ada arus listrik yang
mengalir (lampu padam).

Pertanyaan :
1. Amati dengan teliti, apa perbedaan antara rangkaian listrik pada saat sakelar ditutup
dan dibuka? Jelaskan!
2. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!

Sakelar adalah alat yang dipergunakan untuk membuka dan menutup
suatu rangkaian listrik. Pada saat sakelar ditutup (on), akan terbentuk rangkaian
tertutup. Artinya kabel yang semula terputus disambung kembali, sehingga
kutub-kutub sumber tegangan yang saling dihubungkan dengan kedua terminal
lampu akan membentuk suatu siklus yang tertutup. Pada rangkaian yang
tertutup akan mengalir arus listrik (lampu menyala). Harus diperhatikan, jangan
langsung menghubungkan kutub-kutub sumber tegangan dengan menggunakan
kabel, sebab dapat menimbulkan hubungan singkat (konsleting) yang dapat
merusak sumber tegangan tersebut.

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 105
106
Listrik Dinamis

Pada saat sakelar di buka (off), sambungan kabel pada sakelar dilepas.
Sehingga kutub-kutub sumber tegangan yang saling dihubungkan dengan
kedua terminal lampu tidak membentuk siklus yang tertutup. Maka terjadilah
rangkaian terbuka. Dalam rangkaian terbuka tidak ada arus listrik yang
mengalir (lampu padam). Itulah sebabnya kalau pada suatu rangkaian tiba-tiba
arus listriknya berhenti, maka yang pertama kali diperiksa adalah di mana letak
terbukanya rangkaian listrik tersebut. Bisa karena sekringnya yang terputus,
lampunya yang putus, sambungan kabelnya yang terlepas, atau peralatan
listriknya yang sudah rusak sehingga mengakibatkan rangkaiannya menjadi
terbuka.

Bagaimanakah cara mengukur kuat arus dan tegangan listrik ?

Alat yang dipakai untuk mengukur kuat arus listrik adalah amperemeter,
sedangkan alat untuk mengukur tegangan listrik adalah voltmeter. Untuk
mengetahui bagaimana cara menggunakan amperemeter dan voltmeter
tersebut, lakukanlah percobaan berikut secara berkelompok.

Tugas percobaan 9-2
Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah batere atau power suplay, lampu kecil, sakelar, amperemeter,
voltmeter dan beberapa kabel penghubung.
2. Pertama buatlah rangkaian seperti gambar (a), setelah semuanya benar silahkan
sakelar ditutup agar arus listrik mengalir (lampu menyala). Amati dengan baik
berapa kuat arus yang mengalir ke dalam lampu tersebut ( I=.....? )

A
V

(a (b)
)
3. Kemudian lepaskan amperemeter, pasang voltmeter seperti gambar (b). Setelah
semuanya benar silahkan sakelar ditutup agar arus listrik mengalir (lampu menyala).
Amati dengan baik berapa tegangan listrik pada ujung-ujung lampu tersebut ( V=...? )

Pertanyaan :
1. Catat berapa kuat arus dan tegangan listrik pada lampu, lengkap dengan satuannya?
2. Bagaimana cara memasang amperemeter dan voltmeter dalam rangkaian listrik?
Jelaskan!

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 106
107
Listrik Dinamis

Untuk mengukur besar kuat arus amperemeter harus dipasang secara
seri, tetapi untuk mengukur tegangan listrik voltmeter harus dipasang secara
paralel (perhatikan dengan baik gambar dalam percobaan 9-2).
Bagaimana simbol amperemeter dan voltmeter dalam rangkaian listrik,
perhatikan gambar 9-7 berikut. Sedangkan Alat yang sekaligus dapat
dipergunakan untuk mengukur kuat arus, tegangan dan hambatan listrik, disebut
multimeter.

A V

Gambar 9-7. Amperemeter, voltmeter dan
multimeter
Karena arus listrik merupakan aliran muatan listrik, maka besar kuat arus
listrik dapat dinyatakan sebagai “banyaknya muatan listrik yang mengalir setiap
detik melalui suatu penghantar”.

Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :

Q
I ................................................... (9-1)
t

Dengan : Q = muatan listrik, satuannya coulomb (C)
T = waktu, satuannya detik (s)
I = kuat arus, satuannya coulomb per detik atau ampere (C.s-1= A )

Berdasarkan pengertian kuat arus tersebut, maka dapat dijelaskan
bahwa jika suatu penghantar dialiri arus listrik sebesar (5 A), berarti di dalam
penghantar tersebut ada aliran muatan listrik (elektron) sebesar 5 coulomb
dalam waktu satu detik. Dalam waktu satu menit akan ada (60x5) coulomb =
300 coulomb, demikian seterusnya.

Dalam sistem metrik, beberapa satuan kuat arus yang sering digunakan
adalah :
1 mA (milliampere) = 10-3 A dan 1 µA (mikroampere) = 10-6 A

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 107
108
Listrik Dinamis

9.3. HUKUM OHM DAN HAMBATAN LISTRIK

Jika ujung-ujung suatu penghantar diberikan tegangan (selisih potensial),
maka di dalam penghantar tersebut akan mengalir arus listrik.
Bagaimanakah hubungan antara tegangan dan kuat arus
dalam suatu penghantar listrik ?
Untuk menjawab permasalahan tersebut dengan baik, lakukanlah
percobaan berikut secara berkelompok.

Tugas percobaan 9-3

Prosedur percobaan :
1. Persiapkan sebuah batere atau power suplay, kumparan, sakelar, amperemeter,
voltmeter dan beberapa kabel penghubung.
2. Buat rangkaian seperti gambar,
kemudian atur berapa selisih
A potensial yang ingin diberikan pada
lkumparan (V). Catat berapa kuat
arus yag mengalir ke dalam
V
kumparan tersebut (I).
3. Ulangi percobaan tersebut beberapa
kali dengan mengubah-ubah besar
selisih potensialnya. Catat kuat arus
setiap kali melakukan perubahan
selisih ptensial pada kumparan.
Pertanyaan :
1. Catat semua data dalam tabel berikut.
Perbandingan selisih
No. Selisih potensial Kuat arus
potensial dan kuat arus
Percobaan pada kumparan (V) pada kumparan (A) -1
pada kumparan (V.A )
1 V1 = .......... I1 = ............ ....................
2 V2 = .......... I2 = ............ ....................
3 V3 = .......... I3 = ............ ....................
. . . .
. . . .
2. Hitung berapa perbandingan selisih potensial dan kuat arus lampu dari masing-masing
percobaan tersebut.
3. Buat grafik hubungan antara selisih potensial dan kuat arus.
4. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!

Perbandingan antara tegangan dan kuat arus dalam suatu penghantar, memiliki
kecendrungan yang selalu tetap. Sehingga grafik hubungan antara tegangan
dan kuat arus dalam suatu penghantar dapat dilukiskan seperti gambar 9-8.

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 108
109
Listrik Dinamis

V Grafik tersebut menunjukkan kepada kita
(volt) bahwa semakin besar tegangan yang
diberikan di ujung-ujung suatu penghantar,
maka kuat arus yang mengalir di dalam
penghantar tersebut akan semakin besar.
Perbandingan antara tegangan dan kuat
arus pada suatu penghantar adalah selalu
I
tetap. Sesungguhnya hasil percobaan
(ampere) tersebut, telah ditemukan oleh George
Simon Ohm yang kemudian disebut sebagai
Gambar 9-8. Grafik V-I sebuah Hukum Ohm sebagai berikut :
peralatan listrik

Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar listrik adalah sebanding
dengan selisih potensial ujung-ujung penghantar tersebut” (asalkan suhu
penghantar selalu tetap).

Karena perbandingan selisih potensial dan kuat arus yang mengalir
dalam suatu penghantar selalu tetap, maka dapat di tuliskan :
V
 kons tan
I
Konstanta itulah yang kemudian secara fisis ditafsirkan sebagai hambatan listrik
dari penghantar tersebut, diberi simbol R (Resistance). Dengan demikian
bentuk persamaan Hukum Ohm dapat dituliskan sebagai berikut :

I V
R
I

V Atau : V  I.R ....................... (9-2)

Gambar 9-9. Tegangan dan kuat arus pada
hambatan

Dengan : V = selisih potensial, satuanya volt (V)
I = kuat arus, satuannya ampere (A)
R = hambatan, satuannya volt per ampere atau ohm(V.A-1 = Ω)

Berdasarkan Hukum Ohm, maka definisi besar hambatan 1 ohm dapat
dinyatakan sebagai berikut :

“Suatu penghantar dikatakan memiliki hambatan sebesar 1 ohm, jika
pada saat ujung-ujung penghantar diberi tegangan sebesar 1 volt, besar
kuat arus yang mengalir dalam penghantar tersebut adalah 1 ampere”

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 109
110
Listrik Dinamis

Dalam sistem metrik, beberapa satuan hambatan yang sering dipakai
adalah :
1 kΩ (1 kilo ohm) = 103 Ω dan 1 MΩ (1 mega ohm) = 106 Ω
Beberapa simbol yang banyak dipakai dalam menggambar hambatan
dalam suatu rangkaian listrik, adalah sebagai berikut :

Gambar 9-10. Beberapa simbol
hambatan listrik
Besar-kecilnya hambatan listrik suatu bahan, dapat mempengaruhi sifat
konduktor dan isolator bahan tersebut. Bahan yang memiliki hambatan lebih
kecil, relatif lebih baik sebagai penghantar listrik (konduktor) dibandingkan
dengan bahan yang memiliki hambatan lebih besar.

Faktor-faktor apakah yang mempengaruhi besar hambatan kawat ?
Untuk dapat menjawab pertanyaan tersebut, lakukanlah penyelidikan
dengan melakukan percobaan berikut secara berkelompok.

Tugas percobaan 9-4

Prosedur percobaan :

1. Persiapkan sebuah multimeter, kawat nikelin, kawat manganin, kawat nikrom dan
beberapa kabel penghubung.
2. Mintalah penjelasan kepada gurumu, bagaimana cara mengukur hambatan dengan
menggunakan multimeter.

2. Ukur hambatan kawat nikelin yang
panjangnya berbeda-beda, tetapi
memiliki luas penampang sama.
Catat hasil pengukuran itu dalam
bentuk tabel?
3. Ukur hambatan kawat nikelin yang
panjangnya sama, tetapi memiliki
luas penampang berbeda-beda
Catat hasil pengukuran itu dalam
bentuk tabel?
4. Ukur hambatan kawat nikelin, manganin dan nikrom yang panjang dan luas
penampangnya sama. Catat hasil pengukuran itu dalam bentuk tabel?

Pertanyaan
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari seluruh hasil percobaan tersebut? Jelaskan!

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 110
111
Listrik Dinamis

Faktor-faktor yang mempengaruhi besar hambatan suatu kawat
penghantar adalah panjang kawat, diameter kawat, suhu kawat dan jenis atau
bahan kawat. Bagaimana pengaruhnya, adalah sebagai berikut :
1. Hambatan kawat sebanding dengan panjang kawat, artinya semakin
panjang kawat, hambatannya semakin besar.
2. Hambatan kawat berbanding terbalik dengan luas penampang kawat,
artinya semakin besar luas penampang kawat, hambatannya semakin
kecil
3. Hambatan kawat sebanding dengan suhu kawat, artinya semakin besar
suhu kawat, hambatannya semakin besar.
4. Hambatan kawat bergantung pada jenis atau bahan kawat, artinya kawat
yang panjangnya sama, luas penampangnya sama dan suhunya sama,
tetapi kalau bahan yang berbeda, maka hambatannya akan berbeda.

Dari hasil percobaan yang sangat teliti dan menggunakan beberapa jenis
bahan, telah diperoleh besar hambatan setiap panjangnya 1 m dan luas
penampang 1 mm2 dari beberapa jenis bahan kawat tersebut. Besaran itulah
yang kemudian disebut sebagai hambatan jenis suatu penghantar listrik yang
diberi simbul ρ (baca rho). Perhatikan dengan baik besar hambatan jenis
beberapa bahan seperti yang terlihat dalam tabel 9-1 berikut.

Tabel 9-1
Hambatan jenis (ρ) berbagai bahan

Hambatan jenis Hambatan jenis
Jenis bahan Jenis bahan
(Ω.mm2.m-1) (Ω.mm2.m-1)

Air biasa 108 Karet 1014-1019
Raksa 0,958 Mangan 0,43
Alkohol 5 x 1010 Mika 1019
Air suling 109 x 1011 Minyak tanah 1020
Aluminium 0,029 Parafin 1020
Asam sulfat 25 x 103 Perak 0,016
Besi 0,086 Porselen 1018-1020
Ebonit 1019-1022 Tembaga 0,017
Emas 0,023 Timbal 0,21
Kaca 1017-1020 Wolfram 0,056
Karbon 60 Nikelin 0,40
Platina 0,106 Seng 0,059
Bakelit 1011-1016

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 111
112
Listrik Dinamis

Sebagai contoh kita ambil hambatan jenis kawat nikelin yang besarnya
adalah 0,4 Ω.mm2.m-1. Artinya setiap panjang 1 m kawat nikelin yang luas
penampangnya 1 mm2, memiliki hambatan listrik sebesar 0,4 Ω.
Berapakah habatan kawat nikelin, jika panjang dan luas penampangnya
berubah? Hal itu dapat diketahui dengan mempelajari tabel berikut ini.

Tabel 9-2
Pengaruh panjang, luas penampang dan jenis kawat terhadap hambatannya

Luas penampang kawat Panjang kawat Hambatan kawat
1 mm2 1m R = 0,4 Ω = ρ
2
1 mm 3m R = 3(0,4) Ω = 3ρ
3(0,4 ) 3
2 mm2 3m R= Ω = 
2 2
. . .
. . .
L(0,4 ) L
(A) mm2 (L) m R= = 
A A

Berdasarkan pola perubahan yang terlihat dalam tabel tersebut, maka
secara umum dapat dirumuskan hubungan antara hambatan dengan panjang,
luas penampang dan jenis bahan suatu penghantar kawat adalah dalam bentuk
persamaan sebagai berikut :
L
Rρ ............................................... (9-3)
A
Dengan : L = panjang penghantar kawat, satuannya (m)
A = luas penampang penghantar kawat, satuannya (m atau mm2)
ρ = hambatan jenis penghantar kawat, satuannya (Ωm atau Ωmm2m-1)

Contoh Soal dan Jawabannya

1. Jika dalam kawat mengalir kuat arus sebesar 5 A, berapakah jumlah
muatan yang melewati luas penampang kawat dalam waktu 1 menit?

Diketahui :I=5A
t = 60 detik
Ditanyakan : q = ..... ?
q q
Jawaban : I  5 q = 300 Coulomb
t 60

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 112
113
Listrik Dinamis

2. Dengan tegangan yang berbeda, sebuah penghantar mengalirkan kuat arus
seperti dalam tabel. Berapakah besar hambatan penghantar tersebut?
Percobaan V (volt) I (Ampere)
1 5 1,0
2 10 2,1
3 15 2,9

Jawaban : Besar hambatan setiap kali pengukuran :
5 10 15
R1  5 R2   4,8  R3   5,2 
1 2,1 2,9
R1  R 2  R3 5  4,8  5,2
Rata-rata hambatannya : R   5
3 3

3. Mula-mula hambatan sebuah kawat nikelin adalah 5  . Berapakah
hambatannya jika panjang dan diameter kawat nikelin tersebut diperbesar
dua kali semula?

Diketahui : R1 = 5 
Ditanyakan : R2 = ..... ? Jika : L2 = 2 L1 dan D2 = 2 D1
D12
D2 (2D1 )2
Jawaban : A1  A2  2
  4A 1
4 4 4
L1 L2
R1   R2  
A1 A2
2L1
R2    0,5 R1 R2  0,5 (5)  2,5 
4A 1

9.4. HUKUM I KIRCHOFF

Rangkaian listrik yang paling sederhana, adalah rangkaian listrik yang
tidak bercabang. Sebab semua komponen listrik di dalam rangkaian tersebut
dihubungkan secara seri, sehingga membentuk satu garis siklus yang tertutup.
Jika ada komponen listrik yang dipasang secara paralel, maka akan terbentuk
rangkaian listrik yang bercabang.

Bagaimanakah sifat arus listrik pada suatu rangkaian listrik ?
Untuk mengetahui hal itu, lakukanlah percobaan berikut secara berkelompok.

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 113
114
Listrik Dinamis

Tugas percobaan 9-5

Prosedur percobaan pertama :
1. Persiapkan sebuah power suplay, beberapa lampu kecil, sakelar, amperemeter dan
beberapa kabel penghubung.
2. Buat rangkaian seperti gambar,
kemudian atur berapa selisih
potensial yang ingin diberikan agar
lampu menyala cukup terang.
3. Ukur berapa besar kuat arus sebelum
masuk ke lampu 1 (I1), antara lampu
1 dan 2 (I2), antara lampu 2 dan 3 (I3)
dan sesudah keluar dari lampu 3 (I4).

Kuat arus
Sebelum lampu 1 Antara lampu 1 dan 2 Anatar lampu 2 dan 3 Sesudah lampu 3

I1 = .......... I2 = .......... I3 = .......... I4 = ..........

Prosedur percobaan ke dua :
4. Buat rangkaian seperti gambar,
kemudian atur berapa selisih
potensial yang ingin diberikan agar
semua lampu menyala cukup terang.
5. Ukur berapa besar kuat arus sebelum
masuk cabang (Im), di cabang 1 (I1),
di cabang 2 (I2), di cabang 3 (I3) dan
sesudah keluar cabang (Ik).

Kuat arus
Sebelum Sesudah
di cabang 1 Di cabang 2 Di cabang 3
masuk cabang keluar cabang

Im = .......... I1 = .......... I2 = .......... I3 = .......... Ik = ..........

Pertanyaan :
Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan pertama dan kedua? Jelaskan!

Secara umum sifat arus dalam suatu rangkaian dapat dirumuskan
sebagai berikut :
“ Kuat arus dalam suatu rangkaian yang
1. X X X tidak bercabang di mana-mana selalu
I1 I2 I3 I4 sama besar”
Gambar 9-11. Rangkaian listrik tidak I1 = I2 = I3 = I4
bercabang

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 114
115
Listrik Dinamis

2. I1 “Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu
X
titik cabang, selalu sama dengan jumlah
kuat arus yang keluar dari titik cabang
Im tersebut”
X
I2 Ik
ΣI masuk = Σ I keluar ...................... (9-4)
X
I3 Sehingga : Im = I1 + I2 + I3 = Ik
Pernyataan inilah yang dikenal sebagai
Gambar 9-12. Rangkaian listrik “ Hukum I Kirchoff ”.
bercabang

Contoh Soal dan Jawabannya

Jika pada satu titik cabang A, mengalir besar dan arah kuat arus seperti
gambar, maka berapa besar kuat arus I4 dan kemana arahnya?

I2 = 3 A Jawaban :
Arus masuk ke titik A kita beri tanda positip,
sebaliknya arus yang keluar dari titik A kita beri
I3 = 2 A
tanda negatip.
I1 = 2 A A
Menurut Hukum Kirchoff I

I4 = ...? ΣImasuk = ΣIkeluar
atau : ΣImasuk - ΣIkeluar = 0
maka : I1 - I2 + I3 + I4 = 0
2 – 3 + 2 + I4 = 0
I4 = -1A
(Karena negatip, berarti arah I4 keluar dari titik A)

9.5. RANGKAIAN SERI DAN PARALEL

Untuk mengatur perbedaan tegangan dan kuat arus dalam suatu
rangkaian listrik, maka beberapa hambatan dan sumber tegangan dapat
dirangkaian secara seri dan paralel. Bagaimanakah sifat-sifat rangkaian
hambatan dan sumber tegangan yang disusun secara seri dan paralel? Untuk
mengetahui hal itu pelajarilah dengan baik uraian materi beriut ini.

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 115
116
Listrik Dinamis

1. Rangkaian hambatan secara seri

Hambatan yang disusun secara berurutan (berbaris) sehingga tidak
membentuk rangkaian bercabang, disebut rangkaian hambatan secara seri.

I I I I
A B

V1 V2 V3

Gambar 9-13. Rangkaian Hambatan
secara seri
Sifat-sifat rangkaian hambatan secara seri adalah :
a. Karena tidak bercabang, maka besar kuat arus yang melalui setiap
hambatan adalah sama.
I1 = I2 = I3 = I ............................... (1)
b. Selisih potensial seluruh hambatan seri sama dengan jumlah potensial
masing-masing hambatan.
VAB = V1 + V2 + V3 ........................ (2)

Karena menurut Hukum Ohm : V1 = IR1 ; V2 = IR2 ; V3 = IR3 dan VAB = IRseri
maka persamaan (2) menjadi :

IRseri = IR1 + IR2 + IR3 Rseri = R1 + R2 + R3 + ..... ..................... (9-5)

2. Rangkaian hambatan secara paralel

Hambatan yang disusun secara berdampingan (berjajar) sehingga
membentuk rangkaian bercabang, disebut rangkaian hambatan secara paralel.
Sifat-sifat rangkaian hambatan secara paralel adalah :
a. Karena bercabang, maka berlaku Hukum I Kirchoff, yaitu :
I = I1 + I2 + I3 .......................... (3)
I1 a. Selisih potensial seluruh hambatan
V paralel sama dengan selisih potensial
I2 masing-masing hambatan.

A V
B
VAB = V1 = V2 = V3 = V ....... (4)
I3 Karena menurut Hukum Ohm V = I1R1
V V = I2R2 ; V = I3R3 dan V = I Rparalel
Gambar 9-14. Rangkaian Hambatan maka persamaan (3) menjadi :
secara paralel

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 116
117
Listrik Dinamis

V V V V 1 1 1 1
       ..... ................ (9-6)
R paralel R1 R 2 R 3 R paralel R1 R 2 R 3

3. Rangkaian sumber tegangan

Untuk mendapatkan tegangan atau selisih potensial seperti yang
diinginkan, kita sering menggunakan sumber tegangan batere atau aki lebih dari
satu yang disusun secara seri atau paralel. Bagaimanakah sifat-sifat rangkaian
sumber tegangan secara seri dan paralel? Untuk mengetahui hal itu,
lakukanlah percobaan 9-6 secara berkelompok.

Tugas percobaan 9-6

Prosedur percobaan pertama :
1. Persiapkan tiga buah batere yang baru, voltmeter dan beberapa kabel penghubung.
2. Ukur berapa selisih potensial masing-masing batere.

3. Susun ke tiga batere seperti rangkaian dalam gambar (a), ukur berapa selisih
potensial rangkaian tersebut.
4. Susun ke tiga batere seperti rangkaian dalam gambar (b), ukur berapa selisih
potensial rangkaian tersebut.

Pertanyaan :
1. Catat semua hasil pengukuran ke dalam tabel berikut dan tuliskan mana rangkaian
batere secara seri dan paralel?

Selisih potensial dan jenis rangkaian
Masing-masing
Rangkaian (a) Rangkaian (b)
batere
V1 = ..........volt Jenis rangkaian : ................. Jenis rangkaian : .................
V2 = ..........volt
V3 = ..........volt Va = ..........volt Vb = ..........volt

2. Kesimpulan apakah yang diperoleh dari hasil percobaan tersebut? Jelaskan!

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 117
118
Listrik Dinamis

Walaupun dalam percobaan 9-6 kita tidak mengukur GGL batere dengan
benar, tetapi karena semuanya dilakukan dengan cara yang sama, maka secara
umum dapat dinyatakan bahwa :
a. Beberapa batere yang dihubungkan secara seri, GGL rangkaian serinya
akan sama dengan jumlah GGL masing-masing baterai. Demikian juga
dengan hambatan dalam serinya, yaitu sama seperti menghitung
hambatan seri biasa.

E1 E2 E3
Eseri = E1 + E2 + E3 + .....
r1 r2 r3
rseri = r1 + r2 + r3 + ..... ................... (9-7)
Gambar 9-15. Rangkaian batere
secara seri
b. Beberapa batere yang dihubungkan secara paralel, GGL rangkaian
paralelnya akan sama dengan GGL sebuah batere. Tetapi hambatan
dalam paralelnya sama seperti menghitung hambatan paralel biasa.

E1
r1
Eparalel = E1 = E2 = E3 = .....
E2
1 1 1 1
    ..... ............... (9-8)
r2 rparalel r1 r2 r3

E3 r3

Gambar 9-16. Rangkaian batere
secara paralel

9.6. HUKUM II KIRCHOFF

Setelah mengenal Hukum I Kirchoff, sekarang marilah kita coba
mempelajari Hukum II Kirchoof untuk suatu rangkaian yang paling sederhana.
Dalam suatu rangkaian listrik tertutup, sumber tegangan berfungsi
sebagai penghasil energi, sedangkan hambatan listrik menggunakan energi
listrik tersebut. Sesuai dengan hukum kekekalan energi, maka berlaku
ketentuan sebagai berikut :

Jumlah GGL di dalam suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan
jumlah tegangan yang terjadi di setiap hambatan dalam rangkaian tersebut”
Pernyataan inilah yang pertama kali dikemukakan Kirchoff yang kemudian
disebut sebagai Hukum II Kirchof

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 118
119
Listrik Dinamis

1 Perhatikan dengan baik rangkaian listrik pada
gambar 9-17. Sesuai dengan Hukum II
Kirchoof, maka berlaku :
2

Σ E = Σ Ir + Σ IR

ΣE
Sehingga : I  .......................... (9-9)
Σr  ΣR
E1 E2
Dengan : ΣE = jumlah GGL sumber tegangan
r1 r2 Σr = pengganti hambatan dalam
ΣR = pengganti hambatan luar
Gambar 9-17. Rangkaian
tertutup

Contoh Soal dan Jawabannya

1. Tentukan besar hambatan pengganti, dari rangkaian hambatan berikut ini.

R2 Jawaban : R1, R2 dan R3 hubungan seri,
maka Rs = R1 + R2 + R3
R1 2Ω Rs = 2 + 2 + 2 = 6Ω
R3
2Ω
Rs hubungan paralel dengan R4
2Ω
1 1 1
3Ω maka  
R Rs R4
R4 1 1 1 3
   R = 2Ω
R 6 3 6

2. R1 2Ω Perhatikan dengan baik rangkaian tertutup
I1
berikut ini. Tentukan berapa :
R2 3Ω
a. Kuat aurs I, I1, dan I2
I2 b. Selisish potensial antara titik A dan B (VAB)
I I E1 = E2 = 1,5 V dan r1 = r2 = 0,15Ω
E1 E2
r1 r2

Jawaban : E1 dan E2 seri, maka : ΣE = E1 +E2 = 1,5 + 1,5 = 3 V

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 119
120
Listrik Dinamis

r1 dan r2 seri, maka : Σr = r1 + r2 = 0,15 + 0,15 = 0,3 Ω
1 1 1 1 1 5
R1 dan R2 paralel, maka :      ΣR = 1,2 Ω
R R1 R 2 2 3 6
E 3
I  2A I1 + I2 = 2 ......(1)
r  R 0,3  12 ,
VAB = I1 R1 = I2 R2 2 I1 = 3 I 2 I1 = 1,5 I2 ......(2)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1), maka
diperoleh :

1,5 I2 + I2 = 2
2,5 I2 = 2 I2 = 0,8 A dan I1 = 1,5 (0,8) = 1,2 A

VAB = I1 R1 = 1,2 (2) = 2,4 V

2
V2 (110)2
W2  t 3600  3,96.104 joule
R 110

TUGAS MERANGKUM

Untuk menata kembali seluruh pengetahuan yang telah kalian peroleh dari bab ini, sekarang
cobalah membuat rangkuman dengan menjawab pertanyaan berikut :

1. Apa yang dimaksud dengan listrik dinamis?
2. Apa yang dimaksud dengan sumber tegangan listrik?
3. Apa perbedaan batere, aki dan generator?
4. Apa perbedaan rangkaian listrik tertutup dan terbuka?
5. Alat apa yang dipakai untuk membuka dan menutup suatu rangkaian listrik?
6. Bagaimana arah arus listrik dalam suatu rangkaian?
7. Bagaimana hubungan tegangan dan kuat arus menurut Hukum Ohm?
8. Faktor apakah yang mempengaruhi besar hambatan suatu penghantar kawat?
9. Apa yang dimaksudkan dengan hambatan jenis?
10. Bagaimana sifat arus listrik dalam rangkaian tidak bercabang?
11. Bagaimana sifat arus listrik menurut Hukum I Kirchoff?
12. Bagaimana sifat rangkaian listrik terturup menurut hukum kekekalan energi?
13. Bagaimana sifat-sifat rangkaian hambatan secara seri dan paralel?
14. Bagaimana GGL batere yang dihubungkan seri dan paralel?

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 120
121
Listrik Dinamis

SOAL-SOAL UNTUK LATIHAN

A. Bentuk Soal Pilihan Ganda

Pilih salah satu alternatif jawaban yang paling benar, dengan jalan memberikan
tanda silang (X) pada lembar jawaban yang telah disediakan

1. Kuat arus dan tegangan pada rangkaian hambatan berikut adalah : .....

R1 R2 A. I = I1 + I2 dan VAC = VAB = VBC
A B C
B. I = I1 = I2 dan VAC = VAB + VBC
I I1 V2 I2 C. I = I 1 + I2 dan VAC = VAB + VBC
D. I = I 1 = I2 dan VAC = VAB = VBC

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

2. V(volt) Hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I) dari
suatu penghantar ditunjukkan oleh grafik berikut.
10 Berarti besar kuat arus pada saat penghantar diberi
tegangan 2 volt adalah : ..... Amper.
I(Amper)
2 A. 0,2 B. 0,4 C. 5,0 D. 20

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

3. Empat buah lampu yang sama dirangkai seperti gambar berikut. Maka
keadaan nyala lampu tersebut adalah : .....
L1
L4 A. L4 > L1 > (L2 = L3)
B. L4 < L1 < (L2 = L3)
L2 L3
C. L1 > L2 > L3 > L4
D. L1 = L2 = L3 = L4

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

4. Grafik hubungan antara hambatan jenis (ρ) suatu kawat penghantar dengan
panjangnya (L), dapat dilukiskan seperti gambar : .....
ρ ρ ρ ρ

A B C D
L L L L
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 121
122
Listrik Dinamis

5. Untuk mengukur tegangan dan kuat arus di suatu penghantar, pemasangan
voltmeter (V) dan amperemeter (A) yang benar adalah seperti gambar : .....

A V A V

A V
B C D
A V A

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

6. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi besar hambatan sebuah
penghantar kawat adalah :
1. panjang 2. Luas penampang 3. jenis bahan 4. suhu
Jawaban yang benar adalah : .....
A. 1 dan 3 B. 2 dan 4 C. 1, 2 dan 3 D. 1, 2, 3 dan 4

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

7. Sebuah sumber tegangan yang memiliki GGL= 6 V dan hambatan dalam
sebesar r = 0,5 Ω, dihubungkan dengan sebuah beban listrik yang memiliki
hambatan R = 11,5 Ω. Maka besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian
adalah : ..... Ampere.
A. 0,5 B. 2 C. 3 D. 12
Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

8. Hambatan pengganti dalam rangkaian berikut adalah : .....

3Ω A. 1 Ω C. 6 Ω
3Ω 3Ω B. 2 Ω D. 9 Ω

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

9. Alat dalam rangkaian listrik yang berfungsi sebagai pengaman agar tidak
kebakaran pada saat terjadi hubungan singkat, adalah : .....
A. Sakelar B. Steker C. Sekring D. Kumparan

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

10. Sifat rangkaian hambatan seperti gambar berikut adalah : .....

I1 R1
A. VAB = V1 + V2 dan I = I 1 + I2
I V1 B. VAB = V1 = V2 dan I = I 1 = I2
V2 C. VAB = V1 + V 2 dan I = I 1 = I2
A I2 R2 B D. VAB = V1 = V 2 dan I = I 1 + I2

Berikan alasan mengapa kalian menjawab demikian : ...................................

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 122
123
Listrik Dinamis

B. Bentuk Soal Uraian
1. Apa perbedaan antara elemen primer dan elemen sekunder? Berikan
contohnya!

2. Sebuah lampu yang memiliki hambatan 6Ω dihubungkan secara seri
dengan lampu lain yang hambatannya 12Ω secara seri. Jika rangkaian
tersebut menggunakan sumber tegangan 12 V, tentukan :
a. Kuat arus yang mengalir pada masing-masing lampu?
b. Tegangan pada masing-masing lampu?

3. Dua kawat yang jenisnya sama, memiliki panjang yang sama tetapi
diameter berbeda. Jika diameter kawat pertama 10 kali diameter kawat ke
dua dan besar hambatan kawat pertama 2Ω, tentukan berapa besar
hambatan kawat ke dua?

4. Tujuh hambatan yang besarnya
sama yaitu 2 Ω,disusun seperti
gambar. Berapa besar hambatan
penggantinya?

5. Perhatikan rangkaian berikut dengan baik, kemudian tentukan :

I3 R1
R3 C
I
A B a. Kuat arus pada masing-masing
cabang, yaitu I1, I2 dan I3
I2 R2 b. Selisih potensial VAB dan VBC

E E
Diketahui R1 = 6Ω, R2 = 3Ω, R3 = 3Ω
E = 6 volt, r = 0,5Ω
r r

Buku Pelajaran IPA SMP Kelas IX 123