Documents
Resources
Learning Center
Upload
Plans & pricing Sign in
Sign Out

Bab. 8-IX Listrik Dinamis _Made_

VIEWS: 7,515 PAGES: 23

									                                                                                     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

								
To top