Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti...

42
Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 171 Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini. Peta Konsep V I= R Hambatan Konduktivitas Hambatan, Konduktor, Semikonduktor, dan Isolator Hukum Ohm Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff Hukum I Kirchhoff Rangkaian Hambatan Penerapan Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 1. Hambatan Seri 2. Hambatan Paralel mempelajari dirumuskan dirumuskan membahas dibedakan U " R= A 1 ı Ǐ = Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikut yang merupakan kunci dan cara memahami materi ini. Hukum Ohm Konduktivitas Hukum I Kirchhoff Rangkaian listrik Pada suatu malam Ani belajar fisika, tiba-tiba ia melihat nyala lampu pijar di depannya meredup. Sambil berpikir Ani berjalan ke ruang tamu lalu menyalakan lampu neon. Ternyata lampu neon itu tidak mau menyala. Dengan banyak pertanyaan di dalam pikiran Ani, ia mendekati magic jar, lampu magic jar pun tidak menyala terang seperti biasanya. Dari bacaan tersebut, coba renungkan pertanyaan ini! 1. Apa yang menyebabkan lampu neon, lampu pijar, dan lampu pada magic jar dapat menyala? 2. Mengapa lampu pijar dapat meredup? Pertanyaan-pertanyaan di atas berkaitan dengan hukum Ohm dan hukum I Kirchhoff. Untuk menjawabnya perhatikan uraian materi berikut. Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff Kata Kunci

Transcript of Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti...

Page 1: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 171

Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini.

Peta Konsep

VI =

R

Hambatan Konduktivitas

Hambatan,Konduktor,

Semikonduktor, danIsolator

HukumOhm

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff

Hukum IKirchhoff

RangkaianHambatan

Penerapan Hukum Ohmdan Hukum I Kirchhoff

1. Hambatan Seri2. Hambatan Paralel

mempelajari

dirumuskan

dirumuskan

membahas

dibedakan

R=A

1=

Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikutyang merupakan kunci dan cara memahami materi ini.

• Hukum Ohm • Konduktivitas• Hukum I Kirchhoff • Rangkaian listrik

Pada suatu malam Ani belajar fisika, tiba-tiba ia melihat nyala lampu pijar didepannya meredup. Sambil berpikir Ani berjalan ke ruang tamu lalu menyalakan

lampu neon. Ternyata lampu neon itu tidak mau menyala. Dengan banyakpertanyaan di dalam pikiran Ani, ia mendekati magic jar, lampu magic jar pun tidak

menyala terang seperti biasanya.

Dari bacaan tersebut, coba renungkan pertanyaan ini!

1. Apa yang menyebabkan lampu neon, lampu pijar, dan lampu pada magic jardapat menyala?

2. Mengapa lampu pijar dapat meredup?

Pertanyaan-pertanyaan di atas berkaitan dengan hukum Ohm dan hukum IKirchhoff. Untuk menjawabnya perhatikan uraian materi berikut.

Bab 9 Hukum Ohmdan Hukum I Kirchhoff

Kata Kunci

Page 2: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX172

A. Hukum Ohm

A. TujuanMenentukan hubungan antara kuat arus terhadap beda potensial.

B. Alat dan Bahan1. 4 buah baterai2. 5 jenis hambatan/resistansi (5 ohm, 10 ohm, 15 ohm, 20

ohm, dan 25 ohm)3. Kabel secukupnya4. Amperemeter

C. Cara Kerja1. Ambil satu baterai dan hambatan 5 ohm rangkailah seperti

pada gambar berikut.

2. Baca dan catatlah jarum penunjuk pada amperemeter.3. Ambil satu baterai lagi dan susunlah secara seri, baca, dan

catatlah jarum penunjuk amperemeter.4. Ambil satu lagi baterai dan susun tiga baterai secara seri,

dan amati berapa angka yang ditunjukkan oleh amperemeter.5. Dengan cara yang sama susunlah 4 baterai secara seri, dan

amati berapa angka yang ditunjuk oleh amperemeter.

Kegiatan 9.1

Page 3: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 173

6. Dengan cara yang sama, gantilah nilai R yang berbeda dalamrangkaian tersebut, dan amati penunjukan amperemeteruntuk tiap-tiap hambatan yang berbeda.

7. Catatlah hasil pengukuran kalian.8. Bagaimana hubungan antara besarnya beda potensial dan

kuat arus untuk hambatan yang tetap? Buat grafik dari duabesaran tersebut.

9. Bagaimana hubungan antara kuat arus dan hambatan? Buatgrafik dari dua besaran tersebut.

10. Bagaimana hubungan antara beda potensial dan hambatan?Buat grafik dari dua besaran tersebut.

D. Hasil pengamatanBuatlah suatu kesimpulan yang disertai alasan untuk mencarihubungan antara kuat arus, beda potensial, dan hambatan.

Kunci pokok dalam Kegiatan 9.1 adalah mencarihubungan antara kuat arus, beda potensial danhambatan. Hambatan atau disebut juga tahanan atauresistansi adalah sesuatu yang sering dibicarakandalam bidang fisika elektronika. Apa sebenarnyafungsi dari hambatan tersebut? Dari data pengamatankalian menunjukkan ada hubungan yang menarikantara kuat arus dan hambatan. Jika nilai hambatandiperbesar maka kuat arus akan menurun untuk bedapotensial yang tetap, sehingga bisa ditulis,

1I

R

Persaman di atas menunjukkan bahwa hambatanberbanding terbalik dengan kuat arus. Dari Tabel9.1 ditunjukkan bahwa jika nilai hambatan konstanmaka hubungan antara kuat arus dan beda potesialadalah berbanding lurus, dengan kata lain semakinbesar beda potensial makin besar kuat arusnya, lihatGambar 9.1. Secara matematika dapat ditulis,

I V

Page 4: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX174

Penggabungan ke dua persamaan dapat ditulis,

VI =

R, V = I R

Persamaan di atas disebut hukum Ohm, denganR adalah hambatan yang dinyatakan dalam satuanohm ditulis dalam simbol (omega). Berdasarkanhukum Ohm, 1 ohm didefinisikan sebagai hambatanyang digunakan dalam suatu rangkaian yang dilewatikuat arus sebesar 1 ampere dengan beda potensial1 volt. Oleh karena itu, kita dapat mendefinisikanpengertian hambatan yaitu perbandingan antarabeda potensial dan kuat arus.

Lakukan secara kelompok!

A. Tujuan

Mengetahui pengaruh hambatan terhadap suatu rangkaian.

B. Alat dan Bahan1. 1 basicmeter (yang berfungsi sebagai amperemeter)2. 1 catu daya3. 1 AVOmeter4. 1 lampu pijar

V(volt)

I (ampere)

R

Gambar 9.1 Grafik V terhadap I

Kegiatan 9.2

Page 5: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 175

5. 3 jenis hambatan : R1 = 220 ; R2 = 330 ; R3 = 4706. Papan rangkaian7. Sakelar8. Kabel

C. Cara Kerja1. Lakukan 3 kali untuk setiap pengukuran dan ambil harga

rata-ratanya.2. Ukurlah tiga hambatan R1, R2, dan R3 menggunakan

AVOmeter. Buatlah tabel untuk mencatat hasil pengukuran.3. Rangkailah resistor R1, sakelar, lampu pijar, dan Basicmeter

yang berfungsi sebagai amperemeter. Sakelar, S, dalamkeadaan terbuka, lihat gambar di bawah ini.

4. Hubungkan rangkaian itu dengan catu daya.5. Aturlah batas ukur amperemeter sebesar 50 mA.6. Catu daya pilih pada kedudukan 6 V.7. Tutuplah sakelar. Baca penunjuk jarum amperemeter,

A.Catatlah hasilnya dan amati nyala lampu.8. Ganti nilai hambatan 330 dan 470 , baca dan catat

penunjuk jarum amperemeter.9. Berdasarkan data yang kalian peroleh gambarlah grafik

hubungan antara R dan I.10. Berdasarkan grafik hubungan antara R dan I yang kalian

buat, apa komentar kalian mengenai hubungan antara aruslistrik yang mengalir dalam suatu rangkaian dan hambatan.

11. Bagaimanakah hubungan antara nyala lampu dan besarkecilnya nilai hambatan?

12. Bagaimanakah hubungan antara nyala lampu dan kuat arus?

A X

R Lampu

Vs S

Page 6: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX176

D. Hasil PengamatanBuatlah suatu kesimpulan yang mengaitkan dengan persamaan

VI =

R! Apakah persamaan

VI =

R sesuai dengan hasil percobaan

yang kalian lakukan.

Ampere

Definisi satu ampere adalah satu coulombmuatan yang bergerak melalui sebuah titik dalamsatu sekon.

Arus listrik dapat terjadi apabila di dalam sebuahrangkaian terdapat beda potensial. Hubungan antarakuat arus listrik dan beda potensial listrik secaragrafik dapat dilihat pada Gambar 9.1. Hubungan linierantara kuat arus dan beda potensial menunjukkanmakin besar beda potensial makin besar kuatarusnya. Hubungan kesebandingan antara bedapotensial dan kuat arus perlu adanya faktorpembanding yang disebut hambatan.

Contoh soal 9.1:Pada sebuah percobaan hukum Ohm, diperoleh grafikseperti pada gambar di bawah ini!

Dari grafik tersebut, tentukan besar hambatanyang digunakan!

9

6

3

00,2 0,4 0,6

V (

volt)

I (ampere)

Page 7: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 177

Penyelesaian:

Berdasarkan hukum Ohm V

I=R

,

VR=

I

R9V- 0

= =150,6A-0

2. Perhatikan tabel di bawah ini!

(Volt) (Ampere) (Ohm)

3 0,2 .......................

6 0,4 ........................

9 0,6 ........................

12 0,8 ........................

Berdasarkan tabel di atas, berapa besar hambatanyang digunakan untuk percobaan!Penyelesaian:

1. R1

= VI

= 3volt0,2A

= 15 ohm

2. R2 = VI

= 6volt0,4A

= 15 ohm

3. R3

= VI

= 9volt0,6A

= 15 ohm

4. R4

= VI

= 12volt0,8A = 15 ohm

Page 8: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX178

B. Hambatan, Konduktor, Semikonduktor,dan Isolator

A. Tujuan

Mencari hubungan jenis bahan terhadap nilai hambatan.

B. Alat dan Bahan1. Kawat baja dengan diameter 0,35 mm dan panjang 1 m, 2 m,

dan 3 m2. Kawat nikrom dengan diameter 0,35 mm dan 0,25 mm dan

panjang 1 m, 2 m, dan 3 m3. Dua buah penjepit buaya4. 1 multimeter

C. Cara kerja1. Ambillah kawat baja dengan panjang 1 m dan diameter

0,35 mm.2. Ukurlah hambatan kawat tersebut dengan cara ujung-ujung

kawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar dibawah ini. Catatlah hasil penunjukan pada multimeter.

3. Ulangi untuk kawat baja yang panjangnya 2 meter kemudian3 meter. Catat pula nilai hambatan yang ditunjukkan olehmultimeter.

4. Catat hasil pengukuran kalian tersebut.

Kegiatan 9.3

Page 9: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 179

D. Hasil PengamatanBuatlah kesimpulan disertai suatu alasan mengenai hubunganantara panjang kawat dengan nilai hambatan.

Kawat NikromAnalogi dengan A lakukan hal yang sama dengan menggantikawat baja dengan kawat nikrom! Catat hasil pengukuran kalian.

1. Bandingkan data pengukuran pertama dengan yang kedua.Apa komentar kalian?

2. Bagaimana nilai hambatan keduanya?

3. Adakah kesamaan nilai hambatan kedua jenis kawat tersebut?

4. Kawat manakah yang memiliki nilai hambatan lebih besar?

5. Lakukan hal yang sama untuk diameter kawat 0,25 mm.

6. Bandingkan antara data pengukuran sebelumnya!

7. Bagaimana pengaruh diameter kawat terhadap nilaihambatannya?

8. Bagaimana perbedaan nilai hambatan kedua kawat?

9. Apabila nilai hambatannya berbeda, manakah yang memilikinilai hambatan terbesar?

10. Bagaimana hubungan antara panjang kawat dengan nilaihambatan?

11. Apakah kesimpulan kalian tentang hubungan antara luaspenampang dengan nilai hambatan?

Dari kegiatan kawat baja dan kawat nikrom,buatlah suatu kesimpulan yang menyeluruhmengenai hubungan antara hambatan kawat, jeniskawat, panjang kawat dan diameter kawat. Buatlahsuatu persamaan yang menghubungkan keempatvariabel tersebut sebagai suatu kesimpulan!

Page 10: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX180

A. TujuanMembedakan bahan yang bersifat konduktor dan isolator.

B. Alat dan Bahan1. Tembaga 4. Timbal 7. Kertas2. Seng 5. Kayu 8. tiga buah baterai3. Besi 6. Plastik 9. Lampu pijar

C. Cara Kerja1. Susunlah dua buah

baterai dan lampu pijarseperti gambar disamping.

2. Agar menjadi rangkaiantertutup hubungkan titikA dan titik B menggu-nakan salah satu bahan diatas, misalnya tembaga.

3. Amati keadaan lampudan catatlah hasil pengamatan kalian.

4. Lepaskan tembaga dan gantilah dengan seng. Amatilahdan catat keadaannya.

5. Lanjutkan kegiatan ini dengan mengganti seng denganbesi, timbal, kayu, plastik, dan kertas. Amati keadaanlampunya dan catat hasil pengamatan kalian.

6. Catat data dari hasil pengamatan kalian dalam tabel.

Catatan: pada kolom isolator atau konduktor cukup kalian beritanda ( ) bila sesuai.

Kegiatan 9.4

A

B+ –

No. Nama Bahan Baterai (Menyala/tidak) Isolator Konduktor

1. Tembaga ...... ................... ........... ...........2. Seng ...... ................... ........... ...........3. Besi ...... ................... ........... ...........4. Timbal ...... ................... ........... ...........5. Kayu ...... ................... ........... ...........6. Plastik ...... ................... ........... ...........7. Kertas ...... ................... ........... ...........

Tabel 9.1 Data Pengamatan

Page 11: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 181

No. Nama Bahan Jumlah Keadaan Lampu Isolator KonduktorBaterai (Menyala/Tidak)

1. Tembaga .............. .......................... ............ .................

2. Seng .............. .......................... ............ .................

3. Besi .............. .......................... ............ .................

4. Timbal .............. .......................... ............ .................

5. Kayu .............. .......................... ............ .................

6. Plastik .............. .......................... ............ .................

7. Kertas .............. .......................... ............ .................

Tabel 9.2 Data Pengamatan

7. Ulangi kegiatan tersebut dengan langkah-langkah yang samauntuk tiga baterai.

8. Tuliskan hasil pengamatan dalam Tabel 9.2.

HambatanAliran listrik di dalam sebuah penghantar ternyata

tidak sama besarnya, hal ini ditunjukkan oleh nyalalampu pijar maupun angka yang ditunjukkan olehamperemeter. Ketidaksamaan ini disebabkan olehpenghantar yang selalu memiliki hambatan. Hambatandari suatu penghantar mempengaruhi besar kecilnyaarus listrik yang melewatinya. Berdasarkan Kegiatan9.3, besar hambatan suatu bahan atau penghantarnilainya berbeda-beda tergantung pada hambatanjenis, , panjang, ,dan luas penampang, A.

Sebuah alat yang dapat digunakan secara langsunguntuk mengukur besar kecilnya nilai hambatan sebuahpenghantar disebut ohmmeter. Sedang multimeteradalah alat yang dapat digunakan untuk mengukurkuat arus, beda potensial, dan hambatan pada suatupenghantar atau rangkaian listrik. Apabila multimeterakan digunakan untuk mengukur besar hambatan ataudigunakan sebagai ohmmeter, maka sakelar harusdiputar sehingga menunjuk ke arah yang bertanda R.Penghantar yang hendak diukur hambatannyadipasang di antara ujung kabel penghubung alat itu.Jarum akan bergerak ke suatu kedudukan tertentusehingga besar hambatan dapat dibaca pada skalayang bertandakan OHM atau .

Page 12: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX182

Hambatan suatu penghantar juga dapat diukursecara tidak langsung, yaitu dengan cara mengukurbesar arus yang lewat pada penghantar dan mengukurbeda potensial ujung-ujung penghantar itu. Olehkarena itu, kita menggunakan dua alat yang berfungsisebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsisebagai voltmeter. Cara menyusun alat tersebut adalahsebagaimana terdapat pada Gambar 9.2. Pada Gambar9.2 adalah sebuah rangkaian untuk mengukur besarhambatan dari lampu pijar.

Dengan menggunakan rangkaian pada Gambar9.3, maka besar arus listrik yang mengalir melaluilampu pijar dan beda potensial antara ujung-ujunglampu pijar dapat diketahui sehingga besarnyahambatan dari lampu tersebut dapat dihitung.

Satuan hambatan dapat diturunkan sesuaipersamaan berikut, yaitu:

VR R

Isatuan volt

satuan = , satuan = =ohmsatuan ampere

Kata ohm sering ditulis (omega) yang berasaldari huruf Yunani. Ohm atau merupakan satuansistem internasional untuk hambatan listrik. Selainmenggunakan satuan , hambatan sering dinyatakandalam satuan k (kiloohm) dengan 1 k = 1000 dan M (megaohm) di mana 1M = 106 .

Gambar 9.2 Rangkaian untuk mengukur hambatan sebuahlampu pijar

A

V

Page 13: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 183

Air

Air Raksa

Air Suling

Alkohol

Aluminium

Asam Sulfat

Bakelit

Besi

Ebonit

Emas

Kaca

Karbon

Hambatan Jenis

( m)

1014 – 1019

0,50

0,43

1019

1020

1020

0,016

1018 – 1020

0,017

0,21

0,056

-

Karet

Konstantan

Mangan

Mika

Minyak tanah

Parafin

Perak

Porselin

Tembaga

Timbal

Wolfram

-

Hambatan Jenis

( m)

108

0,958

109 – 1011

5 × 1010

0,029

25 × 103

1011– 1016

0,086

1019 – 1022

0,023

1017 – 1020

60

Bahan ZatBahan Zat

R R R

Gambar 9.3 Berbagai simbol hambatan

Hambatan sering digambarkan seperti padaGambar 9.3.

Dari hasil Kegiatan 9.4, hubungan antarahambatan, jenis bahan, panjang, luas penampangdan suhu dari suatu penghantar dapat dirumuskansecara matematika,

R = A

dan R = R0 (1 + T) atau = 0(1 + T)

Dengan adalah panjang penghantar dengansatuan meter, A adalah luas penampang penghantardengan satuan m2, dan (dibaca "Rho") adalahhambatan jenis yang dinyatakan dalam ohmmeter( m). Dari penyelidikan dan percobaan telahdiperoleh nilai hambatan jenis dari berbagai bahanseperti terlihat pada Tabel 9.3!

Tabel 9.3 Hambatan Jenis Suatu Bahan

Page 14: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX184

Tugas 9.1

Pertanyaan berhipotesis:Dari Tabel 9.3, tunjukkan bahan apa yang mempunyai:1. Nilai hambatan jenis paling besar dan paling kecil?2. Jelaskan mengapa bahan tersebut mempunyai nilai hambatan jenis

besar dan bahan yang lain mempunyai nilai hambatan jenis kecil?

Persamaan 9.5, menunjukkan bahwa hambatantergantung pada suhu dari penghantar, semakinbesar suhu, semakin besar nilai hambatannya. Ro

adalah hambatan awal atau hambatan mula-mula, Radalah hambatan akhir dikarenakan faktor suhu, T= T

1 – T

2 adalah perubahan suhu dinyatakan dalam

derajat Celsius (°C) dengan T1 adalah suhu awalpenghantar dan T2 adalah suhu akhir penghantar,dan adalah koefisien suhu penghantar dinyatakandalam satuan per °C .

Koefisien suhu ( dibaca "alpha") untuk beberapabahan memiliki harga yang berbeda tergantung darijenis bahan masing-masing. Hampir semuakonduktor (termasuk nikrom) memiliki nilai koefisiensuhu positif. Oleh karena itu hambatan sebuahkonduktor akan bertambah jika suhu bahan tersebutbertambah. Nilai koefisien suhu dari beberapa bahankonduktor dapat kalian lihat pada Tabel 9.4.

Tabel 9.4 Koefisien Suhu Logam

BahanKoefisien Suhu

( ), (1/°C)

Aluminium 0,00420

Brass 0,00208

Tembaga 0,00426

Emas 0,00365

Besi 0,00618

Timah putih 0,00466

Page 15: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 185

Air raksa 0,00062

Nikrom 0,00044

Nikel 0,00600

Platina 0,00370

Perak 0,00411

Baja lunak 0,00458

Tin 0,00458

Tungsten 0,00490

Seng 0,00400

Pertanyaan berhipotesis:Dari Tabel 9.4,1. Tunjukkan bahan apa yang mempunyai nilai paling besar

dan paling kecil!2. Jelaskan mengapa bahan tersebut mempunyai nilai besar

dan bahan yang lain mempunyai nilai kecil!

Konduktivitas

Sifat dari bahan konduktor adalah tidak adanyamedan listrik di dalam konduktor. Pernyataan inibenar jika konduktor dalam keadaan keseimbanganstatis. Tujuan dari pembicaraan ini adalah inginmenggambarkan apa yang terjadi jika muatanbergerak dalam konduktor.

Muatan yang bergerak dalam sebuah konduktor,akan menghasilkan arus di bawah pengaruh medan

listrik. Medan listrik ini muncul karenaadanya pergerakan muatan sehinggasituasinya non-elektrostatis. Keadaan inisedikit berlawanan dengan situasi untukkeseimbangan elektrostatis di manamuatan dalam keadaan diam sehinggatidak ada medan listrik di dalam.

Tugas 9.2

Info MEDIASelain menggunakan prosesdoping, daya hantar listriksemikonduktor juga dapatditingkatkan dengan caramemainkan suhu, medanmagnet, dan tekanan.

Page 16: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX186

Muatan listrik yang dapat berpindahdari suatu tempat ke tempat lain adalahmuatan elektron. Elektron-elektron yangmudah berpindah disebut elektronbebas. Elektron-elektron bebas dalamlogam merupakan gas elektron yang padasuhu sangat tinggi 70.000°C bersifatsebagai gas sempurna. Elektron-elektronbebas ini bergerak bebas di dalam sebuahbahan konduktor. Sehingga pada saattertentu elektron-elektron ini akanberbenturan dengan elektron bebas yanglain. Dengan jumlah elektron bebas yangbesar maka bahan konduktor mudahmengalirkan muatan listrik. Bahankonduktor yang baik dan sempurna jikamempunyai nilai konduktivitas yang besaryaitu (mendekati tak terhinggabesarnya). Sebaliknya untuk hambatan

atau hambatan jenisnya mempunyai nilai mendekatinol atau sangat kecil.

Bagaimana untuk isolator? Untuk isolatorkonduktivitas, hambatan, hambatan jenis, dan sifatelektron adalah berharga sebaliknya dengan konduktor.

Konduktor dan isolator adalah suatu bahan yangmempunyai sifat kebalikan misalnya III untuk bahankonduktor mempunyai konduktivitas sangat besarsedang isolator sangat kecil. Konduktor mempunyaihambatan atau hambatan jenisnya kecil sedang untukisolator hambatan atau hambatan jenisnya besar.Bagaimana untuk material atau bahan semikonduktor?

Semikonduktor adalah suatu bahan atau bendayang mempunyai sifat sebagai konduktor dan isolator.Dengan kata lain bahan semikonduktor mempunyaikemampuan mengalirkan muatan di bawah sifatkonduktor dan di atas sifat isolator. Untukmendapatkan sifat konduktor dari bahan semikon-duktor biasanya dilakukan penambahan jenis atomlain dengan konsentrasi tertentu atau disebutpendopingan. Contoh bahan ini adalah germanium,Ge dan silikon, Si. Bahan semikonduktor dapatdijumpai dalam penggunaan bahan-bahanelektronika.

Gambar 9.4 Germaniumberbentuk serbuk dan padat

Sumber: commons.wikimedia.org

Page 17: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 187

Tugas 9.3

Pertanyaan berhipotesis:

Dengan melihat ketiga jenis bahan yaitu: konduktor, semikonduktor,dan isolator,1. Bagaimanakah bila besar hambatan ketiganya diurutkan dari

paling kecil?2. Bagaimanakah urutan dari mudah-tidaknya ketiga bahan tersebut

dalam mengalirkan muatan listrik?3. Jawaban 1 dan 2, kalian bisa menjelaskan bagaimana hubungan

hambatan dengan aliran muatan dalam suatu bahan?

Tabel 9.5 Hubungan antara Bahan Konduktor,Semikondutor, Isolator, dan Nilai Konduktivitasnya

Material Konduktivitas

PerakTembaga 108

Aluminium

BesiRaksa 107

Karbon

Germanium 103

Silikon

KayuGelas 10-9

Karet

Tabel 9.5 menunjukkan bahwa nilai konduktivitasuntuk bahan isolator dan konduktor mempunyairentang yang sangat besar. Misalkan, berapa rentangnilai antara karet dan perak?Contoh soal 9.21. Sebuah kawat tembaga memiliki luas penampang

2 mm2. Jika panjang penghantar 2000 danhambatan jenisnya 0,02 meter. Berapa nilaihambatan kawatnya?

Page 18: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX188

A. Tujuan

Menentukan jumlah kuat arus yang mengalir sebelum dansesudah melalui suatu rangkaian listrik.

C. Hukum I Kirchhoff

Kegiatan 9.5

Penyelesaian:Diketahui : A = 2 × 10–6 m2

= 2000 m

= 0,02 mDitanya : R . . . .?

Jawab : RA

-6 2

2000 mR=0,02 m

2 10 m

=2 × 107

2. Sebuah kawat memiliki hambatan 2 ohm. Apabilapanjang kawat 2 meter dan luas penampang0,35 mm2. Berapa besar hambatan jenis kawattersebut?

Penyelesaian:Diketahui: R = 2

= 2 mA = 0,35 × 10–6 m2

Ditanya : . . . . ?Jawab :

R A= =

-6 22ohm×0,35×10 m

2m

= 0,35 × 10–6 m = 3,5 × 10-7 m

Page 19: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 189

A1

L1

A2

A3

L2

+ –

Besar Arus Listrik Penunjukan Jarum Amperemeter (A)

I1 ..................................................I2 ..................................................I3 ..................................................

Tabel 9.6 Data Pengamatan

B. Alat dan Bahan1. 2 buah lampu pijar2. 2 buah baterai 1,5 volt3. 4 buah amperemeter4. Kabel secukupnya

C. Cara Kerja1. Susunlah/rangkailah seperti pada gambar berikut.

2. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter pada A1.

Catatlah sebagai I1.3. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter pada A

2.

Catatlah sebagai I2.4. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter A

3. Catatlah

sebagai I3.5. Masukkan data dari hasil pengamatan kalian ke dalam tabel!

6. Berdasarkan Tabel 9.6, bagaimana komentar kalian terhadapnilai I

1, I

2, dan I

3?

7. Dari Tabel 9.6, apa kesimpulan kalian berkaitan denganbesarnya arus sebelum dan sesudah melewati lampu yaituA1 dan A3.

8. Dengan cara yang sama susunlah alat yang sudah kaliansediakan di atas seperti gambar berikut.

Page 20: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX190

9. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter A dancatatlah sebagai I.

10. Amati dan baca penujukan jarum amperemeter pada A1 dancatatlah sebagai I

1.

11. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter pada A2

dan catatlah sebagai I2.

12. Amati dan baca penunjukan jarum amperemeter pada A3

dan catatlah sebagai I’.13. Hitunglah jumlah nilai dari I1 dan I2 dan catatlah.14. Bandingkan antara nilai I dan jumlah dari I

1 dan I

2!

Bagaimana besar nilai I dan jumlah dari I1 dan I2?15. Bandingkan antara jumlah I

1 dan I

2 dengan I’! Bagaimana

besar I’ dengan jumlah I1 dan I2?16. Apabila titik P disebut titik percabangan bagaimana

kesimpulan kalian tentang besar arus yang masuk titikpercabangan dengan besar arus yang keluar dari titikpercabangan (titik Q)?

D. Hasil Pengamatan

Setelah kalian melakukan kegiatan di atas, buatlah kesimpulantentang besar arus listrik pada rangkaian tidak bercabang danbesar arus listrik pada rangkaian bercabang!

1. Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik ada dua macam yaitu rangkaianlistrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup.Rangkaian listrik terbuka adalah rangkaian listrik yangmemiliki ujung-ujung rangkaian. Contoh rangkaianterbuka dapat kalian lihat pada Gambar 9.5.

A A2 A3

A1

+

I I’

QI1

l1

L2

Page 21: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 191

Sedangkan rangkaian listrik tertutup adalahrangkaian listrik yang tidak memiliki ujung-ujungrangkaian. Di dalam rangkaian listrik tertutup ini aruslistrik dapat mengalir mengikuti jenis suatu rangkaian.Contoh rangkaian listrik tertutup secara sederhanadapat dilihat pada Gambar 9.6.

Rangkaian listrik juga dibedakan menjadi duamacam lagi yaitu rangkaian tidak bercabang danrangkaian bercabang. Rangkaian tidak bercabangdisebut rangkaian seri. Sedangkan rangkaianbercabang disebut rangkaian paralel.

2. Rangkaian Seri

Misal tiga buah hambatan yang masing-masingR1, R2, dan R3 dirangkai seri. Susunan seri ketigahambatan itu kemudian dihubungkan dengansumber tegangan, lihat pada Gambar 9.7!

A B

Gambar 9.5 Rangkaian listrik terbuka

Gambar 9.6 Rangkaian listrik tertutup

+–

Page 22: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX192

Dari Kegiatan 9.5, kalian telah mengetahui bahwapada rangkaian seri besarnya arus listrik yangmengalir di setiap titik besarnya sama. Apabila kuatarus yang lewat hambatan R

1 adalah I

1, kuat arus

yang lewat hambatan R2 adalah I2, dan kuat arusyang lewat hambatan R

3 adalah I

3. Sedangkan kuat

arus yang keluar dari sumber I’, maka berlaku:

I1 = I

2 = I

3 = I

Jika beda potensial di titik A dan B adalah V1,beda potensial di titik B dan C adalah V

2 dan beda

potensial di titik C dan D adalah V3, maka berlaku,

V1 V2 V3

Kedua persamaan di atas menunjukkan suatupersamaan yang berlaku untuk susunan seri. Denganmengetahui definisi dari arus listrik adalah muatanyang bergerak per satuan waktu, sehingga aruslistrik sebanding dengan muatan listrik. Oleh karenaitu dapat ditulis,

Q1 = Q

2 = Q

3 = Q

Dengan memperhatikan persamaan tersebut,selama tidak ada penambahan atau penguranganmuatan dalam suatu rangkaian maka berlaku hukumkekekalan muatan listrik. Bagaimanakah bunyi hukumkekekalan muatan listrik?

R1 R2R3

V1 V2V3

I

A B C D

Gambar 9.7 Tiga hambatan disusun seri

Page 23: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 193

Gambar 9.8 Tiga hambatan disusunparalel

A B

R1

R2

R3

I1

I2

I3

V3–+I

3. Rangkaian Paralel

Misal tiga buah hambatan yangmasing-masing R

1, R

2, dan R

3

dirangkai secara paralel. Susunanparalel ketiga hambatan itu kemudiandihubungkan dengan sumbertegangan, lihat Gambar 9.8!

Pada rangkaian paralel terdapatdua titik, yaitu A dan titik B. Titik Adan titik B disebut titik percabangan.Kalian telah mengetahui dari hasilKegiatan 9.5, bahwa jumlah kuatarus listrik yang masuk titikpercabangan, titik A, sama besar

dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titikpercabangan, titik B. Oleh karena itu,

a. Pada titik percabangan A

I = I1+ I2 + I3

Dengan I adalah jumlah kuat arus yang masukke percabangan.

Berkaitan dengan muatan dan arus listrik, makapersamaan di atas dapat ditulis bahwa,

Q = Q1 + Q

2 + Q

3

b. Pada titik percabangan B

I1 + I2 + I3 = I’ atau Q1 + Q2 + Q3 = Q’

Dengan I’adalah jumlah kuat arus yang keluardari percabangan, dan Q’ adalah muatan yang keluardari percabangan.

c. I = I’

Dari a - b dapat disimpulkan bahwa dalam satuanwaktu yang sama, jumlah kuat arus atau muatanyang masuk percabangan sama dengan jumlah kuatarus atau muatan yang keluar dari percabangan.Pernyataan ini disebut hukum I Kirchhoff.

Page 24: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX194

Selama tidak ada penambahan muatan atau arusdari luar maka besarnya muatan total dan arus totaladalah tetap, disebut hukum kekekalan muatanlistrik. Satu hal yang penting adalah, bahwa padarangkaian paralel beda potensial tiap-tiap cabangbesarnya sama.

V1 = V

2 = V

3 = V

AB

Contoh soal 9.3:1. Perhatikan gambar di bawah ini!

I1 = 2 A I3 = 0,5 A

I2 = 1 A I

4

Hitung besar arus I4!

Penyelesaian:Diketahui : I

1= 2 A

I2 = 1 AI

3= 0,5 A

Ditanya : I4 = . . . ?Jawab :Jumlah kuat arus yang masuk = jumlah kuat arusyang keluarI1 + I2 = I3 + I4

(2 + 1) A = 0,5A + I4

(2 + 1 – 0,5) A = I4

I4

= 2,5 A2. Perhatikan gambar di bawah ini!

I1 = 3 A

I3 = 5 A

I2

Berapa besarnya I2?

Q

Page 25: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 195

D. Rangkaian Hambatan

A. Tujuan

Menentukan pengaruh susunan seri suatu hambatan dalamsuatu rangkaian.

B. Alat dan Bahan1. Multimeter/ohmmeter2. Dua buah hambatan (resistor) yang berbeda nilainya3. Kabel

C. Cara Kerja1. Rangkailah alat-alat tersebut seperti gambar.

R1

R2

2. Ukurlah besar hambatan R1 seperti pada gambar dan

catatlah hasilnya.3. Ukurlah hambatan R

2 seperti pada gambar dan catat pula

hasilnya.4. Ukurlah hambatan seri R

1 dan R

2 seperti pada gambar

dan catatlah hasilnya.

Kegiatan 9.6

Penyelesaian:Jumlah arus masuk = Jumlah arus keluarI

1 + I

2= I

3

3 A + I2 = 5 A I

2= (5 – 3) A= 2 A

Page 26: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX196

A. Tujuan

Menentukan hubungan antara beda potensial yang melalui sumberE dan beda potensial dari dua hambatan yang disusun seri.

B. Alat dan Bahan1. 3 buah baterai2. Voltmeter DC/multimeter

Kegiatan 9.7

(a) (b) (c)

5. Masukkan hasil pengukuran ke dalam tabel.

6. Berdasarkan Tabel 9.7, bandingkan nilai-nilai hambatanmenurut tabel dengan hasil pengukuran.

D. Hasil Pengamatan

Berilah suatu kesimpulan dari pengamatan dan data yang kalianperoleh untuk menjawab pertanyaan bagaimana pengaruhhambatan jika disusun secara seri!

Tabel 9.7 Hasil Pengukuran

No. Nilai Hambatan Menurut Nilai Hambatan yangLabel ( ) Diukur ( )

1. R1 = .......................... R1 = .......................

2. R1 = .......................... R1 = .......................

3. R1 = .......................... R1 = .......................

Page 27: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 197

3. 2 buah hambatan yang berbeda nilainya4. Kabel

C. Cara Kerja1. Rangkailah alat-alat tersebut seperti pada gambar di bawah

ini.

R1

E

R2

2. Ukurlah menggunakan voltmeter besar beda potensial, V1

pada R1 seperti gambar a dan catatlah hasilnya.3. Ukurlah beda potensial V

2 pada R

2 seperti gambar b dan

catat pula hasilnya.

4. Hitunglah jumlah V1 dan V2.5. Masukkan hasil pengukuran ke dalam tabel.

6. Berilah komentar untuk membandingkan nilai E dengan nilaiV1+ V2.

D. Hasil Pengamatan

Berilah kesimpulan disertai suatu alasan!

R1

R2

a

R1

R2

b

V1

V2

Tabel 9.8 Hasil Pengukuran

E V1 (Volt) V2 (Volt) V1 + V2 (Dihitung)

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

Page 28: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX198

Kegiatan 9.8

A. Tujuan

Mengukur besarnya nilai hambatan saat tersusun secaraparalel.

B. Alat dan Bahan1. Tiga buah baterai2. Multimeter3. Dua buah hambatan yang berbeda nilainya4. Kabel

C. Cara Kerja1. Ukurlah hambatan R1 seperti gambar a dan catatlah hasilnya.2. Ukurlah hambatan R

2 seperti gambar b dan catat pula

hasilnya.3. Rangkailah dua hambatan R

1 dan R

2 seperti pada gambar c.

4. Ukurlah besar hambatan paralelnya dan catatlah hasilnya.

(a) (b) (c)5. Masukkan hasil pengukuran ke dalam tabel!

6. Berdasarkan data pada tabel, bandingkan nilai hambatanmenurut Tabel dengan hasil pengukuran. Bagaimanakomentar kalian?

R1 R2 R1R2

Tabel 9.9 Data Hasil Pengukuran

No. Nilai Hambatan Menurut Nilai Hambatan yangLabel ( ) Diukur ( )

1. R1 = .......................... R1 = .......................

2. R1 = .......................... R1 = .......................

3. R1 + R2 = .................... R1 = .......................

Page 29: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 199

7. Berdasarkan komentar kalian pada hasil No.6, apa yang bisakalian simpulkan tentang hubungan antara besarnya nilaihambatan dari masing-masing hambatan dan saat disusunparalel?

D. Hasil Pengamatan

Buatlah analisis dan kesimpulannya!

A. Tujuan

Menentukan nilai beda potensial dari suatu hambatan secaraparalel.

B. Alat dan Bahan1. 3 buah baterai2. Multimeter – voltmeter3. 2 buah hambatan yang berbeda nilainya4. Kabel

C. Cara Kerja1. Hubungkan rangkaian hambatan seperti pada gambar di

bawah ini!

2. Ubahlah multimeter pada DC volt.3. Ukurlah dengan menggunakan voltmeter besar beda potensial

di antara R1 dan catatlah hasilnya.

4. Ukurlah beda potensial R2 dan catat hasilnya.5. Ukurlah beda potensial sumber (baterai) dan catat pula

hasilnya.

Kegiatan 9.9

R2 R1R2R1

Page 30: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX200

6. Masukkan semua data pengukuran pada tabel.

7. Berdasarkan data pada Tabel 9.10, bagaimana pengaruh nilaibeda potensial yang melalui hambatan dengan beda potensialsumber?

D. Hasil Pengamatan

Tuliskan suatu kesimpulan yang menghubungkan pengaruh bedapotensial sumber dengan yang melalui hambatan baik secaraparalel maupun masing-masing hambatan!

Tabel 9.10 Data Hasil Pengukuran

V1 (Volt) V2 (Volt) VS (Volt)

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

Rangkaian hambatan

Kalian sudah mengetahui bahwa ada duarangkaian dasar pada suatu hambatan yaiturangkaian seri dan rangkaian paralel.

1. Rangkaian Seri

Misal tiga buah hambatan yang masing-masingR

1, R

2, dan R

3 dirangkai seri, lihat Gambar 9.9!

Ketiga hambatan tersebut dapat diganti dengansatu hambatan dan disebut hambatan pengganti.Karena rangkaian hambatan tersebut seri makahambatan pengganti ini sering disebut hambatan

R1

A B C D

+

Gambar 9.9 Rangkaian seri tiga hambatan R1, R2, dan R3

R2 R

3

V1V

2 V3

Page 31: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 201

seri, RS. Besar R

S merupakan jumlah dari masing-

masing hambatan.

Rs = R1 + R2 + R3

Dari persamaan di atas tampak bahwa hambatanpengganti untuk susunan seri merupakan jumlahdari masing-masing hambatan. Sedang besarnya nilaibeda potensial antara ujung-ujung hambatan tidaksama, karena untuk seri yang mempunyai nilaikonstan adalah arus dan muatan listrik yang melaluihambatan. Sehingga jika besar dari masing-masinghambatan berbeda, maka nilai beda potensialnya darimasing-masing hambatan juga berbeda.

2. Rangkaian Paralel (Rangkaian Bercabang)

Misal tiga buah hambatan yang masing-masingnya R1, R2, dan R3 dirangkai paralel, lihatGambar 9.10!

Ketiga hambatan tersebut dapat diganti dengansatu hambatan yang disebut hambatan pengganti.Karena rangkaian hambatan tersebut paralel maka

R1

R2

R3

V1

V2

A B

I1

I2

I3

E

V3

+

Gambar 9.10 Rangkaian paralel tiga hambatan R1, R2, dan R3

Page 32: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX202

R2 = 3

B R1 = 2 D

R3 = 6

hambatan penggantinya disebut hambatan paralel(RP). Besar hambatan paralel (RP) dapat ditentukanmenggunakan persamaan,

R R R Rp 1 2 3

1 1 1 1= + +

Pada rangkaian paralel, beda potensial masing-masing cabang besarnya sama.Contoh soal 9.4:Perhatikan gambar di bawah ini.

Hitung besar hambatan BD!

Penyelesaian:Diketahui :R

1 = 2

R2 = 3 R

3 = 6

Ditanya: RBD = . . . ?Jawab:

a.R R R Rp 1 2 3

1 1 1 1= + +

= 1 1

+3 6

= (2+1)

6

Rp = 6= 2

3

b. RBD

= R1 + R

P

= (2 + 2) = 4

Page 33: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 203

E. Penerapan Hukum Ohm dan HukumI Kirchhoff

Sumber tegangan adalah alat yang dapatmenimbulkan beda potensial listrik. Sebuah sumbertegangan memiliki energi yang dapat digunakan untukmengalirkan arus listrik disebut GGL, E. Sumber-sumber tegangan pada umumnya memiliki hambatanyang disebut hambatan dalam r.

Secara umum, sebuah rangkaian listrik selaluberlaku hukum Ohm dan hukum I Kirchhoff. Misal,sebuah rangkaian listrik sederhana yang terdiri atassebuah hambatan luar, R, sumber tegangan, E, danhambatan dalam r, lihat pada Gambar 9.11!

Apabila hambatannya lebih dari satu, maka R inimerupakan hambatan pengganti dari beberapahambatan tersebut. Kuat arus yang mengalir dalamrangkaian adalah sebagai berikut:

EI =

R+r

Jika dalam suatu rangkaian terdiri atas beberapabaterai baik tersusun secara seri maupun paralel,maka Persamaan di atas dapat ditulis kembali, untukseri,

Gambar 9.11 Rangkaian sederhana

R

E, r

Page 34: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX204

s

EI =R+r

nEI =R+nr

Dengan Es = nE, r

s = nR, dan n adalah banyaknya

baterai yang digunakan untuk rangkaian seri, sedanguntuk rangkaian paralel:

p

p

EI =

R+r

Karena EP= E dan r

p=(r/n) maka persamaan di

atas, dapat ditulis kembali,

EI =

rR+

n

Contoh soal 9.5:1. Perhatikan gambar di bawah ini!

Apabila hambatan R1 = 4 , R

2 = 6 , dan R

3 = 3

E = 28 volt serta hambatan r = 1. Berapakah arus(I) yang melewati rangkaian tersebut?

E = 28 volt r = 1

R1 = 4

R2 = 6

R3 = 3

Page 35: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 205

Penyelesaian:Diketahui :R1 = 4

R2

= 6 R3 = 3 E = 28 Vr = 1

Ditanya : I = . . . ?Jawab :a. Rangkaian disederhanakan:

Rp

1=

R R2 3

1 1+

= 1 1

+6 3

= 1+26

= 63

= 2

b. Rt = R1

+ + Rp

= (4 + 2)= 6

c. I = E

R+r

= 28volt(6+1)

= 28volt

7= 4 A

Page 36: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX206

2. Perhatikan gambar di bawah ini!

Empat buah baterai yang masing-masing berGGL 1,5 volt dan hambatan dalamnya adalah0,1? dirangkai seri. Rangkaian tersebutdihubungkan dengan hambatan luar R = 1,6.Berapa besar arus yang mengalir?

Penyelesaian:Diketahui : n = 4 buah

E = 1,5 voltr = 0,1 R = 1,6

Ditanya : I = . . . ?Jawab :

I = nE

R+nr

= 4×1,5 volt

1,6+ 4×0,1

= 6 volt

1,6+0,4

= 6 volt

2

= 3 A

I

R = 1,6

Page 37: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 207

Rangkuman

1. Hukum Ohm menyatakan bahwa kuat arus yang mengalir padasuatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial danberbanding terbalik dengan hambatan pada penghantar tersebut.

VI

R

2. Satu ampere adalah satu coulomb muatan yang bergerak melaluisebuah titik dalam satu sekon.

3. Hubungan antara hambatan, jenis bahan, panjang, dan luaspenampang dan suhu dari suatu penghantar:

o oR R R T TA

1 1

4. Berdasarkan mudah tidaknya dilalui arus listrik, suatu bahandibedakan:a. konduktorb. semikonduktorc. isolator

5. Hukum I KirchhoffBesarnya kuat arus yang masuk pada titik percabangan samadengan kuat arus yang keluar dari titik percabangan itu. I = I'

6. Rangkaian hambatanRangkaian seri: Rs = R1 + R2 + R3 + R ....

Rangkaian Paralel: R R R Rp 1 2 3

1 1 1 1= + + + ....

7. Kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup: E

IR r

8. Untuk rangkaian yang terdiri atas beberapa elemen:

a. Disusun seri nE

IR nr

b. Disusun paralel E

Ir

Rn

Page 38: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX208

Refleksi

A. Pilihlah satu jawaban yang paling benar dengan caramemberi tanda silang (X) pada huruf a, b, c, atau d!

1. Dalam sebuah penghantar yang mempunyai hambatan 400 ohm,mengalir arus listrik sebesar 250 miliampere. Besar beda potensialpada kedua ujungnya adalah . . . .a. 100 Vb. 200 Vc. 400 Vd. 100.000 V

2. Apabila V = beda potensial, I = arus listrik dan R = hambatansuatu penghantar, maka hubungan yang benar antara ketigabesaran tersebut adalah . . . .a. I = V R

b. I = VR

c. I = V + Rd. I = V – R

3. Sebuah penghantar memiliki beda potensial antara ujung-ujungnyasebesar 200 volt. Apabila hambatan penghantar tersebut 40 ohm,maka besar arus yang melalui penghantar adalah . . . .a. 0,5 ampereb. 5 amperec. 10 ampered. 15 ampere

Uji Kompetensi

Sebagai bahan refleksi, jawablah pertanyaan berikut. Mengapa padaumumnya rangkaian listrik di rumah-rumah menggunakan rangkaianparalel. Apa keuntungannya?Silakan melanjutkan ke materi berikutnya jika sudah bisa menjawabpertanyaan di atas, jika belum, pahami lagi materi bab ini.

Page 39: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 209

4. Hambatan sebuah penghantar memiliki beda potensial 100 volt danmengalir arus listrik 500 miliampere adalah . . . .a. 50 ohmb. 100 ohmc. 200 ohmd. 50.000 ohm

5. Bahan atau zat yang mudah menghantarkan arus listrik disebut . . . .a. isolatorb. semikonduktorc. konduktord. stator

6. Tersedia bahan sebagai berikut.1) Perak2) Emas3) Mika4) Plastik5) TembagaDi antara bahan yang termasuk isolator adalah . . . .a. 1, 2, dan 3b. 1 dan 3c. 3 dan 4d. 2 dan 5

7. Sebuah kawat penghantar memiliki hambatan 4 ohm. Apabilapanjang kawat 1 meter dan luas penampang 0,35 mm2, makahambatan jenis kawat tersebut adalah . . . . (dalam m)a. 0,10 × 10–6

b. 0,20 × 10–6

c. 0,35 × 10–6

d. 1,40 × 10–6

8. Sebuah kawat penghantar memiliki luas penampang 0,25 mm2.Apabila hambatan dan hambatan jenisnya masing-masing adalah10 ohm dan 0,5 × 10–6 m, maka panjang kawat tersebut adalah. . . .a. 5 mmb. 10 mmc. 5 md. 10 m

Page 40: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX210

I3

I4 = 0,5 A

I2

I = 10 A

I'

+ –

I1 = 2 A

I

I1

I2

I3 I4I5

I6 I'

+ –

9. Sebuah kawat memiliki panjang 8 m dan berdiameter 2 mm2. Jikahambatan jenis kawat adalah 0,314 × 10–6 m. Maka nilai hambatankawat adalah . . . .a. 0,2 ohmb. 0,4 ohmc. 0,8 ohmd. 1,2 ohm

10. Kawat penghantar memiliki panjang 10 meter dan berjari-jari 0,5 mm.Jika hambatan jenis kawat adalah 0,628 × 10–6 m, maka nilaihambatan kawat adalah . . . .a. 2 ohmb. 4 ohmc. 6 ohmd. 8 ohm

11. Perhatikan gambar di bawah ini!Besar I

2, I

3, I’ adalah . . . .

a. 1,5 A, 8 A, 10 Ab. 2 A, 8 A, 10 Ac. 8 A, 1,5 A, 10 Ad. 8 A, 10 A, 12 A

12. Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika besar arus I = 8 A, I1 = I2 = 2 A, I5 = 3 A, maka besar arus I3

dan I6 adalah . . . .

a. 2 A, 3 Ab. 3 A, 2 Ac. 5 A, 4 Ad. 4 A, 5 A

Page 41: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff 211

13. Besar arus listrik di setiap titik pada rangkaian seri adalah . . . .a. samab. tidak samac. belum tentu samad. berubah-ubah

14. Jumlah kuat arus yang masuk titik percabangan sama besar denganjumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan. Pernyataantersebut sesuai dengan hukum . . . .a. Newtonb. Kirchhoffc. Faradayd. Boyle

15. Perhatikan gambar di bawah ini!

Maka besar hambatan pengganti rangkaian adalah . . . .a. 4 b. 6 c. 8 d. 10

B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!1. Jelaskan tentang konduktivitas dan bagaimana hubungan

konduktivitas dengan hambatan suatu benda!

2. Luas penampang sebuah kawat penghantar adalah 0,25 mm2. Apabilahambatan dan hambatan jenis kawat masing-masing adalah 4 ohmdan 0,5 × 10-6 ohm-meter, maka berapakah panjang kawat tersebut?

3. Sebuah kawat memiliki luas penampang 2 mm2. Jika panjang kawat1000 meter dan hambatan jenisnya 0,02 × 10-6 ohm-meter, makaberapakah besar hambatan kawat?

4. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang 1.000 meter. Apabilahambatan jenis kawat 0,03 × 10-6 ohm-meter dan nilai hambatankawat 5 ohm, maka berapakah luas penampang kawat?

A

R1 = 2 R2 = 1

R3 = 6

R4 = 4

R5 = 8

R6 = 8

B

Page 42: Bab 9 Hukum Ohm dan Hukum I Kirchhoff · PDF filekawat dihubungkan dengan multimeter seperti gambar di ... sebagai amperemeter dan satu alat lagi yang berfungsi sebagai votlmeter.

IPA Terpadu IX212

P r o y e k

Carilah informasi dari berbagai sumber (buku, majalah, televisi,radio, internet, dan sumber lainnya) tentang aplikasi hukum Ohmdan hukum I Kirchhoff dalam kehidupan sehari-hari. Kumpulkandalam bentuk kliping!

5. Perhatikan gambar di bawah ini!

Berapa besar hambatan pengganti rangkaian tersebut?

A

R1 = 10

R2 = 5 R3 = 5 R4 = 5

R5 = 5 R6 = 5

R7 = 7

R8 = 6 R9 = 2

B