MODUL LISTRIK DINAMIS

Standar Kompetensi: Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai produk

teknologi

Kompensi Dasar :5.1 Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana (satu loop)5.2 Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupan sehari-hari5.3 Menggunakan alat ukur listrik

Indikator Pembelajaran :

1. Membedakan jenis alat ukur listrik.

2. Menyebutkan fungsi alat ukur listrik.

3. Menjelaskan cara pengukuran kuat arus listrik.

4. Menjelaskan cara pengukuran tegangan listrik.

5. Menuliskan definisi kuat arus listrik dengan benar.

6. Menuliskan bunyi hukum Ohm dengan benar.

7. Menghitung kuat arus berdasarkan hukum Ohm bila data tersedia secukupnya.

8. Menentukan hambatan sebuah resistor melalui grafik V-I dengan tepat.

9. Menjelaskan hubungan antara hambatan, panjang dan luas penampang sebuah konduktor dengan benar.

10. Menentukan hambatan sebuah resistor bila diketahui hambatan jenis bahan konduktor itu dan data lainnya diketahui.

11. Menjelaskan hukum I Kirchoff dengan benar.

12. Menentukan kuat arus pada suatu titik percabangan bila data yang diperlukan tersedia.

13. Menentukan kuat arus pada salah satu resistor dari suatu rangkaian yang terdiri dari 3 resistor disusun seri paralel.

14. Menghitung kuat arus pada suatu rangkaian yang terdiri dari 3 resistor di susun seri paralel dan dihubungkan dengan baterai yang memiliki hambatan dalam tertentu bila data diperlukan tersedia.

15. Menentukan hambatan sebuah alat listrik yang spesifikasinya (Watt - Volt) diketahui.

16. Mengubah satuan energi dari Joule menjadi Kwh dari data yang diketahui.

17. Menentukan daya terpasang dari sebuah lampu yang dipasang pada sumber tegangan yang spesifikasinya diketahui bila data minimal yang dibutuhkan.

Internalisasi Nilai Karakter :

Dalam modul ini terintegrasi nilai-nilai karakter yang diharapkan muncul dan membudaya setelah mempelajari modul ini, diantaranya focus pada :

Mengagumi kebesaran Sang Pencipta melalui pemaknaan materi listrik dinamis Dapat melakukan sendiri permasalahan yang ditemui tanpa tergantung orang lain Kreatif dalam menentukan contoh atau model yang sesuai dalam kehidupan sehari-

hari terhadap materi listrik dinamis Berupaya sungguh-sungguh, semangat dalam mengatasi kesulitan Menumbuhkan rasa ingin tahu dalam materi ini Membiasakann hidup hemat dalam penggunaan listrik dalam kehidupan sehari-hari

Bagaimana Anda mempelajari modul ini?Untuk mudahnya ikuti petunjuk belajar berikut ini:

• Baca uraian materi pada tiap-tiap kegiatan dengan baik.

• Kerjakan semua latihan dan tugas-tugas yang terdapat pada modul.

• Gunakan alat-alat yang diperlukan dalam mempelajari modul ini, misalnya: baterai, bola lampu senter dan amperemeter.

• Janganlah melihat kunci jawaban sebelum Anda selesai mengerjakan tugas/latihan.

• Catatlah bagian-bagian yang belum Anda pahami, kemudian diskusikan dengan teman Anda atau tanyakan kepada guru bina atau orang yang Anda anggap mampu.

• Bila Anda belum menguasai 70% dari tiap kegiatan, maka ulangi kembali langkah-langkah di atas dengan seksama.

Mudah-mudahan dengan mempelajari modul ini Anda mendapatkan tambahan wawasan materi pelajaran Fisika, dan jangan lupa Anda terus mengingat pelajaran modul ini, karena akan berhubungan dengan modul yang berikutnya.

• Kegiatan Belajar 1: menjelaskan tentang alat ukur listrik.• Kegiatan Belajar 2: menjelaskan tentang hukum Ohm.• Kegiatan Belajar 3: menjelaskan tentang hukum Kirchoff.• kegiatan Belajar 4: menjelaskan tentang energi dan daya listrik.

Kegiatan Belajar 1: Alat Ukur Listrik

Amperemeter

Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus.Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer. Cara kerja galvanometer ini akan dibahas lebih lanjut pada saat Anda mempelajari medan magnetik di kelas XII jurusan IPA.Ampermeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada ampermeter.Bagaimana cara menggunakan Ampermeter?Misalkan Anda akan mengukur kuat arus yang melewati rangkaian pada gambar 1. Misalkan R adalah lampu, maka:

Gambar 1. a. gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc.b. rangkaian sebenarnya

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

Gambar 2. Rangkaian cara menggunakan Ampermeter

Gambar 3. Multimeter yang dapat digunakan sebagai Ampermeter

Hati-hati saat Anda membaca skala yang digunakan, karena Anda harus memperhatikan batas

ukur yang digunakan. Misalnya Anda menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Ini berarti saat jarum ampermeter menunjuk angka 10 kuat arus yang mengalir hanya 1A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus yang mengalir 0,5 A. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat dituliskan:

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

Gambar 4. Rangkaian hambatan Shunt (Rsh) Ampermeter untuk memperbesar batas ukurnya.

Besar hambatan shunt yang dipasang pada Ampermeter tersebut adalah:

dengan Rsh = Hambatan shunt satuannya (dibaca Ohm) n = Kelipatan batas ukur I = Batas ukur sesudah dipasang hambatan shunt (A) IA = Batas ukur sebelum di pasang hambatan shunt (A)

RA = Hambatan dalam Ampermeter ( )Untuk lebih memahami uraian di atas pelajari contoh soal berikut ini.

1. Berapa kuat arus yang mengalir pada rangkaian berikut ini?Diketahui: Skala maksimal

= 10

Batas ukur = 5ADitanya: Hasil pengamatan?

Jawab:Hasil pengamatan =

= 2A

2.Suatu Ampermeter mempunyai hambatan dalam 4 , hanya mampu mengukur sampai 5 M A. Ampermeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang besarnya mencapai 10 A. Tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang secara paralel pada Ampermeter.

Voltmeter

Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik. Voltmeter juga menggunakan galvanometer yang dihubungkan seri dengan resistor. Coba Anda bedakan dengan Ampermeter!

Beda antara Voltmeter dengan Ampermeter adalah sebagai berikut:1. Ampermeter merupakan galvanometer yang dirangkai dengan hambatan

shunt secara seri, Voltmeter secara paralel.2. Hambatan Shunt yang dipasang pada Ampermeter nilainya kecil sedangkan

pada Voltmeter sangat besar.

Bagaimana menggunakan Voltmeter?Menggunakan Voltmeter berbeda dengan menggunakan Ampermeter, dalam menggunakan Voltmeter harus dipasang paralel pada kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya. Misalkan Anda kan mengukur beda tegangan antara ujung-ujung lampu pada gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian dengan sumber arus dc.

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

Gambar 6. Mengukur tegangan.

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

Gambar 7. Rangkaian hambatan muka (Rm) pada Voltmeter untuk memperbesar batas ukurnya.

Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:

Contoh:Sebuah Voltmeter mempunyai hambatan dalam 3 k , dapat mengukur tegangan maksimal 5 Volt. Jika ingin memperbesar batas ukur Voltmeter menjadi 100 Volt, tentukan hambatan muka yang harus dipasang secara seri pada Voltmeter.

Alat ukur yang Anda pelajari di atas adalah untuk arus searah (dc). Jika ingin digunakan pada arus bolak-balik harus disesuaikan dengan menambahkan diode.

Tetapi Anda tidak akan mempelajarinya. Biasanya alat yang tersedia di sekolah-sekolah adalah Basic meter. Basic meter dapat berfungsi sebagai Ampermeter ataupun Voltmeter dengan menggeser colokan yang ada.

Agar Anda terampil menggunakan Ampermeter atau Voltmeter Anda harus melakukan percobaan yang ada pada kegiatan 1 dan kegiatan 2 nanti.

Percobaan 1. Pengukuran kuat arus listrik.Alat dan bahan yang diperlukan:1. bola lampu senter 1 buah2. amperemeter3. 1 buah batu baterai 1,5 V4. kabel penghubung kira-kira 30 cmCaranya:1. Rangkaian alat seperti pada gambar di bawah ini.

2. Perhatikan oleh Anda, apakah lampu menyala? Dan apakah jarum amperemeter bergerak menyimpang.

3. Coba Anda lepaskan salah satu kabel penghubung pada lampu, apa yang Anda lihat?

4. Sambungkan lagi kabel yang Anda lepaskan dan perhatikan alat ukur kuat arus (amperemeter), apa yang terjadi?

Untuk lebih memahami tentang penggunaan apermeter dan voltmeter, cobalah Anda kerjakan latihan berikut ini tanpa melihat kunci terlebih dahulu.

1. Tentukan hasil pengamatan yang ditunjukkan oleh amperemeter berikut ini!

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

KUNCI LATIHAN

1. Hasil Pengamatan =

= 60 mA 2.

Bagaimana jawaban Anda? Tentu sudah betul bukan? Berarti Anda telah menguasai materi pokok kegiatan ! Untuk mengetahui sejauh mana pemahaman Anda tentang keseluruhan materi kegiatan I, di atas kerjakan Tugas I berikut!

……………………………..

……………………………….

…………………………..

Tugas 4

1. Sebuah kumparan memiliki hambatan 1000 dialiri arus sebesar 2 A selama 10 menit. Berapakah energi yang dipakai pada komponen?

2. Sebuah alat listrik memiliki hambatan 25 ketika dialiri arus selama 10 menit menyerap energi sebesar 60 kilo Joule. Berapakah besar arus yang mengalir?

3. Hambatan 50 dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan?

4. Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 W/220 V. Berapakah hambatan lampu tersebut?5. Setrika listrik 350 Watt/220 Volt dipakai selama 4 jam. Berapa KWh energi listrik yang

terpakai?6. Air terjun sebuah bendungan tingginya 100 meter memiliki debit aliran 50 m3s-1. Air terjun

digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms–2 dan massa jenis air 100 kgm-3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan?

7. Sebuah kumparan water heater 100 Watt/220 Volt memanaskan 5 liter air selama 20 menit dari suhu 300C, kalor jenis air 4200 J/kg 0C. Berapakah suhu akhir air?

8. Tiga buah lampu masing-masing 36 W/12V, 24W/12 V dan 12 W/12 V disusun paralel kemudian dihubungkan ke baterai 12 Volt. Berapakah daya disipasi pada seluruh lampu?

9. Sebuah mesin derek 220 V memerlukan arus 12 A untuk mengangkat beban 800 kg dengan kecepatan 9 m/menit. Tentukan efisiensi mesin jika g = 10 m s–2

10. Bola lampu 100 W/200 V akan dipasang pada tegangan 250 V. Agar lampu menyala normal, berapa hambatan yang harus diserikan dengan lampu?

Penutup

Selamat Anda telah selesai mempelajari materi Rangkaian Arus Searah dengan baik.

Dengan selesainya Anda mempelajari modul ini, Anda dapat menjelaskan arus listrik, hukum Ohm dan rangkaian arus listrik, serta Anda dapat menghitung kuat arus pada suatu rangkaian listrik. Dan Anda dapat melakukan percobaan.

Semoga Anda berhasil dalam mengikuti tes akhir modul. Kemudian Anda dapat melanjutkan belajar pada modul berikutnya, tapi sebelum itu bacalah rangkuman berikut ini!- Alat ukur kuat arus listrik adalah amperemeter.- Alat ukur tegangan/beda potensial adalah voltmeter.- Kuat arus adalah jumlah muatan yang mengalir tiap satuan waktu, dirumuskan:

I = kuat arus listrik (coulomb/sekon = ampere)Q = muatan listrik (coulomb)t = waktu (sekon)

- Arah arus listrik mengalir dari potensial tinggi (+) menuju ke potensial rendah (–). Arah arus elektron dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi.

- Besar kuat arus di dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial. Hal ini dikenal sebagai hukum ohm.

- Hambatan suatu penghantar pada suhu tertentu ditentukan oleh panjang (l), hambatan jenis penghantar (r) dan luas penampang kawat penghantar (A), dirumuskan:

- Beberapa sumber tegangan searah yang dirangkai paralel tidak akan merubah besar tegangan total, namun hanya meningkatkan kemampuannya memasok arus.

- Bunyi hukum I Kirchhoff yaitu kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.

Persamaan Hukum I Kirchhoff yaitu:

Imasuk = arus listrik masuk titik percabangan/simpulIkeluar = arus listrik keluar titik percabangan/simpul

- Bunyi Hukum II Kirchhoff yaitu di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik ( ) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.Dirumuskan :

- Besar energi W yang terjadi pada hambatan R yang dialiri arus I selama t adalah:

- Besar daya listrik

- Satuan energi listrik dalam rumah tangga menggunakan satuan KWh (KiloWatt hour).1 kWh = 3,6 x 106 J

- Energi listrik W = P . t = mc T pada proses pemanasan akan berubah menjadi kalor Q = mc T ditulis:W = QPt = mc TV|t = mc T

- Spesifikasi alat listrik dinyatakan dalam daya P dan tegangan V.Jika alat listrik memiliki spesifikasi P1/V1 dipasang pada tegangan V2, daya yang dipakai

Anda telah menyelesaikan modul ini. Tetaplah bersemangat dan semoga berhasil.

Kunci Tugas

TUGAS 11. A2. E3. C4. A5. CTUGAS 21. D (muatan)2.

3. C (lurus dengan tegangan)4. E (sebanding dengan hambatan)

5.

6. A (ampere meter)7.

8.

9. C (luas penampang dan hambat jenisnya)10.

TUGAS 31. C (dataran tinggi ke dataran rendah)2. B (positif)3. D (kecil)4. C (setuju)5. C (Hukum I Kirchhoff)6. C (Hukum II Kirchhoff)7. A (8 A) cara penyelesaiannya:

8. E (keluar) cara penyelesaiannya lihat no. 7 di atas!9. B (6 V) cara penyelesaiannya:

misal arah loop yaitu A-B-C-D-A sehingga:

10. D (2 A dari A ke B)Untuk loop D-C-A-B-D didapat:

TUGAS 4

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Daftar Pustaka

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

Pendidikan Karakter

18 nilai-nilai dalam pengembangan pendidikan budaya dan karakter bangsa 

yang dibuat oleh Diknas.  Mulai tahun ajaran 2011, seluruh tingkat pendidikan di Indonesia harus

menyisipkan pendidikan berkarakter tersebut dalam proses pendidikannya.

18 nilai-nilai dalam pendidikan karakter menurut Diknas adalah:

1. Religius

Sikap dan perilaku yang patuh dalam melaksanakan ajaran agama yang dianutnya, toleran terhadap

pelaksanaan ibadah agama lain, dan hidup rukun dengan pemeluk agama lain.

2. Jujur

Perilaku yang didasarkan pada upaya menjadikan dirinya sebagai orang yang selalu dapat dipercaya dalam

perkataan, tindakan, dan pekerjaan.

3. Toleransi

Sikap dan tindakan yang menghargai perbedaan agama, suku, etnis, pendapat, sikap, dan tindakan orang

lain yang berbeda dari dirinya.

4. Disiplin

Tindakan yang menunjukkan perilaku tertib dan patuh pada berbagai ketentuan dan peraturan.

5. Kerja Keras

Tindakan yang menunjukkan perilaku tertib dan patuh pada berbagai ketentuan dan peraturan.

6. Kreatif

Berpikir dan melakukan sesuatu untuk menghasilkan cara atau hasil baru dari sesuatu yang telah dimiliki.

7. Mandiri

Sikap dan perilaku yang tidak mudah tergantung pada orang lain dalam menyelesaikan tugas-tugas.

8. Demokratis

Cara berfikir, bersikap, dan bertindak yang menilai sama hak dan kewajiban dirinya dan orang lain.

9. Rasa Ingin Tahu

Sikap dan tindakan yang selalu berupaya untuk mengetahui lebih mendalam dan meluas dari sesuatu yang

dipelajarinya, dilihat, dan didengar.

10. Semangat Kebangsaan

Cara berpikir, bertindak, dan berwawasan yang menempatkan kepentingan bangsa dan negara di atas

kepentingan diri dan kelompoknya.

11. Cinta Tanah Air

Cara berpikir, bertindak, dan berwawasan yang menempatkan kepentingan bangsa dan negara di atas

kepentingan diri dan kelompoknya.

12. Menghargai Prestasi

Sikap dan tindakan yang mendorong dirinya untuk menghasilkan sesuatu yang berguna bagi masyarakat,

dan mengakui, serta menghormati keberhasilan orang lain.

13. Bersahabat/Komunikatif

Sikap dan tindakan yang mendorong dirinya untuk menghasilkan sesuatu yang berguna bagi masyarakat,

dan mengakui, serta menghormati keberhasilan orang lain.

14. Cinta Damai

Sikap dan tindakan yang mendorong dirinya untuk menghasilkan sesuatu yang berguna bagi masyarakat,

dan mengakui, serta menghormati keberhasilan orang lain.

15. Gemar Membaca

Kebiasaan menyediakan waktu untuk membaca berbagai bacaan yang memberikan kebajikan bagi dirinya.

16. Peduli Lingkungan

Sikap dan tindakan yang selalu berupaya mencegah kerusakan pada lingkungan alam di sekitarnya, dan

mengembangkan upaya-upaya untuk memperbaiki kerusakan alam yang sudah terjadi.

17. Peduli Sosial

Sikap dan tindakan yang selalu ingin memberi bantuan pada orang lain dan masyarakat yang membutuhkan.

18. Tanggung Jawab

Sikap dan perilaku seseorang untuk melaksanakan tugas dan kewajibannya, yang seharusnya dia lakukan,

terhadap diri sendiri, masyarakat, lingkungan (alam, sosial dan budaya), negara dan Tuhan Yang Maha Esa.