LISTRIK DINAMIS 2

Bab9

RANGKAIANLISTRIK

(Sumber: Dok. Penerbit)

Kamu telah mengetahui, jika sebuah lampu dihubungkanpada kutub-kutub baterai, maka dalam rangkaian itu timbularus listrik yang ditunjukkan oleh nyala lampu tersebut.Mengapa lampu tersebut menyala? Pada bab ini kamu akanbelajar tentang pengaruh beda potensial terhadap arus yangmengalir dalam rangkaian.

Bab 9 Rangkaian Listrik 163

Peta Konsep

Hukum Ohm

menggambarkanhubungan

Kuat arus Beda potensial Hambatan

mempunyai

Bentuk rangkaian

terdiri atas

Seri Paralel

Kata-Kata Kunci

HambatanHukum OhmRangkaianlistrik

Soal Prasyarat

Apakah lampu di rumah padam semua jika terjadi pemutusanarus listrik? Rangkaian listrik jenis apakah yang digunakan di rumahmu? Apa fungsi dari sekering yang dipasang pada rangkaian listrikyang ada di rumahmu?

164 Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX

A. Hambatan dan Hukum Ohm

1. Hambatan

Pernahkah kamu memikirkan,mengapa lampu listrik dapat menyalajika ada arus listrik? Perhatikanlampu pijar pada Gambar 9.1. Didalam lampu terdapat kawat halusyang disebut filamen. Jika terdapat aruslistrik pada rangkaian, maka muatan-muatan listrik melewati filamen lamputersebut. Pada saat melewati filamen,energi listrik yang dikandung muatanlistrik berubah menjadi energi panas dan cahaya.

Filamen

Tabunggelas

Tutuplogam

Kepingbimetal

Gambar 9.1Kawat filamen padabola lampu pijarmemiliki hambatanyang besar.

(Sumber: Dok. Penerbit)

Berpijarnya filamen ini mirip dengan air sungai dipegunungan yang melewati bebatuan, dan kamu mendengarbunyi gemericik air. Bebatuan tersebut menghambat aliranair, dan energi gerak air berubah menjadi energi bunyi. Sepertihalnya bebatuan yang menghambat aliran air, filamen tersebutmemiliki hambatan. Hambatan merupakan kecenderungansuatu benda untuk melawan aliran muatan listrik, mengubahenergi listrik menjadi energi bentuk lain. Di dalam rangkaianlistrik, hambatan diberi simbol R, dan digambarkan sepertiGambar 9.2.

Hambatan

Hambatan geser

Lampu

Amperemeter

Volmeter

Baterai

A

V

Gambar 9.2Simbol hambatandalam diagramrangkaian listrik,beserta simbol-simbolyang lain.


2. Hukum Ohm

Coba kamu amati air yang dialirkan melalui selang. Jikaselang dinaikkan ke atas, maka lebih banyak air yang mengalir.Sebaliknya jika posisi selang kamu turunkan, air yang mengalirlebih sedikit. Ketinggian air ini mirip dengan besar beda potensiallistrik, dan banyaknya air yang mengalir mirip dengan aruslistrik. Jadi, semakin besar beda potensial listrik, maka semakinbesar pula arus listrik yang mengalir. Sebaliknya, semakinkecil beda potensial listrik, maka semakin kecil pula aruslistriknya.

Kegiatan 1

Pengaruh Beda Potensial terhadap Kuat Arusdalam Penghantar

Alat dan bahan

satu dayalampu kawat penghantarvoltmeter

Cara kerja

1. Rangkaikan peralatan di atas seperti gambar di bawah ini.

amperemetersakelar

2. Tutup sakelar rangkaian tersebut, kemudian baca bedapotensial pada voltmeter. Catat hasil pembacaanmu.

3. Baca penunjukan kuat arus pada amperemeter. Catathasil pembacaanmu.

4. Ubah besar beda potensial pada catu daya, lalu ulangilangkah 2 dan 3.

Analisis dan diskusi

1. Bagaimana pengaruh beda potensial terhadap kuat aruspada hambatan?

2. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.


Sesuai kegiatan yang kamu lakukan dalam Kegiatan 1,misalkan data yang kamu hasilkan seperti tabel di bawah ini.

I (A)

(V)

0,2

4

0,4

8

V (volt)

16

12

8

4

0,2 0,4 0,6 0,8I (A)

0,6

12

0,8

16

Jika data tersebutkamu buat dalam bentukgrafik beda potensial (V)terhadap kuat arus (I),kamu akan memperolehgrafik seperti di sampingini.

Gambar 9.3Grafik tegangan versusarus listrik.

Grafik di atas ini menunjukkan beda potensial sebandingdengan kuat arus. Di dalam matematika, persamaan grafikseperti di atas adalah y = mx, dengan m menyatakan gradien.Karena sebagai sumbu y adalah V dan sumbu x adalah I, makapersamaan grafik di atas dapat ditulis:

V= R×I

dengan V = beda potensial .............................. volt (V)

I = kuat arus ....................................... ampere (A)

R = hambatan ..................................... ohm (Ω)

Jika I diletakkan dalam ruas kiri, maka persamaan diatas dapat dituliskan sebagai berikut.

V

RGeorge Simon Ohm

dilahirkan tahun 1787di Jerman. Beliau

dapat menggambar-kan hubungan pokokantar voltase, arus,

dan hambatan.Hubungan ini dikenalsebagai hukum ohm.

(Sumber : www.Infoenergi.com)

Tokoh IPA

I =

Persamaan di atas dikenal dengan hukum Ohm, sesuaidengan nama orang yang pertama kali merumuskan hukumini, yaitu George Simon Ohm. Menurut hukum Ohm kuat arusdalam penghantar logam sebanding dengan beda potensial danberbanding terbalik dengan hambatan penghantar tersebut.


Hukum Ohm

Lengkapilah Tabel berikutdengan menggunakanhukum Ohm.

I(A)

....

15

5,5

5

V(V)

12

240

....

220

R(W)

75

....

20

....

Sebuah lampu pijar dihubungkan dengan beda potensial 12 V.Ternyata timbul kuat arus sebesar 0,3 A. Berapakah hambatanfilamen lampu pijar itu?

Diketahui : beda potensial, V = 12 Vkuat arus, I = 0,3 A

Ditanya

Jawab

R=

=

V

I

12V0,3 A

: hambatan, R?

Jadi, hambatan filamen lampu pijar adalah 40 ohm.

3. Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup

Sekarang perhatikan rangkaian sebuah hambatandengan baterai 1,5 V seperti Gambar 9.4(a). Kamu dapat mem-perbesar kuat arus pada hambatan (R), dengan cara memperkecilhambatan. Namun jika hambatan (R) kecil, ternyata kuat arustidak dapat membesar lagi secara beraturan jika R diperkecil.Hal ini terjadi karena di dalam baterai terdapat hambatan.Hambatan yang terdapat di dalam sumber tegangan disebuthambatan dalam. Sedangkan hambatan (R) yang kamu pasangdi luar sumber tegangan disebut hambatan luar. Jika hambatandalam ditulis dalam rangkaian, maka penggambaran rangkaianmenjadi seperti Gambar 9.4(b).

Gambar 9.4(a) Rangkaian

hambatan denganbaterai,

(b) Rangkaian denganadanya hambatan

dalam pada baterai.

(a)R

A(b)

I

R

ε

ε = 1,5 V


Arus dalam rangkaian Gambar 9.4(b) akan melewatihambatan luar (R) dan hambatan dalam (r). Oleh karena ituhambatan totalnya merupakan gabungan hambatan luar (R)dan hambatan dalam (r), yaitu R + r. Kuat arus dalam rangkaiantersebut dapat dicari dengan hukum Ohm.

I = εR+r

dengan ε = gaya gerak listrik baterai ................ volt

I = arus listrik ....................................... ampere (A)

R = hambatan ........................................ ohm (Ω)

r = hambatan dalam ............................ ohm (Ω)

Akibat adanya hambatan dalam,maka tegangan baterai setelah dipasangpada rangkaian lebih kecil daripadagaya gerak listriknya. Beda potensialantara kutub-kutub baterai setelahdipasang hambatan luar disebuttegangan jepit. Perhatikan Gambar 9.5.Tegangan jepit dapat dihitung dengancara berikut.

V = I×R atau

R

I

ε

r

V

Gambar 9.5Pengukuran teganganjepit.

V = − Ir

Sebuah aki dengan ggl 12 V dan hambatan dalam 0,5 ohmdihubungkan dengan lampu berhambatan 2 ohm.

a. Berapa kuat arus pada rangkaian itu?

b. Berapa tegangan jepitnya?

Diketahui : ggl (e) = 12 V

hambatan dalam (r) = 0,5 W

hambatan luar (R) = 2 W

Ditanya : kuat arus (I)?


Jawab

a. I =

I =

=

εR+r

12V(2 + 0,5)Ω

12V= 4,8 A

2,5ΩJadi, besar kuat arus pada rangkaian adalah 4,8 A.

b. V = I × R

= 4,8 A × 2 Ω

= 9,6 V

Jadi, besar tegangan jepitnya adalah 9,6 A.

4. Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan padapenghantar

Pernahkah kamu membuka pemanas listrik dan melihatelemen pemanasnya? Apa perbedaan antara elemen tersebutdengan kawat penghantar biasa? Elemen pemanas harus me-miliki hambatan yang relatif besar, untuk mengubah energi listrikmenjadi energi panas. Kawat penghantar memiliki hambatanyang kecil, agar energi listrik tidak terbuang sia-sia melalui peng-hantar. Elemen pemanas terbuat dari bahan yang berbedadengan kawat penghantar. Kawat penghantar umumnya terbuatdari tembaga, sedangkan elemen pemanas terbuat dari bahannikelin. Jadi, jenis logam penghantar berpengaruh terhadap besarhambatan penghantar.

Elemen pemanas dibuat berupa kumparan, karena kawatelemen pemanas relatif panjang. Jika dibuat pendek, makahambatan elemen pemanas tersebut menjadi kecil, sehinggatidak berfungsi. Jadi, semakin panjang kawat penghantar,hambatan kawat tersebut semakin besar. Hal ini akan kamuamati jika kamu melakukan kegiatan dalam Kegiatan 2.


Kegiatan 2

Pengaruh Panjang Kawat terhadapHambatan Kawat

Alat dan bahan

baterai besarbola lampu 5 watt dengan dudukannyakabel dengan penjepit buayasakelarkawat nikelin 30 cm dan 60 cm

Cara kerja

1. Rangkaikan peralatan di atasseperti gambar di samping.

2. Tutup sakelar, kemudianamati nyala lampu.

3. Ulangi langkah 1 dan 2dengan kawat nikelin yanglebih panjang, seperti gambardi samping ini.

Perhatian

Berhati-hatilah kamu ketika memasang kawat nikelin. Jangansampai tanganmu terkena kawat.


1. Apakah nyala lampu pada langkah 1 dan 2 sama?2. Mana yang lebih terang nyalanya, lampu pada langkah

1 atau 2?3. Nyala lampu terang menunjukkan kuat arusnya besar,

dan sebaliknya nyala lampu redup menunjukkan kuatarusnya kecil.

4. Buat kesimpulan bagaimana pengaruh panjang kawatpenghantar terhadap besar hambatan kawat tersebut.

Jika kamu mengamati jaringan transmisi listrik PLN,maka kamu akan melihat kawat penghantar yang digunakanberukuran besar. Hal ini dimaksudkan agar hambatan kawattersebut kecil. Jadi, semakin besar luas penampang kawat,ternyata hambatannya semakin kecil.


Akhirnya, secara matematis hambatan listrik dipengaruhiketiga faktor di atas melalui hubungan sebagai berikut.

lR= ρA

dengan l = panjang kawat penghantar ..................... mA = luas penampang kawat penghantar ....... m2

ρ = hambat jenis kawat penghantar ............. Ω.m

Kawat tembaga denganhambat jenis 1,7 × 10-8 ohm.mpanjangnya 20 m, luaspenampangnya 5 × 10−8 m2.Hitunglah hambatan kawattersebut.

Kawat nikrom pada elemen pemanas memiliki panjang 5 mdan luas penampangnya 4 × 10 −8 m 2. Jika hambat jenisnikrom 10−6 ohm.m, maka berapa hambatan kawat tersebut?

Diketahui : panjang kawat (l) = 5 mluas penampang (A) = 4 × 10-8 m2

hambat jenis (r) = 10-6 W.m

Ditanya

Jawab

lR=ρA-6

= 10 Ω.m × 5 m = 125 4 × 10-8 m2

Jadi, hambatan kawat tersebut sebesar 125 W.

5. Hambatan geser

Untuk keperluan tertentu, misalnya untuk mengubah besarvolume radio atau TV, kita memerlukan hambatan yang besarnyaberubah-ubah. Melalui Kegiatan 2 kamu mengetahui bahwadengan mengubah panjang kawat penghantar, hambatan peng-hantar tersebut juga berubah. Perubahan hambatan tersebutmempengaruhi perubahan arus, ditunjukkan oleh nyala lampuyang berubah.

Logam geser (L)

Batang logam ArusC

Arus keluar

: hambatan (R)?

Gambar 9.6Bagan hambatan geser

Arus masuk Soket


Kenyataan ini dapat dimanfaatkan untuk membuathambatan geser, seperti Gambar 9.6. Hambatan geser dibuatdari kawat yang hambat jenisnya besar, biasanya kawat nikelin.Kawat tersebut dililitkan pada batu tulis. Panjang kawat yangdilalui arus diatur oleh logam geser (L). Arus listrik akan melaluililitan kawat hingga sejauh logam geser, selanjutnya melaluilogam geser arus keluar melalui C. Besar arus dapat diubah-ubah dengan mengubah kedudukan logam geser. Jika logamgeser di ujung kiri, maka panjang kawat kecil, dan akibatnyahambatannya juga kecil (kuat arus besar). Sebaliknya jikalogam geser di ujung kanan, maka panjang kawat besar, danakibatnya hambatannya juga besar (kuat arus kecil).

1Tulis jawaban pada buku kerjamu.

1. Apa yang terjadi pada kuat arus yang mengalir padahambatan, jika beda potensial hambatan itu diperbesar?

2. Bagaimana pengaruh panjang kawat penghantar dan luaspenampang kawat penghantar terhadap hambatan kawatpenghantar tersebut?

3. Sebuah pemanas listrik dihubungkan pada beda potensial220 V. Ternyata kuat arus yang mengalir pada kawat pemanastersebut 5 A. Berapakah hambatan kawat pemanas itu?

4. Sepotong kawat penghantar berhambatan 60 ohm di-hubungkan dengan baterai 3 V. Berapakah kuat arus yangtimbul pada kawat tersebut?

5. Berapakah kuat arus yang mengalir pada sebuahpenghantar, jika hambatan penghantar itu 15 ohm danbeda potensialnya 12 volt?

Sebuah hambatan 7 ohm dihubungkan pada kutub-kutubbaterai 1,5 volt yang hambatan dalamnya 1 ohm. Berapamiliampere kuat arus yang mengalir?


B. Rangkaian Listrik

Amati berbagai peralatan listrik di sekitarmu. Lampu,kulkas, dan seterika listrik dihubungkan dengan sumbertegangan listrik, membentuk rangkaian listrik.

Ada dua jenis rangkaian listrik. Jenis rangkaian tersebutbergantung pada bagaimana bagian-bagian rangkaian (sumbertegangan, kawat penghubung, dan hambatan-hambatan)disusun. Rangkaian tersebut adalah rangkaian seri dan paralel.

1. Rangkaian seri

Mungkin kamu pernah memasang lampu dekorasiuntuk penjor peringatan hari kemerdekaan. Jika salah satulampu tersebut putus, semua lampu mati, dan biasanya kamukesulitan mencari lampu mana yang putus. Lampu-lamputersebut dirangkai secara seri.

Pada rangkaian seri, hanya terdapat satu lintasan aruslistrik. Bagian rangkaian dipasang secara berurutan, tanpa adapercabangan. Perhatikan diagram rangkaian seri padaGambar 9.7.

Gambar 9.7Dalam rangkaian seri,hanya ada satu jalan

untuk arus listrik.

2. Hambatan pengganti dalam rangkaian seri

Kita dapat mengganti beberapa hambatan yang dirangkaisecara seri dengan sebuah hambatan. Sebagai contoh, R1, R2,dan R3 dalam Gambar 9.8. dapat kita ganti dengan Rs. Kitaakan mencari besar Rs.

R1

Gambar 9.8Hambatan R1, R2, dan R3

dapat diganti dengansebuah hambatan, yaitu

Rs.

A

i

V

VAXX

R2

V XYY

R3

VYBB

i

V

A

Rs

VABB


Karena hanya ada satu lintasan arus, maka kuat aruspada rangkaian seri di mana-mana besarnya sama. Coba kamulakukan Kegiatan 3.

Kegiatan 3

Sifat-sifat Arus dan Tegangan padaRangkaian Seri

Alat dan bahan

baterai2 buah lampu dengan dudukannyasakelar pisaukabel dengan penjepit buayamultimeter

Cara kerja

1. Rangkaikan lampudengan baterai sepertigambar berikut.

CB

2. Tutup sakelarnya,kemudian amati nyala lampu-lampu tersebut.

A

3. Gunakan multimeter untuk mengukur kuat arus padatitik A, B, dan C.

4. Lakukan langkah 3 untuk beda potensial antara AB, BC,dan AC.

Perhatian

Berhati-hatilah kamu ketika memasang lampu, jangan sampaijatuh.


1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis(dugaan), bagaimanakah kuat arus pada titik A jikadibandingkan dengan pada titik B dan C, dan jelaskanmengapa hipotesismu seperti itu.

2. Berdasarkan data pengamatanmu, buat kesimpulantentang besar arus pada rangkaian seri.


Dalam Kegiatan 3 kamu mengetahui bahwa jumlahbeda potensial pada tiap-tiap hambatan sama dengan bedapotensial sumber tegangan. Sesuai Gambar 9.8, maka:

VAB = VAX + VXY + VYB

Sesuai dengan hukum Ohm, yaitu V = I × R, persamaan diatas dapat ditulis:

I × RS = I × R1 + I × R2 + I × R3

Karena I di mana-mana besarnya sama, maka:

Rs = R1 + R2 + R3

Secara umum, jika terdapat rangkaian seri dengan nbuah hambatan yang besarnya R 1 , R 2 , R 3, ... R n, makahambatan penggantinya adalah:

Rs = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

Empat buah hambatan,14 ohm, 12 ohm, 6 ohm, dan18 ohm dirangkai secara seripada beda potensial 12 V.

Berapakah hambatan peng-gantinya?

Berapakah kuat arus dalamrangkaian tersebut?

Tiga buah hambatan, masing-masing sebesar 30 ohm, 40 ohm,dan 50 ohm dirangkai seri dengan sumber tegangan 60 volt.a. Berapa hambatan penggantinya?b. Berapa kuat arus pada rangkaian tersebut?

Diketahui : hambatan R1 = 30 ohm, R2 = 40 ohm,R3 = 50 ohm dirangkai serisumber tegangan, V = 60 volt

Ditanya

Jawab

: a. hambatan pengganti, Rs;b. kuat arus, I?

30

R1

V = 60 volt

40

R2

50Ω

R3

a. Rs = R1 + R2 + R3

Rs = 30 W + 40 W + 50 W

Rs = 120 W

Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 120 W.


b. I =VRs

60 voltI =

125 I = 0,5 A

Jadi, kuat arus pada rangkaian tersebut sebesar 0,5 A.

3. Rangkaian paralel

Apa yang terjadi jika lampu-lampu di rumahmudirangkaikan seri? Seperti telah kamu lakukan dalamKegiatan 3, begitu salah satu lampu mati, maka lampu yanglain juga akan padam. Untungnya berbagai peralatan listrikdi rumahmu terhubung secara paralel. Rangkaian paralelterdiri atas beberapa cabang arus.

A

I

C

I3

E

V

R3

F Gambar 9.9Hambatan R1, R2, dan R3

dihubungkan secaraparalel.

I1

I2

R1

R2

B

I

D

Perhatikan rangkaian paralel pada Gambar 9.9. Aruslistrik terpisah menjadi tiga, mengalir pada tiap cabang. Jikakuat arus pada tiap cabang dijumlahkan, maka besarnya samadengan kuat arus sebelum memasuki cabang. Ini merupakanbunyi dari Hukum I Khirrchoff, persamaannya dapatdituliskan sebagai berikut.

Imasuk = I1 + I2 + I3 = Ikeluar

Jika persamaan di atas diperluas untuk setiap cabangdalam rangkaian, maka akan berlaku kuat arus yang memasukititik cabang sama dengan kuat arus yang meninggalkan titikcabang. Jika kenyataan ini diterapkan pada titik cabang A,maka akan berlaku seperti berikut.


I masuk ke titik cabang A

atau

= I keluar dari titik cabang A

I = I1 + I2 + I 3 + I 4

Kamu dapat memahami dengan melakukan Kegiatan 4.

K egiatan 4

Sifat-sifat Arus pada Rangkaian Paralel

Alat dan bahan

baterai2 buah lampu dengan dudukannyasakelar pisaukabel dengan penjepit buayamultimeter

Cara kerja

1. Rangkaikan lampu denganbaterai seperti gambar disamping.

2. Tutup sakelarnya, kemudianamati nyala lampu-lamputersebut.

3. Gunakan multimeter untukmengukur kuat arus padatitik A, B, dan C.

FD B

A

E C

4. Lakukan kegiatan 6 untuk beda potensial antara AF, BD,dan CE.

Perhatian

Berhati-hatilah kamu ketika bekerja, jangan sampai tanganmuterluka.


1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis(dugaan), bagaimanakah kuat arus pada titik A jika di-bandingkan dengan pada titik B dan C, dan jelaskanmengapa hipotesismu seperti itu?

2. Berdasarkan data pengamatanmu, buatlah kesimpulantentang besar arus pada rangkaian paralel.


4. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel

Beberapa hambatan yang dirangkaikan secara paraleldapat kita ganti dengan satu hambatan pengganti. Berapabesar hambatan pengganti dalam rangkaian paralel?

Perhatikan tiga hambatan yang dirangkaikan paralel padaGambar 9.10.

I1

I2

I3

In

V

Gambar 9.10Arus yang masukcabang (Iin) samadengan arus yangkeluar (Iout).

Iin Iout

Dalam rangkaian tersebut berlaku hubungan kuat arussebagai berikut.

I = I1 + I2 + I3

Sesuai dengan hukum Ohm, persamaan tersebut dapatditulis:

VVVV= AB + CD + EF

RpR3R1R2

Seperti yang kamu amati dalam Kegiatan 4, bedapotensial antara ujung-ujung hambatan pada rangkaianparalel besarnya sama dengan beda potensial sumber, atauV = VAB = VCD = VEF . Akibatnya persamaan di atas dapat ditulis:

VVVV=++

RpR1 R2 R3

atau

1111=++

Rp R1 R2 R3

Persamaan di atas dapat diperluas untuk mencarihambatan pengganti R 1, R 2, R 3, ..., Rn yang dirangkaikanparalel. Hambatan pengganti dapat diperoleh dari persamaanberikut.


1111 ... 1=+++

RnRpR1 R2 R3

dengan R p = hambatan pengganti paralel ........................ Ω

Dua buah lampu, masing-masing berhambatan 12 ohm dan6 ohm dirangkaikan paralel dengan sumber tegangan 12 volt.

a. Berapa hambatan penggantinya?

b. Berapa kuat arus yang mengalir pada masing-masing lampu?

c. Berapa kuat arus total dalam rangkaian?

Diketahui : hambatan R1 = 12 W, R2 = 12 W dirangkaikanparalel beda potensial sumber, V = 12 V

Ditanya : a. hambatan pengganti, Rp;

b. kuat arus pada R1 dan R2, yaitu I1 dan I2;

c. kuat arus total, I?

Jawab

Gambar rangkaian listrik yang terjadi

L1

V = 60 volt

12 6

L2

a.111

=+Rp R1 R2

111=+

R p 12 6

112=+

R p 12 12

131=

R p 12


R p = 13 = 4Ω12

Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 4 W.

V12Vb. I 1 ==1A+

R 1 12Ω

I 2 = V + 12V = 2 AR26Ω

Jadi, besar I1 dan I2 masing-masing adalah 1 A dan 2 A.

c. I = V + 12V = 3 A3Rp

4Ω

(Kuat arus total dapat pula diperoleh dari hubunganI = I1 + I2 = 1 A + 2 A = 3 A)

Jadi, kuat arus total sebesar 3 A.

Perhatikan rangkaian di bawah ini.

I1 = 0,5 A

I

R1 = 12

R2 = 10

R3 = 10

I

V

Berapa hambatan penggantinya?

Berapa kuat arus totalnya?

Berapa beda potensial sumbernya?


5. Rangkaian campuran seri dan paralel

Dalam rangkaian yang kompleks, seperti rangkaian padaperangkat elektronik, kamu dapat menjumpai rangkaian yangterdiri dari gabungan rangkaian seri dan paralel. Sebagai contoh,kamu dapat melihat pada Gambar 9.11(a). Untuk menghitunghambatan penggantinya kamu cari dulu hambatan pengganti R1,R2, dan R3 yang terangkai secara paralel. Rangkaian selanjutnyadapat disederhanakan menjadi Gambar 9.11(b), yang tidak lainadalah rangkaian seri.

Gambar 9.11(a) R1, R2, dan R3

terangkai paralel,dengan hambatan

pengganti Rp,(b) Hambatan peng-

ganti totalnya adalahrangkaian seri Rp

dengan R4.

(a)R1

R2

R3

I

V

R4

(b)

I Rp R4

V

Perhatikan gambar di bawah ini.

2

2

2

I ...?

3 V

Berapa kuat arus I pada rangkaian tersebut?

Diketahui : hambatan R1 = R2 = R3 = 2 W, rangkaiancampuran seri dan paralel

beda potensial sumber, V = 3 V

Ditanya : kuat arus, I?


Jawab

Pilih persamaannya: I =VR

Strategi: cari dulu R penggantinya

R2 dan R3 terangkai secara paralel:

11111+==+=1

Rp22R2 R3

R=1Ω

Rangkaian menjadi:

2 Rp = 1

I

3 V

Berarti R penggantinya dapat dihitung dengan cara berikut.

R = R1 + Rp = 2 W + 1 W= 3W

Sehingga kuat arus dalam rangkaian dapat dihitung dengancara sebagai berikut.

I =1V

==1A2R

Jadi, kuat arus rangkaian sebesar 1 A.

6. Pemutus Arus

Tegangan listrik jala-jala (PLN) di rumahmu sebesar 220 Vdan kuat arus yang mengalir dalam rangkaian listrik tersebutcukup besar. Arus yang mengalir bisa menjadi sangat besar,jika terjadi hubungan singkat. Pada peristiwa hubungan singkat,arus listrik tidak melewati hambatan, tetapi langsung melewatikawat penghantar. Peristiwa hubungan singkat terjadi jikaisolator pembungkus kawat terkelupas. Akibat besarnya aruslistrik pada kawat penghantar, maka terdapat energi listrikyang berubah menjadi panas. Coba kamu perhatikan gambarberikut.


Hubungan singkat

Gambar 9.12Dengan memasang

kawat halus padarangkaian, kawat halus

akan terbakar dansegera putus saatterjadi hubungan

singkat.

Kawat halus terbakardan putus

Untuk mencegah hubungan singkat, maka rangkaianlistrik harus segera terbuka (arus tidak mengalir) begitu terjadihubungan singkat. Caranya adalah dengan memasang kawatpenghantar yang relatif mudah terputus pada rangkaian listrik.

Jika terdapat arus berlebih pada rangkaian, dan arusnyamelebihi batas arus pada sekering, maka sekering tersebutsegera meleleh dan putus. Pemilik rumah tinggal mencari danmemperbaiki apa yang menyebabkan terjadi hubungan singkat.Selanjutnya ia harus mengganti sekering yang telah putusdengan sekering baru yang sama dengan sekering semula.

Peralatan lain yanglebih praktis untuk mencegahterjadinya hubung singkatadalah pemutus arus, sepertiditunjukkan Gambar 9.13.Pemutus arus dalam ke-hidupan sehari-hari kitakenal sekering. Pemutus arus(sekering) terdiri atas logamyang dapat bengkok jika

logam tersebut panas. Bengkoknya logam tersebut menyebab-kan aliran listrik terputus. Rangkaian dapat difungsikan kembalidengan mengembalikan sakelar pemutus arus ke posisisemula. Namun sebelum itu, kamu harus mengecek apa yangmenyebabkan terjadinya hubungan singkat itu.

Gambar 9.13Pemutus arus

(sekering).


2Tulis jawaban pada buku kerjamu.

1. Jelaskan ciri-ciri rangkaian seri dan ciri-ciri rangkaianparalel, dilihat dari cara merangkaikannya, kuat arus padarangkaian, dan beda potensial pada ujung-ujunghambatannya.

2. Tiga buah hambatan, 4 ohm, 6 ohm, dan 12 ohm dirangkaisecara paralel pada beda potensial 3 volt.

a. Berapa hambatan penggantinya?

b. Berapa kuat arus total dalam rangkaian tersebut?

3. Dua hambatan, 1 ohm dan 4 ohm dirangkai seri padabeda potensial tertentu, dan kuat arus yang ada padarangkaian itu diukur. Ternyata kuat arusnya 200 mA.Berapakah beda potensial tersebut?

4. Dua hambatan, 40 ohm dan 60 ohm dirangkai paraleldengan sumber tegangan 3 volt. Berapa miliampere kuatarus pada rangkain tersebut?

Hambatan kawat tembaga yang panjangnya 1 cm padaberbagai suhu ditunjukkan di bawah ini.

Tabel Hambatan tembaga pada berbagai suhu

No.

1.

2.

3.

Suhu dalam oC

50

200

475

Hambatan dalam mW

2

3

5

Buat grafik untuk data di atas. Apakah hantaran listriktembaga lebih baik pada hari yang dingin ataukah hari yangpanas?


1. Hambatan merupakan kecenderungan suatu benda untuk melawan aliranmuatan listrik, mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain.

2. Hukum Ohm menyatakan bahwa besar kuat arus dalam hambatan berbandinglurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatanpenghantar.

3. Besar hambatan pada kawat penghantar berbanding lurus dengan panjangnyadan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Besar hambatan padakawat penghantar juga bergantung pada jenis kawat tersebut. Secara matematisdirumuskan:

lR= ρA

4. Dalam rangkaian seri, arus hanya mempunyai satu jalan untuk lewat.Sedangkan dalam rangkaian paralel, terdapat beberapa jalan yang dapat dilewatiarus.

5. Dalam rangkaian seri kuat arus di mana-mana sama. Sedangkan dalamrangkaian paralel, kuat arus sebelum memasuki cabang sama dengan jumlahkuat arus pada tiap cabang.

6. Dalam rangkaian seri beda potensial sumber sama dengan jumlah beda potensialpada masing-masing hambatan. Sedangkan dalam rangkaian paralel, bedapotensial hambatan sama besar dengan beda potensial sumber.

7. Hambatan pengganti pada rangkaian seri dapat ditemukan melalui hubungan:Rs = R1 + R2 + R3 + ... + Rn.

8. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel dapat ditemukan melaluihubungan:

1111 ... 1=+++

RnRp R1 R2 R3

9. Sekering dan pemutus arus digunakan untuk mencegah terjadinya bahayakebakaran akibat hubungan singkat dalam rangkaian listrik.


E valuasi

A. Pengecekan Konsep

Pilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.

1. Hambatan pada kawat penghantarmenyebabkan energi listrik dapatdiubah menjadi ... oleh penghantar itu.a. energi kimia c. energi panasb. energi nuklir d. energi bunyi

2. Agar hambatan pada kawat peng-hantar bertambah besar, yang harusdilakukan adalah ....a. memotong kawat penghantarb. mengganti dengan kawat yang

jenisnya sama, namun diameter-nya lebih besar

c. memberi beda potensial yangbesar pada kawat tersebut

d. mengganti dengan kawat yangsama, namun lebih panjang

3. Berikut ini merupakan persamaan-persamaan yang menyatakan hukumOhm, kecuali ....

a. V = I Rc. R = V IVV

b. I =d. R =IR

4. Dalam sebuah rangkaian listrik, jikakawat penghantarnya makin panjangmaka nilai kuat arusnya makin kecil.Hal ini menunjukkan ....a. nilai hambatannya makin kecilb. nilai hambatannya makin besarc. energi listriknya makin besard. beda potensialnya makin kecil

5. Nilai hambatan pengganti padarangkaian di bawah ini adalah ....

100 Ω

50 Ω

100 Ω

a. 25 ohmb. 100 ohm

c. 150 ohmd. 250 ohm

6. Perhatikan gambar rangkaian berikut.Besar kuat arus I2 adalah ....

I1 = 0,5 A

I= 2 A

I2

a. 0,5 Ab. 1,5 A

c. 2 Ad. 2,5 A

7. Kuat arus yang paling besar darikombinasi di bawah ini adalah ....a. tegangan 3 V dan hambatan 15 Wb. tegangan 4,5 V dan hambatan 30 Wc. tegangan 6 V dan hambatan 40 Wd. tegangan 4,5 V dan hambatan 30 W

8. Pada sebuah penghantar yang me-miliki hambatan 120 ohm terdapatbeda potensial 60 V. Arus yangmengalir melalui penghantar ituadalah ....a. 7.200 Ac. 2 Ab. 60 Ad. 0,5 A


9. Hambatan kawat dapat diukur secaralangsung menggunakan ....a. ohmmeterb. voltmeterc. multimeterd. amperemeter

10. Perhatikan gambar di bawah ini.

IA

IB

I = 1,5 A

IC

ID

RC

RD

RA

RB

Jika IA = ID = 0,4 A dan IB = IC, maka IB

sebesar ....a. 0,35 Ac. 0,7 Ab. 0,4 Ad. 1,1 A

B. Pemahaman Konsep

Tulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.

1. Bagaimana hubungan antara hambatan,beda potensial, dan kuat arus dalamsebuah rangkaian?

2. Kamu memiliki dua logam yang jenis-nya sama. Apakah hambatan keduanyajuga mesti sama? Jelaskan mengapajawabanmu seperti itu.

3. Sebuah mobil mainan berhambatan2 ohm memerlukan arus 1,5 A.Berapakah beda potensial yangdiperlukannya?

4. Dua buah hambatan yang besarnyasama dirangkai seri dengan bedapotensial tertentu. Arus yang mengalirdiukur, besarnya I 1 . Selanjutnyahambatan tersebut dirangkai paraleldengan beda potensial yang sama.Arus yang mengalir diukur, besarnyaI2. Besar manakah harga I1 dengan I2?Jelaskan mengapa jawabanmu seperti itu.

5. Mengapa burung dapat bertenggerdengan kedua kakinya pada kawatbertegangan tinggi tanpa tersengatlistrik?

Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini?Adakah materi yang belum kamu pahami?Materi mana yang sulit pemahamannya? Coba kamutanyakan pada gurumu supaya kamu lebih mudahmemahaminya.


LISTRIK DINAMIS 2

Documents

Transcript of LISTRIK DINAMIS 2