LISTRIK DINAMIS

FISIKA KLS 9 SMP NEGERI 1 PADANGAN BOJONEGORO 1

LISTRIK DINAMIS

ARUS LISTRIK

Pada materi listrik statis telah dipelajari tentang terjadinya sebuah benda bermuatan positif atau

negatif.

Benda –benda bermuatan listrik dapat digambarkan sebagai berikut :

a. A B Pada gambar disamping :

- Benda A bermuatan positif ( kekurangan elektron )

- Benda B bermuatan negatif ( kelebihan elektron )

Dikatakan benda A mempunyai potensial lebih tinggi dari

pada benda B

Jika kedua benda dihubungkan dengan konduktor maka:

-Elektron akan mengalir dari benda B ke benda A sampai dengan potensial kedua benda sama.

( Elektron mengalir dari benda yang potensialnya rendah ke benda yang potensialnya tinggi )

-Andaikan muatan positif dapat mengalir, maka muatan positif akan mengalir dari benda A ke B

Arah aliran muatan positif ini disebut arah arus listrik.

Jadi arus litrik mengalir dari benda yang potensialnya tinggi ke benda yang potensialnya rendah.

sampai kedua benda potensialnya sama.

b. A B Pada gambar disamping:

- Benda A dan B bermuatan positif

- Benda B lebih banyak kekurangan elektron dari pada A

- Dikatakan potensial benda B lebih tinggi dari pada A

Jika kedua benda dihubungkan dengan konduktor maka :

- Elektron akan mengalir dari A ke B sampai potensial kedua benda sama

- Arus listrik akan mengalir dari B ke A sampai potensial kedua benda sama

c. A B Pada gambar disamping :

- Benda A dan B bermuatan negatif

- Benda A lebih banyak kelebihan elektron dari pada B

- Dikatakan potensial benda B lebih tinggi dari pada A

Jika kedua benda dihubungkan dengan konduktor maka :

- Elektron akan mengalir dari A ke B sampai potensial kedua benda sama

- Arus Listrik akan mengalir dari B ke A sampai potensial kedua sama

Arus listrik yang melalui sebatang penghantar ( konduktor ) didefinisikan sebagai banyaknya muatan

listrik yang melalui penghantar tiap satuan waktu.

Secara matematis dirumuskan :

I = Keterangan : I = besar kuat arus, satuannya ampere ( A )

Q = besar muatan listrik, satuannya coulomb ( C )

t = waktu , satuannya sekon ( s )


PENGUKURAN KUAT ARUS LISTRIK PADA SEBUAH RANGKAIAN LISTRIK

Alat untuk mengukur kuat arus listrik dinamakan ampermeter, yang disusun secara seri atau berurutan

dengan komponen yang akan diukur kuat arusnya

lampu Ampermeter lampu

A

Ampermeter

Sumber tegangan Sumber tegangan

Soal

1. Pada sebatang kondutor mengalir muatan listrik sebanyak 75 coulomb, selama 3 sekon. Berapakah

besar kuat arus listrik pada konduktor tersebut?

2. Dalam sebatang konduktor arus listrik mengalir sebesar 3 ampere selama 7 menit. Berapa banyak

muatan yang mengalir pada konduktor tersebut ?

3. Dalam pengukuran kuat arus listrik pada suatu rangkaian jarum penunjuk alat ukur menunjukkan

Angka 200 mA selama 5 menit. Berapa jumlah muatan listrik dapat mengalir melalui rangkaian itu?

HUKUM OHM

R

I

V

Menurut hukum ohm kuat arus yang m elalui konduktor sebanding dengan beda potensial pada kedua

ujung konduktor asal suhu konduktor tidak berubah. Dan nilai perbandingan beda potensial dengan arus

yang mengalir merupakan harga resistensi ( hambatan R ) yang dimiliki oleh konduktor dan nilainya

konstan.

Dengan demikian :

R = atau V = I x R atau I =

Keterangan :

V = beda potensial, satuannya volt ( V )

I = besar kuat arus, satuannya ampere ( A )

R = besar hambatan, satuannya ohm ( Ω )

Rumus diatas dikenal dengan nama Hukum Ohm yang menyatakan bahwa, besar kuat arus listrik yang

mengalir sebanding dengan beda potensial listrik dan berbanding terbalik dengan hambatan.

Soal

1. Jika kuat arus yang melalui sebuah lampu 2 A dan hambatan lampu 15 Ω, berapa basar beda potensial

nya ( tegangannya )?

2. Sebuah resistor yang dipasang pada tegangan 12 volt memilki hambatan sebesar 5 Ω. Berapa besar

Kuat arusnya?

3. Sebatang konduktor yang memiliki hambatan sebesar 6 ohm. Kedua ujungnya dihubungkan dengan

Sumber tegangan 12 volt. Berapakah besar kuat arus yang melalui konduktor tersebut?


4. Kuat arus yang melalui sebatang konduktor adalah 2 ampere. Jika pada ujung dan pangkalnya terdapat

beda potensial 18 volt, berapakah besar hambatan konduktornya?

HAMBATAN KAWAT PENGHANTAR

Hambatan suatu penghantar tergantung pada:

1. Jenis bahan

Besar hambatan penghantar berbanding lurus ( sebanding ) dengan jenis bahan ( hambatan jenis ).

Artinya Semakin besar hambatan jenis bahan penghantar , semakin besar hambatannya. Semakin kecil

Hambatan jenis bahan penghantar, semakin kecil hambatannya.

2. Panjang penghantar

Besar hambatan penghantar berbanding lurus ( sebanding ) dengan panjang penghantar.

Artinya semakin panjang penghantar , semakin besar hambatannya. Semakin pendek penghantar,

semakin kecil hambatannya.

3. Luas penampang penghantar

Besar hambatan penghantar berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar.

Artinya semakin luas penampang penghantar , semakin kecil hambatannya. Semakin kecil luas

penampang penghantar semakin besar hambatannya.

Secara matematis dapt dirumuskan :

R = Keterangan :

R = hambatan, satuannya Ω

= hambatan jenis, satuannya Ohm.m

l = panjang penghantar, satuannya meter ( m )

Soal

Sebuah kawat aluminium dipakai pada jaringan listrik sepanjang 100 m dan luas penampangnya 1 mm2.

Jika aluminium = 2,28 x 10-8

maka berapakah besar hambatan kawat tersebut ?

HUKUM I KIRCHHOFF

Menurut hukum kirchhoff :

Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke dalam suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus

yang meninggalkan titik percabangan.

I1 Pada gambar disamping,

I I = I1 + I2

I2

Soal

1. Sebuah rangkaian listrik dirangkai seperti gambar disamping.

I2 Jika I1 = 0,75 A , I3 = 0,25 A , berapakah I2

I1

I3


2.

Sebuah rangkaian listrik dirangkai seperti gambar disamping.

I2 Jika I2 = 2 A , I3 = 5 A dan I4 = 1 A , berapakah I1

I1 I3

I4

RANGKAIAN SERI DAN PARALEL

1. Rangkaian seri

I R1 R2 R3

A B C D

Rangkaian hambatan seri adalah hambatan – hambatan yang disusun secara berurutan. Ujung yang satu

dihubungkan dengan pangkal yang lainnya, seperti gambar diatas.

Tiga hambatan R1 , R2 dan R3 dapat diganti dengan satu hambatan yang dinamakan hambatan

pengganti ( Rs ), yang nilainya dirumuskan:

Rs = R1 + R2 + R3

Rumus tersebut merupakan penurunan dari :

VAD = VAB + VBC + VCD

I x RAD = I x RAB + I x RBC + I x RCD

I x RAD = I ( RAB + RBC + RCD )

RAD =

RAD = RAB + RBC + RCD

Soal 1

Tiga buah hambatan , masing-masing besarnya 10 Ω, 15 Ω dan 20 Ω disusun seri. Berapakah hambatan

penggantinya?

Soal 2

Perhatikan gambar berikut :

R1 R2 R3 Berdasarkan gambar di atas, tentukanlah :

a. hambatan pengganti

10 Ω 5 Ω 15 Ω b. arus listrik yang mengalir pada R1 , R2 dan R3

I c. VAB , BBC , VCD , VAD

6V

Soal 3

Perhatikan gambar berikut :

R1 R2 R3 Jika I = 0,25 A, tentukanlah :

a. hambatan pengganti

10 Ω 20 Ω 30 Ω b. VAB ,VBC , VCD , VAD

I

A B C D

A B C D


CATATAN

Jika ada n hambatan yang nilainya sama dipasang secara seri maka nilai hambatan penggantinya

dirumuskan :

Rs = R1 + R2 + R3 + R4 + … + Rn

Rs = R + R + R + R +…+ R

Rs = nR Keterangan :

Rs = hambatan pengganti

R = Besar setiap hambatan

n = banyaknya hambatan

Contoh

R1 R2 R3 R4

Jika R1 = 5Ω, R2 = 5Ω, R3 = 5Ω, R4 = 5Ω

Maka besarnya hambatan penggantinya adalah :

Rs = nR

Rs = 4 x 5 Ω = 20 Ω

2. Rangkaian paralel

I1 R1 Rangkaian hambatan secara paralel adalah hambatan-

hambatan yang disusun sedemikian rupa sehingga

I2 R2 antara hambatan yang satu dan hambatan lainnya

berdampingan, seperti gambar disamping.

I3 R3

Tiga hambatan R1 , R2 dan R3 dapat diganti dengan satu hambatan yang dinamakan hambatan

pengganti ( Rp ), yang nilainya dirumuskan :

= + +

Rumus tersebut merupakan penurunan dari :

IAB = I1 + I2 + I3

= + +

Jika kedua ruas dikalikan dengan maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :

= + +

A B


Soal

1. Lima buah hambatan disusun secara paralel. Masing-masing besar hambatannya 6 Ω, 3Ω, 4Ω, 2Ω dan

12Ω. Berapa besar hambatan penggantinya?

2. Perhatikan rangkaian hambatan berikut ini !

R2 = 20Ω

R1 = 25Ω R4 = 50Ω

R3 = 40Ω

Berapakah RAB ?

3. Perhatikan rangkaian berikut ini!

R1 R2

R6 R4

Jika R1 = 2Ω , R2 = 1Ω , R3 = 2Ω , R4 = 3Ω , R5 = 3Ω dan R6 = 4Ω , tentukanlah hambatan totalnya!

4. Perhatikan rangkaian hambatan berikut !

R2 = 3Ω

R1 = 2Ω R4 = 4Ω

I R3 = 2Ω

12 V

Hitunglah : a. I

b. V di R1

c. V di R2

d. V di R3

e. V di R4

f. I melalui R1

g. I melalui R2

h. I melalui R3

i. I melalui R4

A B


CATATAN

Jika ada n hambatan yang nilainya sama dipasang secara paralel maka nilai hambatan penggantinya

dirumuskan :

= + + + … +

=

=

nRp = R

Rp =

Contoh R1

R2

R3

Jika R1 = 6Ω , R2 = 6Ω , R3 = 6Ω, maka besarnya hambatan penggantinya adalah:

Rp =

Rp =

Rp = 2 Ω

BEDA POTENSIAL

Arus listrik akan selalu mengalir dari titik A ke titik B, jika antara titik A dan B selalu ada beda potensial.

Oleh karena itu, harus ada sumber tegangan listrik. Sumber tegangan listrik yaitu peralatan yang dapat

menghasilkan beda potensial listrik secara terus-menerus.

Dalam rangkaian listrik, sumber tegangan disimbolkan dengan tanda:

+ - atau disederhanakan menjadi

Beda potensial listrik diukur dalam satuan volt ( V ). Alat yang digunakan adalah voltmeter, yang dipasang

secara paralel dengan komponen yang akan diukur beda potensialnya.


Voltmeter

V

Lampu

Baterai

Besarnya beda potensial dari beberapa sumber tegangan yang nilainya sama dan dipasang secara seri

E E E E E

………

r r r r r

a. Etotal = E + E + E + E + … + E

Etotal = n E

b. rtotal = r + r + r + r + … + r

rtotal = nr

Contoh

6V 6V 6V 6V

2Ω 2Ω 2Ω 2Ω

Gambar diatas menunjukkkan 4 buah sumber tegangan yang masing-masing besarnya tegangan 6 V

dan besarnyahambatan dalam sumber tegangan 2 Ω dipasang seri

Berapakah :

a. Besarnya tegangan seluruhnya

b. Besarnya hambatan dalam sumber tegangan seluruhnya

Penyelesaian

a. Etotal = nE b. rtotal = nr

= 4 x 6V = 4 x 2Ω

= 24 V = 8Ω

Besarnya tegangan dari beberapa sumber tegangan yang nilainya sama dan dipasang secara paralel

E

Dari gambar disamping :

r

E a. Etotal = E

r b. rtotal =

E

r


Contoh

6V

Dari gambar disamping, hitunglah:

2Ω a. Etotal

6V b. rtotal

2Ω Penyelesaian

6V a. Etotal = E

= 6 V

2Ω

b. rtotal =

=

= 0,67 Ω

HUKUM OHM UNTUK RANGKAIAN TERTUTUP

R Pada sebuah rangkaian yang tertutup, besarnya tegangan antara titik A

dan titik B sebelum arus mengalir sering dinamakan dengan Gaya Gerak

Listrik ( GGL ) dan sering dilambangkan dengan E.

E Pada saat arus listrik mengalir, besarnya tegangan antara titik A dan titik B

A B tersebut akan mengalami penurunan.

r Besarnya tegangan antara titik A dan titik B pada saat arus mengalir

dinamakan dengan tegangan jepit.

Penurunan tersebut dikarenakan pada saat arus mengalir di dalam sumber tegangan ada tegangan yang

hilang.

Jika besarnya tegangan yang hilang dilambangkan dengan U maka :

U = I x r

Dan besarnya tegangan jepit adalah:

V = E – U Keterangan :

V = tegangan jepit

V = E – Ir Atau E = V + Ir E = Gaya gerak listrik

I = Kuat Arus

r = Hambatan dalam

Sedangkan menurut hukum ohm, kuat arus yang melalui rangkaian tertutup besarnya berbanding

Lurus dengan GGL sumber tegangan dan berbanding terbalik dengan seluruh hambatan rangkaian

tersebut.


R

a, I = Keterangan ;

I I = kuat arus

E E = gaya gerak listrik

R R = hambatan luar

r = hambatan dalam

Besarnya tegangan jepit dapat ditentukan dengan rumus :

Keterangan

V = I x R V = tegangan jepit Atau I = kuat arus

V = E – Ir E = gaya gerak listrik

R = hambatan luar

r = hambatan dalam


Soal

10Ω Dari gambar rangkaian disamping, tentukanlah

a. gaya gerak listrik

I b. hambatan dalam

12 V c. hambatan luar

A B d. kuat arus yang mengalir

0,5Ω e. tegangan jepit

b. R

E E E E E

………

r r r r r

Katerangan

I = kuat arus

I = E = gaya gerak listrik

R = hambatan Luar

r = hambatan dalam

n = banyaknya sumber tegangan yang nilainya sama dan dipasang seri


Keterangan



R = hambatan luar

r = hambatan dalam

Soal

4Ω

Dari gambar rangkaian disamping, tentukanlah


I b. hambatan dalam

6V 6V c. hambatan luar

d. kuat arus yang mengalir

1Ω 1Ω e. tegangan jepit

c.

R

I =

E

Keterangan

r I = kuat arus

E E = gaya gerak listrik

R = hambatan luar

R r = hambatan dalam

E n = banyaknya sumber tegangan yang nilainya sama dan dipasang

Secara paralel

r



Keterangan



R = hambatan luar

r = hambatan dalam

Soal 2Ω

Dari gambar rangkaian disamping, tentukanlah


b. hambatan dalam

I 6V c. hambatan luar

d. kuat arus yang mengalir

2Ω e. tegangan jepit

6V

2Ω

ENERGI LISTRIK

Untuk mengalirkan muatan-muatan listrik dalam suatu penghantar, sumber tegangan mengeluarkan

energi listrik. Jika muatan-muatan itu dinyatakan dengan Q coulomb, beda potensial (tegangan listrik )

yang dihasilkan oleh sumber tegangan , dinyatakan dengan V volt dan waktunya t detik maka besar energi

listrik adalah :

Keterangan :

W = V x Q W = Energi listrik , satuannya Joule ( J )

V = Beda potensial ( tegangan listrik ), satuannya volt ( V )

Q = muatan listrik, satuannya Coulomb ( C )

Apabila :

I =

Q = I x t

Disubstitusikan ke rumus W = V x Q akan diperoleh rumus :

Keterangan :

W = V x I x t W = Energi listrik , satuannya Joule ( J )


I = Kuat arus, satuannya Ampere ( A )

t = Waktu, satuannya sekon ( s )

Apabila :

V = I x R

Disubstitusikan ke rumus W = V x I x t , akan diperoleh rumus :

W = I x R x I x t

Keterangan :

W = I2 x R x t W = Energi listrik , satuannya Joule ( J )

I = Kuat arus, satuannya Ampere ( A )

R = Hambatan listrik, satuannya ohm ( Ω )


Apabila :

V = I x R

I =

Disubstitusikan ke rumus W = V x I x t, akan diperoleh rumus :

W = V x x t

Keterangan:

W = W = Energi listrik , satuannya Joule ( J )



t = Waktu, satuannya sekon ( s )

Tara kalor mekanik

Adalah angka kesetaraan antara energi mekanik dan energi kalor yang besarnya:

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,2 joule

Soal

1. Banyaknya muatan listrik yang mengalir pada sebuah konduktor yang memiliki beda potensial 12 volt

adalah 50 coulomb. Berapakah besar energi listriknya?

2. Sebuah resistor dengan hambatan 6 Ω dipasang pada tegangan 12 volt. Hitunglah :

a. kuat arus yang melaluinya

b. energi listrik yang dibebaskan oleh resistor dalam waktu 10menit

3. Sebuah lampu pijar dengan hambatan 24 Ω dipasang pada tegangan 12 volt selama 0,5 jam. Berapa

Energi listrik yang digunakan oleh lampu tersebut ?

4. Sebuah lampu menpunyai hambatan 12 Ω dipasang pada tegangan 6 volt selama 60 sekon. Berapa

energi listrik yang digunakan oleh lampu tersebut?

5. Kawat tenbaga sepanjang 106 m digunakan untuk kabel tegangan listrik. Besar hambatan jenisnya

49 x 10-12

ohm meter dan luas penampang 10-6

m2. Jika sumber tegangan 110 volt dan hambatan

lampu 6 Ω , berapa kabel kehilangan energi listrik?

6. 6 Ω Dari gambar disamping, tentukanlah energi listrik yang digunakan ,

jika arus listrik melalui resisitor selama 10 menit ( hambatan dalam

baterai diabaikan ).

I

24 V

6Ω

7. Dari gambar disamping, berapa energi listrik

2Ω yang digunakan resistor 3Ω selama 5 menit.

A B

3Ω


8. Alat listrik hambatannya 200 Ω digunakan selama 20 menit. Jika energi listrik yang digunakan 21600 J

Berapakah tegangan pada alat tersebut?

9. Sebuah setrika hambatannya 50 Ω digunakan selama 15 menit. Jika energi listrik yang ditimbulkan

11.250 Joule, tentukan kuat arus listrik yang mengalir pada setrika.

DAYA LISTRIK

Daya listrik adalah jumlah energi listrik yang digunakan tiap satu-satuan waktu.


Keterangan :

P = P = daya listrik, satuannya watt ( W )

W = energi listrik, satuannya Joule ( J )

t = waktu, satuannya sekon ( s )

Apabila :

W = V x I x t

Disubstitusikan ke rumus P = , akan diperoleh rumus :

P =

Keterangan :

P = V x I P = daya listrik, satuannya watt ( W )

V = tegangan listrik, satuannya volt ( V )

Apabila :

V = I x R

Disubstitusikan ke rumus P = V x I, akan diperoleh rumus :

P = I x R x I

Keterangan :

P = I2 x R P = daya listrik, satuannya watt ( W )

I = kuat arus listrik, satuannya ampere ( A )


Apabila :

V = I x R

I =

Disubstitusikan ke rumus P = V x I, akan diperoleh rumus :

P = V x

Keterangan :

P = P = daya listrik, satuannya watt ( W )

V = tegangan listrik, satuannya volt ( V )


Soal

1. Kuat arus listrik sebasar 2 ampere mengalir dalam konduktor yang berhambatan 5 Ω selama 5 menit.

Hitunglah :

a. energi listrik

b. daya listrik


2. Alat listrik bertuliskan 125 W/220 V menyala selama 15 jam. Berapa kWh energi listrik yang diperlukan

3. Sebuah lampu pijar bertuliskan 220V / 250 W. Tentukan daya lampu jika dipasang pada sumber

tegangan 220 V dan 110 V

4. Sebuah televisi 440 W/220 V, sebuah alat pengering rambut 110 W/220 V dan sebuah pendingin

ruangan 880 W/220 V, dipasang secara paralel pada tegangan 220 volt melalui sekering 4 A.

Apa yang terjadi pada sekering?

4. Daya listrik yang terpasang pada sebuah bangunan besarnya 900 watt. Jika semua daya itu digunakan

Oleh alat dalam bangunan tersebut selama 6 jam, berapa jumlah energi yang digunakan?

5. Pada sebuah rumah, penghuninya menggunakan pesawat listrik sebagai berikut

a. TV dengan daya 350 watt dinyalakan selama 12 jam/hari

b. Radio dengan daya 15 watt dinyalakan selama 10 jam

c. Lemari es dengan daya 350 watt dinyalakan selama 18 jam/hari

d. Pompa air dengan daya 250 watt dinyalakan selama 4 jam/hari

e. Mesin cuci dengan daya 500 watt dinyalakan selama 5 jam/hari

Berapakah biaya rekening listrik yang harus dibayar selama 1 bulan ( 30 hari ) ,

Jika harga per kWh = Rp. 1000,00

PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK

Bentuk energi di ala mini bermacam-macam, misalnya energi listrik, energy kimia, energi panas, energy

gerak, dan energy potensial. Energi-energi itu tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Energi tersebut

hanya dapat diubah bentuknya, yaitu dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain.

Demikian pula energi listrik, energi listrik dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain.

1. Energi Listrik menjadi Energi Kalor

Contoh :

a. Setrika Listrik

b. Ceret Listrik

c. Kompor Listrik

d. Solder Listrik

2. Energi Listrik menjadi Energi Cahaya

Contoh :

a. Lampu Pijar

b. Lampu Neon

3. Energi Listrik menjadi Energi Kinetik ( Gerak )

Contoh :

a. Penghisap Debu

b. Kipas Angin

4. Energi Listrik menjadi Energi Bunyi

Contoh :

a. Bel Listrik

b. Radio

5. Energi Listrik menjadi Energi Kimia

Contoh :

Pengisian aki

6. Energi Kimia menjadi Energi Listrik

Contoh :

Penggunaan aki

LISTRIK DINAMIS

Documents

Transcript of LISTRIK DINAMIS