NAMA ANGGOTA :

· IRENE TASYA ANGELIA(3215149632)

· SARAH SALSABILA (3215141709)

· SABILA RAHMA

(3215141713)

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

HANDOUT

FISIKA KELAS X SEMESTER II

LISTRIK DINAMIS

A. Arus Listrik dan Pengukurannya

Rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup.

· Rangkaian listrik terbuka adalah suatu rangkaian yang belum dihubungkan dengan sumber tegangan.

· Rangkaian listrik tertutup adalah suatu rangkaian yang sudah dihubungkan dengan sumber tegangan. Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran muatan-muatan listrik.

Arus listrik adalah aliran muatan-muatan listrik pada suatu rangkaian tertutup. Arus listrik dapat timbul karena ada beda potensial pada dua titik dan arahnya dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah.

Besarnya arus listrik dinamakan kuat arus listrik dan didefinisikan sebagai banyaknya muatan positif yang melalui suatu titik tiap satu satuan waktu. Dari definisi ini, kuat arus listrik dapat di rumuskan sebagai berikut:

Keterangan :

I = kuat arus listrik (A)

Q = muatan listrik yang mengalir (C)

(t = waktu (s)

Kuat arus listrik dapat diukur dengan alat amperemeter, sedangkan Beda potensial listrik dapat diukur dengan alat voltmeter.

1. Cara membaca skala hasil ukur amperemeter dan voltmeter

a) Ampermeter

Keterangan :

Keterangan :

Batas ukur maks= 1A

Batas ukur maks= 5 A

Hasil ukur

=

Hasil ukur

=

= 0.24 A

= 1,9 A

b) Voltmeter

Keterangan :

Batas ukur maks= 10 v

Hasil ukur

= = 8V

2. Merangkai alat listrik

Untuk amperemeter harus dipasang secara seri dengan alat listrik, sedangkan voltmeter harus dipasang secara paralel dengan alat listrik. Perhatikan dibawah ini.

a) Ampermeter

b) Voltmeter

B. Beda Potensial

Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain, jika benda tersebut memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif benda lain.

Pada gambar terlihat bahwa benda A memiliki muatan positif paling banyak sehingga benda A mempunyai potensial listrik paling tinggi, disusul benda B, C, baru kemudian D.

Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial ini berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Satuan beda potensial adalah volt (V). Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik disebut voltmeter. Secara matematis beda potensial dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

V: beda potensial (V)

W: usaha/energi (J)

Q: muatan listrik (C)

C. Hukum OHM

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik.

Arus (I) pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial (V) yang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut. Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan (R) yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Ohm, dan dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan :

V= beda potensial (volt)

I= kuat arus (ampere)

R= hambatan kawat penghantar (Ohm)

D. Hambatan Listrik

Berdasarkan persamaan hukum Ohm, hambatan listrik dapat didefinisikan sebagai hasil bagi beda potensial antara ujung-ujung penghantar dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Untuk mengenang jasa Georg Simon Ohm, namanya dipakai sebagai satuan hambatan listrik, yaitu ohm ((). Suatu penghantar dikatakan mempunyai hambatan satu ohm apabila dalam penghantar tersebut mengalir arus listrik sebesar satu ampere yang disebabkan adanya beda potensial di antara ujung-ujung penghantar sebesar satu volt.

1. Jenis-jenis hambatan

a. Resistor tetap

Pada resistor tetap yang biasanya dibuat dari karbon atau kawat nikrom tipis, nilai hambatannya disimbolkan dengan warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya. Simbol warnawarna tersebut mempunyai arti sesuai dengan letaknya.

b. Resistor variabel

Resistor variabel yang kita kenal ada dua, yaitu resistor variabel tipe berputar dan bergeser (rheostat). Pada prinsipnya, cara kerja kedua resistor ini adalah sama, yaitu memutar atau menggeser kontak luncur untuk menambah atau mengurangi nilai hambatan sesuai kebutuhan. Resistor variabel ini dapat kita temui pada sistem volume di radio, tape recorder, dan alat-alat elektronik lainnya.

2. Hambatan pada kawat penghantar

Kawat penghantar yang dipakai pada kawat listrik pasti mempunyai hambatan, meskipun nilainya kecil. hambatanlistrik suatu kawat penghantar dipengaruhi oleh panjang kawat ( l ), hambatan jenis kawat ( ( ), dan luas penampang kawat (A). Secara matematis, hubungan ketiga faktor tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

R : hambatan kawat penghantar (()

l : panjang kawat penghantar (m)

A : luas penampang kawat penghantar (m2)

(: hambatan jenis kawat penghantar ((m)

E. Rangkaian Hambatan

Dalam arus listrik terdapat hambatan listrik yang menentukan besar kecilnya arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya, dan sebaliknya. I ∝ 1/R

1. Rangkaian Hambatan Seri

Rangkaian seri berarti sambungan antara ujung komponen satu dengan pangkal komponen lain secara berurutan. Jika terdapat beberapa hambatan dirangkai seri, kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan, maka masing-masing hambatan itu dialiri arus listrik yang sama besar.

2. Rangkaian Hambatan Paralel

Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Jika hambatan yang dirangkai paralel dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan adalah sama besar.

Tambahan : Jika ada rangkaian hambatan yang sulit, gunakan cara segitiga hambatan

Contoh soal :

Tiga buah hambatan, masing-masing nilainya 3Ω, 4Ω, dan 6Ω dirangkai secara paralel. Hitunglah hambatan penggantinya!

Diketahui : R1 = 3Ω R2 = 4Ω R3 = 6Ω

Ditanya : Rp?

Jawab :

F. Hukum Kirchhoff

1. Hukum I Kirchhoff

“Arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut.”

Sumber : Fisika Kelas 10 Setya Nugroho

2. Hukum II Kirchhoff

“Jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian harus sama dengan nol.” Hukum II Kirchhoff dikenal juga dengan Hukum Loop. Hukum ini di dasarkan pada hukum kekekalan energi.

Ketentuan :

a. Semua hambatan (R) dihitung positif.

b. Pada arah perjalanan atau penelusuran rangkaian tertutup (loop), jika sumber arus berawal dari kutub negatif ke kutub positif atau bertemu dengan kutub positif sumber tegangan, maka gglnya dihitung positif. Jika sebaliknya dari kutub positif ke kutub negatif atau bertemu dengan kutub negatif sumber tegangan, maka ggl nya dihitung negatif.

c. Arus yang searah dengan penelusuran loop dihitung positif, sedang yang berlawanan dengan arah penelusuran dihitung negatif.

d. Jika hasil akhir perhitungan kuat arus bernilai negatif, maka kuat arus yang sebenarnya merupakan kebalikan dari arah yang ditetapkan.

Contoh soal :

Hitung kuat arus pada masing-masing penghambat pada gambar berikut!

Diketahui : E1 = 8VE2 = 18V

R1 = 4ΩR2 = 2ΩR3 = 6Ω

Ditanyakan :I1, I2, dan I3?

G. GGL dan Rangkaian GGL

Komponen sumber tegangan seperti baterai atau generator listrik yang mengubah energi tertentu menjadi energi listrik disebut sumber Gaya Gerak Listrik (GGL).

1. Rangkaian GGL Seri

Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun seri, ternyata tegangan total merupakan jumlah aljabar dari tegangan masing-masing sumber ggl.

2. Rangkaian GGL Paralel

Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun paralel, ternyata tegangan total besarnya sama dengan tegangan masing-masing sumber ggl dan membangkitkan arus yang lebih besar.

Contoh soal :

Empat buah resistor masing-masing dengan hambatan 2Ω, 3Ω, 4Ω, dan 5Ω disusun seri. Rangkaian tersebut dihubungkan dengan ggl 18 V dan hambatan dalam 1,5Ω. Hitunglah kuat arusnya!

Penyelesaian:

Diketahui: R1 = 2 Ω R2 = 3 Ω R3 = 4 Ω R4 = 5 Ω ε = 18 V r = 1.5 Ω

Ditanya : I?

Jawab : Rs = R1+R2+R3+R4 = 2Ω+3Ω+4Ω+ 5Ω = 14 Ω

H. Arus dan Tegangan AC - DC

Apabila sebuah baterai dihubungkan pada suatu rangkaian, arus mengalir dengan tetap pada satu arah yang disebut arus searah atau DC (direct current). Untuk generator listrik pada pusat pembangkit tenaga listrik menghasilkan arus bolak-balik atau AC (alternating current).

a) Arus dan tegangan bolak-balik

Keterangan :

V= tegangan yang selalu berubah terhadap waktu (volt)

Vmaks= tegangan maksimum (volt)

I= arus yang selalu berubah terhadap waktu (ampere)

Imaks= arus maksimum (ampere)

ω= kecepatan sudut (rad\s)

b) Nilai effektif

c) Induktor dalam rangkaian arus bolak-balik

Dari gambar grafik diatas, dapat disimpulkan bahwa kuat arus berbeda ase 900 terhadap tegangan, dengan tegangan mendahului kuat arus, maka dapat ditulis :

Reaktansi Induktif (XL) :

d) Kapasitor dalam rangkaian arus bolak-balik

Dari gambar grafik diatas, dapat disimpulkan bahwa kuat arus berbeda ase 900 terhadap tegangan, dengan tegangan tertinggal dari kuat arus, maka dapat ditulis :

Reaktansi Kapasitas (XC) :

e) Rangkaian R, L, C pada tegangan bolak-balik

1. Hubungan tegangan

Keterangan :

V= tengangan total pada rangkaian (volt)

VR= tengangan pada hambatan (volt)

VL= tengangan pada hambatan (volt)

VC= tengangan pada kapasitor (volt)

2. Hubungan hambatan

Keterangan :

R= hambatan (ohm)

Z= impedansi (hambatan total)

XC= reaktansi kapasitif (ohm)

XL= reaktansi induktif (ohm)

I. ENERGI DAN DAYA LISTRIK

1. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu.

2. Daya Listrik

Daya listrik merupakan laju aliran listrik atau besarnya energi yang mengalir atau diserap setiap satuan waktu.

Contoh soal :

Sebuah hambatan 20 Ω dihubungkan pada baterai yang bertegangan 6 volt. Tentukan daya yang diserap hambatan dan energi yang diserap hambatan selama setengah menit!

Penyelesaian

Diketahui =

R = 20 Ω

V = 6 volt

t = 0,5 menit = 30 s

J. Daya Listrik dalam Kehidupan Sehari-hari

Pemasangan alat listrik di rumah-rumah dirangkai secara paralel. Hal ini diharapkan agar tegangan yang melalui alat-alat tersebut besarnya sama. Untuk menghitung besar energi listrik yang digunakan pada suatu rumah, PLN memasang alat yang disebut kWh (kilowatt hours) meter (meteran listrik).

1 kWh didefinisikan sebagai daya sebesar 1.000 watt yang digunakan selama 1 jam. Jadi, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

Contoh soal :

Diketahui harga listrik Rp100,00 per kWh. Sebuah rumah memakai 5 lampu dengan daya masing-masing 60 watt, sebuah kulkas 160 watt, sebuah televisi 80 watt, dan 3 lampu dengan daya 40 watt. Jika semua alat listrik itu menyala rata-rata 12 jam per hari, maka berapa besar biaya listrik dalam sebulan?

Diketahui : (5 lampu x 60 watt = 300 watt) + (1 kulkas x 160 watt = 160 watt) + (1 televisi x 80 watt) + (3 lampu x 40 watt = 120 watt) = 660 watt

t = 12 jam x 30 hari = 360 jam

Ditanya : biaya perbulan?

Jawab :

W = P x t

= 660 watt x 360 jam

= 237.600 watt

= 237,6 kWh

Jadi biaya yang harus dikeluarkan adalah 237,6 x Rp 100,00 = Rp 23.7600,00

K. Penghematan Energi Listrik

Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk menghemat listrik di rumah :

1. Menggunakan lampu neon daripada lampu pijar

2. Menggunakan alat listrik berdaya rendah

3. Mengatur waktu pemakaian dengan baik

Tugas :

1. Jelaskan apa yang Anda ketahui tentang hukum Ohm? Jelaskan!

2. Jelakan secara singkat apa yang dimaksud dari :

a. Kuat arus

b. Beda potensial

c. Hambatan

3. Arus sebesar 2 A mengalir pada kawat penghantar yang memiliki beda potensial 12 V. Besar muatan yang mengalir tiap menit pada kawat penghantar itu adalah ……

4. Pada suatu kawat penghantar yang luas penampangnya 0,2 mm2 mengalir arus listrik sebesar 0,17 A. Untuk waktu selama satu jam, tentukan:

a. besar muatan yang mengalir,

b. banyaknya elektron yang mengalir, jika muatan elektron 1,6 × 10-19 C!

5. Suatu penghantar panjangnya 2 m dipasang pada beda potensial 6 V, ternyata arus yang mengalir 3 A. Jika luas penampang kawat 5,5 × 10-2 mm2, maka tentukan :

a. besar hambatan, dan

b. hambatan jenis kawat

6. Sebuah lampu 15 W dan 5 W masing-masing dinyalakan selama 5 dan 12 jam tiap hari. Tentukan energi listrik yang diperlukan oleh kedua lampu tersebut selama 1 bulan! Jika PLN menetapkan tarif Rp100,00/kWh, maka berapa biaya yang harus dibayarkan ke PLN?

7. Berdasarkan gambar rangkaian listrik di samping, tentukanlah :

a. hambatan pengganti antara A dan C

b. kuat arus yang keluar dari elemen

c. Vab, Vbc, dan Vac

d. Kuat arus yang melalui R2 dan R5

8. Dari rangkaian listrik di samping, tentukanlah :

a. kuat arus pada masing – masing cabang

b. beda potensial antara titik E dan F juga antara E dan C

9. Sebuah peralatan listrik memiliki daya 450 W dan tegangan AC 220 V. Hitunglah arus maksimum dan hambatannya!

10. Jelaskan perbedaan sumber arus dan tegangan AC-DC!

DAFTAR PUSTAKA

Damari, Ari dan Sri Handayani. 2009. Fisika 1 : Untuk SMA / MA Kelas X. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional

Nurachmandani, Setya. Fisika 1 : Untuk SMA / MA Kelas X. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional

Sumarsono, Joko. 2009. Fisika : Untuk SMA / MA Kelas X. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional

Widodo, Tri. 2009. Fisika : Untuk SMA / MA Kelas X. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional

[Handout]

Fisika Kelas X Semester 2

[Listrik Dinamis]

Standar Kompetensi

Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai produk teknologi.

Kompetensi Dasar

5.1.Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana (satu loop).

5.2.Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupan sehari-hari.

5.3.Menggunakan alat ukur listrik.

Indikator

Memformulasikan besaran kuat arus dalam rangkaian tertutup sederhana

Memformulasikan besaran hambatan dalam rangkaian seri dan pararel.

Memformulasikan besaran tegangan dalam rangkaian tertutup sederhana dengan menggunakan hukum II Kirchhoff.

Mengidentifikasi penerapan arus listrik searah dalam kehidupan sehari-hari.

Mengidentifikasi penerapan arus listrik bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari.

Menggunakan amperemeter dalam rangkaian.

Menggunakan voltmeter dalam rangkaian.

Menggunakan ohmmeter dalam rangkaian.

PETA KONSEP

Energi Dan Daya Listrik

Rangkaian Pararel

Rangkaian Seri

Hukum OHM

Ampermeter

Hukum Kirchoff

Beda Potensial (Tegangan)

Voltmeter

Hambatan

Listrik Dinamis

Rangkaian Tertutup

Kuat Arus

Ringkasan Materi

I = � QUOTE � ���

Dalam waktu 5 detik muatan listrik sebanyak 20 coulomb dapat mengalir melalui kawat penghantar. Berapakah kuat arus listrik tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui :t = 5 detik

Q = 20 C

Ditanya :I = ....?

Jawab :

I = � QUOTE � ��� = � QUOTE � ��� = 4 A

CONTOH SOAL

V = � QUOTE � ���

Untuk memindahkan muatan 4 coulomb dari titik A ke B diperlukan usaha sebesar 10 joule. Tentukan beda potensial antara titik A dan B!

Penyelesaian:

Diketahui :Q = 4 C

W = 10 J

Ditanya :V = ... ?

Jawab :

V = � QUOTE � ��� = � QUOTE � ��� = 2.5 volt

CONTOH SOAL

V = I R

Diketahui kuat arus sebesar 0,5 ampere mengalir pada suatu penghantar yang memiliki beda potensial 6 volt. Tentukan hambatan listrik penghantar tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui :V = 6 V

I = 0,5 A

Ditanya :R = ... ?

Jawab :

R = � QUOTE � ��� = � QUOTE � ��� = 12 (

CONTOH SOAL

R = ( � QUOTE � ���

Diketahui sebuah kawat penghantar memiliki panjang 100 m, luas penampang 2,5 mm2, dan hambatan jenis sebesar 17 × 10-7 (m. Tentukan besarnya hambatan kawat tersebut!

Penyelesaian :

Diketahui :l = 100 m

A = 2,5 mm2 = 25 × 10-7 m2

( = 17 × 10-7 (m

Ditanyakan :R = ... ?

Jawab :

R = ( � QUOTE � ��� = 17 × 10-7 x � QUOTE � ��� = 68 (

Jadi, besarnya hambatan kawat adalah 68 ( .

CONTOH SOAL

Rs = R1 + R2

I1 = I2 = I3

VAC = VAB + VBC

�

VAC = VAB = VBC

I1 = I2 + I3

�

�

�

∑� QUOTE � ��� + ∑(I x R) = 0

�

V = Tegangan di antara kutub baterai (V)

� QUOTE � ���= GGL baterai (V)

I = Arus yang mengalir (A)

r = Hambatan dalam baterai (Ω)

�

�

�

I = arus yang mengalir (A)

� QUOTE � ���= ggl pengganti seri dari sumber yang sejenis (V)

R = hambatan resistor (Ω)

rs= hambatan dalam pengganti seri (Ω)

n = jumlah sumber ggl yang sejenis

ε= ggl sumber/baterai (V)

r = hambatan dalam baterai (Ω)

�

�

�

V = Vmaks sin ωt

I = Imaks sin ωt

Iefff = � QUOTE � ���

Vefff = � QUOTE � ���

V = Vmaks sin ωt

I = Imaks sin (ωt - � QUOTE � ���)

XL = ω L

Imaks = � QUOTE � ���

V = Vmaks sin ωt

I = Imaks sin (ωt + � QUOTE � ���)

XC = � QUOTE � ���

Imaks = � QUOTE � ���

V = � QUOTE � ���

Z = � QUOTE � ���

Z = � QUOTE � ���

Menurut Hukum Ohm :

�

Keterangan :

P = Daya Listrik (Watt)

W = Energi listrik (Joule)

Q = Muatan Listrik (coloumb)

V = Beda potensial (volt)

T = Waktu aliran (sekon)

R = Hambatan (Ω)

I = Kuat Arus (ampere)

�

�

�

Menurut Hukum Ohm, � QUOTE � ��� atau � QUOTE � ���

�

�

Jawab =

a. Daya yang diserap memenuhi:

��

b. Energi yang diserap sebesar:

�

Ditanya =

a. P?

b. W?

Energi yang digunakan (kWh) = daya (kW) x waktu (h)

W = P x t

Biaya yang harus dibayarkan :

Biaya = Jumlah energi yang digunakan x biaya per kWh