Bab. Listrik Dinamis. Hasil yang harus Anda capai: menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai produk teknologi.

Transkripsi

1 Bab 8 Sumber: Young Scientist,1994 Nyala lampu pada malam hari, selain berfungsi sebagai penerangan juga menjadi bagian dari keindahan kota. Listrik Dinamis Hasil yang harus nda capai: menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai produk teknologi. Setelah mempelajari bab ini, nda harus mampu: memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana (satu loop); mengidentifikasi penerapan listrik C dan DC dalam kehidupan sehari-hari; menggunakan alat ukur listrik. #0;0< 70@8 B830: <4= <10B0= 1068 <0F0@0:0B :>B0 C=BC: <4;0:C:0= 0:B8D8B0=F0 0; 8= :0=?4=4@0=60= ;0<?C ;0<?C 38 70<?8@ 4<C0 C3CB :>B0 C307 B4@?00=6 "0<?C ;0<?C 8=8 <4@C?0:0= 2>=B>7?4@0;0B0= 30;0< :4783C?0= 470@8 70@8 F0=6 <4<0=500B:0= 4=4@68 ;8B@8: 4B4;07 38C107 <4=9038 4=4@ F0 "0;C 10608<0=0 4=4@68 ;8B@8: 8=8 30?0B <4=F0;0:0= ;0<?C =30 0:0= <4<?4;090@8=F0? =8 30 3C0 94=8 0@C ;8B@8: F08BC 0@C ;8B@8: 1>;0: 10;8: *2#0, 2',% 300#,2 30= 0@C ;8B@8: 40@07 '0#!2 300#,2 &030 0@C ;8B@8: 1>;0: 10;8: <C0B0= ;8B@8: <4=60;8@ 30;0< 3C0 0@07 1>;0: 10;8: 30?C=?030 0@C ;8B@8: 40@07 <C0B0= ;8B@8: 70=F0 <4=60;8@ 30;0< 0BC 0@07 >=B>7?4@0;0B0= ;8B@8: F0=6 <4=66C=0:0= 0@C 40@07 F08BC :0;:C;0B>@ 0#+-2#!-,20-* 90< 30= ;0<?C 4=B4@ & =8 0:0= 38?4;090@8 0@C ;8B@8: 40@07 )430=6:0= 0@C ;8B@8: 1>;0: 10;8: 0:0= 38?4;090@8 ; =F0: 38 :4;0.. rus Listrik dan Muatan B. Hukum Ohm dan Hambatan C. Rangkaian Seri dan Paralel D. Hukum Kirchhoff E. Sumber rus Searah dari Proses Kimiawi F. Tegangan Listrik Searah dan BolakBalik 169

2 Tes Kompetensi wal. rus Listrik dan Muatan e e e e e e Gambar 8.1 rah arus listrik () dan arah elektron (e) berlawanan arah. sumber tegangan Gambar 8.2 rus listrik akan mengalir dalam rangkaian tertutup. 1. Pengertian rus Listrik 2. Kuat rus Listrik Contoh Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

3 sumber tegangan 3. Mengukur Kuat rus lampu Contoh Gambar 8.3 Mengukur kuat arus listrik amperemeter 0,5 Contoh 8.3 () t(s) 4. Mengukur Beda Potensial P lampu arus listrik P arus listrik + baterai voltmeter V lampu + baterai voltmeter Gambar 8.4 Cara mengukur beda potensial. Q Q Listrik Dinamis 171

4 Kata Kunci arus listrik elektron beda potensial amperemeter voltmeter Tes Kompetensi Subbab () 2 1 t(s) terminal negatif terminal negatif ,6 0, ,2 0,4 0,6 terminal 0, ,2 0,4 0,6 terminal B. Hukum Ohm dan Hambatan ktivitas Fisika 8.1 Hubungan Tegangan dan rus Listrik Tujuan Mengetahui hubungan antara tegangan dan arus listrik. lat-lat Percobaan 1. Dua buah baterai 2. Hambatan tetap 3. hambatan geser (hambatan yang dapat diubah-ubah) 4. mperemeter DC 5. Voltmeter DC tegangan sumber Langkah-Langkah Percobaan 1. Susunlah semua peralatan seperti pada gambar. hambatan geser hambatan tetap V 172 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

5 2. Ubahlah hambatan geser dengan cara menggeser-geser kontak luncur, bacalah kuat arus pada amperemeter dan tegangan hambatan tetap pada voltmeter. Tulislah hasil yang nda peroleh dalam bentuk tabel. 3. Dari tabel yang nda tulis, buatlah grafik tegangan V terhadap kuat arus. 4. Dari grafik tersebut, buatlah kesimpulannya. 1. Hukum Ohm Gambar 8.5 Grafik linear V terhadap Tantangan untuk nda Suatu alat pemanas listrik (heater) memakai arus listrik 11 jika dihubungkan dengan sumber potensial 220 V. Hitunglah hambatan pemanas tersebut. Listrik Dinamis 173

6 Pembahasan Soal Contoh Grafik di atas menunjukkan kuat arus yang mengalir dalam suatu hambatan R, sebagai fungsi waktu. Banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam hambatan tersebut selama 6 sekon pertama adalah... a. 8 b. 1 0 c. 14 d. 1 8 e. 20 Ebtanas, 1990 Pembahasan Diketahui: Pada t = 0 sampai t = 3s q = t q = 4 (3) = 12 Coloumb = 4,5040 cm 3 Pada t = 0 sampai t = 3s q = t q = (3). (1) = 2 Coloumb q total = 12 Coloumb + 6 Coloumb + 2 Coloumb = 20 Coloumb Jawab: E Contoh 8.5 V(volt) B () 2. Hambatan (Resistansi) ktivitas Fisika 8.2 Hubungkan Panjang Kawat dan Nilai Hambatan Logam Tujuan Percobaan Menyelidiki pengaruh panjang kawat dari jenis kawat terhadap nilai hambatan logam. lat-lat Percobaan 1. mperemeter digital (0 m 1,2 m) 2. Sumber tegangan (DC 1,5 volt) 3. Kawat nikrom (d = 0,5 mm) dan kawat tembaga berlapis (d = 0,5 mm; 1,0 mm; dan 1,5 mm) 4. Kabel 5. Penjepit 6. Penggaris 7. Mikrometer sekrup 8. Spidol 174 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

7 Langkah-Langkah Percobaan 1. Dengan menggunakan penggaris, ukurlah panjang kawat dari salah satu ujungnya sepanjang 10 cm. Kemudian, beri tanda dengan spidol. Lakukan hal yang sama untuk setiap 25 cm berikutnya hingga 100 cm. 2. Susun semua peralatan seperti gambar berikut. Penjepit 1 kawat Penjepit 2 mperemeter digital Sumber potensial 3. Hubungkan kabel negatif sumber tegangan dengan salah satu ujung kawat (anggap ujung ini sebagai titik nol kawat). Kemudian, hubungkan kabel positif amperemeter ujung kawat lain yang berjarak 25 cm 4. Catatlah kuat arus yang terbaca pada amperemeter, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel berikut. No. Panjang Tegangan Kuat rus () Hambatan ( ) Kawat (cm) Sumber (V) Perhatikan data yang telah nda tuliskan dalam tabel. Kesimpulan apakah yang nda peroleh? Bagaimanakah hubungan antara panjang ( ) dengan hambatan (R)? 6. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 untuk kawat tembaga dengan diameter 0,5 mm dan panjang 50 cm. 7. Hitunglah nilai hambatannya. Bandingkan dengan nilai hambatan untuk kawat nikrom dengan panjang 50 cm. 8. Mengapa nilai hambatannya sama atau mengapa nilai hambatannya berbeda? 9. Ulangi langkah 2, dan 3 untuk kawat tembaga lain dengan nilai diameter 1,0 mm dan 1,5 mm, serta panjangnya 50 cm. 10. Catatlah hasilnya pada tabel berikut. No. Diameter (mm) Luas Penampang (mm 2 ) Tegangan (V) Kuat rus () Hambatan ( ) ,5 1,0 1, Bagaimanakah hubungan antara luas penampang kawat tembaga dengan hambatan (R)? Listrik Dinamis 175

8 Sumber: Physics, t 0 t Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

9 Kata Kunci beda potensial hambatan (resistor) hambatan jenis koefisien suhu hambatan Contoh 8.6 aluminium V Contoh / Tes Kompetensi Subbab B Listrik Dinamis 177

10 V (volt) 0,02 (ampere) 3 50 m R m C 1 R 2 B 2 60 m R 3 3 C. Rangkaian Seri dan Paralel ngatlah 1. Hukum Kirchhoff ktivitas Fisika 8.3 Hukum Kirchhoff Perjanjian cara penggambaran baterai (sumber potensial DC) pada Tujuan rangkaian adalah sisi yang lebih Memahami Hukum Kirchhoff. 3 panjang menandakan kutub lat-lat Percobaan 2 P positifnya. 1. mperemeter DC (0 1 ), 4 2. Tiga lampu kecil (masing-masing 1,5 V) 1 + = amperemeter 3. Sebuah baterai (1,5 V) 4. Kabel penghubung secukupnya. Langkah-Langkah Percobaan 1. Susunlah peralatan seperti pada gambar, letakkan amperemeter di posisi 1 2. matilah, apakah semua lampu menyala? 3. Catat kuat arus yang ditunjukkan amperemeter, kemudian pindahkan amperemeter ke posisi 2, 3, dan Catat kuat arus yang ditunjukkan amperemeter pada semua posisi tersebut 5. pakah 1 dan 2 menunjukkan angka yang sama? 6. Jumlahkan angka yang ditunjukkan oleh 3 dan 4. pakah hasil penjumlahannya sama dengan angka yang ditunjukkan oleh 1 atau 2? 7. pa kesimpulan nda dari kegiatan ini? 178 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

11 O 5 Gambar 8.6 rus listrik yang memasuki dan keluar dari titik percabangan O. Contoh P Q masuk keluar masuk keluar 2. Rangkaian Seri Resistor Gambar 8.7 Rangkaian seri tiga buah lampu pijar. a R 2 R 1 R 3 V 1 V 2 V 3 Gambar 8.8 Susunan seri hambatan b Listrik Dinamis 179

12 V R 1 R 2 V 2 V 1 V 2 Gambar 8.9 Rangkaian seri dua buah hambatan. a Gambar 8.10 Susunan paralel tiga buah lampu pijar 1 R R 2 R 3 Gambar 8.11 Susunan paralel hambatan b 3. Rangkaian Paralel Resistor Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

13 Mari Mencari Tahu 1 R 1 2 R 2 Tantangan untuk nda Jika nda telah memahami susunan seri hambatan pada rangkaian, tentukan oleh nda sehingga diperoleh persamaan (8 12), persamaan (8 13), dan persamaan (8 14) dengan cara menurunkan dari persamaan (8 9) dan persamaan (8 10). V P G R 1 R 2 G R 4. Jembatan Wheatstone Gambar 8.12 Rangkaian jembatan Wheatstone R R 4 R X E S Gambar 8.13 Rangkaian sederhana jembatan Wheatstone G S V 1 2 R 3 Listrik Dinamis 181

14 Tugas nda Turunkan oleh nda persamaan (8 19) berdasarkan Gambar Contoh 8.9 R = 120 X G D 60 cm V S C Contoh V B C D 182 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

15 5. Rangkaian Seri dan Paralel Sumber Tegangan a. Perbedaan Gaya Gerak Listrik dengan Tegangan Jepit b. Sumber Tegangan Disusun Seri r r2 3 r3 Gambar 8.14 Rangkaian seri tiga sumber tegangan atau baterai R. c. Sumber Tegangan Disusun Paralel Listrik Dinamis 183

16 1 r1 2 r2 3 r3 R Gambar 8.15 Tiga sumber tegangan disusun paralel. Tantangan untuk nda Empat buah hambatan masingmasing besarnya 1 ohm dihubungkan seperti pada gambar berikut. Contoh ,5 V ; 0,2 1,5 V ; 0,2 1,5 V ; 0,2 B R = 4,4 Hitunglah hambatan total R antara titik dan titik B. n nr R )+ 4,4 Contoh r1 2 r Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

17 Kata Kunci rangkaian seri rangkaian paralel Hukum Kirchhoff titik percabangan jembatan Wheatstone galvanometer gaya gerak listrik tegangan jepit hambatan dalam Tes Kompetensi Subbab C B 12 V B 6 C D P Q ,5 P 3,5 Listrik Dinamis 185

18 2 R arah loop 1 Gambar 8.16 Sebuah rangkaian tertutup D. Hukum Kirchhoff b a r 1 1 arah loop R 2 r2 Gambar 8.17 Rangkaian dengan satu loop c d 1. Rangkaian dengan Satu Loop Contoh V 2 16 V r R 1 = r2 0,5 B R 5 = 3 R 2 = 6 D R 4 = 6 R 3 = V 3 20 V r4 0,7 r3 0, C 186 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

19 ngatlah Perjanjian tanda ggl dan kuat arus dalam rangkaian tertutup (loop). a. Kuat arus bertanda negatif jika searah dengan arah loop, dan bertanda positif jika berlawanan arah dengan arah loop. b. (ggl) bertanda negatif jika kutub positifnya lebih dahulu dijumpai daripada kutub negatifnya ketika mengikuti arah loop, dan sebaliknya. 2. Rangkaian dengan Dua Loop atau Lebih Contoh ,5 B 4 V r = 0,5 6 2 V r = 0,5 0,5 1 2, V r = 0,5 Loop 6 2 Loop 2 V r = 0,5 0,5 Listrik Dinamis 187

20 Kata Kunci Hukum Kirchhoff rangkaian tertutup (loop) perubahan tegangan Tes Kompetensi Subbab D 25 V E 1 R 1 E 2 R 2 B 8 V r = V r = 1 E R 1 R Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

21 E. Sumber rus Searah dari Proses Kimiawi 1. Sumber Listrik dari Bahan Kimia a. Elemen Primer kumparan komutator arus magnet Gambar 8.18 Dinamo atau generator adalah contoh dari sumber elektromagnetik. Cu Gambar 8.19 Elemen Volta aliran elektron kutub Larutan asam sulfat encer Zn arus Listrik Dinamis 189

22 tutup kuningan batang karbon seng pasta kimia Gambar 8.20 Susunan dasar sebuah elemen kering. lapisan pemisah asam sulfat tutup lubang atas pelat oksida terminal pelat logam Gambar 8.21 Bagian-bagian akumulator asam sulfat. b. Elemen Sekunder 190 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

23 Tes Kompetensi Subbab E Kata Kunci proses kimiawi elektromagnetik termoelektrik fotolistrik piezoelektrik elemen primer elemen sekunder F. Tegangan Listrik Searah dan Bolak-Balik 1. Energi Listrik = q t maka q = t ngatlah Listrik Dinamis 191

24 lessandro Volta ( ) Tokoh Sumber: com. lessandro Volta, adalah Fisikawan yang dilahirkan di Como, talia. Dia menciptakan electrophorus, yaitu suatu alat untuk membangkitkan listrik statis pada 1775 dan menemukan gas metana pada Dia ditetapkan sebagai profesor untuk filsuf ilmu alam di Pavia. Terinspirasi oleh temannya Luigi Galvani, Volta menemukan bahwa arus listrik dibangkitkan ketika dua logam berbeda berada pada jarak yang sangat dekat, dan mengembangkan baterai listrik pertama pada Namanya diabadikan untuk satuan beda potensial listrik, volt. Sumber : Contoh Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

25 Mari Mencari Tahu 2. Mengamati Tegangan Listrik DC dan Tegangan Listrik C Sumber: Femina, 1995 Gambar 8.22 Mixer dan bor listrik dioperasikan dengan energi listrik. Gambar 8.23 Osiloskop 220 V R 220 V R Galvanometer Galvanometer Sumber: Phywe Osiloskop Osiloskop (a) (b) 220 V Gambar 8.24 a. Mengamati arus bolak-balik dengan amperemeter DC dan osiloskop. b. Mengamati arus searah dengan amperemeter DC dan osiloskop. Listrik Dinamis 193

26 penahan kabel netral nformasi Cara menghubungkan kabel pemanas air dapat dilakukan sebagai berikut. Ketiga lubang pada steker, yaitu dua ujung terminal pemanas masing-masing dihubungkan ke kutub positif dan negatif, dan kabel lain berwarna biru menuju netral. kabel berarus untuk nda kabel ditanahkan sekring nformation for You To connect wires of water heater can do as below. Three hole on the plug, that is two edge heater terminals connect to positive and negative poles and other blue wires toward neutral. Contoh 8.16 V pp T 1 cm 1 cm 194 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

27 Tantangan untuk nda Persamaan tegangan bolak-balik suatu rangkaian listrik memenuhi persamaan V = 314 sin 50 V. Tentukan tegangan rata-rata yang dihasilkan sumber tersebut. Contoh 8.17 V maks sint Contoh 8.18 Listrik Dinamis 195

28 tutup logam Sumber: Young Scientists, 1997 Gambar 8.25 rus listrik disalurkan oleh jaringan PLN. kawat sekring tutup logam tabung kaca Kata Kunci Gambar 8.26 Sekring tegangan listrik searah tegangan listrik bolak-balik energi listrik daya listrik osiloskop transmisi daya listrik 3. Pemasangan Listrik di Rumah Tangga Contoh Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

29 meteran lampu saklar dua arah saklar saklar 5 sekring sumber tegangan PLN 220 V kotak sekring stop kontak sakelar stop kontak 60 W 15 W 100 W Gambar 8.27 Pemasangan lampu secara paralel. Gambar 8.28 Contoh diagram kabel listrik di rumah pusat pembangkit listrik generator transformator Tes Kompetensi Subbab F transmisi tegangan tinggi transformator pabrik tiang listrik rumah gardu listrik Sumber: Jendela ptek, 1997 Gambar 8.29 Bagan transmisi daya listrik jarak jauh 10 () waktu(s) Rangkuman Listrik Dinamis 197

30 Peta Konsep Refleksi Setelah mempelajari bab ini, tentunya nda dapat membuat rangkaian sederhana dan menganalisisnya menggunakan Hukum Kirchhoff. Dapatkah nda mengidentifikasi alat-alat listrik di rumah yang menggunakan listrikc dan DC? Materi manakah yang masih nda anggap sulit? Diskusikan materi tersebut dengan teman-teman nda atau dengan guru Fisika nda. 198 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X

31 Tes Kompetensi Bab 8 R R R R R(ohm) R(ohm) 0 R(ohm) () () R(ohm) () () R(ohm) R () a 6 3 b Listrik Dinamis 199

32 L1 L2 L5 L3 L4 + V baterai V 2 V 3 V 2 2 B = R = 2 12 r E = 20 V G R 8 a V 8 V 3 1 b 10 V 2 a b c V 10 d 5 15 V 200 Mudah dan ktif Belajar Fisika untuk Kelas X