3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari

Transkripsi

1 mempelajari tentang muatan listrik bergerak (arus listrik) arus listrik aliran muatan positif yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah besar arus listrik dinyatakan dengan kuat arus listrik (I) LISTRIK DINAMIS beda potensial listrik Hukum Ohm Gaya tarik menarik/tolak menolak antara dua benda yang bermuatan listrik adl berbanding lurus dgn muatan masingmasing benda dan berbanding terbalik dgn kuadrat jarak antara kedua benda tersebut. kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung penghantar hambatan listrik/ resistensi Hambatan pengganti rangkaian seri hambatan pengganti rangkaian paralel Hukum I Kirchoff Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang tersebut. Standart Kompetensi 3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari Kompetensi Dasar 3.2 Menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu rangkaian serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Indikator 1. Memahami definisi listrik dinamis 2. Menjelaskan konsep arus listrik dan beda potensial listrik 3. Memformulasikan bunyi Hukum Ohm 4. Menjelaskan hambatan listrik 5. Membedakan rangkaian resistor seri dan rangkaian resistor paralel 6. Memahami Hukum I Kirchoff 7. Memahami rangkaian listrik 13 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

2 LISTRIK DINAMIS Definisi Listrik Dinamis Listrik dinamis mempelajari tentang muatan listrik bergerak (arus listrik). Arus Listrik Arus listrik aliran muatan positif yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Makin banyak muatan positif mengalir melalui suatu penampang kawat dalam waktu tertentu, makin besar arus listriknya. Besar arus listrik dinyatakan oleh suatu besaran yang dinamakan kuat arus listrik. Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan yang mengalir pada suatu penghantar tiap satuan waktu. Secara matematis: I = Q t Keterangan: I = kuat arus listrik (A) Q = muatan listrik (C) t = waktu (s) 1 Coulomb = 1 Ampere sekon (As) Bahan yang dapat menghantarkan arus listrik dengan baik / mudah disebut konduktor (hambatannya kecil). Example, tembaga, kawat perak, kawat aluminium, alumunium, seng. Bahan yang sukar menghantarkan arus listrik atau memiliki daya hantar arus listrik buruk disebut isolator (hambatannya besar). Example, plastik, karet, kayu. Bahan yang memiliki daya hantar antara konduktor dan isolator disebut semikonduktor. Example, karbon, silikon, germanium. Contoh Soal 1. Arus listrik 2,0 Ampere mengalir melalui seuatas kawat penghantar selama 2,5 menit. Berapa muatan listrik yang mengalir melalui kawat tersebut? 2. Dalam waktu 2 menit sebuah muatan sebesar 60 C mengalir melalui sebuah penghantar. Berapakah arus yang mengalir selama 2 menit tersebut? 14 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

3 Kaji Soal 1. Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut! 2. Jika dalam suatu penghantar mengalir muatan listrik sebesar 6 x 10 2 C selama 30 s, maka kuat arus listrik yang mengalir dalam penghantar itu adalah.. 3. Muatan listrik sebesar satu coulomb yang mengalir selama satu detik disebut.. a. satu farad c. satu coulomb detik b. satu ohm d. satu ampere 4. Selama sepuluh detik banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam penghantar sebesar 20 coulomb, maka kuat arus listriknya.... a. 200 ampere c. 10 ampere b. 20 ampere d. 2 ampere coulomb muatan listrik mengalir melalui penghantar selama t detik. Apabila besar arus yang timbul 2 ampere. Maka t adalah Bahan atau zat yang mudah menghantarkan arus listrik disebut.... a. Isolator c. Semikonduktor b. Konduktor d. stator 7. Tersedia bahan sebagai berikut. 1) Perak 4) Plastik 2) Emas 4) Tembaga 3) Mika Di antara bahan yang termasuk isolator adalah.... a. 1, 2, dan 3 c. 1 dan 3 b. 3 dan 4 d. 2 dan 5 8. Muatan listrik sebanyak 0,3 C mengalir pada sebuah penghantar selama 1 menit. Besar kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut adalah... Beda Potensial / Tegangan Listrik (V) Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit. 15 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

4 Hukum Ohm Hukum Ohm berbunyi kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung penghantar. V = I R Keterangan: V = beda potensial (volt) R = hambatan (Ω dibaca ohm) Contoh Soal 1. Tabel hubungan tegangan dan kuat arus pada hambatan tetap. V (volt) R I (Ampere) 3 10 Ω 0, Ω 0, Ω 0, Ω 1, Ω 1,8 Dari hasil praktek pengukuran tegangan dan kuat arus dengan nilai hambatan tetap tampak pada tabel di atas, dapat diambil kesimpulan... (UN 2002) a. Beda potensial V sebanding dengan kuat arus listrik I b. Beda potensial V sebanding dengan hambatan R c. Kuat arus listrik I sebanding dengan hambatan R d. Beda potensial V berbanding terbalik dengan kuat arus listrik I 2. Perhatikan tabel hasil percobaan berikut ini! Hasil percobaan Tegangan (V) Kuat arus (I) Berdasarkan data di atas dapat disimpulkan bahwa kuat arus... (UN 2004) a. Berbanding terbalik dengan tegangan b. Sebanding dengan tegangan c. Sama dengan tegangan d. Tidak dipengaruhi tegangan 16 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

5 3. Apabila V = beda potensial, I = kuat arus listrik, R = hambatan suatu penghantar, maka hubungan yang benar antara ketiga besaran tersebut adalah... a. I = VR c. I = V + R b. I = V / R d. I = V R 4. Hambatan sebuah penghantar memiliki beda potensial 100 Volt dan mengalir arus listrik 500 ma adalah... a. 50 Ω c. 200 Ω b. 100 Ω d Ω Kaji Soal 1. Sebuah penghantar memiliki beda potensial antara ujung-ujungnya sebesar 200 volt. Apabila hambatan penghantar tersebut 40 ohm, maka besar arus yang melalui penghantar adalah.... a. 0,5 ampere c. 5 ampere b. 10 ampere d. 15 ampere 2. Hambatan sebuah penghantar memiliki beda potensial 100 volt dan mengalir arus listrik 500 miliampere adalah.... a. 50 ohm c. 100 ohm b. 200 ohm d ohm 3. Sebuah penghantar dengan hambatan 5,0 ohm dilalui oleh arus listrik 80 ma. Beda potensial antara ujung-ujung penghantar tersebut adalah Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui seutas kawat yang memili hambatan 0,4 ohm jika ujung-ujungnya diberi tegangan 200 mv? Arus listrik 600 ma mengalir pada sebuah kawat yang hambatannya 15 Ω. Berapakah tegangannya? Sebuah alat listrik bekerja pada beda potensial 150 V. Jika arus yang melalui alat 200 ma, berapakah hambatan alat? 7. Alat pemanas listrik dihubungkan dengan sumber listrik 110 V sehingga mengalir kuat arus listrik 5 A. Berapakah hambatannya? 8. Batere 12 V dipergunakan untuk menyalakan lampu yang mempunyai hambatan 60 Ω. Berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu? Arus listrik 40 ma mengalir melalui sebuah penghantar yang hambatannya 150 Ω. Berapakah beda potensial ujung-ujung penghantar? 17 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

6 Hambatan Listrik Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Hambatan suatu penghantar dipengaruhi oleh: hambat jenis penghantar, panjang penghantar, dan luas penampang penghantar. R = ρ L A Keterangan: ρ = hambat jenis penghantar (Ωm) L = panjang penghantar (m) A = luas penampang penghantar (m 2 ) Rangkaian Seri R s = R 1 + R 2 + R 3 Rs = hambatan pengganti seri (Ω) Kuat arus listrik (I) yang mengalir dalam setiap hambatan sama, I1 = I2 = I3 = I Vab = V1 + V2 + V3 Keuntungan rangkaian seri adalah hemat kabel, dan rangkaiannya sederhana sehingga membuatnya pun mudah. Kerugiannya pada saat satu lampu mati, yang lain juga mati. Begitu juga pada nyala lampunya, tidak terang (redup). Contoh Soal 1. Hambatan pengganti dari empat buah resistor 2 Ω yang disusun seri adalah? 2. Perhatikan gambar berikut! Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B jika R1, R2 dan R3 berturut-turut besarnya adalah 5 Ω, 10 Ω dan 15 Ω! 18 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

7 3. Tiga buah resistor masing-masing 10 Ω, 6 Ω dan 8 Ω disusun seri dan dihubungkan dengan tegangan 48 V. tegangan pada resistor berhambatan 10 Ω adalah Kaji Soal 1. Besar arus listrik di setiap titik pada rangkaian seri adalah.... a. Sama c. tidak sama b. belum tentu sama d. berubah-ubah 2. Perhatikan di bawah ini! 1) Panjang kawat 4) Kuat arus 2) Suhu 5) Beda potensial 3) Luas penampang 6) Hambatan jenis Faktor-faktor yang mempengaruhi besar hambatan kawat penghantar adalah... a. 1, 2 dan 3 c. 1, 2 dan 5 b. 1, 2 dan 6 d. 1, 3 dan 6 3. Dibawah ini yang bukan prinsip dari susunan hambatan seri adalah a. Memperbesar hambatan suatu rangkaian b. Kuat arus listrik yang dilalui tiap komponen sama c. Berfungsi sebagai pembagi kuat arus d. Besar hambatan pengganti Rs = R1 + R2 + R Perhatikan gambar susunan beberapa hambatan listrik berikut ini! Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian di atas! 5. Nilai hambatan pengganti untuk rangkaian resistor di bawah ini adalah jika R1, R2 dan R3 berturut-turut besarnya adalah 15 Ω, 45 Ω dan 30 Ω...(UN 2005) c. 60 Ω c. 90 Ω d. 80 Ω d. 100 Ω 19 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

8 Rangkaian Paralel 1 R P = 1 R R R 3 Beda potensial antara ujung-ujung setiap hambatan sama Vab = V1 = V2 = V3 = V I = I1 + I2 + I3 Contoh Soal 1. Perhatikan gambar susunan tiga hambatan berikut ini! Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian di atas! 2. Dua hambatan besarnya sama, bila disusun paralel hambatan total 30 Ω. Jika kedua hambatan disusun seri maka nilainya sama dengan? 3. Sebuah rangkaian listrik terdiri atas tiga buah hambatan masing-masing 4 Ω, 6 Ω dan 12 Ω disusun paralel. Perbandingan arus yang mengalir pada masing-masing hambatan adalah. 4. Kuat arus yang mengalir pada rangkaian berikut adalah F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

9 Kaji Soal 1. Sebuah rangkaian listrik terdiri atas tiga buah hambatan disusun parallel, jika R1 = R2 = R3 = 3 Ω. Hambatan pengganti untuk rangkaian tersebut adalah... (UN 2002) a. 9 Ω c. 3 Ω b. 6 Ω d. 1 Ω 2. Empat hambatan besarnya sama bila disusun seri besar hambatan total 240 Ω, jika keempat hambatan disusun paralel besarnya Besar tegangan pada rangkaian di bawah ini adalah! R1 = R2 = R3 = 1 Ω I = 3 A Rangkaian Seri dan Paralel Contoh Soal 1. Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampulampu yang menyala jika: a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka 2. Dari rangkaian hambatan berikut R1 = 10 Ω, R2 = 9 Ω, R3 = 18 Ω. Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B! 21 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

10 3. Berdasarkan gambar di atas tentukan hambatan total penggantinya! 4. Perhatikan gambar berikut ini! Bila amperemeter menunjukkan skala 0,6 A maka nilai yang terukur pada voltmeter adalah...(un 2008) a. 1,5 volt c. 4,5 volt b. 3,4 volt d. 6,2 volt Kaji Soal buah hambatan identik masing-masing sebesar 10 Ω disusun seperti gambar berikut! Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian di atas! buah hambatan listrik disusun seperti gambar berikut! Masing-masing hambatan adalah identik dan besarnya 120 Ω. Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaiandi atas! 22 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

11 3. Besar hambatan pengganti untuk rangkaian di berikut adalah... a. 8 Ω b. 7 Ω c. 5 Ω d. 1/8 Ω 4. Perhatikan gambar rangkaian listrik di samping ini! Jika R1 = R2 = 10 Ω, R3 = R4 = 8 Ω Berapakah besarnya kuat arus (I) yang mengalir? (UN 2008/2009) a. 0,5 A c. 36 A b. 2 A d. 288 A 5. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut! R1 = 2 Ω R2 = R3 = 4 Ω Hambatan pengganti pada rangkaian di atas adalah Perhatikan rangkaian listrik di samping ini! Jika R1 = R2 = 10 Ω R3 = R4 = 8 Ω Berapakah besarnya kuat arus (I) yang mengalir? (UN 2009) a. 0,54 A c. 36 A b. 2 A d. 288 A 7. Perhatikan gambar rangkaian listrik tertutup di samping ini! 23 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

12 Jika hambatan dalam baterai diabaikan, maka kuat arus (I) yang mengalir dalam rangkaian adalah. (UN 2010) a. 0,5 A c. 2 A b. 1 A d. 3 A 8. Perhatikan gambar! Setelah saklar S ditutup, arus listrik I1 yang mengalir melalui hambatan 6 Ω dan arus listrik I2 yang melalui hambatan 3 Ω adalah. Hukum I Kirchoff I masuk = I keluar jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang tersebut Contoh Soal 1. Sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari sebuah baterai 12 volt, dan tiga buah hambatan masing-masing:r1 = 40 Ω, R2 = 60 Ω, R3 = 6 Ω Tentukan: a) hambatan total pada rangkaian b) kuat arus rangkaian (I) c) kuat arus pada hambatan R1 d) kuat arus pada hambatan R2 e) apakah Itotal, I1 dan I2 memenuhi hukum kirchoff arus? 24 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

13 2. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut. Pernyataan ini dikenal dengan: a. Hukum Arus Listrik c. Hukum I Kirchhoff b. Hukum Ohm d. Hukum II Kirchhoff 3. Bila I1 = 10 A, I2 = 5 A, I3 = 5A dan I4 = 12 A, maka I5 dapat ditentukan sebesar a. 8 A b. 4 A c. 2 A d. 1 A 4. Dari soal no. 3 di atas maka arah I5 yaitu... dari titik A! a. keluar masuk c. masuk b. berputar d. keluar Kaji Soal 1. Persamaan hukum Kirchoff yang sesuai dengan gambar adalah... a. I1 + I2 = I3 + I4 + I5 b. I1 + I2 + I3 = I4 - I5 c. I1 + I2 + I3 = I4 + I5 d. I1 + I2 - I3 = I4 - I5 2. Perhatikan gambar di bawah ini! Besar I4 adalah? 3. Dari gambar di bawah ini, besarnya I4 adalah... (UN 2005) a. Nol I 1 = 0,1 A b. 0,2 A c. 0,6 A d. 0,9 A I 3 = 0,5 A I 2 = 0,4 A I 4 25 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

14 Rangkaian Listrik Alat untuk mengukur beda potensial / tegangan disebut voltmeter. Pemasangan voltmeter pada rangkaian listrik adalah diparalel. Alat untuk mengukur kuat arus listrik disebut amperemeter. Pemasangan amperemeter pada rangkaian listrik adalah diseri. Alat untuk mengukur hambatan listrik disebut ohmmeter. Alat untuk memutus dan menghubungkan arus listrik disebut sakelar. Alat pencegah aliran arus listrik berlebih akibat hubung singkat / korsleting disebut sekring. Rangkaian listrik terbagi menjadi dua, yaitu: rangkaian terbuka (tidak ada arus yang mengalir) dan rangkaian tertutup (ada arus mengalir). Beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan pada rangkaian terbuka disebut gaya gerak listrik (ggl). Beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan pada rangkaian tertutup disebut tegangan jepit. Hubungan ggl dengan tegangan jepit dirumuskan: Vab = ε Ir Vab = tegangan jepit antara titik a dan b (volt) ε = gaya gerak listrik (volt) I = kuat arus listrik (A) r = hambatan dalam (Ω) Contoh Soal 1. Alat listrik yang berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan arus listrik adalah... (UN 2002) a. Kabel c. Amperemeter b. Resistor d. Saklar 2. Alat untuk mengukur kuat arus listrik adalah... a. Voltmeter c. Ampere meter b. Coulomb meter d. Potensiometer 26 F i s i k a S MP IX ( 1 ) / S M P T C I / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i