LISTRIK DINAMIS

Coba kalian tekan saklar listrik di ruang kelas pada posisi ON kemudian kalian amati lampu listriknya. Apa yang terjadi? Tentunya lampu tersebut akan menyala bukan?
Mengapa lampu tersebut menyala? Lampu tersebut menyala karena ada aliran listrik yang mengalir pada lampu tersebut.

KOMPETENSI DASAR
1. Merangkai alat ukur listrik, menggunakannya secara baik dan benar dalam rangkaian listrik.
2. Memformulasikan besaran-besaran listrik ke dalam persamaan.
3. Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupan sehari-hari

INDIKATOR
1. Menjelaskan cara membaca dan memasang alat ukur kuat arus dan alat ukur tegangan listrik dengan cara unjuk kerja dan dengan cara membuat sketsa rangkaian
2. Menggunakan Ampermeter dan voltmeter dalam rangkaian listrik.
3. Menjelaskan factor-faktor yang mempengaruhi besar hambatan suatu penghantar.
4. Menjelaskan perbedaan rangkaian seri dan rangkaian paralel.
5. Menentukan besar dan arah kuat arus listrik dalam rangkaian sederhana.
6. Menentukan besar dan arah kuat arus pada rangkaian majemuk.
7. Menjelaskan perbedaan tegangan DC dan tegangan AC.
8. Menjelaskan contoh penerapan listrik AC dan DC pada teknologi yang dipakai dalam kehidupan sehari-hari.

7.1 Rangkaian Listrik


Gambar 1 menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik tersebut merupakan susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat penghantar, lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar 1a saklar dalam keadaan terbuka dan rangkaian tersebut disebut rangkaian terbuka. Pada rangkaian terbuka maka arus listrik tidak dapat mengalir sehingga lampu tidak menyala. Pada gambar 1b saklar dalam keadaan tertutup dan rangkaian tersebut disebut rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup 1b maka arus listrik mengalir melalui rangkaian sehingga lampu menyala.


7.1.1 Kuat Arus Listrik

Seperti telah dijelaskan bahwa lampu pada gambar 1b dapat menyala karena adanya arus listrik. Arus listrik adalah aliran muatan-muatan listrik (dianggap sebagai muatan positif) sepanjang rangkaian. Arah arus listrik adalah dari potensial tinggi (positif) ke potensial yang lebih rendah (negative). Dengan demikian arah arus listrik berlawanan dengan arah electron (e). Untuk menyatakan besarnya arus listrik yang melalui suatu penghantar maka dinyatakan dalam besaran kuat arus listrik (I). Kuat arus listrik (I) didefinisikan banyaknya muatan listrik yang melalui penghantar tiap satuan waktu.. Secara matematis kuat arus dapat ditulis;

………………………………………………………….. (7.1)
I = kuar arus ……….. Ampere (A)
Q = Muatan listrik ……Coulomb (C)
t = waktu …………….sekon (s)


Berdasarkan persamaan 7.1, maka satu ampere adalah muatan listrik 1coulomb yang mengalir melalui suatu penghantar selama satu detik.
ampere = coulomb/sekon
Muatan listrik satu electron adalah 1,6 x 10-19C. Jika besarnya muatan listrik yang melalui pengantar dalam waktu tertentu adalah Q Coulomb, maka jumlah electron yang melalui penghantar adalah;
………………………………………………………….. (7.2)
Alat untuk mengukur besarnya kuat arus listrik yang melalui suatu penghantar adalah amperemeter. Amperemeter dirangkai seri dengan alat listrik (lampu)
Simbol amperemeter dalam rangkaian adalah

.




Contoh soal:
1. Kuat arus 0,32 A mengalir melalui suatu penghantar selama 10 sekon. Tentukan;
a. besar muatan listrik yang mengalir
b. banyaknya electron yang mengalir melalui penghantar.
Penyelesaian:
Diketahui: I = 0,32 A, t = 10 s
Ditanya: a) Q? dan b) n?
Jawab:
a) Q = I x t
Q = 0,32 A x 10s = 3,2 C
b) n = Q/e
n = 3,2 C/(1,6x 10-19)
n = 2 x 1019 elektron
LATIHAN 1
7.2 Muatan listrik sebesar 6,4 coulomb menalir pada suatu penghantar selama 10 sekon. Tentukan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut.
7.3 Jika dalam 1 menit terdapat 1019 elektrom yang melaui penghantar, maka tentukan kuat arus pada penghantar tersebut. (e = 1,6x10-19C)

7.1. 2 Tegangan Listrik

Arus listrik dihasilkan oleh alat yang dinamakan sumber arus listrik. Contoh sumber arus listrik adalah baterai, akumulator. Baterai dan akumulator termasuk sumber arus searah atau DC. Sumber arus baterai dan akumulator memiliki dua terminal yang disenut kutub. Kutub positif atau anoda memiliki potensial yang lebih tinggi dari kutub negative atau (katoda). Beda potensial kutub-kutub sumber arus pada rangkaian terbuka dinamakan GGL atau gaya gerak listrik (E). Satuan GGL adalah volt (V). Beda potensial kutub-kutub sumber arus pada rangkaian tertutup dinamakan tegangan jepit V, satuannya volt (V). Pada rangkaian tertutup tersebut arus mengalir dari kutub positif ke kutub negative atau dari titik yang potensialnya lebih tinggi ke titik yang potensialnya lebih rendah.
Untuk mengukur besarnya GGL atau tegangan jepit sumber arus listrik digunakan alat yang disebut voltmeter. Voltmeter dalam rangkaian dipasang secara paralel. Usaha untuk memindahkan muatan Q dari satu titik ke titik lain yang memiliki beda potensial E adalah
………………………………………………………… (7.4)

W = usaha atau energi Joule (J)
Q = muatan listrik Coulumb (C)
E = GGL volt (V)

7.2 Hukum Ohm

a. Hubungan Kuat arus dan tegangan

Untuk memahami hubungan kuat arus dan tegangan listrik, kita lakukan percobaan sebagai berikut;
1. Siapkan voltmeter, amperemeter, sumber tegangan DC, hambatan tetap (resistor) dan hambatan variable.
2. Rangkaialah alat-alat tersebut seperti gambar berikut:


3. Aturlah kontak geser pada hambatan variable sedemikian sehingga nilai hambatannya maksimum. Tutuplah saklar (s) dan amati nilai kuat arus yang terukur pada amperemeter dan tegangan ujung-ujung hambatan pada voltmeter.Aturlah kontak geser pada hambatan variable sedemikian sehingga nilai hambatannya mengecil. Pada saat itu amati pembacaan pada amperemeter dan voltmeter.
4. Buatlah tabel pengamatan, misalnya diperoleh hasil pengamatan seperti berikut;

NO Tegangan = V
(volt) Kuat arus = I
(ampere) V/I
1
2
3
4
5
8,0
6,0
4,0
2,0
1,0
0,4
0,3
0,2
0,1
0,05 20,0
20,0
20,0
20,0
20,0
Berdasarkan data tersebut maka dapat dibuat grafik hubungan V terhadap I sebagai ut
Dari hasil pengukuran terhadap nilai V dan nilai I maka diperoleh perbandingan V terhadap I adalah tetap. Dari grafik telihat perbandingan V terhadap I berupa garis lurus. Hubungan V dan I tersebut pertama kali diselidiki oleh seorang ahli fisika dari jerman George Simon Ohm (1787 – 1854) dan dirumuskan sebagai hukum Ohm, yaitu; Besar kuat arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial ujung-ujung penghantar tersebut.
Secara matematis ditulis sebagai berikut;
………………………………………………………………….. (7.5)
Tetapan k kemudian dinyatakan sebagai hambatan pemnghantar (resistor =R), sehingga persamaan 7.5 menjadi;
atau …………………………………………………….. (7.6)
V = beda potensial (tegangan listrik) …. Volt (V)
I = kuat arus listrik …………………… ampere (A)
R = hambatan penghantar (resistor) ….. ohm (Ω = dibaca omega)

Contoh soal:
1. Sebuah lampu dipasang pada sumber tegangan 220V. Jika kuat arus listrik yang melalui lampu 0.25 A, maka tentukan hambatan listrik tersebut?
Penyelesaian:
Diketahu: V = 220 volt, I = 0,25 A
Ditanya: R
Jawab:




LATIHAN 2
7.1 Sebuah lampu pijar memiliki hambatan 1000 ohm dipasang pada sumber tegangan 220 volt. Tentukan kuatr arus yang melalui lampu pijar tersebut.
7.2 Seterika listrik memiliki hambatan 440 ohm dihubungkan pada sumber tegangan. Jika kuat arus yang melalui seterika listrik tersebut adalah 0,5 ampere, maka tentukan besar beda potensial dari sumber tegangan tersebut.

KEGIATAN PERCOBAAN 1
a. Judul percobaan: Hukum Ohm
b. Tujuan Percobaan: membuktikan hukum ohm tentang hubungan tegangan, kuat
arus dan hambatan listrik
c. Alat dan bahan:
1. Amparemeter
2. Voltmeter
3. Hambatan
4. Hambatan variable (geser)
5. Sumber Arus DC (power supply)

d. Langkah percobaan



NO Tegangan = V
(volt) Kuat arus = I
(ampere) V/I
1
2
3
4
5

6. Buatlah grafik hubungan antara tegangan (V) dan Kuat arus (I)
7. Buatlah kesimpulan
8. buatlah laporan pada kertas folio dan kumpulkan pada guru pembimbing