Halaman
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
149
(Sumber: www.mahatmiya)
ELEMEN DAN
ARUS LISTRIK
Bab
8
Pernahkah kamu berpikir bahwa kamu telah memanfaat-
kan listrik dalam kehidupan sehari-hari? Lampu untuk belajar
di malam hari dan setrika listrik untuk melicinkan pakaian
merupakan contoh pemanfaatan listrik. Namun, tidakkah
kamu bertanya-tanya apa yang menyebabkan peralatan
tersebut berfungsi? Kamu akan tahu jawabannya setelah
belajar tentang
prinsip kerja elemen dan arus listrik serta pe-
nerapannya
dalam bab ini.
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
150
Peta Konsep
Kata-Kata Kunci
z
Arus listrik
z
Beda potensial
z
Sumber tegangan
listrik
z
Tegangan jepit
menghasilkan
Elemen
volta
Elemen
primer
Beda potensial
Arus listrik
menimbulkan
contoh
Baterai
Aki
Elemen
sekunder
disebut
disebut
Sumber tegangan
listrik (elemen)
Soal Prasyarat
☺
Apakah satuan dari muatan listrik?
☺
Rangkaian listrik di rumahmu mempunyai sumber tegangan
listrik. Sebutkan sumber tegangan listrik yang dapat menyalakan
lampu rumahmu sehingga tidak gelap.
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
151
Pada Bab Listrik Statis kamu telah mempelajari bahwa
muatan listrik dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Sebagai contoh, jika kamu menyentuh benda bermuatan negatif,
maka elektron-elektron akan berpindah dari benda itu ke
tubuhmu. Kilat yang kamu lihat sebenarnya juga merupakan
perpindahan elektron-elektron. Namun, dap
atkah k
amu me-
nyalakan lampu listrik dengan
memanfaatkan benda bermu
atan
atau kilat? Kemungkinan besar tidak dapat, karena lampu tersebut
memerlukan aliran elektron yang terus-men
erus. Dalam bab
ini kamu akan mempelajari cara-cara yang membuat
elektron
dapat mengalir terus-menerus serta cara-cara mengendalikan
aliran elektron tersebut.
A. Arus Listrik
K
egiatan
1
Cara-cara Menyalakan Lampu
Alat dan bahan
;
baterai 1,5 V
;
lampu
;
kabel
;
pisau kecil
;
sakelar
Cara kerja
1. Kupas kedua ujung kabel
dengan pisau kecil dan
hari-hatilah jangan sampai
tanganmu terluka.
2. Rangkai baterai, kabel,
sakelar, dan lampu seperti
gambar di samping.
3. Amati yang terjadi.
Analisis dan diskusi
1. Apakah lampu pada rangkaian tersebut menyala?
2 . Diskusikan dengan temanmu, rumuskan cara merangkaikan
baterai, lampu, sakelar, dan kabel,
agar lampu tersebut
menyala.
Baterai
(
+
)
(
−
)
Filamen
Kabel
Bola lampu
Sakelar
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
152
Gambar 8.1
(a) Arus listrik timbul
pada rangkaian
tertutup,
(b) Aliran muatan listrik
tidak terjadi dalam
rangkaian terbuka.
Seperti yang telah kamu lakukan dalam
Kegiatan 1
,
jika lampu dihubungkan dengan kutub-kutub baterai melalui
kawat, maka terbentuk rangkaian yang tidak memiliki pangkal
dan ujung. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian tertutup
atau sirkuit. Pada keadaan ini lampu menyala. Hal ini menunjuk-
kan dalam rangkaian tertutup terjadi aliran muatan listrik.
Aliran muatan listrik disebut arus listrik.
Arah arus listrik
pada kawat dari kutub positif baterai menuju kutub negatif
baterai
.
Arah arus listrik dalam rangkaian tertutup diperlihat-
kan pada
Gambar 8.1(a)
.
3. Ujilah cara yang kamu rumuskan. Ada berapa macam
cara untuk menyalakan lampu yang kamu temukan?
Gambarkan rangkaian yang berhasil menyalakan lampu
tersebut.
4. Diskusikan dengan temanmu, apa kesamaan dari
rangkaian-rangkaian yang kamu gambar? Selanjutnya
tuliskan sebuah hipotesis untuk menjawab apa syarat
yang diperlukan untuk menyalakan sebuah lampu listrik.
5. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.
(a)
(b)
Besar arus listrik dinyatakan dengan kuat arus listrik,
disimbolkan dengan
I
. Kuat arus listrik
adalah banyaknya
muatan
listrik yang melalui penampang penghantar setiap sekon.
dengan
q
= muatan listrik .............................. coulomb (C)
t
= waktu ........................................... sekon (s)
I
= kuat arus ...................................... ampere (A)
I
q
t
=
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
153
Jadi, 1 A = 1 C/s. Perhatikan bahwa 1 mA =
0,001 A
dan 1 mikroampere (
μ
A) = 0,000001 A.
Kuat arus listrik diukur dengan menggunakan ampere-
meter. Sedangkan untuk kuat arus yang kecil, digunakan
galva
nometer
sebagai alat untuk mengukurnya. Perhatikan
cara merangkai amperemeter untuk mengukur kuat arus
listrik
pada
Gambar 8.2
.
(b)
A
(a)
Lampu
menyala
Amperemeter
Baterai
Gambar 8.2
(a) Cara mengukur kuat
arus listrik, (b) Diagram
rangkaian.
Kuat arus pada sebuah rangkaian listrik sebesar 200 mA. Berapa
besar muatan listrik yang mengalir pada rangkaian itu setiap
menitnya?
Diketahui :
kuat arus,
I
= 200 mA = 200
×
0,001 A = 0,2 A
waktu,
t
= 1 menit = 60 s
Ditanya
: muatan listrik yang mengalir,
q
?
Jawab
q
=
I
×
t
q
= 0,2 A
×
60 s
=12
As = 12 C
Jadi, muatan listrik yang mengalir adalah 12 C.
Sakelar
Ketika hari menjelang malam, kamu menyalakan lampu
listrik. Bagaimana cara menyalakan lampu listrik? Kamu
menekan tombol sakelar dinding dan lampu menyala.
Ingat,
lampu menyala menunjukkan adanya arus listrik. Arus
listrik
I
q
t
=
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
154
timbul pada rangkaian
tertutup. Jadi, sakelar
digunakan untuk
membuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau terbuka.
Perhatikan fungsi sakelar pada
Gambar 8.3
.
Ada dua jenis sakelar, yaitu
sakelar manual dan otomatis.
Sakelar manual menutup atau
membuka rangkaian listrik dengan
bantuan tangan. Sakelar untuk
menyalakan lampu, sakelar pisau
pada
Gambar 8.3
, merupakan
contoh sakelar manual. Sedangkan
sakelar otomatis bekerja dengan
bantuan peralatan elektronik. Contoh sakelar otomatis adalah
sakelar untuk menyalakan lampu
pengatur lalu lintas dan
sakelar untuk menyalakan lampu jalan.
Gambar 8.3
Jika sakelar diubah ke
dalam posisi menutup,
maka lampu menyala.
Sebaliknya jika sakelar
membuka, lampu mati.
Apa fungsi sakelar
tersebut?
B.B.
B.B.
B.
Beda Potensial
Beda Potensial
Beda Potensial
Beda Potensial
Beda Potensial
Listrik yang kamu manfaatkan untuk menyalakan TV,
radio,
dan lampu
bukan listrik statis. Peralatan tersebut
memerlukan gerakan muatan listrik terus-menerus. Pada
listrik statis, aliran muatan dengan cepat berhenti karena tidak
Tulis jawaban pada buku kerjamu.
1. Apakah yang dimaksud dengan kuat arus listrik?
2 . Apakah perbedaan dari amperemeter dengan galvanometer?
3. Apakah rangkaian listrik yang ada di rumahmu terdapat
sakelar? Jika ada, maka sebutkan fungsi dari sakelar tersebut.
4. Kuat arus dalam sebuah rangkaian listrik sebesar 450 mA.
Berapakah muatan listrik yang mengalir setiap 5 menit?
5. Jika muatan yang mengalir dalam kawat penghantar
adalah 180 C setiap jamnya, maka berapakah kuat arus
dalam penghantar tersebut?
1
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
155
ada lagi perbedaan potensial (tegangan). Oleh karena itu, harus
ada sumber
tegangan listrik.
Sumber tegangan listrik
yaitu
peralatan yang dapat menghasilkan beda potensial listrik
secara terus-menerus. Beda potensial listrik diukur dalam
satuan v
olt (V). Alat yang digunakan adalah voltmeter.
Dalam rangkaian listrik, sumber tegangan disimbolkan
dengan tanda atau disederhanakan menjadi , dengan
tanda menunjukkan kutub positif dan tanda menunjukkan
kutub negatif.
Kamu dapat mengukur beda potensial listrik antara dua
tempat pada rangkaian, dengan cara seperti
Gambar 8.4
.
Gambar 8.4
(a)
Cara mengukur
beda potensial antara
titik A dan B, (b)
Diagram rangkaiannya.
(b)
(a)
Voltmeter
Lampu
Baterai
V
V
Mengidentifikasi sumber
tegangan listrik
Elemen volta, baterai, aki,
dan stop kontak merupakan
contoh dari sumber tegang-
an listrik. Adakah contoh
sumber tegangan listrik
lainnya? Coba kamu baca
literatur lain atau
browsing
di internet.
Gambar 8.5
Elemen volta.
Larutan
asam
sulfat
Lempeng
tembaga
Lempeng
seng
1. Sumber-sumber tegangan listrik (elemen)
Sumber tegangan listrik mengubah berbagai bentuk
energi menjadi energi listrik. Contoh sumber tegangan listrik
antara lain elemen volta, baterai, aki, dan stop kontak di dinding
rumahmu.
a. Elemen volta
Tahun 1800 Alessandro
Volta menemukan dua
buah logam yang ber-
beda jenisnya diletakkan
dalam bak berisi larutan
elektrolit, maka akan
timbul beda potensial
antara kedua logam itu.
Perhatikan
Gambar 8.5.
+
-
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
156
Gambar 8.6
Bagian-bagian baterai.
Kutub
positif
Isolator
plastik
Pasta
kimia
Batang
karbon
Wadah dari
seng
Kutub
negatif
Lempeng tembaga dan
seng diletakkan dalam bejana berisi
asam sulfat encer. Reaksi kimia yang terjadi menyebabkan
elektron terkumpul pada lempeng seng, akibatnya seng
berfungsi sebagai kutub negatif. Sebaliknya lempeng
tembaga sebagai kutub positif.
Jika elemen volta digunakan sebagai sumber tegangan,
maka timbul gelembung-gelembung gas. Gelembung ini
menghalangi aliran muatan, sehingga harus terus-menerus
dihilangkan. Oleh karena itu, elemen volta tidak praktis
digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
b. Baterai (sel kering)
Jika kamu membuka baterai,
kamu akan menemukan
susunan yang mirip dengan
Gambar 8.6.
Baterai terdiri
atas wadah seng yang berisi
pasta kimia dengan batang
karbon menggantung di
tengah-tengah pasta itu.
Pasta tersebut berupa
senyawa kimia MnO
2
dan
NH
4
Cl.
Jika kutub-kutub baterai dihubungkan dalam rangkaian,
misalnya dengan lampu seperti
Kegiatan 1
,
terjadi reaksi
kimia dalam pasta dan seng. Sebagai hasilnya, elektron-
elektron terkumpul pada seng, menyebabkan seng berlaku
sebagai kutub negatif, dan batang karbon yang terletak
pada pasta berlaku sebagai kutub positif. Beda potensial
antara kutub-kutub baterai ini sebesar 1,5 volt. Apabila
baterai digunakan, lama-kelamaan muatan yang terkumpul
pada seng semakin sedikit, dan beda potensialnya menurun.
Pada keadaan ini baterai biasanya dikatakan “habis” dan
tidak dapat dipakai lagi. Karena bersifat sekali pakai, baterai
dengan elektroda karbon dan seng disebut elemen primer
.
c. Aki (sel basah)
Aki sering disebut sel basah. Sel basah
terdiri atas dua
lempeng logam yang berbeda diletakkan dalam cairan
elektrolit. Sebagai contoh, lempeng logam pada aki mobil
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
157
adalah timbal (Pb) dan timbal
peroksida (PbO
2
) yang ter-
letak dalam larutan asam
sulfat (H
2
SO
4
). Reaksi kimia
yang terjadi menyebabkan
elektron terkumpul pada
timbal, sehingga timbal
sebagai kutub negatif dan
timbal peroksida sebagai
kutub positif.
Aki mobil umumnya
mengandung 6 sel, tiap
sel menghasilkan beda
potensial 2 volt. Oleh karena itu, beda potensial yang
dihasilkan aki mobil sebesar 12 volt. Jika digunakan, maka
timbal dan timbal peroksida berangsur-angsur berubah
menjadi timbal sulfat. Kedua kutub aki tersebut akhirnya
tidak memiliki beda
potensial lagi. Apa yang
harus dilakukan, agar aki
tersebut dapat berfungsi
kembali? Dibandingkan
baterai seng karbon, aki
memiliki keunggulan,
yaitu dapat diisi ulang.
Caranya dengan
meng-
alirkan arus listrik
melalui
aki tersebut dari sumber
tegangan lain dengan arah terbalik seperti
Gambar 8.8.
Dengan cara ini, maka timbal sulfat tersebut kembali lagi
menjadi timbal dan timbal peroksida, maka aki siap dipakai
lagi. Kemampuan aki yang dapat dipakai berulang-ulang
dengan cara diisi lagi menjadikan aki tergolong sebagai
elemen sekunder.
2. Stop kontak
Berbagai peralatan listrik di rumahmu dirancang untuk
menggunakan listrik dari PLN. Beda potensial listrik ini
sebesar 220 volt, disebut tegangan jala-jala. Sumber
tegangan listrik ini dapat kamu jumpai pada stop kontak
Gambar 8.7
Bagian-bagian aki.
Lempeng
timbal
peroksida
(katoda)
Larutan asam
sulfat
Lempeng
timbal
(anoda)
Gambar 8.8
Bagan proses pengisian
aki.
Sumber tegangan
Timbal
peroksida
Timbal
Larutan asam
sulfat
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
158
di dinding rumahmu, sep
erti
Gambar 8.9.
Energi listrik ini dihasilkan
oleh generator listrik. Gener
ator
listrik mengubah bentuk energi
lain seperti energi air, uap atau
nuklir menjadi energi listrik.
Kamu akan belajar lebih banyak
tentang generator ini pada Bab Elektromagnetik.
Voltmeter
Lampu
Baterai
V
V
K
egiatan
2
Mengukur Beda Potensial
Alat dan bahan
;
baterai
;
lampu
;
sakelar
;
lampu
Cara kerja
1. Ukur beda potensial antara
kutub-kutub baterai dengan
menggunakan voltmeter,
seperti gambar di samping.
Gambar 8.9
Stop kontak merupakan
sumber tegangan listrik
yang berasal dari PLN.
(Sumber: Dok. Penerbit)
2. Rangkaikan lampu pada
baterai sehingga lampu
menyala. Ukur sekali lagi
beda potensial antara kutub-
kutub baterai, seperti
rangkaian di samping.
Berhati-hatilah ketika
memasang lampunya,
jangan sampai jatuh.
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
159
Analisis dan diskusi
1. Berapa beda potensial yang kamu hasilkan pada langkah
1 dan 2.
2. Bandingkan kedua hasil pengukuran beda potensial yang
kamu lakukan, apakah sama? Jelaskan mengapa hasilnya
demikian.
3. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.
3. Gaya gerak listrik
Kamu telah mengetahui bahwa beda potensial pada
baterai sebesar 1,5 V jika baterai tersebut dirangkaikan dengan
lampu, ternyata beda potensialnya turun, sehingga kurang
dari 1,5 V. Jadi, jika sumber tegangan dipasang pada rangkaian
tertutup, ternyata beda potensialnya turun.
Beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan
sebelum dipasang pada rangkaian listrik disebut gaya gerak
listrik, disingkat ggl. Sebagai contoh, gaya gerak listrik baterai
sebesar 1,5 V. Sedangkan beda potensial antara kutub-kutub
sumber tegangan setelah dipasang pada rangkaian disebut
tegangan jepit. Secara umum tegangan jepit pada baterai
lebih
kecil daripada gaya gerak listriknya.
Tulis jawaban pada buku kerjamu.
1. Sebutkan contoh sumber tegangan listrik yang ada di
rumahmu.
2. Apa fungsi dari sumber tegangan listrik?
3. Mengapa baterai disebut elemen primer?
4 . Apa perbedaan dari gaya gerak listrik dengan tegangan jepit?
5 . Kamu telah mengetahui apa itu amperemeter dan voltmeter.
Mengapa pemasangan amperemeter dan voltmeter di
rangkaian listrik posisinya berbeda? Perhatikan
Gambar 8.2
dan
8.4
.
2
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
160
Buat poster yang menunjukkan bagian-bagian baterai sel
kering dan apa fungsi bagian-bagian tersebut.
1. Arus listrik adalah aliran muatan listrik.
2. Arus listrik timbul dalam rangkaian tertutup.
3. Kuat arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir melalui penghantar tiap
sekon.
4. Kuat arus listrik diukur dengan amperemeter.
5. Sakelar digunakan untuk membuat rangkaian listrik menjadi tertutup atau
terbuka.
6. Agar muatan listrik dapat mengalir terus-menerus, diperlukan sumber
tegangan listrik.
7. Gaya gerak listrik disingkat ggl adalah beda potensial antara kutub-kutub
sumber tegangan sebelum dipasang pada rangkaian listrik.
Bab 8 Elemen dan Arus Listrik
161
valuasi
E
1 . Muatan listrik 120 C berpindah melalui
kawat penghantar yang menghubung-
kan kedua kutub sumber tegangan
selama 5 menit. Kuat arus listriknya
adalah ....
a. 0,04 A
c. 0,5 A
b . 0,4 A
d. 2,5 A
2. Fungsi batang karbon pada baterai
adalah ....
a. sebagai kutub positif
b . timbulnya polarisasi
c. sebagai larutan elektrolit
d. sebagai kutub negatif
3. Rangkaian berikut yang tepat untuk
mengukur kuat arus listrik adalah ....
a.
c.
b.
d.
A. Pengecekan Konsep
V
5. Perhatikan bagan baterai di bawah ini.
Batang karbon ditunjukkan oleh
angka ....
a. 1
b. 2
c. 3
d. 4
6. Gambar rangkaian listrik di bawah ini
yang dapat menyalakan lampu jika
kedua baterainya sama adalah ....
a.
c.
b.
d.
7. Sebuah baterai dihubungkan dengan
sebuah lampu dengan menggunakan
kawat penghantar, sehingga lampu me-
nyala. Kutub-kutub baterai dihubung-
kan dengan voltmeter, seperti gambar
di bawah ini. Angka yang
ditunjukkan
jarum voltmeter tersebut merupakan ....
a. kuat arus
b . gaya gerak listrik
c. tegangan jepit
d. energi listrik
4. Satu mikroampere sama dengan ....
a. 0,000001 A
b. 0,001 A
c. 1.000 A
d. 1.000.000 A
1
2
3
4
Pilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.
A
A
A
A
+
−
+
−
+
−
+
−
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
162
B. Pemahaman Konsep
Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini?
Coba kamu cari informasi di internet tentang materi ini.
Kemudian buat resume berdasarkan pemahamanmu.
Apakah resume yang kamu hasilkan sama dengan
pemahamanmu setelah belajar bab ini?
8. Rangkaian yang
tidak
timbul arus
listrik adalah ....
a.
c.
b.
d.
1 . Apa yang dimaksud dengan arus listrik?
2. Kuat arus dalam sebuah rangkaian
listrik sebesar 500 mA. Berapa muatan
listrik yang mengalir `setiap 7 menit?
3 . Bandingkan dan cari perbedaan baterai
dan aki sebagai sumber tegangan.
c. energi kimia
d. energi panas
1 0 . Ketika hendak tidur, kamu mematikan
lampu di ruang tamu dengan menekan
tombol sakelar. Yang kamu lakukan
tersebut pada dasarnya adalah ....
a. membuat rangkaian menjadi ter-
buka
b . membuat rangkaian menjadi ter-
tutup
c. mengambil sumber tegangan dari
rangkaian
d. mengambil penghantar dari rang-
kaian
4. Sebuah kawat penghantar dialiri
muatan sebesar 130 C setiap dua
jamnya. Hitung kuat arus dalam
penghantar tersebut.
5. Bagaimana kamu dapat mengetahui
bahwa muatan listrik mengalir dalam
rangkaian listrik di sentermu?
9 . Elemen volta, baterai, dan aki mengubah
... menjadi energi listrik.
a. energi mekanik
b . energi potensial gravitasi
Tulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.