Halaman
Bab 9 Rangkaian Listrik
163
(Sumber: Dok. Penerbit)
RANGKAIAN
LISTRIK
Bab
9
Kamu telah mengetahui, jika sebuah lampu dihubungkan
pada kutub-kutub baterai, maka dalam rangkaian itu ti
mbul
arus listrik yang ditunjukkan oleh nyala lampu tersebut.
Mengapa lampu tersebut menyala? Pada bab ini kamu akan
belajar tentang
pengaruh beda potensial terhadap arus yang
mengalir dalam rangkaian
.
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
164
Peta Konsep
Soal Prasyarat
☺
Apakah lampu di rumah padam semua jika terjadi pemutusan
arus listrik?
☺
Rangkaian listrik jenis apakah yang digunakan di rumahmu?
☺
Apa fungsi dari sekering yang dipasang pada rangkaian listrik
yang ada di rumahmu?
Kata-Kata Kunci
z
Hambatan
z
Hukum Ohm
z
Rangkaian
listrik
menggambarkan
hubungan
Hukum Ohm
Kuat arus
Beda potensial
Hambatan
Seri
Paralel
mempunyai
Bentuk rangkaian
terdiri atas
Bab 9 Rangkaian Listrik
165
A. Hambatan dan Hukum Ohm
Filamen
Tabung
gelas
Tutup
logam
Keping
bimetal
1. Hambatan
Pernahkah kamu memikirkan,
mengapa lampu listrik dapat me
nyala
jika ada arus listrik? Perhatikan
lampu pijar pada
Gambar 9.1
. Di
dalam lampu terd
apat kawat halus
yang disebut filamen. Jika terdapat arus
listrik pada rangkaian, maka mua
tan-
muatan listrik melewati filamen lampu
tersebut. Pada saat melewati filamen,
energi listrik yang dikandung
muatan
listrik berubah menjadi energi panas dan cahaya.
Berpijarnya filamen ini mirip dengan air sungai di
pegunungan yang melewati bebatuan, dan kamu mendengar
bunyi gemericik air. Bebatuan tersebut menghambat aliran
air, dan energi gerak air berubah menjadi energi bunyi. Seperti
halnya bebatuan yang menghambat aliran air, filamen tersebut
memiliki hambatan. Hambatan
merupakan kecenderungan
suatu benda untuk melawan aliran muatan listrik, mengubah
energi listrik menjadi energi bentuk lain. Di dalam rangkaian
listrik, hambatan diberi simbol
R
, dan digambarkan seperti
Gambar 9.2
.
Gambar 9.1
Kawat filamen pada
bola lampu pijar
memiliki
hambatan
yang besar.
(Sumber: Dok. Penerbit)
Gambar 9.2
Simbol hambatan
dalam diagram
rangkaian listrik,
beserta simbol-simbol
yang lain.
Hambatan
Hambatan geser
Lampu
Amperemeter
Volmeter
Baterai
A
V
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
166
2. Hukum Ohm
Coba kamu amati air yang dialirkan melalui selang. Jika
selang dinaikkan ke atas, maka lebih bany
ak air yang mengalir.
Sebaliknya jika posisi selang kamu turunkan, air yang mengalir
lebih sedikit. Ketinggian air ini mirip dengan besar beda pote
nsial
listrik, dan banyaknya air yang mengalir mirip dengan arus
list
rik. Jadi, semakin besar beda potensial listrik, maka semakin
besar pula arus listrik yang mengalir. Sebaliknya, semakin
kecil beda potensial listrik, maka semakin kecil pula arus
listriknya.
K
egiatan
1
Pengaruh Beda Potensial terhadap Kuat Arus
dalam Penghantar
Alat dan bahan
;
satu daya
;
amperemeter
;
lampu kawat penghantar
;
sakelar
;
voltmeter
Cara kerja
1 . Rangkaikan peralatan di atas seperti gambar di bawah ini.
2. Tutup sakelar rangkaian tersebut, kemudian baca beda
potensial pada voltmeter. Catat hasil pembacaanmu.
3. Baca penunjukan kuat arus pada amperemeter. Catat
hasil pembacaanmu.
4. Ubah besar beda potensial pada catu daya, lalu ulangi
langkah 2 dan 3.
Analisis dan diskusi
1. Bagaimana pengaruh beda potensial terhadap kuat arus
pada hambatan?
2. Buat kesimpulan dari kegiatanmu.
Bab 9 Rangkaian Listrik
167
Sesuai kegiatan yang kamu lakukan dalam
Kegiatan 1
,
misalkan data yang kamu hasilkan seperti tabel di bawah ini.
I
(A)
0,2
0,4
0,6
0,8
(V)
481216
Jika data tersebut
kamu buat dalam be
ntuk
grafik beda potensial (
V
)
terhadap kuat arus (
I
),
kamu akan memp
eroleh
grafik seperti
di sa
mping
ini.
Grafik di atas ini menunjukkan beda potensial sebanding
dengan kuat arus. Di dalam matematika, persamaan grafik
seperti di atas adalah
y
=
mx,
dengan
m
menyatakan gradien.
Karena sebagai sumbu
y
adalah
V
dan sumbu
x
adalah
I
, maka
persamaan grafik di atas dapat ditulis:
Gambar 9.3
Grafik tegangan versus
arus listrik.
dengan
V
= beda potensial .............................. volt (V)
I
= kuat arus ....................................... ampere (A)
R
= hambatan ..................................... ohm (
Ω
)
Jika
I
diletakkan dalam ruas kiri, maka persamaan di
atas dapat dituliskan sebagai berikut.
V = R
×
I
Persamaan di atas dikenal dengan hukum Ohm, sesuai
dengan nama orang yang pertama kali merumuskan hukum
ini, yaitu George Simon Ohm. Menurut hukum Ohm kuat arus
dalam penghantar logam sebanding dengan beda potensial dan
berbanding terbalik dengan hambatan penghantar tersebut.
Tokoh IPA
George Simon Ohm
dilahirkan tahun 1787
di Jerman. Beliau
dapat menggambar-
kan hubungan pokok
antar voltase, arus,
dan hambatan.
Hubungan ini dikenal
sebagai hukum ohm.
(Sumber : www.Infoenergi.com)
V
(volt)
16
12
8
4
0,2
0,4
0,6
0,8
I
(A)
I
V
R
=
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
168
3. Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup
Sekarang perhatikan rangkaian sebuah hambatan
dengan baterai 1,5 V seperti
Gambar 9.4(a)
. Kamu dapat mem-
perbesar kuat arus pada hambatan (
R
), dengan cara memper
kecil
hambatan. Namun jika hambatan (
R
) kecil, ternyata kuat arus
tidak dapat membesar lagi secara beraturan jika
R
diperkecil.
Hal ini terjadi karena di dalam baterai terdapat hambatan.
Hambatan yang terdapat di dalam sumber tegangan disebut
hambatan dalam
.
Sedangkan hambatan (
R
) yang kamu pasang
di luar sumber tegangan disebut hambatan luar. Jika hamb
atan
dalam ditulis dalam rangkaian, maka penggambaran rang
kaian
menjadi seperti
Gambar 9.4(b)
.
Gambar 9.4
(a) Rangkaian
hambatan dengan
baterai,
(b) Rangkaian dengan
adanya hambatan
dalam pada baterai.
Sebuah lampu pijar dihubungkan dengan beda potensial 12 V.
Ternyata timbul kuat arus sebesar 0,3 A. Berapakah hambatan
filamen lampu pijar itu?
Diketahui :
beda potensial,
V
= 12 V
kuat arus,
I
= 0,3 A
Ditanya
:
hambatan,
R
?
Jawab
Jadi, hambatan filamen lampu pijar adalah 40 ohm.
(b)
R
ε
I
(a)
R
A
ε
= 1,5
V
Hukum Ohm
Lengkapilah Tabel berikut
dengan menggunakan
hukum Ohm.
IV R
(A)
(V)
(W)
....
1 2
7 5
1 5
240
....
5,5
....
2 0
5
220 ....
R
V
I
=
12V
0,3 A
=
Bab 9 Rangkaian Listrik
169
Arus dalam rangkaian
Gambar 9.4(b)
akan melewati
hambatan luar (
R
) dan hambatan dalam (
r
). Oleh karena itu
hambatan totalnya merupakan gabungan hambatan luar (
R
)
dan hambatan dalam (
r
), yaitu
R
+
r
. Kuat arus dalam rang
kaian
tersebut dapat dicari dengan hukum Ohm.
Gambar 9.5
Pengukuran tegangan
jepit.
dengan
ε
= gaya gerak listrik baterai ................ volt
I
= arus listrik ....................................... ampere (A)
R
= hambatan ........................................ ohm (
Ω
)
r
= hambatan dalam ............................ ohm (
Ω
)
Akibat adanya hambatan dalam,
maka tegangan baterai setelah dipasang
pada rangkaian lebih kecil daripada
gaya gerak
listriknya. Beda potensial
antara kutub-kutub baterai setelah
dipasang hambatan luar disebut
tegangan jepit. Perhatikan
Gambar 9.5
.
Tegangan jepit dapat dihitung dengan
cara berikut.
R
ε
I
V
r
V = I
×
R
atau
V
=
ε
−
Ir
Sebuah aki dengan ggl 12 V dan hambatan dalam 0,5 ohm
dihubungkan dengan lampu berhambatan 2 ohm.
a. Berapa kuat arus pada rangkaian itu?
b . Berapa tegangan jepitnya?
Diketahui :
ggl (
e
) = 12 V
hambatan dalam (
r
) = 0,5 W
hambatan luar (
R
) = 2 W
Ditanya
: kuat arus (
I
)?
I
ε
R
+
r
=
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
170
4. Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan pada
penghantar
Pernahkah kamu membuka pemanas listrik dan melihat
elemen pemanasnya? Apa perbedaan antara elemen tersebut
dengan kawat penghantar biasa? Elemen pemanas harus me-
miliki hambatan yang relatif besar, untuk mengubah energi listrik
menjadi energi panas. Kawat penghantar memiliki hambatan
yang kecil, agar energi listrik tidak terbuang sia-sia melalui peng-
hantar. Elemen pemanas terbuat dari bahan yang berbeda
dengan kawat
penghantar. Kawat penghantar umumnya
terbuat
dari tembaga, sedangkan elemen pemanas terbuat dari
bahan
nikelin. Jadi, jenis logam penghantar berpengaruh terhadap
besar
hambatan penghantar
.
Elemen pemanas dibuat berupa kumparan, karena kawat
elemen pemanas relatif panjang. Jika dibuat pendek, maka
hambatan elemen pemanas tersebut menjadi kecil, sehingga
tidak berfungsi. Jadi, semakin panjang kawat pen
ghantar,
hambatan kawat
tersebut semakin besar. Hal ini
akan
kamu
amati jika kamu melakukan kegiatan dalam
Kegiatan 2
.
Jawab
a.
Jadi, besar kuat arus pada rangkaian adalah 4,8 A.
b.
V
=
I
×
R
= 4,8 A
×
2
Ω
= 9,6 V
Jadi, besar tegangan jepitnya adalah 9,6 A.
I
ε
R
+
r
=
I
12
V
(2
+ 0,5)
Ω
=
12
V
2,5
Ω
=
4,8 A
=
Bab 9 Rangkaian Listrik
171
K
egiatan
2
Pengaruh Panjang Kawat terhadap
Hambatan Kawat
Alat dan bahan
;
baterai besar
;
bola lampu 5 watt dengan dudukannya
;
kabel dengan penjepit buaya
;
sakelar
;
kawat nikelin 30 cm dan 60 cm
Cara kerja
1 . Rangkaikan peralatan di atas
seperti gambar di samping.
2. Tutup sakelar, kemudian
amati nyala lampu.
3. Ulangi langkah 1 dan 2
dengan kawat nikelin yang
lebih panjang, seperti gambar
di samping ini.
Perhatian
Berhati-hatilah kamu ketika memasang kawat nikelin. Jangan
sampai tanganmu terkena kawat.
Analisis dan diskusi
1. Apakah nyala lampu pada langkah 1 dan 2 sama?
2. Mana yang lebih terang nyalanya, lampu pada langkah
1 atau 2?
3. Nyala lampu terang menunjukkan kuat arusnya besar,
dan sebalik
nya nyala lampu redup menunjukkan kuat
arusnya kecil.
4. Buat kesimpulan bagaimana pengaruh panjang kawat
penghantar terhadap besar hambatan kawat tersebut.
Jika kamu mengamati jaringan transmisi listrik PLN,
maka kamu akan melihat kawat penghantar yang digunakan
berukuran besar. Hal ini dimaksudkan agar hambatan kawat
tersebut kecil. Jadi,
s
emakin besar luas penampang kawat,
ternyata hambatannya semakin kecil.
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
172
Logam geser (L)
Batang logam
Arus
Arus keluar
C
Soket
Arus masuk
Akhirnya, secara matematis hambatan listrik dipengaruhi
ketiga faktor di atas melalui hubungan sebagai berikut.
5. Hambatan geser
Untuk keperluan tertentu, misalnya untuk mengubah besar
volume radio atau TV, kita memerlukan hambatan yang besarnya
berubah-ubah. Melalui
Kegiatan 2
kamu mengetahui bahwa
dengan mengubah panjang kawat penghantar, hambatan peng-
hantar tersebut juga berubah. Perubahan hambatan ters
ebut
mempengaruhi perubahan arus, ditunjukkan oleh nyala
lampu
yang berubah.
Gambar 9.6
Bagan hambatan geser
Kawat nikrom pada elemen pemanas memiliki panjang 5 m
dan luas penampangnya 4
×
10
−
8
m
2
. Jika hambat jenis
nikrom 10
−
6
ohm.m, maka berapa hambatan kawat tersebut?
Diketahui :
panjang kawat (
l
) = 5 m
luas penampang (
A
) = 4
×
10
-8
m
2
hambat jenis (
r
) = 10
-6
W. m
Ditanya
: hambatan (
R
)?
Jawab
Jadi, hambatan kawat tersebut sebesar 125 W.
Kawat tembaga dengan
hambat jenis 1,7
×
10
-8
ohm.m
panjangnya 20 m, luas
penampangnya 5
×
10
−
8
m
2
.
Hitunglah hambatan kawat
tersebut.
dengan
l
= panjang kawat penghantar ..................... m
A
= luas penampang kawat penghantar ....... m
2
ρ
= hambat jenis kawat penghantar .............
Ω
.m
R
l
A
=
ρ
125
Ω
R
l
A
=
ρ
10
-6
Ω
.m
×
5 m
4
×
10
-8
m
2
=
=
Bab 9 Rangkaian Listrik
173
Kenyataan ini dapat dimanfaatkan untuk membuat
hambatan
geser, seperti
Gambar 9.6.
Hambatan geser
dibuat
dari kawat yang hambat jenisnya besar, biasanya kawat nikelin.
Kawat tersebut dililitkan pada batu tulis. Panjang
kawat yang
dilalui arus diatur oleh logam geser (
L
). Arus listrik
akan melalui
lilitan kawat hingga sejauh logam
geser, selanjutnya melalui
logam geser arus keluar melalui C.
Besar arus dapat diubah-
ubah dengan mengubah kedudukan logam geser. Jika logam
geser di ujung kiri, maka panjang kawat kecil, dan akibatnya
hambatannya juga kecil (kuat arus besar). Sebaliknya jika
logam geser di ujung kanan, maka panjang kawat besar, dan
akibatnya
hambatannya juga besar (kuat arus kecil).
Sebuah hambatan 7 ohm dihubungkan pada kutub-kutub
baterai 1,5 volt yang hambatan dalamnya 1 ohm. Berapa
miliampere kuat arus yang mengalir?
Tulis jawaban pada buku kerjamu.
1. Apa yang terjadi pada kuat arus yang mengalir pada
hambatan, jika beda potensial hambatan itu diperbesar?
2. Bagaimana pengaruh panjang kawat penghantar dan luas
penampang kawat penghantar terhadap hambatan kawat
penghantar tersebut?
3. Sebuah pemanas listrik dihubungkan pada beda potensial
220 V. Ternyata kuat arus yang mengalir pada kawat pemanas
tersebut 5 A. Berapakah hambatan kawat pemanas itu?
4. Sepotong kawat penghantar berhambatan 60 ohm di-
hubungkan dengan baterai 3 V. Berapakah kuat arus yang
timbul pada kawat tersebut?
5. Berapakah kuat arus yang mengalir pada sebuah
penghantar, jika hambatan penghantar itu 15 ohm dan
beda potensialnya 12 volt?
1
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
174
B. Rangkaian Listrik
2. Hambatan pengganti dalam rangkaian seri
Kita dapat mengganti beberapa hambatan yang dirangkai
secara seri dengan sebuah hambatan. Sebagai contoh,
R
1
,
R
2
,
dan
R
3
dalam
Gambar 9.8
.
dapat kita ganti dengan
R
s
. Kita
akan mencari besar
R
s
.
Gambar 9.7
Dalam rangkaian seri,
hanya ada satu jalan
untuk arus listrik.
Amati berbagai peralatan listrik di sekitarmu. Lampu,
kulkas, dan seterika listrik dihubungkan dengan sumber
tegangan
listrik, membentuk rangkaian listrik.
Ada dua jenis rangkaian listrik. Jenis rangkaian tersebut
bergantung pada bagaimana bagian-bagian rangkaian (sumber
tegangan, kawat penghubung, dan hambatan-hambatan)
disusun.
Rangkaian tersebut adalah rangkaian seri
dan paralel.
1. Rangkaian seri
Mungkin kamu pernah memasang lampu dekorasi
untuk
penjor
peringatan hari kemerdekaan. Jika salah satu
lampu tersebut putus, semua lampu mati, dan biasanya kamu
kesulitan mencari lampu mana yang putus. Lampu-lampu
tersebut dirangkai secara seri.
Pada rangkaian seri, hanya terdapat satu lintasan arus
listrik. Bagian rangkaian dipasang secara berurutan, tanpa ada
percabangan. Perhatikan diagram rangkaian seri pada
Gambar 9.7
.
Gambar 9.8
Hambatan
R
1
,
R
2
, dan
R
3
dapat diganti dengan
sebuah hambatan, yaitu
R
s
.
R
1
R
2
R
3
R
s
A
XY B
i
V
AX
V
XY
V
YB
VV
AB
V
AB
i
Bab 9 Rangkaian Listrik
175
Karena hanya ada satu lintasan arus, maka kuat arus
pada rangkaian seri di mana-mana besarnya sama. Coba kamu
lakukan
Kegiatan 3
.
K
egiatan
3
Sifat-sifat Arus dan Tegangan pada
Rangkaian Seri
Alat dan bahan
;
baterai
;
2 buah lampu dengan dudukannya
;
sakelar pisau
;
kabel dengan penjepit buaya
;
multimeter
Cara kerja
1. Rangkaikan lampu
dengan baterai seperti
gambar berikut.
2. Tutup sakelarnya,
kemudian amati nyala
lampu-lampu tersebut.
3. Gunakan multimeter untuk mengukur kuat arus pada
titik
A
,
B
,
dan
C.
4. Lakukan langkah 3 untuk beda potensial antara
AB
,
BC
,
dan
AC
.
Perhatian
Berhati-hatilah kamu ketika memasang lampu, jangan sampai
jatuh.
Analisis dan diskusi
1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis
(dugaan)
,
bagaimanakah kuat arus pada titik
A
jika
dibandingkan
dengan pada titik
B
dan
C
, dan jelaskan
mengapa hipotesismu seperti itu.
2. Berdasarkan data pengamatanmu, buat kesimpulan
tentang besar arus pada rangkaian seri.
CB
A
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
176
Dalam
Kegiatan 3
kamu mengetahui bahwa jumlah
beda potensial pada tiap-tiap hambatan sama dengan beda
potensial sumber tegangan. Sesuai
Gambar 9.8
, maka:
V
AB
=
V
AX
+
V
XY
+
V
YB
Sesuai dengan hukum Ohm, yaitu
V
=
I
×
R
, persamaan di
atas dapat ditulis:
I
×
R
S
=
I
×
R
1
+
I
×
R
2
+
I
×
R
3
Karena
I
di mana-mana besarnya sama, maka:
R
s
=
R
1
+
R
2
+
R
3
Secara umum, jika terdapat rangkaian seri dengan
n
buah hambatan yang besarnya
R
1
,
R
2
, R
3
, ... R
n
, maka
hambatan penggantinya adalah:
Rs
=
R
1
+
R
2
+
R
3
+ ... + R
n
Tiga buah hambatan, masing-masing sebesar 30 ohm, 40 ohm,
dan 50 ohm dirangkai seri dengan sumber tegangan 60 volt.
a. Berapa hambatan penggantinya?
b . Berapa kuat arus pada rangkaian tersebut?
Diketahui :
hambatan
R
1
= 30 ohm,
R
2
= 40 ohm,
R
3
= 50 ohm dirangkai seri
sumber tegangan,
V
= 60 volt
Ditanya
: a. hambatan pengganti,
R
s
;
b . kuat arus,
I
?
Jawab
a.
R
s
=
R
1
+
R
2
+
R
3
R
s
= 30 W + 40 W + 50 W
R
s
= 120 W
Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 120 W.
R
1
R
2
R
3
30
Ω
40
Ω
50
Ω
V
= 60 volt
Empat buah hambatan,
1 4 ohm, 12 ohm, 6 ohm, dan
18 ohm dirangkai secara seri
pada beda potensial 12 V.
Berapakah hambatan peng-
gantinya?
Berapakah kuat arus dalam
rangkaian tersebut?
Bab 9 Rangkaian Listrik
177
3. Rangkaian paralel
Apa yang terjadi jika lampu-lampu di rumahmu
dirangkaikan seri? Seperti telah kamu lakukan dalam
Kegiatan 3
, begitu salah satu lampu mati, maka lampu yang
lain juga akan padam. Untungnya berbagai peralatan listrik
di rumahmu terhubung secara paralel.
Rangkaian paralel
terdiri atas beberapa cabang arus.
b.
I
=
I
=
I
= 0,5 A
Jadi, kuat arus pada rangkaian tersebut sebesar 0,5 A.
Perhatikan rangkaian paralel pada
Gambar
9.9.
Arus
listrik terpisah menjadi tiga, mengalir pada tiap cabang. Jika
kuat arus pada tiap cabang dijumlahkan, maka besarnya sama
dengan kuat arus sebelum memasuki cabang. Ini merupakan
bunyi dari Hukum I Khirrchoff, persamaannya dapat
dituliskan sebagai berikut.
Jika persamaan di atas diperluas untuk setiap cabang
dalam rangkaian, maka akan berlaku kuat arus yang memasuki
titik cabang sama dengan kuat arus yang meninggalkan titik
cabang. Jika kenyataan ini diterapkan pada titik cabang
A
,
maka akan berlaku seperti berikut.
Gambar 9.9
Hambatan
R
1
,
R
2
, dan
R
3
dihubungkan secara
paralel.
R
1
R
2
R
3
I
1
I
2
I
3
I
I
AB
C
D
E
F
V
I
masuk
=
I
1
+
I
2
+
I
3
=
I
keluar
V
R
s
60 volt
125
Ω
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
178
I
masuk ke titik cabang
A
=
I
keluar dari titik cabang
A
atau
I = I
1
+
I
2
+
I
3
+
I
4
Kamu dapat memahami dengan melakukan
Kegiatan 4
.
Sifat-sifat Arus pada Rangkaian Paralel
Alat dan bahan
;
baterai
;
2 buah lampu dengan dudukannya
;
sakelar pisau
;
kabel dengan penjepit buaya
;
multimeter
Cara kerja
1. Rangkaikan lampu dengan
baterai
seperti gambar di
samping.
2 . Tutup sakelarny
a, kemu
dian
amati nyala lampu-lampu
tersebut.
3. Gunakan multimeter untuk
mengukur kuat arus pada
titik
A
,
B
, dan
C
.
4. Lakukan kegiatan 6 untuk beda potensial antara
AF
,
BD
,
dan
CE
.
Perhatian
Berhati-hatilah kamu ketika
bekerja
, jangan sampai tanganmu
terluka.
Analisis dan diskusi
1. Setelah mengetahui nyala lampu tersebut, buat hipotesis
(dugaan)
,
bagaimanakah kuat arus pada titik
A
jika di-
bandingkan dengan pada titik
B
dan
C
, dan jelaskan
mengapa hipotesismu seperti itu?
2. Berdasarkan data pengamatanmu, buatlah kesimpulan
tentang besar arus pada rangkaian paralel.
F
DB
A
E
C
K
egiatan
4
Bab 9 Rangkaian Listrik
179
4. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel
Beberapa hambatan yang dirangkaikan secara paralel
dapat kita ganti dengan satu hambatan pengganti. Berapa
besar hambatan pengganti dalam rangkaian paralel?
Perhatikan tiga hambatan yang dirangkaikan paralel pada
Gambar 9.10
.
Gambar 9.10
Arus yang masuk
cabang (
I
in
) sama
dengan arus yang
keluar (
I
out
).
I
1
I
2
I
3
V
I
in
I
out
I
n
Dalam rangkaian tersebut berlaku hubungan kuat arus
sebagai berikut.
I = I
1
+
I
2
+
I
3
Sesuai dengan hukum Ohm, persamaan tersebut dapat
ditulis:
Seperti yang kamu amati dalam
Kegiatan 4
, beda
potensial antara ujung-ujung hambatan pada rangkaian
paralel besarnya sama dengan beda potensial sumber, atau
V = V
AB
= V
CD
= V
EF
. Akibatnya persamaan di atas dapat ditulis:
atau
V
R
p
=
V
AB
R
1
+
V
CD
R
2
+
V
EF
R
3
Persamaan di atas dapat diperluas untuk mencari
hambatan pengganti
R
1
,
R
2
,
R
3
, ...,
R
n
yang dirangkaikan
paralel. Hambatan pengganti dapat diperoleh dari persamaan
berikut.
V
R
p
=
V
R
1
+
+
V
R
2
V
R
3
1
R
p
=
1
R
1
+
+
1
R
2
1
R
3
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
180
Dua buah lampu, masing-masing berhambatan 12 ohm dan
6 ohm dirangkaikan paralel dengan sumber tegangan 12 volt.
a. Berapa hambatan penggantinya?
b . Berapa kuat arus yang mengalir pada masing-masing lampu?
c. Berapa kuat arus total dalam rangkaian?
Diketahui :
hambatan
R
1
= 12 W,
R
2
= 12 W dirangkaikan
paralel beda potensial sumber,
V
= 12 V
Ditanya
: a. hambatan pengganti,
R
p
;
b . kuat arus pada
R
1
dan
R
2
, yaitu
I
1
dan
I
2
;
c. kuat arus total,
I
?
Jawab
Gambar rangkaian listrik yang terjadi
a.
dengan
R
p
= hambatan pengganti paralel ........................
Ω
V
= 60 volt
L
1
L
2
12
Ω
6
Ω
1
R
p
=
1
R
1
+
+
1
R
2
1
R
3
. . .
1
R
n
+
1
R
p
=
1
R
1
+
1
R
2
1
R
p
=
1
12
+
1
6
1
R
p
=
1
12
+
2
12
1
R
p
=
13
12
Bab 9 Rangkaian Listrik
181
Jadi, besar hambatan penggantinya adalah 4 W.
b.
Jadi, besar
I
1
dan
I
2
masing-masing adalah 1 A dan 2 A.
c.
(Kuat arus total dapat pula diperoleh dari hubungan
I
=
I
1
+
I
2
= 1 A + 2 A = 3 A)
Jadi, kuat arus total sebesar 3 A.
Perhatikan rangkaian di bawah ini.
Berapa hambatan penggantinya?
Berapa kuat arus totalnya?
Berapa beda potensial sumbernya?
R
1
= 12
Ω
R
2
= 10
Ω
R
3
= 10
Ω
I
1
= 0,5 A
I
I
V
R
p
=
13
12
= 4
Ω
I
1
=
V
R
1
= 1 A
+
12
V
12
Ω
I
2
=
V
R
2
= 2 A
+
12
V
6
Ω
I
3
=
V
R
p
= 3 A
+
12
V
4
Ω
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
182
5. Rangkaian campuran seri dan paralel
Dalam rangkaian yang kompleks, seperti rangkaian pada
perangkat elektronik, kamu dapat menjumpai rangkaian yang
terdiri dari gabungan rangkaian seri dan paralel. Sebagai contoh,
kamu dapat melihat pada
Gambar 9.11(a).
Untuk menghitung
hambatan penggantinya kamu cari dulu hambatan pengganti
R
1
,
R
2
, dan
R
3
yang terangkai secara paralel. Rangkaian selanju
tnya
dapat disederhanakan menjadi
Gambar 9.11(b)
, yang tidak lain
adalah rangkaian
seri.
Gambar 9.11
(a)
R
1
,
R
2
, dan
R
3
terangkai paralel,
dengan
hambatan
pengganti
Rp
,
(b) Hambatan peng-
ganti totalnya adalah
rangkaian seri
Rp
dengan
R
4
.
(a)
R
1
R
2
R
3
R
4
I
V
(b)
Rp
I
R
4
V
Perhatikan gambar di bawah ini.
Berapa kuat arus
I
pada rangkaian tersebut?
Diketahui :
hambatan
R
1
=
R
2
=
R
3
= 2 W, rangkaian
campuran seri dan paralel
beda potensial sumber,
V
= 3 V
Ditanya
: kuat arus,
I
?
2
Ω
I
...?
3
V
2
Ω
2
Ω
Bab 9 Rangkaian Listrik
183
Jawab
Pilih persamaannya:
I
=
Strategi: cari dulu
R
penggantinya
R
2
dan
R
3
terangkai secara paralel:
R
= 1
Ω
Rangkaian menjadi:
I
3 V
2
Ω
Rp
= 1
Ω
6. Pemutus Arus
Tegangan listrik jala-jala (PLN) di rumahmu sebesar 220 V
dan kuat arus yang mengalir dalam rangkaian listrik tersebut
cukup besar. Arus yang mengalir bisa menjadi sangat besar,
jika terjadi hubungan singkat. Pada peristiwa hubungan sin
gkat,
arus listrik tidak melewati hambatan,
tetapi
langsung melewati
kawat penghantar. Peristiwa hubungan singkat terjadi jika
isolator pembungkus kawat terkelupas. Akibat besarnya arus
listrik pada kawat penghantar, maka terdapat energi listrik
yang berubah menjadi panas. Coba kamu perhatikan gambar
berikut.
Berarti
R
penggantinya dapat dihitung dengan cara berikut.
R
=
R
1
+
R
p
= 2 W + 1 W
=3 W
Sehingga kuat arus dalam rangkaian dapat dihitung dengan
cara sebagai berikut.
I
=
Jadi, kuat arus rangkaian sebesar 1 A.
V
R
1
R
p
=
1
R
2
+
1
R
3
=
1
2
+
1
2
= 1
V
R
=
1
2
= 1 A
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
184
Untuk mencegah hubungan singkat, maka rangkaian
listrik harus segera
terbuka
(arus tidak mengalir) begitu terjadi
hubungan singkat. Caranya adalah dengan memasang kawat
penghantar yang relatif mudah terputus
pada rangkaian listrik.
Jika terdapat arus berlebih pada rangkaian, dan arusnya
melebihi batas arus pada sekering, maka sekering tersebut
segera
meleleh dan putus. Pemilik rumah tinggal mencari dan
memperbaiki
apa yang menyebabkan terjadi hubungan singkat.
Selanjutnya ia harus mengganti sekering yang telah putus
dengan sekering baru
yang sama dengan sekering semula.
Peralatan lain yang
lebih praktis untuk menc
egah
terj
adinya hubung singkat
adalah p
emutus arus, seperti
ditunju
kkan
Gambar 9.13.
Pemutus arus dalam ke-
hidupan sehari
-hari kita
kenal sekering. Pemutus arus
(sekering) terdiri
atas logam
yang dapat bengkok jika
logam
tersebut panas. Bengkoknya logam tersebut
menyebab-
kan aliran listrik terputus. Rangkaian dapat difungsikan
kembali
dengan mengembalikan sakelar pemutus arus ke posisi
semula. Namun sebelum itu, kamu
harus mengecek apa yang
menyebabkan terjadinya hubungan
singkat itu.
Gambar 9.13
Pemutus arus
(sekering).
Gambar 9.12
Dengan memasang
kawat halus pada
rangkaian, kawat halus
akan terbakar dan
segera putus saat
terjadi hubungan
singkat.
Hubungan singkat
Kawat halus terbakar
dan putus
Bab 9 Rangkaian Listrik
185
Hambatan kawat tembaga yang panjang
nya 1 cm pada
berbagai suhu ditunjukkan
di bawah ini.
Buat grafik untuk data di atas. Apakah
hantaran listrik
tembaga lebih baik pada
hari yang dingin ataukah hari yang
panas?
Tabel
Hambatan tembaga pada berbagai suhu
No.
1.
2.
3.
Suhu dalam
o
C
50
200
475
Hambatan dalam mW
2
3
5
Tulis jawaban pada buku kerjamu.
1. Jelaskan ciri-ciri rangkaian seri dan ciri-ciri rangkaian
paralel, dilihat dari cara merangkaikannya, kuat arus pada
rangkaian, dan beda potensial pada ujung-ujung
hambatannya.
2. Tiga buah hambatan, 4 ohm, 6 ohm, dan 12 ohm dirangkai
secara paralel pada beda potensial 3 volt.
a. Berapa hambatan penggantinya?
b . Berapa kuat arus total dalam rangkaian tersebut?
3. Dua hambatan, 1 ohm dan 4 ohm dirangkai seri pada
beda potensial tertentu, dan kuat arus yang ada pada
rangkaian itu diukur. Ternyata kuat arusnya 200 mA.
Berapakah beda potensial tersebut?
4. Dua hambatan, 40 ohm dan 60 ohm dirangkai paralel
dengan sumber tegangan 3 volt. Berapa miliampere kuat
arus pada rangkain tersebut?
2
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
186
1. Hambatan merupakan kecenderungan suatu benda untuk melawan aliran
muatan listrik, mengubah energi listrik menjadi energi bentuk lain.
2. Hukum Ohm menyatakan bahwa besar kuat arus dalam hambatan berbanding
lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan hambatan
penghantar.
3. Besar hambatan pada kawat penghantar berbanding lurus dengan panjangnya
dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Besar hambatan pada
kawat penghantar juga bergantung pada jenis kawat tersebut. Secara matematis
dirumuskan:
4. Dalam rangkaian seri, arus hanya mempunyai satu jalan untuk lewat.
Sedangkan dalam rangkaian paralel, terdapat beberapa jalan yang dapat dilewati
arus.
5. Dalam rangkaian seri kuat arus di mana-mana sama. Sedangkan dalam
rangkaian paralel, kuat arus sebelum memasuki cabang sama dengan jumlah
kuat arus pada tiap cabang.
6 . Dalam rangkaian seri beda potensial sumber sama dengan jumlah beda potensial
pada masing-masing hambatan. Sedangkan dalam rangkaian paralel, beda
potensial hambatan sama besar dengan beda potensial sumber.
7. Hambatan pengganti pada rangkaian seri dapat ditemukan melalui hubungan:
R
s
=
R
1
+
R
2
+
R
3
+ ... +
R
n
.
8. Hambatan pengganti dalam rangkaian paralel dapat ditemukan melalui
hubungan:
9. Sekering dan pemutus arus digunakan untuk mencegah terjadinya bahaya
kebakaran akibat hubungan singkat dalam rangkaian listrik.
R
l
A
=
ρ
1
R
p
=
1
R
1
++
1
R
2
1
R
3
. . .
1
R
n
+
Bab 9 Rangkaian Listrik
187
valuasi
E
1. Hambatan pada kawat penghantar
menyebabkan energi listrik dapat
diubah menjadi ... oleh penghantar itu.
a. energi kimia c. energi panas
b . energi nuklir d. energi bunyi
2. Agar hambatan pada kawat peng-
hantar bertambah besar, yang harus
dilakukan adalah ....
a. memotong kawat penghantar
b. mengganti dengan kawat yang
jenisnya sama, namun diameter-
nya lebih besar
c. memberi beda potensial yang
besar pada kawat tersebut
d. mengganti dengan kawat yang
sama, namun lebih panjang
3. Berikut ini merupakan persamaan-
persamaan yang menyatakan hukum
Ohm,
kecuali
....
a.
V = I R
c.
R = V I
b.
I
=
d.
R
=
4. Dalam sebuah rangkaian listrik, jika
kawat penghantarnya makin panjang
maka nilai kuat arusnya makin kecil.
Hal ini menunjukkan ....
a. nilai hambatannya makin kecil
b . nilai hambatannya makin besar
c. energi listriknya makin besar
d. beda potensialnya makin kecil
A. Pengecekan Konsep
5. Nilai hambatan pengganti pada
rangkaian di bawah ini adalah ....
a. 25 ohm
c. 150 ohm
b. 100 ohm
d. 250 ohm
6 . Perhatikan gambar rangkaian berikut.
Besar kuat arus
I
2
adalah ....
I
1
= 0,5 A
I
= 2 A
I
2
a. 0,5 A
c. 2 A
b . 1,5 A
d. 2,5 A
7. Kuat arus yang paling besar dari
kombinasi di bawah ini adalah ....
a. tegangan 3 V dan hambatan 15 W
b . tegangan 4,5 V dan hambatan 30 W
c. tegangan 6 V dan hambatan 40 W
d. tegangan 4,5 V dan hambatan 30 W
8. Pada sebuah penghantar yang me-
miliki hambatan 120 ohm terdapat
beda potensial 60 V. Arus yang
mengalir melalui penghantar itu
adalah ....
a. 7.200 A
c. 2 A
b . 60 A
d. 0,5 A
100
Ω
100
Ω
50
Ω
V
R
V
I
Pilih salah satu jawaban yang tepat. Tulis jawaban pada buku kerjamu.
Mari Belajar IPA 3 untuk SMP/MTs Kelas IX
188
B. Pemahaman Konsep
Apakah kamu kesulitan ketika belajar materi bab ini?
Adakah materi yang belum kamu pahami?
Materi mana yang sulit pemahamannya? Coba kamu
tanyakan pada gurumu supaya kamu lebih mudah
memahaminya.
9. Hambatan kawat dapat diukur secara
langsung menggunakan ....
a. ohmmeter
b. voltmeter
c. multimeter
d. amperemeter
1 . Bagaimana hubungan antara hambatan,
beda potensial, dan kuat arus dalam
sebuah rangkaian?
2. Kamu memiliki dua logam yang jenis-
nya sama. Apakah hambatan keduanya
juga mesti sama? Jelaskan mengapa
jawabanmu seperti itu.
3. Sebuah mobil mainan berhambatan
2 ohm memerlukan arus 1,5 A.
Berapakah beda potensial yang
diperlukannya?
4. Dua buah hambatan yang besarnya
sama dirangkai seri dengan beda
potensial tertentu. Arus yang mengalir
diukur, besarnya
I
1
. Selanjutnya
hambatan tersebut dirangkai paralel
dengan beda potensial yang sama.
Arus yang mengalir diukur, besarnya
I
2
. Besar manakah harga
I
1
dengan
I
2
?
Jelaskan mengapa jawabanmu seperti itu.
5. Mengapa burung dapat bertengger
dengan kedua kakinya pada kawat
bertegangan tinggi tanpa tersengat
listrik?
I
A
R
A
I
B
R
B
R
C
I
C
I
D
R
D
I
= 1,5 A
10. Perhatikan gambar di bawah ini.
Jika
I
A
=
I
D
= 0,4 A dan
I
B
=
I
C
, maka
I
B
sebesar ....
a. 0,35 A
c. 0,7 A
b . 0,4 A
d. 1,1 A
Tulis jawaban pertanyaan di bawah ini di buku kerjamu.