Halaman
Listrik
47
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Listrik
Listrik
B a b
3
P e t a
K o n s e p
T u j u a n P e m b e l a j a r a n
mendeskripsikan hubungan energi dan daya listrik serta
pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.
Atom
Proton
Neutron
tersusun oleh
dapat berpindah
menghasilkan
berupa
Listrik
Listrik
dinamis
Listrik
statis
Arus listrik
Pemindahan
muatan
Waktu
menunjukkan
menggunakan
Energi listrik
per satuan waktu
dinyatakan
dalam
Daya
I
dilambangkan
dengan
Sumber arus
Penghantar
dalam suatu
Beda potensial
V
V / I
dihubungkan
sebagai
Hambatan
yaitu
ditentukan oleh
Hambat jenis
Panjang kawat
Luas penampang kawat
Rangkaian
listrik
yang tersusun dalam
Medan
listrik
Hukum
Coulomb
saat terjadi
menciptakan
Kekuatannya
digambarkan dalam
yang tergantung
pada
Jarak
Muatan
Elektron
merupakan selisih
jumlah
mengalir dalam
bentuk
dari suatu
yang memiliki
memiliki
dilambangkan dengan
per satuan
Setelah mempelajari bab ini, kamu diharapkan mampu:
mendeskripsikan muatan listrik untuk memahami gejala-gejala listrik statis serta
kaitannya dalam kehidupan sehari-hari;
menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu rangkaian serta penerapannya
dalam kehidupan sehari-hari;
mendeskripsikan prinsip kerja elemen dan arus listrik yang ditimbulkannya serta
penerapannya dalam kehidupan sehari-hari;
Listrik
48
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
3.1
Listrik Statis
Apa kamu pernah melihat rambut seseorang berdiri ketika dia melepas
topinya? Kenapa hal itu bisa terjadi? Jawabannya adalah adanya listrik
statis. Apa itu listrik statis ?
Untuk memahami listrik statis kita awali dengan memahami sifat dari
suatu materi. Dengan kata lain terbuat dari apa benda-benda di sekitar
kita. Apapun bendanya yang pasti semua benda tersusun dari gabungan
dan kombinasi atom-atom.
Atom merupakan bagian terkecil dari suatu materi.
Atom terdiri dari inti atom dan kulit atom. Dalam inti
atom terdapat partikel penyusun atom yaitu neutron
dan proton. Pada kulit atom terdapat elektron yang
bergerak mengelilingi inti atom. Atom satu dengan
atom yang lain dibedakan berdasarkan jumlah proton.
(Gambar 3.1)
Atom biasanya bermuatan netral dengan memiliki jumlah proton yang
sama dengan jumlah elektron. Elektron yang berada pada kulit atom
bergerak berputar mengelilingi inti. Elektron juga dapat berpindah dari satu
atom ke atom lain, sedangkan proton tidak. Hal ini menyebabkan atom
Gambar 3.2
Struktur atom
http://www.sciencemadesimple.com/
Gambar 3.3
Jumlah proton dan elektron pada pembentukkan muatan
Sumber: dokumentasi penulis
Muatan positif
Netral
Muatan negatif
Proton, neutron dan elektron memiliki karakter yang berbeda. Salah
satunya berbeda dalam muatan listriknya. Proton bermuatan positif (+),
elektron bermuatan negatif (-) dan neutron tidak bermuatan atau netral.
Jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah elektron, maka atom
akan bermuatan positif. Sebaliknya jika jumlah proton lebih sedikit daripada
jumlah elektron maka atom akan bermuatan negatif. Bila proton dan
elektron berjumlah sama,
maka atom akan bersifat
netral. Hal di atas dapat
diilustrasikan oleh (Gambar
3.2)
Ibu dan anak pada gambar di samping sedang
menikmati efek pemuatan listrik pada tubuh
mereka.
Generator yang mereka pegang menjadikan
rambut
mereka bermuatan listrik, akibatnya pada rambut akan
timbul interaksi listrik berupa gaya tolak-menolak, hal
inilah yang menyebabkan rambut mereka terlihat seperti
pada gambar.
Gambar 3.1
Efek pemuatan listrik
Sumber: Serway Jewett, Physics for scientists and Engineers 6th edition,
Listrik
49
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Muatan negatif dan muatan positif akan saling tarik
menarik, sedangkan muatan yang sama positif dan positif
atau negatif dan negatif akan tolak menolak. (Gambar 3.3).
Sifat muatan yang saling tarik jika berbeda dan saling tolak
jika muatannya sama dapat dimanfaatkan untuk menjadi
sebuah alat yang disebut bel Leyden. (Gambar 3.4 )
Bagaimana elektron dapat berpindah dari satu tempat
ke tempat lain? Orang biasa menggosokkan dua benda. Saat
kamu menggosokkan balon pada rambutmu berarti
kamu
memberikan muatan negatif pada balon. Dan
balon akan
Gambar 3.5
Bel Leyden
Sumber : http://www.webring.org/
Gambar 3.6
Balon yang
menempel di dinding
Sumber : http://www.science made
simple.com /
Saat terjadi listrik statis, tidak ada elektron yang terbentuk atau pun
hilang, begitu juga dengan proton. Benda yang bermuatan akan
menciptakan medan listrik yang tidak terlihat di sekitarnya. Kekuatan
medan listrik ini tergantung pada besarnya muatan, jarak dan bentuk benda.
Charles
Coulomb
adalah
ilmuwan
yang pertama
kali mengambarkan kekuatan
medan listrik ini pada tahun 1780.
Coulomb
menemukan pada titik tertentu
akan mengalami gaya listrik yang berbeda tergantung pada hasil kali dari
muatan.
Percobaan yang dilakukan Coulomb menunjukkan bahwa gaya listrik
antara dua benda bermuatan sebanding dengan muatan masing-masing
benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dua benda tersebut.
Pernyataan di atas dikenal sebagai hukum Coulomb.
memiliki perbedaan antara jumlah proton dan elektron. Saat elektron
meninggalkan suatu atom, atom yang ditinggalkan memiliki jumlah elektron
yang lebih sedikit dibanding proton, sehingga atom bermuatan positif. Saat
suatu atom menerima elektron dari atom lain, jumlah elektron pada atom
tersebut lebih banyak dari jumlah proton sehingga atom menjadi bermuatan
negatif. Atom yang memiliki muatan disebut ion. (Gambar 3.2)
+ –
+ –
+ –
menempel pada dinding yang ber
muatan netral (Gambar
3.5). Ini menunjukkan bahwa
benda yang bermuatan pun
akan menarik benda
yang netral. Menempelnya balon
yang bermuatan
negatif membuat timbulnya bagian
bermuatan positif
dan negatif pada dinding. Dinding
yang dekat balon yang bermuatan negatif akan
bermuatan positif sedangkan yang sebelah dalam
bermuatan negatif. Hal seperti ini disebut induksi listrik.
Gambar 3.4
Gaya tarik dan tolak antar muatan
Sumber: dokumentasi penulis
Saling tarik
Saling tolak
Saling tolak
+
+
–
–
_
+
+
+
–
–
+
–
Listrik
50
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Dengan kata lain semakin besar muatan, semakin besar pula gaya listrik
yang dialami oleh benda - benda bermuatan. Dan besarnya gaya listrik
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan. Hali ini
berarti semakin besar jarak antara kedua muatan maka gayanya akan
semakin kecil. Hal ini dapat dituliskan dalam persamaan berikut :
1 2
2
q q
F k
r
Dengan :
F
= gaya Coulomb (N)
k
= konstanta = 9 x 10
9
Nm
2
/C
2
q
= muatan (C)
r
= jarak antar kedua muatan (m)
Besarnya gaya berdasarkan rumus tampak ditentukan oleh besar
muatan dan jarak antar muatan. Bila jarak antar muatan diubah menjadi
2 kali lebih jauh, maka gaya akan menurun 4 kali lebih kecil(Gambar 3.6
(a)), sedangkan jika kedua muatan diubah 2q kali lebih besar, maka gaya
akan 4 kali lebih besar. (Gambar 3.6 (b))
Gambar 3.7
(a) perubahan jarak muatan (b) perubahan besar muatan
Dua buah benda bermuatan listrik yang sama + 1C. Arah gaya saling menjauhi
(tolak menolak). Tentukan besar gaya tolak yang timbul jika :
a. berada pada jarak 3 cm,
b. berada pada jarak 6 cm
Penyelesaian:
a. Diketahui :
q
1
=
q
2
= +1 C
r
= 3 cm
= 0,03 m
= 3
10
-2
m
Ditanyakan :
F
?
Jawab :
F
=
1 2
2
q q
k
r
= 9
10
9
Nm
2
/C
2
2 2
( 1 ) ( 1 )
(3 10 m)
C
C
=
10
13
N
b. Diketahui :
q
1
=
q
2
= +1 C
r
= 6 cm
= 0,06 m
= 6
10
-2
m
Ditanyakan :
F
?
Jawab :
F
=
1 2
2
q q
k
r
= 9
10
9
Nm
2
/C
2
2 2
( 1 ) ( 1 )
(6 10 m)
C
C
=
0,25
10
13
N
Sumber: dokumentasi penulis
(a)
(b)
+
+
2
d
+
+
d
+
+
d
++
++
d
r
F
F
Listrik
51
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Latihan 3.1
1. Jelaskan dengan teori elektron, proses benda tertentu dapat bermuatan listrik
bila digosok!
2. Berilah contoh peristiwa yang dapat menghasilkan benda sehingga dapat
bermuatan listrik!
3. Bagaimanakah bunyi hukum Coulomb ?
4. Tentukan besar gaya tolak atau gaya tarik, bila dua benda bermuatan listrik
+2C dan -3 C berada pada jarak 20 cm!
5. Apa yang dimaksud dengan :
a. medan listrik,
b. induksi listrik?
Tujuan percobaan
: siswa mengetahui sifat muatan listrik pada listrik statis,
Alat dan Bahan
:
statif, klem, penjepit, benang, batang plastik PVC, batang
flexiglass, Wol/sutra
Langkah Percobaan
:
1. Gosokan kedua batang PVC masing-masing salah satu ujungnya dengan wol
hingga agak panas (cara penggosokan satu arah),
2. Gantung satu batang pada statif dan yang lain dipegang!
3. Dekatkan kedua ujung-ujung batang PVC tanpa bersentuhan ! Amati !
4. Ulangi langkah 1 sampai 3 dengan mengunakan batang PVC dan
flexiglass
!
5. Ulangi langkah 1 sampai 3 dengan mengunakan
flexiglass
dan
flexiglass
!
6. Buatlah kesimpulan dari hasil percobaanmu !
Sifat Muatan Listrik
Percobaan 3.1
Info
Apa Sajakah Yang Diincar Petir?
Petir biasanya menyambar benda - benda tinggi seperti
gedung dan pepohonan. Petir juga menyambar benda-
benda logam. Kadang kala petir bahkan menyambar ujung
logam payung atau penjepit rambut. Maka jika kamu
bermain di lapangan atau taman terbuka yang tidak ada
benda tingginya, begitu awan badai datang cepat - cepatlah
masuk rumah.
Listrik
52
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Gambar 3.9
. Diagram rangkaian
listrik
Sumber : dokumentasi penulis
Lampu
Baterai
I
Pada rangkaian listrik dimana listrik mengalir
sesuai Gambar 3.7, jika dibuat diagram akan tampak
sebagai Gambar 3.8.
Arus listrik (I), mengalir sepanjang kabel dari
kutub positif ke kutub negatif sumber tegangan
melalui hambatan dalam kabel dan membuat
lampu menyala.
Dalam rangkaian listrik pun selalu dihubungkan dengan sakelar. Sakelar
adalah alat untuk melewatkan atau memutuskan arus dalam suatu rangkaian
listrik. Ada 2 jenis sakelar, yaitu sakelar manual dan sakelar otomatis. Sakelar
manual dioperasikan dengan tangan, biasanya dipasang di rumah untuk
menyalakan atau mematikan lampu. Sakelar otomatis biasanya dipakai untuk
menyalakan lampu pengatur lalu lintas di jalan raya, untuk jaringan telepon
dan komputer.
Sumber: dokumentasi penulis
Menunjukkan lampu
Menunjukkan sumber tegangan dengan beda potensial
tertentu
Gambar 3.10
. Rangkaian dengan (a) sakelar lepas (b) sakelar menempel
Saklar lepas
Lampu padam
Saklar menempel
Lampu
menyala
Gambar 3.8
Aliran lsitrik
Sumber: dokumentasi penulis
Lampu
Baterai
3.2
Listrik Dinamis
Pada pelajaran listrik statis, kamu telah mem-
pelajari bahwa elektron membawa muatan listrik
negatif. Namun pada listrik statis elektron tidak
mengalir dan tidak dimanfaatkan sebagai aliran
listrik. Pada listrik dinamis sifat elektron yang
mudah berpindah-pindah dimanfaatkan melalui
suatu penghantar (konduktor), sebagai aliran
listrik.
Listrik
53
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Saat sakelar lepas, arus listrik tidak dapat mengalir dalam rangkaian
sehingga lampu pun tidak menyala (Gambar 3.9 (a)) Saat sakelar menempel,
maka lampu akan menyala karena arus listrik dapat mengalir dalam rangkaian.
A.
Arus Listrik
Arus listrik merupakan besaran dengan lambang I. Pengukuran arus listrik
dilakukan dengan cara memasangkan alat ukur arus secara seri dengan
rangkaian. Jika 1 coulomb elektron lewat setiap detiknya maka kita katakan
arusnya 1 ampere, jika 2 coulomb perdetik maka kita sebut sebagai 2 ampere.
1 ampere = 1 coulomb perdetik
Maka jika buat rumusan antara arus listrik, muatan yang dipindahkan
dan waktu, maka kita peroleh persamaan :
I
=
q
t
Contoh soal
Suatu rangkaian listrik memiliki arus listrik 0,5 A. Tentukan jumlah muatan yang
dipindahkan rangkaian tersebut dalam 1 menit !
Penyelesaian:
Diketahui :
t
= 1 menit = 60 s
I
= 0,5 A
Ditanyakan :
q
?
Jawab :
I
=
q
t
0,5 A
=
60
q
s
q
= 0,5
60
= 30 C
Amperemeter
adalah alat untuk megukur
kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu
rangkaian (Gambar 3.10). Amperemeter
dipasang secara seri dengan hambatan dan
lampu (Gambar 3.11(a)). Dengan demikian
arus
yang hendak diukur mengalir semua
melalui amperemeter. Di dalam diagram
rangkaian, amperemeter ditandai dengan
huruf A. (Gambar 3.11(b)).
Lampu
A
B
Baterai
Amperemeter
Sumber: dokumentasi penulis
(a)
(b)
Gambar 3.12
Pengukuran kuat arus listrik
A
Lampu
Baterai
Amperemeter
Dengan:
I
= kuat arus (A)
q
= muatan (C)
t
= waktu(s)
Satuan kuat arus adalah coulomb/sekon (C/s) atau Ampere(A). Satuan
kuat arus yang lebih kecil adalah m iliam pere (m A ) dan m ikroam pere (
A) :
1 mA
= 0,001 A
dan 1
A = 0,000 001 A
Gambar 3.11
Amperemeter
Sumber: dokumentasi penulis
Listrik
54
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Arus listrik hanya terjadi dalam suatu rangkaian tertutup.
Rangkaian tertutup
adalah rangkaian yang tidak memiliki ujung pangkal. Di luar sumber tegangan,
arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Sebaliknya, di dalam
sumber tegangan, arus listrik mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.
B.
Beda Potensial
Aliran listrik terjadi karena elektron berpindah dari tempat yang
potensialnya
rendah ke tempat yang potensialnya tinggi. Meskipun arus
listrik ditimbulkan oleh elektron, tetapi arah arus listrik berlawanan dengan
arah gerak elektron. Elektron bergerak dari potensial rendah menuju
potensial tinggi. Sebaliknya, arus listrik mengalir dari potensial tinggi
menuju potensial rendah. (Gambar 3.12)
(a)
(b)
(c)
Gambar 3.13
(a) terminal sumber tegangan (b) arah aliran elektron (c) arah aliran listrik
Lambang V pada Gambar 3.12 adalah beda potensial listrik disebut juga
tegangan listrik atau voltase. Beda potensial dapat didefinisikan sebagai selisih
potensial antara dua titik dalam suatu penghantar. Jika suatu penghantar
memiliki potensial di titik A sebesar
V
A
dan di titik B sebesar
V
B
, dengan
V
B
>
V
A
, maka beda potensial antara titik A dan B atau
V
AB
dapat ditulis
sebagai:
A
AB
B
V V V
Beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar
dapat ditimbulkan jika kedua titik tersebut dihubungkan
dengan sumber tegangan. Kemampuan suatu sumber
tegangan untuk mengalirkan elektron berbeda -beda.
Perbedaannya tergantung pada perbedaan potensialnya.
Kita ibaratkan aliran listrik sebagai aliran air, semakin tinggi
tempat asal air semakin deras air yang jatuh.
Beda potensial dalam satuan SI memiliki lambang V
dengan satuan volt. Alat untuk mengukur beda potensial
disebut voltmeter. (Gambar 3.13). Alat ini dipasang di antara
dua titik pada sumber listrik atau peralatan listrik yang akan
Gambar 3.14
Voltmeter
Sumber: dokumentasi penulis
+
–
V
+
–
V
+
–
V
Terminal
positif
Terminal
negatif
Aliran
elektron
Aliran
listrik
Listrik
55
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
diukur beda potensialnya. (Gambar 3.14 (a)). Voltmeter dihubungkan dengan
rangkaian secara pararel dan sejajar dengan lampu. Di dalam diagram suatu
rangkaian, voltmeter ditandai dengan huruf V. (Gambar 3.14 (b)). Perlu
diperhatikan bahwa voltmeter mengukur beda potensial antara titik A dan
B, bukan potensial listriknya.
(a)
(b)
Gambar 3.15
Voltmeter mengukur beda potensial antara titik A dan B
Tujuan percobaan
:
siswa mampu membuat rangkaian listrik sesuai diagram,
siswa mampu menyelidiki hubungan antara arus listrik
dan beda potensial dalam suatu rangkaian listrik.
Alat dan Bahan
:
baterai, voltmeter, amperemeter, kabel, lampu
Langkah Percobaan
:
1. Susunlah alat seperti pada Gambar 3.15
2. Mula-mula gunakan satu baterai. Catat angka
yang ditunjukkan dalam amperemeter dan
voltmeter
3. Tambahkan satu baterai dan catat angka yang
ditunjukkan dalam amperemeter dan voltmeter!
4. Tambahkan kembali satu baterai dan catat angka
yang ditunjukkan dalam amperemeter dan
voltmeter!
5. Buatlah perbandingan antara kuat arus (
I
) dan
beda potensial dalam setiap pengamatan!
6. Buatlah grafik perbandingan antara nilai arus(
I
) pada sumbu x dan beda
potensial(
V
) pada sumbu y!
7. Buatlah kesimpulan dari percobaan yang kamu lakukan!
Hubungan Arus Listrik dan Beda Potensial
Percobaan 3.2
Gambar 3.16
Pengukuran
kuat arus dan beda potensial
Sumber: dokumentasi penulis
Sumber: dokumentasi penulis
Lampu
Baterai
Voltmeter
A
B
V
Lampu
Baterai
Voltmeter
A
B
Lampu
Baterai
Amperemeter
Voltmeter
A
B
V
A
Listrik
56
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
C.
Hambatan
Hubungan antara kuat arus listrik dan beda
potensial pertama kali dikemukakan oleh George
Simon Ohm, dan dikenal sebagai Hukum Ohm.
Menurut Ohm, nilai perbandingan antara beda
potensial dan arus yang mengalir merupakan suatu
nilai tetap yang disebut sebagai hambatan.
Hambatan atau resistensi memiliki lambang R.
Dalam satuan SI hambatan (
R
), dinyatakan dalam
satuan volt per ampere atau ohm dan disingkat
.
Dengan demikian Hukum Ohm dapat dituliskan
sebagai :
V
I
=
R
V
=
I R
Gambar 3.17
Perbandingan
V
dan
I
Suatu rangkaian memiliki tegangan 150 V dan kuat arus 3 A. Tentukan besar
hambatan dalam rangkaian tersebut !
Penyelesaian:
Diketahui :
V
= 150 V
I
= 3 A
Ditanyakan :
R
?
Jawab :
R
=
V
I
=
150V
3A
=
50
Hambatan dalam suatu rangkaian dapat disusun secara seri ataupun
pararel. Rangkaian hambatan seri adalah beberapa hambatan disusun
secara berurutan. (Gambar 3.17)
Gambar 3.18
Rangkaian hambatan seri
V
I
V
I
R
1
R
2
R
3
Keterangan :
V = beda potensial = beda tegangan (V)
I = kuat arus listrik (A)
R = Hambatan listrik (
)
Listrik
57
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Contoh soal
Pada rangkaian hambatan seri
R
1
,
R
2
,
R
3
, .... dapat diganti dengan
hambatan penganti
R
S
, dengan besar
R
S
ditentukan dengan rumus :
R
S
=
R
1
+
R
2
+
R
3
+ ....
Dengan
R
1
= 3
,
R
2
= 2
dan
R
3
= 5
. Tentukan hambatan
pengganti untuk rangkaian di samping !
Penyelesaian
:
R
S
=
R
1
+
R
2
+
R
3
= 3
+ 2
+ 5
= 10
Rangkaian hambatan dapat juga disusun pararel.
Pada hambatan pararel hambatan disusun berdam-
pingan dengan ujung hambatan satu berhubungan
dengan ujung hambatan lain. Perhatikan Gambar
3.18.
Hambatan pararel
R
1
,
R
2
dan
R
3
dapat digantikan
dengan hambatan penganti
R
p
. Besar
R
p
ditentukan
berdasarkan rumus :
Gambar 3.19
Hambatan pararel
1
p
R
=
1
2
3
1 1 1
R R R
Dengan
R
1
= 3
,
R
2
= 2
dan
R
3
= 5
. Tentukan
hambatan penganti untuk rangkaian di samping !
Penyelesaian
:
R
3
R
2
R
1
A
B
I
R
3
R
2
R
1
A
B
I
R
3
R
2
R
1
1
2
3
1 1 1 1
p
R R R R
1 1 1 1
3 2 5
p
R
1 21
30
p
R
1,03
p
R
Listrik
58
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Besar hambatan dalam suatu kawat penghantar bergantung pada jenis
kawat, panjang kawat dan luas penampang kawat. Hubungan antara
hambat jenis (
), panjang kawat (
l
) dan luas penampang kawat penghantar
tampak dalam persamaan berikut.
R
=
A
Contoh soal
Jika kabel listrik yang kita gunakan merupakan kabel tembaga yang mempunyai
hambat jenis 1,7
10
-8
m. Tentukanlah besar hambatan yang ditimbulkannya jika
kabel memiliki panjang 5 m dan luas penampang 1 mm
2
.
Penyelesaian:
Diketahui :
= 1,7
10
-8
m
l
= 5 m
A
= 1 mm
2
= (10
-3
m)
2
= 10
-6
m
2
Ditanyakan:
R
?
Jawab :
R
=
A
l
= 1,7
10
-8
m
6 2
5m
10 m
=
0,085
Hambat jenis (
) adalah suatu setiap bahan penghantar berbeda-beda
tergantung pada sifat bahan tersebut. Beberapa bahan mengikat elektronnya
dengan sangat kuat, sehingga elektronnya tidak dapat mengalir dengan baik
dari satu atom ke atom lain. Bahan seperti ini disebut isolator. Plastik, pakaian,
kaca dan udara yang kering adalah isolator yang baik. Beberapa bahan sangat
mudah melepaskan elektronnya, dan disebut sebagai konduktor. Logam pada
umumnya merupakan konduktor yang baik.
Keterangan :
R = Hambatan listrik (
)
= hambat jenis kawat (
m)
= panjang kawat (m)
A = Luas penampang kawat (m2)
Berdasarkan persamaan tampak bahwa jika kita menggunakan kawat
penghantar yang panjang akan membuat nilai hambatan membesar,
sedangkan jika luas penampang membesar atau digunakan kabel dengan
diameter kawat yang besar dan bukan berbentuk serabut maka hambatannya
akan mengecil.
Listrik
59
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Hambat Jenis (
m)
1,2
10
-8
1,6
10
-8
1,7
10
-8
2,4
10
-8
2,6
10
-8
11,0
10
-8
21
10
-8
98,0
10
-8
100
10
-8
3,5
10
-5
0,5
1,0
10
3
10
10
– 10
14
10
13
– 10
16
Zat
besi
perak
tembaga
emas
alumunium
platina
timbal
raksa
nikrom
karbon
germanium
tembaga(I)oksida
kaca
karet
Konduktor
Semikonduktor
Isolator
DAYA
HANTAR
MENINGKAT
Tujuan percobaan
: siswa mampu membedakan bahan isolator dan bahan konduktor.
Alat dan Bahan
:
baterai, kabel, karet, plastik, kertas, lampu, tembaga, besi,
kuningan, saklar.
Langkah Percobaan
:
1. Susunlah alat seperti pada Gambar 3.19.
2. Letakan lempengan tembaga pada titik A, dan
tekan saklar. Amati bagaimna nyala lampu pada
rangkaian. Catat !
3. Ulangi secara berurutan untuk plastik, kuningan,
kaca, besi dan karet!
4. Catat semua data pengamatanmu dan buatlah
kesimpulan!
Konduktor dan Isolator
Percobaan 3.3
Gambar 3.20
Penentuan
konduktor dan isolator
Sumber: dokumentasi penulis
A
Lampu
Tabel 3.1
Hambat jenis zat
Listrik
60
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Rangkaian listrik yang sering kita biasanya
bercabang-cabang. Bagaimana arus listrik dalam
suatu rangkaian listrik yang bercabang. Jawaban
masalah
ini dikemukakan oleh Gustav Kirchoff dan
dikenal dengan Hukum Kirchoff I.
Hukum Kirchoff I menyatakan bahwa jumlah
arus yang masuk dalam percabangan sama dengan
arus yang keluar di titik percabangan tersebut.
I
masuk
=
I
keluar
I
a
=
I
b
+
I
c
+
I
d
Jika diketahui
I
= 11 A,
I
p
= 3 A, dan
I
r
= 4 A. Berapakah
nilai
I
q
dalam rangkaian di samping.
Penyelesaian:
Diketahui :
I
= 11 A,
I
p
= 3 A, dan
I
r
= 4 A
Ditanyakan :
I
q
?
Jawab :
I
masuk
=
I
keluar
I
=
I
p
+
I
q
+
I
r
11 A
= 3 +
I
q
+ 4 A
I
q
= 11 A – 7 A
=
4 A
Bagaimana dengan beda potensial dalam percabangan rangkaian lsitrik?
Gambar 3.21
rangkaian bercabang
I
I
p
I
q
I
r
I
I
p
I
q
I
r
A
B
I
a
I
b
I
c
I
d
Bagaimana beda potensial jika sumber tegangan disusun seri ?
Beda potensial seperti yang sebelumnya merupakan
perbedaan potensial antara dua titik dan diukur dengan
pemasangan alat secara pararel.
Hal itu menunjuk
-
kan pada percabangan selama berada
pada dua titik
yang sama akan memiliki beda potensial
yang sama.
Perhatikan Gambar 3.20. Beda potensial pada
cabang yang dilewati arus
I
p
adalah
V
AB
, yang
dilewati arus
I
q
dan
I
r
pun adalah
V
AB
.
Vab = V1 + V2 +V3
V1
V2
V3
a
b
Listrik
61
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Latihan 3.2
1. Apa yang dimaksud dengan arus listrik, beda potensial dan hambatan!
Bagaimana ketiganya dihubungkan ?
2. Berdasarkan data hasil pengamatan berikut.
Tentukan:
a. grafik
V
/
I
b. nilai
R
3. Kelompokkan bahan-bahan berikut kedalam konduktor, isolator, dan semi-
konduktor!
kertas
tembaga
plastik
germanium
karbon
besi
karet
kayu
perak
emas
1,2
0,5
Beda potensial (
V
)
Kuat arus (
I
)
1,8
0,75
2,4
1,5
3,6
1,5
4. Berapakah nilai
I
a
pada percabangan arus
listrik sesuai gambar di samping.
jika nilai
I
b
= 5 A,
I
c
= 6 A, dan
I
d
2 A!
5. Hitunglah besarnya hambatan pengganti rangkaian listrik berikut.
(a)
(b)
3.3
Sumber Arus listrik
Pada listrik dinamis, aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian
berasal dari suatu sumber arus listrik. Sumber arus listrik dapat berupa sumber
arus searah atau
Direct Current
(DC) dan sumber arus bolak balik atau
Alternating Current
(AC).
Sumber arus listrik dapat berupa sel volta, elemen kering,
accumulator
atau generator pembangkit listrik. Alat ini berguna untuk menjaga agar
potensial pada ujung kawat yang satu selalu lebih tinggi daripada potensial
pada ujung kawat yang lain sehingga muatan listrik tetap mengalir.
R
3
= 8
R
2
= 6
R
1
= 4
R
3
= 8
R
2
= 6
R
1
= 4
A
B
I
I
a
I
b
I
c
I
d
Listrik
62
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Sel volta berupa alat yang terdiri dari wadah
berisi larutan elektrolit dan sepasang elektroda. Bila
digunakan elektroda seng dan tembaga, maka seng
menjadi elektroda negatif dan tembaga menjadi
elektroda positif. Aliran lsitrik akan mengalir melalui
kawat penghantar yang dihubungkan pada kedua
elektroda. Beda potensial antara kedua elektroda
biasanya memiliki beda potensial 1,5 V.
Gambar 3.22
Sel Volta
http://en.wikipedia.org/
Gambar 3.23
Baterai
Elemen kering adalah bentuk sel volta yang kita kenal sebagai baterai.
Elemen kering terdiri dari wadah seng yang berisi pasta ammonium klorida
dan mangan dioksida. Di tengah-tengah elemen terdapat batang karbon yang
bagian atasnya ditutupi sejenis logam seperti kuningan. Elektroda karbon
berfungsi sebagai kutub positif sedangkan wadah seng sebagai kutub negatif.
Beda potensial antara kutub positif dan negatif memiliki perbedaan potensial
sekitar 1,5 V.
Accumulator
atau kita kenal sebagai aki, merupakan bentuk sel volta yang
berupa bak kecil dari plastik. Bak tersebut berisi larutan elektrolit yaitu asam
sulfat encer. Kutub positif aki adalah timbal peroksida sedangkan kutub
negatifnya adalah timbal. Beda potensial antara kedua kutub sekitar 6 volt
atau 9 volt.
(a)
(b)
Gambar 3.24
(a)
accumulator
(b) penyetruman accumulator
Sumber: dokumentasi penulis
Sumber: dokumentasi penulis
kuningan
ammonium
klorida
mangan dioksida
batang karbon
bungkus seng
( – )
( + )
Seng
Tembaga
Larutan
seng
Larutan
tembaga
Timbal
peroksida
Timbal
Larutan
asam
sulfat
Listrik
63
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Accumulator
merupakan sumber tegangan yang dapat digunakan kembali
setelah habis dengan cara disetrum. Ketika aki mengalirkan listrik terjadi
perubahan energi kimia menjadi energi listrik,sedangkan saat disetrum
sebaliknya energi listrik menjadi energi kimia.
Saat sumber arus listrik dipasangkan dalam suatu rangkaian listrik maka
beda potensial diantara kedua kutub akan menyebabkan listrik mengalir
dan lampu pun akan menyala Gambar 3. 24.
(a)
(b)
Gambar 3.25
Sumber arus listrik dalam rangkaian
sumber : http://www.can-do.com/uci/
Rangkaian lsitrik pada Gambar 3.24(a) dapat disederhanakan menjadi
diagram rangkaian listrik seperti Gambar 3.24(b). Sumber tegangan listrik
seperti pada diagram digambarkan dengan tanda
. Bagian yang tinggi
menyatakan kutub positif, sedangkan bagian yang rendah menyatakan
kutub negatif dari sumber tegangan listrik. Diagram sumber tegangan bisa
dibalik menjadi
, tetapi bagian yang tinggi tetap menyatakan kutub
positif dan yang rendah kutub negatif. Kutub positif memiliki potensial
yang lebih tinggi daripada kutub negatif.
Pada saat rangkaian tertutup, sumber arus mengalirkan arus listrik.
Beda potensial antara kutub-kutub sumber arus pada rangkaian tertutup
disebut tegangan jepit. Tegangan jepit dinyatakan dengan simbol
V
.
Pada suatu rangkaian terbuka, sumber arus listrik tidak mengalirkan arus
listrik. Beda potensial antar kutub-kutub sumber arus pada rangkaian terbuka
tersebut disebut sebagai gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik dilambangkan
dengan
, satuan GGL adalah volt
V
.
Di dalam baterai arus mengalir dari kutub negatif ke kutub positif dan
dalam rangkaian listrik arus mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.
GGL adalah tegangan kutub-kutub baterai ketika tidak memberikan arus.
Pada suatu rangkaian tertutup sumber arus mengalirkan arus listrik. Beda
potensial antara kutub-kutub sumber arus pada rangkaian tertutup disebut
tegangan jepit.
Tegangan jepit adalah tegangan ketika baterai sedang
mengalirkan arus. Tegangan jepit dilambangkan dengan V. Angka yang
ditunjukkan pada tulisan pada suatu baterai menunjukkan GGL, sedangkan
yang terukur oleh voltmeter adalah tegangan jepit.
Lampu
Baterai
I
Listrik
64
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Baterai atau sumber tegangan dapat dipasangkan secara seri terhadap
rangkaian. Pada pemasangan secara seri kutub negatif baterai yang pertama
dihubungkan dengan kutub positif baterai berikutnya (Gambar 3.25(a)).
Pemasangan dua baterai secara seri ini menghasilkan nyala lampu yang lebih
terang dibanding dengan satu lampu.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3.26
Penyusunan seri (a) dua baterai (b) kutub searah (c) kutub berlawanan
Untuk elemen yang dihubungkan seri, besar GGL totalnya (
T
) merupakan
jumlah dari GGL setiap elemen. (Gambar 3.25 (b)).
T
=
1
+
2
Apabila elemen disusun seri dengan cara menggabungkan dua kutub yang
muatannya sama(Gambar 3.25 (c)), maka GGL totalnya merupakan jumlah
total dengan kutub yang berlawanan posisi berlambang negatif, sehingga
T
=
1
–
2
Hitunglah GGL pada rangkaian di samping.
Jawab :
T
=
1
+
2
= 3 V + 3 V
=
6 V
Pemasangan baterai atau sumber tegangan dapat juga secara pararel
(Gambar 3.26(a)). Tetapi, nyala lampu kurang terang dibandingkan nyala
lampu pada susunan baterai secara seri. (Gambar 3.25). Nyala lampu untuk
susunan yang kedua ini sama terangnya bila menggunakan hanya 1 baterai.
Sumber: dokumentasi penulis
T
1
2
T
1
2
T
2
= 3 V
1
= 3 V
Listrik
65
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Untuk elemen listrik yang dihubungkan secara pararel, kutub-kutub
senama elemen itu dihubungkan satu sama lain menjadi satu, maka beda
potensial antara kutub positif dan kutub negatif baterai sama dengan beda
potensial antara kutub positif dan kutub negatif masing-masing elemen.
Jadi , GGL baterai sama dengan GGL masing-masing.
T
=
1
=
2
(a)
(b)
Gambar 3.27
Penyusunan pararel dua baterai
Tentukan GGL pada rangkaian dengan seperti gambar di
samping!
Penyelesaian
:
T
=
1
=
2
T
=
3 V
Sumber tegangan listrik menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan
oleh sumber tegangan bergantung pada banyaknya muatan listrik yang
berpindah. Makin banyak muatan listrik yang berpindah, makin banyak
energi yang dihasilkan sumber tegangan listrik. Cara pengukuran tegangan
dari sumber tegangan tampak pada Gambar 3.27.
Gambar 3.28
Cara pengukuran tegangan sumber
Sumber: dokumentasi penulis
2
1
T
2
= 3 V
1
= 3 V
T
Lampu
V
Sumber
tegangan
A
B
Lampu
A
B
Voltmeter
Listrik
66
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Menurut hukum Ohm kuat arus pada rangkaian tertutup besarnya ber-
banding lurus dengan GGL sumber dan berbanding terbalik dengan hambatan
seluruh rangkaian
I
=
R r
Bentuk lain persamaan dapat dinyatakan sebagai
=
I
(
R
+
r
) =
I
R
+
I r
karena
I R
=
V
, maka
=
V
+
I r
Dalam hal ini
V
= tegangan jepit (volt), yaitu beda potensial yang terdapat
antara titik A dan titik B, ketika ada arus mengalir. Dari persamaan itu tampak
bahwa tegangan jepit lebih kecil dari GGL.
Jika sebuah sumber tegangan dengan GGL 2,4 V dan hambatan dalam 0,1
dihubungkan dengan penghantar yang hambatannya 0,5
. Tentukanlah :
a. kuat arus (
I
)
b. tegangan jepit (
V
) dalam rangkaian
c. tegangan jepit (
V
) dalam sumber
Penyelesaian
:
Diketahui :
= 2,4 V
r
= 0,1
dan
R
= 0,5
.
Ditanyakan :
a.
I
b.
V
rangkaian
c.
V
sumber
Jawab :
a.
I
=
R r
=
2 4V
0 5 0 1
,
,
,
=
4 A
b.
V
r
=
I R
= 4 A
0,5
=
2 V
c.
V
s
=
I r
= 4 A
0,1
=
0,4 V
Listrik
67
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Jika hambatan dalam rangkaian merupakan rangkaian bercabang dengan
hambatan pararel, maka dalam penyelesaian permasalahannya diterapkan
pula hukum Ohm dan hukum Kirchoff.
Untuk rangkaian dengan gambar di samping, tentukanlah:
a. hambatan total
b. kuat arus total
c. tegangan jepit
Penyelesaian:
Diketahui:
R
1
= 6
,
R
2
= 9
,
r
= 2
dan
= 4 V
Ditanyakan:
a.
R
p
b.
I
c.
V
Jawab :
a.
1
p
R
=
1
2
1 1
R R
=
1 1
6 9
=
3 2
18
R
p
=
18
5
b.
I
=
R r
I
=
4V
18
2
5
=
4V
28
5
=
A
5
7
c.
V
=
I R
=
5
A
7
18
5
=
18
7
V
R
2
= 9
R
1
= 6
1
= 4
r
= 2
A
B
I
Listrik
68
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Latihan 3.3
Tujuan percobaan
:
siswa mampu menyusun rangkaian berdasarkan diagram
rangkaian,
siswa mapu melakukan pengukuran tegangan sumber dan
tegangan jepit.
Alat dan Bahan
:
baterai, kabel, voltmeter, lampu
Langkah Percobaan
:
Tegangan Sumber dan Tegangan Jepit
Percobaan 3.4
1. Susunlah rangkaian seperti diagram pada
Gambar 3.28!
2. Baca angka pada voltmeter dan tentukan
GGL baterai!
3. Kemudian buat rangkaian lsitrik berdasarkan
diagram pada Gambar 3.29!
4. Baca angka yang ditunjukkan pada voltmeter
dan tentukan tegangan jepit rangkaian!
5. Buat kesimpulan dari hasil percobaanmu !
Gambar 3.29
pengukuran GGL
Gambar 3.30
pengukuran tegangan
jepit!
1. Jelaskan apa yang dimaksud pengertian GGL
(Gaya Gerak Listrik)!
2. Sebutkan beberapa sumber arus listrik ? dan
bagaimana cara kerjanya dalam menghasilkan
arus listrik !
3. Tentukan GGL pada rangkaian dengan seperti
gambar di samping!
Bagaimana jika elemen listriknya, berada pada
posisi dimana kutub negatif dan positifnya
dibalik dari posisi semula? Apakah nilai GGL
akan berubah? Jelaskan!
V
V
A
B
T
1
= 5 V
3
= 3 V
2
= 3 V
Listrik
69
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
4. Jika sebuah sumber tegangan dengan GGL 36 V dan hambatan dalam 1,5
dihubungkan dengan penghantar yang hambatannya 7,5
. Tentukanlah:
a. kuat arus (
I
),
b. tegangan jepit (
V
) dalam rangkaian, dan
c. tegangan jepit (
V
) dalam sumber!
5. Untuk rangkaian dengan gambar di samping
tentukanlah !
a. hambatan total,
b. kuat arus total,
c. kuat arus
R
1
dan
R
2
, dan
d. tegangan jepit!
3.4
Energi dan Daya Listrik
Energi listrik adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan
dari titik yang berpotensial tinggi ke titik yang berpotensial rendah. Besar
energi untuk memindahkan muatan tersebut sama dengan perkalian antara
muatan dengan beda potensial antara ke dua titik.
W
=
q
V
Beda potensial antara dua titik pada kawat penghantar sebesar 3 Volt. Tentukan
energi listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 20 C diantara
dua titik tersebut !
Penyelesaian:
Diketahui :
V
= 3 V
q
= 20 C
Ditanyakan:
W ?
Jawab:
W
=
q V
= 3 V
20 C
=
60 J
R
3
= 9
R
1
= 3
r
= 4
A
B
I
1
= 5
R
2
= 6
Listrik
70
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Energi listrik dapat diubah menjadi energi lain, misalnya energi panas,
energi gerak dan energi cahaya. Saat lampu menyala maka itu menujukkan
adanya perubahan dari energi listrik ke energi cahaya dan panas.
Gambar 3.31
Diagram rangkaian listrik
Berdasarkan percobaan James Joule, energi panas yang dihasilkan energi
listrik berbanding lurus dengan beda potensial, kuat arus dan lama waktu
mengalir. Sehingga dalam rangkaian listrik (Gambar 3.30), besarnya energi
listrik dapat dirumuskan sebagai
W
=
V I t
Dengan
W
= energi listrik (J)
V
= beda potensial(V)
I
= kuat arus (A)
t
= waktu (s)
Satuan energi listrik adalah joule dan bila hendak diubah dalam kalori,
maka kita dapat menggunakan konversi 1 joule = 0,24 kalori.
Sebuah rangkaian listrik memiliki tegangan 125 V. Bila kedalam rangkaian dialirkan
arus sebesar 0,5 ampere berapa kalori energi listrik yang digunakan selama 1 jam ?
Penyelesaian:
Diketahui :
V
= 125 V
I
= 0,5 A
t
= 1 jam = 3600 s
Ditanyakan :
W
(kalori)?
Jawab :
W
=
V I t
= 125 V
0,5 A
3600 s
= 225 000 J
= 225 000 J
0,24 kal/J =
5400 kalori
R
A
I
B
Listrik
71
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Berdasarkan hukum Ohm, tegangan dapat dinyatakan sebagai
V
=
I R
,
maka persamaan
W
=
V I t
dapat dituliskan sebagai
W
=
I
2
R t
Berapa panas yang ditimbulkan dalam kawat penghantar 15 ohm bila dialiri listrik
3 A selama 30 menit ?
Penyelesaian:
Diketahui :
R
= 15 ohm
I
= 3 A
T
= 30 menit
= 30
60 = 1800 s
Ditanyakan :
W
?
Jawab :
W
=
I
2
R t
= (3 A)
2
15
1800 s
= 243 000 J
=
243 kJ
Energi listrik dapat berubah menjadi energi lain seperti energi gerak,
energi cahaya, energi suara, energi kimia dan energi panas. Perubahan energi
listrik menjadi energi gerak tampak pada alat seperti kipas angin, mixer atau
blender. Perubahan menjadi energi cahaya tampak pada lampu, atau televisi.
Perubahan menjadi energi suara tampak pada alat seperti bel listrik, radio
atau televisi, sedangkan perubahan menjadi energi kimia digunakan saat
penyetruman
accumulator
. Perubahan energi listrik menjadi energi panas
digunakan dalam beberap alat pemanas seperti setrika listrik atau pemanas
nasi dan pemanas air (Gambar 3. 31c ).
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. 32
(a) setrika listrik (b) pemanas listrik (c) pemanas air
Sumber: dokumentasi penulis
Listrik
72
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Bagian alat yang berfungsi merubah semua energi listrik yang masuk
dalam alat menjadi energi panas disebut elemen pemanas.
Saat membeli lampu, biasanya penjual akan bertanya lampu yang berapa
watt? Watt adalah satuan dari daya listrik. Apa sebenarnya daya listrik? Daya
listrik adalah besarnya energi listrik yang digunakan setiap detik. Besarnya
daya listrik dinyatakan dalam persamaan:
P
=
W
t
Dengan:
P
= daya listrik (watt)
W
= energi listrik (J)
t
= waktu (s)
Berapa energi listrik yang digunakan jika kita menyetrika dengan setrika berdaya
360 watt selama 1 jam?
Penyelesaian:
Diketahui :
P
= 360 watt
t
= 1 jam
= 3600 s
Ditanyakan :
W
?
Jawab:
P
=
W
t
360 watt
=
3600
W
s
W = 360
3600
= 1296000 J
=
1296 kJ
Berdasarkan rumus energi listrik
W
=
V I t
, maka daya listrik dapat ditulis-
kan sebagai
P
=
W
t
=
VI t
t
=
V I
Listrik
73
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Contoh soal
Sa at membeli lampu terdapat tulisan 220 V/10 W. Berapa arus listrik yang digunakan
oleh lampu tersebut ?
Penyelesaian
:
Diketahui :
P
= 10 W
V
= 220
Ditanyakan :
I
?
Jawab :
P
=
V I
10 = 220
I
I
=
10
220
=
0,045 A
Pembayaran rekening listrik ke PLN berdasarkan energi listrik yang
digunakan selama waktu tertentu. Besarnya energi listrik yang dipakai
dinyatakan dalam kilowatt-jam(kWh). Meteran listrik di rumah kita
menunjukkan banyaknya energi listrik yang digunakan dalam satuan kWh.
Jika pada tanggal 10 Juni meteran listrik rumah kita menunjukkan angka
13084 kWh, kemudian pada tanggal 10 Juli 13177 kWh, maka kita sudah
menggunakan 93 kWh. Jika kita ubah dalam satuan Joule, maka
1 Ws
= 1 J
1 kWs
= 1000 J
1 kWh
= 1000 J
3600
= 3 600 000 J
maka jika 93 kWh, berarti selama 1 bulan kita sudah menggunakan energi
sebanyak:
93 kWh
= 93
3 600 000
= 334800000 J
Oleh sebab itu, kita harus menghemat penggunaan listrik karena listrik yang
kita gunakan berasal dari pembakaran minyak bumi yang semakin lama
semakin menipis dan mahal.
Contoh soal
Jika setiap malam kita menyalakan 5 buah lampu berdaya 10 watt selama 12 jam.
Dan pembayaran listrik per kWh adalah Rp250. Berapakah pembayaran listrik yang
harus dikeluarkan selama 1 bulan(30 hari) ?
Listrik
74
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Penyelesaian
:
Diketahui :
jumlah lampu
= 5
P
= 10 watt
t
= 12 jam /hari x 30 hari
W
= 5
P
t
= 5
10
12 jam /hari
30 hari
= 18000 Wh
= 18 kWh
Pembayaran listrik
= 18 kWh
Rp250
=
Rp4500
Jika hanya untuk 5 buah lampu dengan daya 10 watt saja kita sudah
mengeluarkan cukup banyak, bagaimana jika setiap hari kita selalu menyalakan
listrik lampu selama 24 jam, belum lagi kita menyalakan televisi, lalu main
game
dengan komputer, kemudian ibu kamu memasak dengan
rice cooker
,
mencuci dengan mesin cuci dan menyetrika. Belum lagi setiap hari kita
menyalakan pompa listrik untuk keperluan mandi, cuci piring, cuci mobil
dan cuci pakaian. Berapa banyak uang yang harus dikeluarkan.
Selain itu perlu kalian ketahui listrik yang kita gunakan sebenarnya
pembayarannya biayanya lebih tinggi dari yang kita gunakan, karena listrik
ini diberi subsidi dari pemerintah.
Belum lagi untuk me
nyalakan listrik kita
menggunakan bahan bakar yang hampir habis. Andaikan kita bersikap hemat
terhadap listrik maka uang untuk subsidi listrik tentu bisa pemerintah gunakan
untuk keperluan lain seperti membangun rumah sakit, membangun sekolah,
atau pun membantu masyarakat miskin terutama yang sedang dilanda
musibah. Oleh karena itu mulai saat ini mari kita menghemat listrik. Beritahu
ayah, ibu, kakak atau saudaramu yang lain untuk mulai menghemat listrik
sebelum kita tak mampu lagi menyalakan listrik karena habisnya bahan bakar
atau karena mahalnya biaya operasional PLN.
Latihan 3.4
1. Sebuah rangkaian lsitrik memiliki tegangan 220 V. Bila ke dalam rangkaian
dialirkan arus sebesar 2 ampere berapa kalori energi listrik yang digunakan selama
10 menit ?
2. Berapa panas yang ditimbulkan dalam kawat penghantar 5 ohm bila dialiri listrik
2 A selama 1,5 jam ?
3. Berapa energi listrik yang digunakan jika kita mencuci dengan mesin cuci berdaya
180 watt selama 15 menit ?
Listrik
75
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
R a n g k u m a n
4. Saat membeli setrika tulisan 220 V/300 W. Berapa hambatan listrik yang digunakan
oleh setrika tersebut ?
5. Jika setiap hari di rumah mu dinyalakan televisi dengan daya 63 watt selama 18 jam,
kemudian kamu bermain game dalam komputer dengan daya 102 watt selama
3 jam, lalu ibumu menyetrika dengan setrika berdaya 360 watt selama 30 menit .
Berapa uang yang harus dibayarkan untuk pemakaian selama 30 hari?
Listrik statis terjadi karena adanya pemindahan muatan dari suatu benda ke benda
lain. Pemindahan muatan dapat dilakukan dengan cara mengosokan benda.
Muatan negatif dan muatan positif akan saling tarik menarik, sedangkan muatan
yang sama positif dan positif atau negatif dan negatif akan tolak menolak.
Hukum Coulomb menyatakan bahwa gaya listrik antara dua benda bermuatan
sebanding dengan masing-masing muatan benda dan berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak dua muatan tersebut. Dirumuskan sebagai :
F
=
1 2
2
q q
k
r
Listrik dinamis merupakan listrik yang timbul akibat adanya sifat elektron yang
mudah berpindah-pindah dimanfaatkan melalui suatu penghantar (konduktor).
Arus listrik merupakan besaran yang menunjukkan banyaknya muatan yang
dilewatkan persatuan waktu. Dilambangkan dengan
I
dan satuan ampere.
I
=
q
t
Amperemeter
adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik yang mengalir dalam
suatu rangkaian.
Arus listrik hanya terjadi dalam suatu rangkaian tertutup.
Rangkaian tertutup
adalah rangkaian yang tidak memiliki ujung pangkal.
Beda potensial dapat didefinisikan sebagai selisih potensial antara dua titik
dalam suatu penghantar dilambangkan dengan
V
dan satuan volt.
Alat ukur beda potensial listrik adalah voltmeter.
Hambatan atau resistensi memiliki lambang
R
merupakan nilai perbandingan
antara beda potensial dan arus yang mengalir .
R
=
V
I
Hambatan dalam suatu rangkaian dapat disusun secara seri ataupun pararel.
Hambatan seri dapat diganti dengan hambatan peng
ganti dengan ketentuan :
R
S
=
R
1
+
R
2
+
R
3
+ ....
Listrik
76
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Hambatan seri dapat diganti dengan hambatan penganti dengan ketentuan :
1
2
3
1 1 1 1
p
R R R R
Besar hambatan dalam suatu kawat penghantar bergantung pada jenis kawat,
panjang kawat dan luas penampang kawat. Hubungan antara hambatan
jenis (
), panjang kawat (
l
) dan luas penampang kawat penghantar tampak
dalam persamaan berikut :
R
A
l
Bahan yang mengikat elektronnya dengan sangat kuat disebut isolator. Plastik,
pakaian, kaca dan udara yang kering adalah isolator yang baik. Bahan sangat
mudah melepaskan elektronnya, dan disebut sebagai konduktor. Logam pada
umumnya merupakan konduktor yang baik.
Hukum Kirchoff I menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk dalam percabangan
sama dengan arus yang keluar di titik percabangan tersebut.
I
masuk
=
I
keluar
Sumber arus listrik dapat berupa sel volta, elemen kering,
accumulator
atau
generator pembangkit lsitrik. Alat ini berguna untuk menjaga agar potensial
pada ujung kawat yang satu selalu lebih tinggi daripada potensial pada ujung
kawat yang lain sehingga muatan listrik tetap mengalir.
Pada suatu rangkaian terbuka, sumber arus listrik tidak mengalirkan arus listrik.
Beda potensial antar kutub-kutub sumber arus pada rangkaian terbuka tersebut
disebut sebagai gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik dilambangkan dengan
,
satuan GGL adalah volt V.
Menurut hukum Ohm kuat arus pada rangkaian tertutup besarnya berbanding
lurus dengan GGL sumber dan berbanding terbalik dengan hambatan seluruh
rangkaian.
I
R r
Energi listrik dapat diubah menjadi energi lain seperti energi cahaya dalam
lampu, energi panas dalam setrika, energi suara dalam radio, energi gerak dalam
kipas angin, energi kimia dalam penyetruman
accumulator
.
Energi listrik adalah energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari
titik yang berpotensial tinggi ke titik yang berpotensial rendah Energi listrik
dalam rangkaian dirumuskan sebagai :
W
=
V I t
Listrik
77
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
Daya listrik adalah besarnya energi lsitrik yang digunakan setiap detik. Besarnya
daya listrik dinyatakan dalam persamaan
W
P
t
Berilah tanda silang (
) pada huruf A, B, C, atau D di depan jawaban yang benar!
1. Sepotong kaca yang digosok dengan kain sutra dapat bermuatan listrik, karena
adanya perpindahan ....
A. elektron
D. inti atom
B. proton
E. kulit atom
C. neutron
2. Untuk memindahkan 24 coulomb muatan listrik diperlukan energi 120 joule.
Berapakah beda potensial sumber tegangan itu ?
A. 0,2 V
D. 5,0 V
B. 0,5 V
E. 6,0 V
C. 2,0 V
3. Partikel atom yang tidak bermuatan atau netral disebut ....
A. proton
D. nukleon
B. elektron
E. neuron
C. netron
Uji Kompetensi
Setelah mempelajari bab Listrik, apa manfaat yang kamu rasakan? Adakah
hubungannya dalam kehidupanmu sehari-hari? Tulislah beberapa sumber arus
listrik yang kamu ketahui! Apa perbedaan rangkaian lampu yang disusun seri dan
paralel? Dalam mempelajari bab ini, bagian manakah yang paling kamu sukai?
Berikan alasanmu. Bagian mana yang belum kamu kuasai? Tuliskan bagian-bagian
yang belum kamu kuasai beserta alasannya, kemudian diskusikan dengan guru
fisikamu.
Refleksi
Listrik
78
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
4. Atom yang netral memiliki jumlah proton ....
A. lebih kecil daripada jumlah elektron
B. sama dengan jumlah elektron
C. lebih besar daripada jumlah elektron
D. lebih kecil dengan jumlah neutron
E. lebih besar daripada jumlah neutron
5. Daerah dimana ada pengaruh gaya listrik disebut ....
A. daya listrik
D. medan listrik
B. potensial listrik
E. energi listrik
C. gaya gerak listrik
6. Dua partikel berikut yang akan tolak-menolak bila didekatkan satu sama lain
adalah ....
A. elektron dengan proton
D. proton dengan proton
B. neutron dengan proton
E. elektron dengan inti atom
C. elektron dengan neutron
7. Dua benda masing-masing bermuatan listrik sebesar + 4C dan +8 C. Kedua
benda dipisahkan pada jarak 4 cm. Jika nilai
k
= 9
10
9
Nm
2
/C
2
. Gaya tolak-
menolak antara kedua benda sama dengan ....
A. 1,8
10
13
N
D. 6,75
10
14
N
B. 6,75
10
13
N
E. 8,9
10
13
N
C. 1,8
10
14
N
8. Untuk memindahkan 10 coulomb muatan listrik dari A ke B diperlukan energi
50 joule. Beda potensial antara A dan B adalah ....
A. 0,2 volt
D. 50 volt
B. 2,0 volt
E. 500 volt
C. 5,0 volt
9. Gaya antara dua muatan listrik sebanding dengan besar masing-masing muatan
dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan itu dikenal
dengan hukum ....
A. Newton
D. Coulomb
B. Oersted
E. Ohm
C. Kirrchoff
10. Dua benda P dan Q masing-masing bermuatan +6
10
-7
C dan -4
10
-8
C,
dipisahkan pada jarak 0,02 m. Jika
k
= 9
10
9
Nm
2
/C
2
gaya tarik-menarik
antara kedua benda itu adalah ....
A. 0,0054 N
D. 5,4 N
B. 0,054 N
E. 54 N
C. 0,54 N
Listrik
79
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
11. Suatu rangkaian listrik memiliki arus listrik 8,0 A. Besar muatan yang
dipindahkan rangkaian tersebut dalam 1 jam adalah ....
A. 8,0 C
D. 2880 C
B. 48 C
E. 28800 C
C. 480 C
12. Rangkaian listrik dengan tegangan 24 V dan kuat arus 6 A memiliki hambatan
sebesar ....
A. 0,25
D. 40
B. 2,5
E. 144
C. 4,0
13 Hambatan pengganti untuk rangkaian di samping sebesar ....
A. 12/13
B. 13/12
C. 9
D. 11
E. 24
14. Kabel listrik sepanjang 2 m yang terbuat dari tembaga (hambat jenis 1,7
10
-8
m),
memiliki luas penampang 1 mm
2
. Hambatan yang dimiliki kabel tersebut sebesar ....
A. 3,4 x 10
-2
D. 3,4 x 10
-3
B. 8,5 x 10
-2
E. 8,5 x 10
-3
C. 1,18 x 10
-2
15. Hambatan pengganti untuk rangkaian di samping sebesar ....
A. 12/13
B. 13/12
C. 11
D. 12
E. 24
16. Sumber tegangan dengan GGL 12 V, hambatan dalam 0,1
dan hambatan
penghantar 0,5
. Akan memiliki kuat arus dalam rangkaian sebesar ....
A. 1,2 A
D. 12 A
B. 4,8 A
E. 20 A
C. 6,0 A
17. Rangkaian listrik dengan tegangan 220 V mengalirkan arus sebesar 2 ampere.
Besar energi listrik yang digunakan selama 1 menit adalah ....
A. 110 joule
D. 26400 joule
B. 220 joule
E. 1584000 joule
C. 440 joule
R
3
= 2
R
2
= 3
R
1
= 4
A
B
I
R
3
= 2
R
2
= 3
R
1
= 4
Listrik
80
Ilmu Pengetahuan Alam untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX
18. Pada mesin cuci yang baru dibeli Vita,tercantum tulisan 220 V/180 W. Besar
arus listrik yang digunakan mesin cuci saat beropersi adalah ....
A. 0,82 A
D. 2,20 A
B. 1,22 A
E. 40 A
C. 1,80 A
19. Panas yang ditimbulkan dalam kawat penghantar 4 ohm bila dialiri listrik 2 A
selama 30 menit adalah ....
A. 240 joule
B. 480 joule
C. 14400 joule
D. 28800 joule
E. 57600 joule
20. Jika setiap hari dirumahmu dinyalakan 6 buah lampu 10 watt selama 10 jam,
lalu televisi berdaya 63 watt kamu tonton 12 jam dan ibumu menyetrika dengan
setrika berdaya 360 watt selama 30 menit. Jika biaya pembayaran listrik Rp250
per kWh, berapa uang yang harus dibayarkan untuk pemakaian selama 30
hari ?
A. Rp11.520
B. Rp259000
C. Rp384.000
D. Rp7.770.000
E. Rp11.520.000