Halaman
Listrik Dinamis
127
LISTRIK DINAMIS
Bab 8
Elektron yang bergerak dapat dimanfaatkan untuk
keperluan hidup manusia, di antaranya untuk penerang-
an. Makin banyak elektron yang melewati filamen
lampu pijar, makin terang cahaya yang dihasilkan. Saat
ini gerak elektron tidak hanya dimanfaatkan untuk
penerangan.
Fenomena gerakan elektron itu akan kamu pelajari
pada bab ini. Pada bab ini kamu akan mempelajari hal-
hal yang berkaitan dengan listrik dinamis dan pene-
rapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pretest
1. Sebutkan faktor-faktor yang memengaruhi besar hambatan
kawat penghantar.
2. Apakah yang dimaksud konduktor, isolator, dan semikonduktor?
3. Apakah fungsi rangkaian hambatan seri dan rangkaian hambatan
paralel?
Kata-Kata Kunci
– arus elektron
– Hukum Ohm
– arus listrik
– konduktivitas listrik
– beda potensial
– rangkaian paralel
– hambatan jenis
– rangkaian seri
– Hukum I Kirchoff
Sumber:
Jendela Iptek
, 2001
128
Mari BIAS 3
Listrik Dinamis
129
Listrik statis dan listrik dinamis sama-sama mempelajari
tentang muatan-muatan listrik pada suatu benda. Hanya bedanya
pada listrik statis khusus mempelajari tentang muatan-muatan listrik
dalam keadaan diam pada suatu benda. Adapun, pada listrik dinamis
khusus mempelajari tentang muatan-muatan listrik (elektron) yang
bergerak melalui penghantar.
A. ARUS LISTRIK
1. Pengertian Arus Listrik dan Beda Potensial
Pada bab sebelumnya kamu sudah mempelajari muatan listrik
pada suatu benda. Dua benda atau dua tempat yang muatan listrik-
nya berbeda dapat menimbulkan arus listrik. Benda atau tempat yang
muatan listrik positifnya lebih banyak dikatakan mempunyai poten-
sial lebih tinggi. Adapun, benda atau tempat yang muatan listrik ne-
gatifnya lebih banyak dikatakan mempunyai potensial lebih rendah.
Dua tempat yang mempunyai beda potensial dapat menye-
babkan terjadinya arus listrik. Syaratnya, kedua tempat itu dihu-
bungkan dengan suatu penghantar. Dalam kehidupan sehari-hari,
beda potensial sering dinyatakan sebagai tegangan. Selanjutnya
perhatikan Gambar 8.1.
Pada Gambar 8.1, A dikatakan lebih positif atau berpotensial
lebih tinggi daripada B. Arus listrik yang terjadi berasal dari A menuju
B. Arus listrik terjadi karena adanya usaha penyeimbangan potensial
antara A dan B. Dengan demikian dapat dikatakan, arus listrik
se-
akan-akan
berupa arus muatan positif. Arah arus listrik berasal dari
tempat berpotensial tinggi ke tempat yang berpotensial lebih rendah.
Pada kenyataannya muatan listrik yang dapat berpindah
bukan muatan positif, melainkan muatan negatif atau elektron.
Karena itu, berdasarkan Gambar 8.1 yang terjadi sebenarnya adalah
terjadinya aliran elektron dari tempat berpotensial lebih rendah ke
tempat yang berpotensial lebih tinggi. Jadi berdasarkan uraian di
atas, arus listrik terjadi jika ada perpindahan elektron.
Kedua benda bermuatan (Gambar 8.1), jika dihubungkan
melalui kabel akan menghasilkan arus listrik yang besarnya dapat
ditulis dalam rumus
I
=
Q
t
Dengan:
I
= besar kuat arus, satuannya ampere (A)
Q
= besar muatan listrik, satuannya coulomb (C)
t
= waktu tempuh, satuannya sekon (s)
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
$
menjelaskan konsep
arus listrik, dan
beda potensial
listrik
$
membuat rangkaian
komponen listrik
dengan berbagai
variasi baik seri
maupun paralel.
Tujuan Pembelajaran
S
Gambar 8.1
Dua tempat
berbeda potensial
AB
• Arah arus listrik ber-
lawanan dengan arah
aliran elektron
• Arus listrik mengalir
dari potensial tinggi
menuju ke potensial
rendah
• Penyebab arus listrik
dapat mengalir pada
dua benda yang ber-
muatan listrik adalah
adanya beda potensial
antara kedua benda
130
Mari BIAS 3
Kuat arus listrik yang
mengalir pada lampu
250 mA. Jika lampu
menyala selama 10
jam, berapakah
a. muatan listrik yang
mengalir pada lam-
pu?
b. banyaknya elektron
yang mengalir pada
mapu (1 elektron =
1,6
×
10
-19
C)
Penyelesaian
:
Diketahui:
I
= 250 mA = 0,25 A
t
= 10 jam = 36.000 s
Ditanyakan: a.
Q
= ... ?
b.
n
e
= .. ?
Jawab:
a.
Q
=
I
×
t
= 0,25 A
×
36.000 s
= 9.000 C
Jadi, muatan yang mengalir pada lampu sebesar 9.000 C.
b. Karena 1 elektron (
e
) mempunyai muatan 1,6
×
10
-19
C
maka untuk muatan sebesar 9.100 C mempunyai elektron
sebanyak
16
19
9.000
1, 5 10 elektron
1, 6 1 0
e
C
Q
n
e
C
−
= =
= ×
×
Jadi, pada lampu itu elektron yang mengalir sebanyak
1,5
×
10
16
(15 diikuti nol 15 buah) elektron.
Berdasarkan uraian tersebut, arus listrik dapat didefinisikan
sebagai banyaknya elektron yang berpindah dalam waktu tertentu.
Kamu sudah mengetahui bahwa perbedaan potensial akan
mengakibatkan perpindahan elektron. Banyaknya energi listrik yang
diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung-ujung
penghantar disebut beda potensial listrik atau tegangan listrik.
Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial
listrik secara matematik dirumuskan
dengan:
V
= beda potensial listrik satuannya volt (V)
W
= energi listrik satuannya joule (J)
Q
= muatan listrik satuannya coulomb (C)
Dengan demikian, beda potensial adalah besarnya energi
listrik untuk memindahkan muatan listrik.
Q
W
V
=
2.
Mengukur Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik yang mengalir dalam penghantar atau
rangkaian listrik dapat diukur besarnya dengan menggunakan
amperemeter atau ammeter. Amperemeter ada dua jenis, yaitu ampe-
remeter digital dan amperemeter jarum. Ciri sebuah amperemeter
jarum adalah adanya huruf A pada permukaan skala. Bagaimanakah
cara mengukur kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian
Listrik Dinamis
131
Tujuan
: Mengukur kuat arus listrik komponen secara seri dan
paralel.
Alat dan Bahan:
– Lampu
– Sakelar
– Amperemeter
– Baterai
Cara Kerja:
1. Rangkailah peralatan yang tersedia seperti gambar.
2. Tutuplah sakelar. Amatilah lampu dan catat besar arus
listrik melalui amperemeter.
3. Ulangi cara kerja nomor 1 dan 2 dengan mengganti
jumlah baterai, baik secara seri maupun paralel.
4. Catatlah pengamatan kelompokmu pada sebuah tabel
di buku kerjamu.
Pertanyaan:
1. Mengapa lampu pada rangkaian dapat menyala?
2. Mengapa ketika baterai diubah, nyala lampu juga
berubah?
3. Nyatakan kesimpulan kelompokmu dalam buku
kerjamu.
Dalam kehidupan sehari-hari, kamu dapat mengamati adanya
gejala beda potensial di baterai atau akumulator. Beberapa baterai
dapat disusun secara seri maupun paralel. Yang dimaksud susun seri
adalah kutub positif disambungkan dengan kutub negatif lainnya.
Adapun, untuk susun paralel adalah kutub-kutub yang sejenis
disatukan. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 8.2.
Untuk susun seri akan menghasilkan kuat arus listrik yang
lebih besar daripada rangkaian susunan paralel. Hal itu disebabkan
oleh bertambahnya beda potensial. Karena itu jika kedua macam
rangkaian itu digunakan untuk menyalakan lampu, akan menghasil-
kan nyala yang berbeda. Dapatkah kamu menjelaskan hal tersebut?
(a) (b)
S
Gambar 8.2
Susunan listrik secara seri (a) dan paralel (b)
lampu
lampu
listrik? Untuk lebih memahami cara mengukur kuat arus listrik,
cobalah kamu lakukan Kegiatan 8.1 secara berkelompok. Sebe-
lumnya bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan
2 perempuan.
132
Mari BIAS 3
B. HUKUM OHM
Arus listrik dapat mengalir pada rangkaian listrik apabila
dalam rangkaian itu terdapat beda potensial dan rangkaiannya
tertutup. Hubungan antara kuat arus listrik dengan beda potensial
listrik pertama kali diteliti oleh ahli Fisika dari Jerman bernama Georg
Simon Ohm (1789–1854). Hasil penelitiannya dikenal dengan nama
Hukum Ohm. Untuk memahami lebih mendalam tentang Hukum
Ohm, lakukan tugas berikut secara berkelompok. Sebelumnya ben-
tuklah kelompok yang terdiri 4 orang; 2 laki-laki dan 2 perempuan.
Sediakan lampu 2,5 V, baterai 2 buah, dan kabel secukupnya. De-
ngan berdasarkan peralatan tersebut, rancanglah beberapa variasi
rangkaian untuk menyalakan lampu. Ada berapa variasi rangkaian
yang dapat kamu gunakan untuk menyalakan lampu?
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
$
menggambarkan
arus listrik dan beda
potensial dalam
bentuk tabel dan
grafik.
$
menyelidiki hubungan
antara arus listrik
dan beda potensial
dalam suatu
rangkaian (Hukum
Ohm).
Tujuan Pembelajaran
Cara Menggunakan Amperemeter
Dalam suatu rangkaian, amperemeter dipasang secara seri. Maksudnya, ter-
minal positif amperemeter dihubungkan ke kutub negatif sumber arus. Adapun ter-
minal negatif amperemeter dihubungkan ke kutub positif sumber arus.
Amperemeter ada yang mempunyai batas ukur dan skala terbatas. Misalnya
sebuah amperemeter batas ukurnya 5A dengan skala 1–10. Jika saat digunakan
jarum menunjukkan angka 4 pada skala, besar kuat arus listrik yang terukur adalah
sebagai berikut.
batas ukur
kuat arus
=
imum
skala maks
ditunjuk
skala yang
A
kuat arus
5
=
10
4
sehingga kuat arus =
10
4
×
5A = 2A
Dengan demikian, arus listrik yang terukur sebesar 2 A.
1. Ke manakah (P ataukah Q) arah aliran
elektron dan arah arus listrik pada
kawat penghantar berikut?
Q
P
2. Apakah yang dimaksud kuat arus 5
ampere?
4
2
0
6
8
1
0
10
5
0
Listrik Dinamis
133
Tujuan:
Menyelidiki Hukum Ohm
Alat dan Bahan:
– Lampu
– Sakelar
– Voltmeter
(basicmeter)
Cara Kerja:
1. Rangkailah alat-alat seperti gambar di samping.
2. Tutup sakelar S, amati voltmeter dan amperemeter dan
catat hasil pengukuran kedua alat itu ke dalam tabel.
3. Ulangilah langkah 2 dengan mengganti sumber tegangan
dengan 2 baterai, 3 baterai, dan 4 baterai.
4. Buka sakelar S.
5. Hitunglah hambatan lampu dengan membandingkan kolom
beda potensial (V) dan kolom kuat arus (I).
6. Buatlah grafik
V-I
di buku kerjamu.
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah hasil perbandingan beda potensial dengan
kuat arus listrik dalam tiap-tiap percobaan?
2. Bagaimanakah nyala lampu dalam tiap-tiap percobaan?
3. Bagaimanakah bentuk grafik
V–I
?
4. Apa kesimpulanmu setelah melakukan kegiatan ini?
5. Presentasikan tugasmu di muka kelas.
S
A
– Amperemeter (basicmeter)
– Baterai 4 buah
Hubungan antara beda potensial (
V
) dengan kuat arus (
I
)
dapat dinyatakan dengan grafik, seperti pada Gambar 8.3. Garis
kemiringan merupakan perbandingan antara ordinat dengan absis
yang besarnya selalu tetap. Jika nilai perbandingan yang besarnya
tetap itu didefinisikan sebagai hambatan listrik (disimbolkan dengan
huruf
R
) maka dapat dinyatakan dengan rumus.
Dengan:
V
= tegangan listrik satuan volt (V)
I
= kuat arus listrik satuan ampere (A)
R
= hambatan listrik satuan ohm (
Ω
)
Rumus di atas dikenal dengan nama Hukum Ohm yang
menyatakan bahwa, besar kuat arus listrik yang mengalir sebanding
dengan beda potensial listrik dan berbanding terbalik dengan
hambatan. Untuk lebih memahami Hukum Ohm perhatikan contoh
soal berikut.
R
I
V
=
S
Gambar 8.3
Grafik
V – I
V
I
α
134
Mari BIAS 3
Simbol komponen listrik
.
Dalam suatu rangkaian listrik seringkali menggunakan simbol-simbol
berikut.
: sumber tegangan atau benda
potensial
: penghantar berarus listrik; arah panah menunjukkan
arah aliran arus listrik.
: hambatan listrik atau resistor
: sakelar
A
: alat ukur amperemeter
V
: alat ukur voltmeter
Ω
: alat ukur ohmmeter
1. Kawat penghantar
kedua ujungnya
memiliki beda
potensial 6 volt,
menyebabkan arus
listrik mengalir pada
kawat itu 2 A.
Berapakah hambatan
kawat itu?
Penyelesaian:
Diketahui:
V
= 6 volt
I
= 2 A
Ditanya:
R
= ... ?
Jawab:
R
=
I
V
=
2
6
= 3
Ω
Jadi, hambatan kawat itu sebesar 3
Ω
2. Konduktor
berhambatan 400
Ω
dihubungkan dengan
sumber tegangan,
sehingga mengalir
arus listrik 500 mA.
Berapakah beda
potensial ujung-ujung
konduktor tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
R
= 400
Ω
I
= 500 mA = 0,5 A
Ditanya:
V
= ... ?
Jawab:
V
=
I
×
R
= 0,5
×
400
= 200 V
Jadi, beda potensial pada kedua ujung konduktor adalah
200 V.
Listrik Dinamis
135
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
menemukan perbedaan
hambatan beberapa
jenis bahan (konduktor,
semikonduktor, dan
isolator).
Tujuan Pembelajaran
1.
C. DAYA HANTAR LISTRIK
Kamu sudah mengetahui bahwa dua ujung penghantar yang
mempunyai beda potensial dapat mengalirkan arus listrik. Menu-
rutmu, apakah arus yang mengalir dalam penghantar tersebut tidak
mengalami hambatan apapun? Untuk mengetahui jawabannya, ikuti-
lah uraian berikut.
Di dalam kawat penghantar arus listrik dihasilkan oleh aliran
elektron. Muatan positif tidak bergerak karena terikat kuat di dalam
inti atom. Ketika ujung-ujung kawat penghantar mendapat beda
potensial, elektron akan mengalir melalui ruang di antara sela-sela
muatan positif yang diam. Tumbukan elektron dengan muatan po-
sitif sering terjadi sehingga menghambat aliran elektron dan mengu-
rangi arus listrik yang dihasilkan. Makin panjang kawat penghantar
makin banyak tumbukan elektron yang dialami, sehingga makin
besar pula hambatan yang dialami elektron. Akibatnya makin kecil
arus yang mengalir.
Oleh karena itu, hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh
panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis kawat. Bagaima-
nakah pengaruh panjang kawat, luas penampang kawat, dan jenis
kawat terhadap besarnya hambatan?
Untuk mengetahui pengaruh panjang kawat, luas penampang
kawat, dan jenis kawat terhadap besarnya hambatan, lakukan
Kegiatan 8.2 secara kelompok. Sebelumnya bentuklah kelompok
yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan.
Pada grafik di samping, kawat peng-
hantar manakah yang hambatannya pa-
ling besar? Mengapa?
2. Sebuah lampu dipasang pada rangkaian
listrik dengan tegangan baterai 3V. Ter-
nyata arus listrik yang mengalir pada
lampu sebesar 500 mA. Jika tegangan
diperbesar dua kali, berapakah kuat
arus yang mengalir pada lampu?
Gambar 8.4
Elektron bergerak
di sela-sela muatan positif da-
lam kawat penghantar
V
A
B
C
I
136
Mari BIAS 3
Cara Kerja:
1. Rangkailah alat-alat seperti gambar di bawah.
2. Letakkan kawat konstanta panjang 5 cm pada ujung AB.
3. Tutup sakelar S, amati voltmeter dan amperemeter dan
catat hasil pengukuran kedua alat itu ke dalam tabel.
4. Ulangilah langkah 2 dengan mengganti kawat konstanta
dengan kawat nikrom yang panjangnya sama.
5. Buka sakelar S.
6. Ujilah semua jenis kawat yang tersedia.
7. Ulangi langkah 2 s.d 6 untuk kawat tembaga yang pan-
jangnya 5 cm, 10 cm, 15 cm, dan 20 cm. Catat hasilnya
pada suatu tabel di buku kerjamu.
Pertanyaan:
1. Bagaimanakah hasil perbandingan tegangan dan kuat
arus pada tiap-tiap percobaan berdasarkan data pada
tabel?
2. Apa kegunaan lampu pada percobaan ini?
3. Apakah kesimpulanmu setelah melakukan kegiatan ini?
Tujuan:
Menyelidiki hambatan kawat penghantar
A B
S
Alat dan Bahan:
– Berbagai jenis kawat
(konstanta, nikrom,
tembaga, nikelin)
– Sakelar
– Voltmeter
(basicmeter)
– Amperemeter (basic-
meter)
– Baterai 4 buah
– Lampu
Percobaan di atas apabila dilakukan dengan cermat, akan
menunjukkan bahwa hambatan kawat penghantar sebanding dengan
panjang kawat. Kawat yang panjang hambatannya besar sehingga
menyebabkan kuat arus kecil dan nyala lampu redup. Besar
hambatan kawat penghantar bergantung pada jenis kawat. Kawat
yang jenisnya berbeda, hambatannya juga berbeda. Hal itu dikarena-
kan kawat yang hambatan jenisnya besar akan menyebabkan
hambatan kawat penghantar juga besar. Hambatan jenis beberapa
jenis bahan disajikan pada Tabel 8.1.
Listrik Dinamis
137
Tabel 8.1
Hambatan jenis beberapa bahan
Apabila Kegiatan 8.2 dilakukan dengan menggunakan kawat
sejenis dengan panjang yang sama, tetapi luas penampangnya
berbeda maka dihasilkan hambatan yang berbeda pula. Hambatan
makin kecil, apabila luas penampang kawat besar. Hubungan antara
hambatan kawat penghantar, panjang kawat, luas penampang
kawat, dan jenis kawat secara matematis dirumuskan.
A
l
ρ
R
=
Dengan:
R
= hambatan kawat satuan ohm (
Ω
)
ρ
= hambatan jenis kawat satuan ohm meter (
Ω
.m)
l
= panjang kawat satuan meter (m)
A
= luas penampang kawat satuan meter kuadrat (m
2
)
Apakah pengaruh penggunaan kawat penghantar yang pan-
jang pada jaringan listrik PLN? Penggunaan kawat penghantar yang
panjang menyebabkan turunnya tegangan listrik. Tegangan listrik
yang diberikan pada kawat yang panjang tidak dapat merubah besar
hambatan, tetapi hanya merubah besar arus listrik yang mengalir
melalui kawat itu. Jika kawat penghantar itu panjang, kuat arus
listrik yang mengalir kecil seiring turunnya tegangan listrik. Oleh
karena itu diperlukan tegangan yang tinggi untuk mengalirkan arus
listrik. Hal ini diterapkan pada jaringan kabel listrik yang panjangnya
mencapai ratusan kilometer. Agar listrik dapat dinikmati konsumen
diperlukan tegangan listrik yang tinggi sampai ribuan megavolt.
Sumber: Dirangkum dari berbagai sumber.
Jenis bahan
Hambatan
jenis (
Ω
.m)
Perak
Tembaga
Aluminium
Platina
Baja
Mangan
Nikrom
Karbon
5,9
×
10
-8
1,68
×
10
-8
2,65
×
10
-8
10,6
×
10
-8
4,0
×
10
-7
4,4
×
10
-7
1,2
×
10
-6
3,5
×
10
-5
Jenis bahan
Hambatan
jenis (
Ω
.m)
Wolfram
Germanium
Silikon
Kayu
Karet
Kaca
Mika
Kuarsa
5,5
×
10
-5
4,5
×
10
-1
2,0
×
10
-1
10 – 10
11
1,0
×
10
13
10
12
– 10
13
2,0
×
10
15
1,0
×
10
18
138
Mari BIAS 3
1. Kawat tembaga pan-
jangnya 15 m
memiliki luas
penampang 5 mm
2
.
Jika hambatan
jenisnya 1,7
×
10
-8
Ω
.m, berapakah
hambatan kawat
tembaga?
Penyelesaian:
Diketahui:
l
= 15 m
A
= 5 mm
2
= 5
×
10
–6
m
2
ρ
= 1,7
×
10
–8
Ω
.m
Ditanya:
R
= ... ?
Jawab:
R
=
A
l
ρ
R
=
6
8
105
15
1071
−
−
×
×
,
R
=
2
10
371
−
××
,
=
Ω
105,1
2
−
×
Jadi, hambatan kawat tembaga itu
2
5,1 10
−
×Ω
2. Dua kawat A dan B
luas penampangnya
sama dan terbuat dari
bahan yang sama.
Panjang kawat A tiga
kali panjang kawat B.
Jika hambatan kawat
A 150
Ω
, berapakah
hambatan kawat B?
Penyelesaian:
Diketahui:
A
A
=
A
B
l
A
= 3
l
B
A
ρ
=
B
ρ
R
A
= 150
Ω
Ditanya:
R
B
= ... ?
Jawab:
l
A
= 3
l
B
A
AA
ρ
AR
×
=
3
BB
B
RA
ρ
×
R
A
=3
R
B
R
B
=
3
A
R
R
B
=
3
150
= 30
Ω
Jadi, hambatan kawat B adalah 30
Ω
.
Hambatan jenis setiap bahan berbeda-beda. Bahan yang
mempunyai hambatan jenis besar memiliki hambatan yang besar
pula, sehingga sulit menghantarkan arus listrik. Berdasarkan daya
hantar listriknya (konduktivitas listrik), bahan dibedakan menjadi
tiga, yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor.
Konduktor adalah bahan yang mudah menghantarkan arus
listrik. Bahan konduktor memiliki hambatan kecil karena hambatan
jenisnya kecil. Bahan konduktor memiliki elektron pada kulit atom
terluar yang gaya tariknya terhadap inti atom lemah. Dengan de-
Listrik Dinamis
139
mikian, apabila ujung-ujung konduktor dihubungkan dengan tegang-
an kecil saja elektron akan bergerak bebas sehingga mendukung
terjadinya aliran elektron (arus listrik) melalui konduktor. Contoh-
nya: tembaga, perak, dan aluminium.
Isolator merupakan bahan yang sulit menghantarkan arus
listrik. Bahan isolator memiliki hambatan besar karena hambatan
jenisnya besar. Bahan isolator memiliki elektron-elektron pada kulit
atom terluar yang gaya tariknya dengan inti atom sangat kuat.
Apabila ujung-ujung isolator dihubungkan dengan tegangan kecil,
elektron terluarnya tidak sanggup melepaskan gaya ikat inti. Oleh
karena itu, tidak ada elektron yang mengalir dalam isolator, sehingga
tidak ada arus listrik yang mengalir melalui isolator. Plastik, kaca,
karet busa termasuk isolator. Dapatkah isolator bersifat seperti
konduktor?
Semikonduktor adalah bahan yang daya hantar listriknya
berada di antara konduktor dan isolator. Semikonduktor memiliki
elektron-elektron pada kulit terluar terikat kuat oleh gaya inti atom.
Namun tidak sekuat seperti pada isolator. Bahan yang termasuk
semikonduktor adalah karbon, silikon dan germanium. Karbon
digunakan untuk membuat komponen elektronika, seperti resistor.
Silikon dan germanium digunakan untuk membuat komponen
elektronika, seperti diode, transistor, dan IC
(integrated circuit).
Bahan-bahan apakah yang termasuk konduktor, isolator, dan
semikonduktor? Untuk lebih memahami tentang konduktor dan
isolator, lakukan kegiatan berikut secara berkelompok. Sebelumnya
bentuklah kelompok yang terdiri 4 orang; 2 laki-laki dan dua
perempuan.
• Perbedaan mendasar
antara konduktor dan
isolator yaitu, letak
elektron pada kulit
terluar sebuah atom.
• Untuk melepaskan
elektron dari ikatan
inti atom diperlukan
sumber tegangan yang
memiliki energi.
Tujuan:
Menyelidiki perbedaan bahan isolator dan konduktor
Alat dan Bahan:
– Lampu
– Kabel
– Bahan-bahan (pensil,
besi, seng, aluminium,
tembaga, air)
– Baterai 2 buah
Cara Kerja:
1. Rangkailah alat-alat seperti gambar di bawah.
2. Hubungkan ujung kabel PQ dengan pensil. Apakah lampu
menyala? Catat jawabanmu ke dalam tabel.
3. Ulangilah langkah 2 dengan mengganti pensil dengan
bahan-bahan yang lain. Catat hasil semua pengamatanmu
ke dalam tabel di buku kerjamu.
P Q
140
Mari BIAS 3
Tujuan belajarmu adalah
dapat:
menggunakan Hukum I
Kirchoff untuk
menghitung V dan I
dalam rangkaian.
Tujuan Pembelajaran
Pertanyaan:
1. Bahan-bahan manakah yang termasuk konduktor?
2. Bahan-bahan manakah yang termasuk isolator?
3. Apakah kesimpulanmu setelah melakukan kegiatan ini?
D. HUKUM I KIRCHOFF
Muatan listrik yang mengalir melalui rangkaian listrik bersifat
kekal artinya muatan listrik yang mengalir ke titik percabangan
dalam suatu rangkaian besarnya sama dengan muatan listrik yang
keluar dari titik percabangan itu. Perhatikan Gambar 8.5.
Muatan
Q
1
,
Q
2
dan
Q
5
menuju titik percabangan P dan
muatan
Q
3
dan
Q
4
keluar dari titik percabangan P. Secara umum
muatan listrik bersifat kekal, maka jumlah muatan listrik yang
masuk percabangan P sama dengan jumlah muatan listrik yang
keluar dari titik percabangan P. Dalam hal ini berlaku persamaan:
masuk
Q
=
keluar
Q
Q
1
+
Q
2
+
Q
5
=
Q
3
+
Q
4
Jika muatan mengalir selama selang waktu
t
, kuat arus yang terjadi:
5
12
++
Q
ttt
=
3
4
+
Q
Q
tt
I
1
+
I
2
+
I
5
=
I
3
+
I
4
masuk
I
=
keluar
I
1. Kawat A dan kawat B berbeda jenisnya,
tetapi hambatannya sama. Jika panjang
kawat A enam kali panjang kawat B dan
diameter kawat A 4 kali diameter kawat
B. Kawat manakah yang memiliki ham-
batan jenis paling besar?
2. Kawat tembaga hambatannya
R
. Jika
kawat tersebut dipotong menjadi lima
bagian yang sama, berapakah besarnya
hambatan sepotong kawat?
3. Dua kawat aluminium masing-masing
panjangnya 4 m dan 6 m. Jika diameter
kedua kawat sama, kawat manakah
yang hambatannya paling besar?
4. Dua kawat P dan Q panjang dan je-
nisnya sama, tetapi luas penampangnya
berbeda. Hambatan kawat P sebesar
20
Ω
. Jika luas penampang kawat P
empat kali luas penampang kawat Q,
berapakah hambatan kawat Q?
Listrik Dinamis
141
Persamaan tersebut pertama kali dikemukakan oleh Robert
Gustav Kirchoff seorang fisikawan berkebangsaan Jerman (1824 –
1887) yang dikenal dengan Hukum I Kirchoff. Hukum I Kirchoff
berbunyi “jumlah kuat arus listrik yang masuk titik percabangan
sama dengan jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik
percabangan”. Bagaimanakah penerapan Hukum I Kirchoff pada
rangkaian listrik?
Hukum I Kirchoff yang membahas kuat arus yang mengalir
pada rangkaian listrik dapat diterapkan pada rangkaian listrik tak
bercabang (seri) maupun rangkaian listrik bercabang (paralel).
Penyelesaian:
Untuk memudahkan penyelesaian rangkaian dapat digambar
dalam bentuk berikut.
Tegangan pada rangkaian dapat ditulis
V
=
V
AB
+
V
BC
...... (i)
Karena berdasarkan Hukum I Kirchoff pada titik cabang B
berlaku:
I
masuk
=
I
keluar
6
Ω
I
=
10
15
ΩΩ
+
II
..... (ii)
maka kita dapat menentukan harga
V
AB
()
6
10
15
6
10
15
5
6
30
AB
AB
AB
BC
BC
BC
AB
BC
V IR
I IR
VV
V
VV
Ω
ΩΩ
=
=
+
=+Ω
ΩΩ
=
⋅Ω
Ω
=
Sehingga
AB
BC
VV V
= +
dapat ditulis
2
12 2
6 volt
=
=
=
AB
AB
AB
VV
V
V
Gunakan Hukum
Kirchoff untuk
menghitung
V
dan
I
pada
rangkaian berikut.
10
Ω
15
Ω
12 V
6
Ω
10
Ω
15
Ω
6
Ω
12 V
A
B
C
S
Gambar 8.5
Jumlah muatan
yang masuk maupun yang keluar
percabangan P tiap satuan waktu
sama
Q
1
Q
2
Q
3
Q
5
Q
4
P
142
Mari BIAS 3
Dengan demikian
6
6 volt
1A
6
AB
AB
V
I
R
Ω
= =
=
Ω
10
6 volt
0, 6A
10
BC
BC
V
I
R
Ω
= =
=
Ω
15
6 volt
0, 4A
15
BC
BC
V
I
R
Ω
= =
=
Ω
Untuk mengetahui kebenaran jawaban dapat dikembalikan ke
persamaan awal yaitu
•
= +
AB
BC
VV V
•
6
10
15
ΩΩΩ
= = = +
AB
II I I
I
E. RANGKAIAN HAMBATAN LISTRIK
Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi
rangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan
keduanya. Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun paralel
minimal diperlukan dua hambatan. Adapun, untuk membuat rang-
kaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal diperlukan tiga ham-
batan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki kelebihan
dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian
hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya.
1. Hambatan seri
Dua hamb