Gambar Sampul IPA · Bab 8 LISTRIK DINAMIS
IPA · Bab 8 LISTRIK DINAMIS
SukisWariyono, dkk

22/08/2021 04:42:20

SMP 9 KTSP

Lihat Katalog Lainnya
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 (

)

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

: 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

Jadi, hambatan kawat itu sebesar 3

2. Konduktor

berhambatan 400

dihubungkan dengan

sumber tegangan,

sehingga mengalir

arus listrik 500 mA.

Berapakah beda

potensial ujung-ujung

konduktor tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

R

= 400

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 (

)

ρ

= hambatan jenis kawat satuan ohm meter (

.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 (

.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 (

.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

.m, berapakah

hambatan kawat

tembaga?

Penyelesaian:

Diketahui:

l

= 15 m

A

= 5 mm

2

= 5

×

10

–6

m

2

ρ

= 1,7

×

10

–8

.m

Ditanya:

R

= ... ?

Jawab:

R

=

A

l

ρ

R

=

6

8

105

15

1071

×

×

,

R

=

2

10

371

××

,

=

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

, berapakah

hambatan kawat B?

Penyelesaian:

Diketahui:

A

A

=

A

B

l

A

= 3

l

B

A

ρ

=

B

ρ

R

A

= 150

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

Jadi, hambatan kawat B adalah 30

.

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

QQ

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

. 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

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

ΩΩ

=

=

+



=+Ω



ΩΩ



=

⋅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

15

12 V

6

10

15

6

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

= =

=

10

6 volt

0, 6A

10

BC

BC

V

I

R

= =

=

15

6 volt

0, 4A

15

BC

BC

V

I

R

= =

=

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