Gambar Sampul IPA · Bab 8 Listrik Dinamis
IPA · Bab 8 Listrik Dinamis
Diana

23/08/2021 05:50:27

SMP 9 K 13

Lihat Katalog Lainnya
Halaman

Bab 8 - Listrik Dinamis

121

Sumber arus listrik

Beda potensial

disebabkan oleh

memiliki

Amperemeter

Bab

8

Listrik Dinamis

Peta Konsep

Listrik Dinamis

mengkaji

Listrik yang digunakan di rumah penduduk berasal

dari pembangkit tenaga listrik. Listrik tersebut mengalir

melalui sebual kabel penghantar sehingga disebut listrik

dinamis. Apa yang disebut listrik dinamis? Apa saja yang

dikaji dalam listrik dinamis? Ayo cermati uraian dalam bab

ini agar kamu dapat menemukan jawabannya.

Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kamu dapat

mendeskripsikan pengertian listrik dinamis, arus listrik,

beda potensial, dan hambatan listrik, mendeskripsikan

cara kerja alat ukur listrik dalam suatu rangkaian, mem-

bedakan rangkaian seri dan paralel, melakukan percobaan

cara mengukur arus listrik dan beda potensial, serta

mendeskripsikan hubungan arus listrik dengan rangkaian

hambatannya.

Gambar 8.1

Pembangkit tenaga listrik

Sumber:

image.google.co.id

Hambatan listrik

Arus listrik

dipengaruhi

diukur dengan

Voltmeter

diukur dengan

Rangkaian seri

Rangkaian listrik

berlaku dalam

Rangkaian paralel

Hukum I Kirchoff

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

122

Gambar 8.3

Amperemeter

Sumber:

google.co.id

Coba kamu perhatikan kincir air. Ketika air menyentuh

kincir, kincir akan berputar untuk menggerakkan turbin.

Setelah turbin bergerak, generator akan bergerak pula dan

menghasilkan arus. Begitulah cara kerja kincir air sebagai

pembangkit listrik tenaga air (PLTA) dan melalui proses

yang panjang nantinya listrik tersebut akan disalurkan ke

perumahan-perumahan penduduk.

Listrik dinamis adalah kajian kelistrikan yang muatannya

bergerak/mengalir. Pada pelajaran listrik dinamis ini, kamu

akan mengenal istilah yang disebut dengan arus listrik,

beda potensial, dan hambatan listrik. Listrik yang kini

dapat dirasakan di rumah sehari-hari merupakan listrik

yang muatannya bergerak. Untuk dapat memanfaatkan

dan menghemat listrik yang digunakan, ikutilah pelajaran

ini dengan cermat.

A. Arus Listrik

Berikut ini adalah uraian tentang pengertian arus listrik,

pengukurannya, dan sumber arus listrik. Pelajarilah dengan

cermat dan saksama.

1. Pengertian dan Pengukuran Arus Listrik

Sep

erti halnya air yang mengalir karena adanya

perbedaan ketinggian, muatan listrik pun dapat mengalir

karena adanya suatu perbedaan, yaitu perbedaan

potensial listrik. Proton dan elektron dalam suatu muatan

listrik mengalir dengan arah yang berbeda. Proton yang

menyebabkan listrik bermuatan positif mengalir dari

potensial tinggi ke potensial rendah. Sedangkan, elektron

(muatan listrik negatif) mengalir dari tempat yang

potensialnya rendah ke tempat yang potensialnya tinggi.

Menurutmu, apakah kedua aliran muatan ini merupakan

arus listrik? Yang disebut arus listrik hanyalah salah satu

di antaranya, yaitu aliran proton atau muatan listrik positif

yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Pada pelajaran sebelumnya, kamu telah mengenal arus

listrik sebagai besaran pokok dengan satuan ampere (A).

Untuk mengukur arus listrik ini, kita dapat menggunakan

alat yang bernama amperemeter. Jarum amperemeter akan

bergerak jika ada arus yang melaluinya. Adanya arus dapat

dilihat dari nyala bola lampu atau kerja alat listrik lainnya.

Untuk mengenal dan memahami cara kerja amperemeter,

ikutilah eksperimen berikut!

Gambar 8.2

Kincir air

I

nfo

Arus listrik adalah aliran

proton atau muatan

listrik positif yang

mengalir dari potensial

tinggi ke potensial

rendah.

Sumber:

google.co.id

Bab 8 - Listrik Dinamis

123

Lakukan aktivitas ini dengan temanmu!

Tujuan : Meng

enal cara kerja amperemeter dan mengukur arus

listrik.

Alat dan bahan : Sebuah amperemeter, sebuah baterai, sebuah bola lampu kecil,

dan penjepit buaya.

Aktivitas Siswa

Secara

fi

sika, besar arus listrik atau disebut dengan kuat

arus listrik, dide

fi

nisikan sebagai banyaknya muatan listrik

positif yang mengalir pada suatu penghantar tiap satu satuan

waktu, dapat ditulis oleh persamaan:

I

= —

atau

Q

=

It

Q

t

dengan:

Q

= muatan listrik (Coloumb, C)

I

= kuat arus listrik (Ampere, A)

t

= waktu (sekon, s)

baterai

amperemeter

(dipasang seri)

arus listrik

Gambar 8.4

Cara mengukur arus listrik

Sumber:

Encarta 2005

Contoh:

Arus yang mengalir pada sebuah kawat tembaga dalam

waktu 5 menit adalah 2 A. Hitunglah muatan listrik yang

mengalir pada kawat tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui :

I

= 2 A

t

= 5 menit = 300 s

Ditanya :

Q

Jawab:

Q

=

It

= 2

300 = 600 C

Jadi, muatan listrik yang mengalir pada kawat tembaga

tersebut adalah 600 C.

Langkah kerja:

1.

Buatlah rangkaian alat seperti pada Gambar

8.4! Apakah bola lampu menyala?

2. Hub

ungkan baterai dengan ampere-

meter menggunakan penjepit! Amati

yang terjadi pada bola lampu dan jarum

amperemeter!

3. Lepaskan salah satu ujung penjepit dari

amperemeter dan amati yang terjadi!

4.

Buatlah kesimpulan dari eksperimenmu!

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

124

1. Berapa banyaknya elektron yang mengalir selama 1,5 menit dalam suatu

kawat penghantar jika dihasilkan arus listrik 15 mA? (muatan elektron =

1,6 × 10

-19

C)

2.

Pada sebuah kawat penghantar listrik mengalir muatan sebesar 5 coulomb

dalam waktu setengah menit. Berapa kuat arus yang mengalir melalui kawat

tersebut?

M

enguji Diri

Gambar 8.5

Sel Volta

seng (anoda)

tembaga (katoda)

jembatan garam

Sumber:

Encarta 2005

2. Sumber Arus Listrik

Dalam kehidupan sehari-hari, sumber arus listrik lebih

dikenal dengan istilah sel listrik atau elemen listrik. Batu

baterai dan aki (

accumulator

) adalah jenis sel listrik yang

paling banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari.

Terdapat beberapa jenis sel listrik, di antaranya sel volta,

baterai, aki, dan sel Weston. Berdasarkan kemampuannya

untuk dapat diisi ulang, sel-sel ini terbagi dalam dua

kelompok, yaitu sel primer dan sel sekunder.

a. Sel Primer

Sel primer adalah kelompok sumber arus listrik yang

apabila telah habis digunakan, muatannya tidak dapat diisi

kembali. Sel listrik yang termasuk sel primer adalah sel volta,

baterai, dan sel Weston.

1) Sel Volta

Sel volta merupakan sumber arus listrik yang pertama

kali ditemukan oleh

Alessandro Volta

. Sel yang memiliki

rangkaian paling sederhana ini pertama kali dibuat pada

tahun 1800.

Sel ini disusun oleh sebuah lempeng seng sebagai

elektroda negatif dan sebuah lempeng tembaga sebagai

elektroda positif yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit

asam sulfat (H

2

SO

4

). Karena rangkaiannya yang sangat

sederhana, beda potensial yang dihasilkan pun relatif kecil,

yaitu sekitar 1 volt.

Ketika kedua lempeng yang telah dicelupkan di-

hubungkan dengan kawat, reaksi kimia kemudian terjadi di

dalamnya. Unsur seng dalam lempeng seng melarut dalam

asam sehingga ion-ion positifnya akan berpindah ke dalam

larutan. Akibatnya, lempeng seng akan bermuatan negatif

I

nfo

Berdasarkan

kemampuannya, sel

listrik terbagi ke dalam

dua kelompok, yaitu sel

primer dan sel sekunder.

Bab 8 - Listrik Dinamis

125

dan bergerak melalui kawat menuju lempengan tembaga.

Pada lempengan tembaga, elektron ditangkap oleh ion-ion

positif hidrogen yang terdapat dalam larutan asam sehingga

ion hidrogen berubah menjadi gas hidrogen. Setelah elemen

bekerja, seng pada lempengan seng akan berkurang dan

gelembung-gelembung gas hidrogen akan mengumpul pada

lempeng tembaga.

Gelembung-gelembung yang menempel pada lempeng

tembaga akan menghalangi kontak lempeng tembaga ini

dengan larutan asam sehingga akan memberhentikan reaksi

kimia yang terjadi. Peristiwa mengumpulnya gelembung-

gelembung gas hidrogen di sekitar tembaga disebut

polarisasi. Akibatnya, sel volta hanya dapat berfungsi

dalam waktu yang relatif singkat dan kurang e

fi

sien untuk

digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

2) Baterai

Baterai adalah istilah sehari-hari yang

digunakan untuk menyebutkan sel kering.

Sumber arus listrik ini disebut sel kering

karena sama sekali tidak mengandung

cairan. Sel kering (

dry cell

) atau batu baterai

terdiri atas dua elektroda sebagai kutub

positif dan kutub negatif. Elektroda positif

(anoda) adalah sebatang karbon yang

dikelilingi campuran mangan dioksida

dan serbuk karbon yang berfungsi untuk

melindungi karbon dari kemungkinan

terjadinya polarisasi, disebut juga sebagai

depolarisator. Elektroda positif diselubungi

oleh seng sebagai elektroda negatif. Di

antara depolarisator dan seng terdapat

pasta amonium klorida yang dicampur

Gambar 8.6

Elemen kering (baterai)

Sumber:

Encarta 2005

batang karbon (katoda)

pasta elektrolit

pemisah

campuran karbon dan

MnO

2

logam seng (anoda)

dengan serbuk kayu atau getah yang berfungsi sebagai

elektrolit. Beda potensial antara kutub-kutub sel kering

adalah 1,5 V atau kelipatannya.

3) Elemen Weston

Sel Weston disusun oleh air raksa (Hg) sebagai elektroda

positif dan larutan (Amalgama cadnium -1% cadnium, 89%

Hg) sebagai elektroda negatif, dan larutan elektrolit berupa

larutan jenuh kadnium sulfat. Sebagai depolarisator, sel

Weston menggunakan campuran merkuri sulfat (HgSO

4

)

dan kadnium sulfat (CdSO

4

). Beda potensial yang dihasilkan

sel Weston adalah konstan karena tidak dipengaruhi oleh

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

126

suhu dan tidak mengalami polarisasi. Akibatnya, sel Weston

banyak digunakan untuk mengukur beda potensial.

b. Sel Sekunder

Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi

ulang ketika muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel

elektrokimia yang menjadi penyusunnya tidak memerlukan

penggantian bahan pereaksi meskipun telah mengeluarkan

sejumlah energi melalui rangkaian-rangkaian luarnya. Agar

dapat bekerja dengan baik, maka pada pertama kali sel harus

dimuati terlebih dahulu dengan cara melewatkan arus listrik

dari sumber lain menuju sel. Dalam kehidupan sehari-hari, sel

sekunder yang sering digunakan adalah akumulator (aki).

Aki terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal

dioksida yang bertindak sebagai elektroda positif dan timbal

sebagai elektroda negatif. Setiap pasangan memberikan

beda potensial 2 volt. Aki dirangkai seri sehingga dapat

menghasilkan beda potensial yang lebih besar. Dalam sel ini,

kepingan-kepingan timbal dan timbal dioksida dicelupkan

ke dalam larutan elektrolit asam sulfat sekitar 30%.

Pada saat aki digunakan, konsentrasi larutan elektrolit

berkurang dan mengakibatkan tidak adanya beda potensial

pada kedua elektroda. Aki membutuhkan pengisian ulang

jika arus listrik tidak lagi mengalir.

Untuk mengisinya, pastikan berada dalam keadaan

kosong. Arus listrik dialirkan berlawanan arah dengan arah

arus listrik yang dihasilkan aki. Kapasitas aki diukur dalam

satuan ampere-jam (

ampere-hour

disingkat Ah). Kapasitas aki

40 Ah, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1

Ampere atau selama 20 jam pada arus 2 A, dan seterusnya,

sebelum aki diisi ulang. Alat yang digunakan untuk

memeriksa muatan aki dinamakan hidrometer.

Gambar 8.7

Akumulator

kutub positif

kutub negatif

lubang angin

sel konektor

elektroda positif

elektroda negatif

larutan elektrolit

kotak pelindung

sel pembagi

Sumber:

Encarta 2005

Pikirkanlah

!

Mengapa pada saat

pengisian aki, arus

listrik harus dialirkan

berlawanan arah

dengan arah arus

listrik yang dihasilkan

aki? Jelaskan!

Bab 8 - Listrik Dinamis

127

B. Beda Potensial

Telah disebutkan bahwa dalam suatu penghantar, arus

listrik mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke

tempat yang potensialnya rendah. Selisih potensial antara

dua tempat dalam penghantar ini disebut dengan beda

potensial. Dalam Sistem Internasional, satuan beda potensial

adalah volt (V).

Beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber

listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus

adalah gaya gerak listrik (ggl), dinotasikan

ε

. Sedangkan,

beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik

ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik disebut

tegangan jepit, dilambangkan V. Nilai V berubah-ubah

bergantung pada nilai hambatan bebannya. Hubungan

antara ggl dengan sumber tegangan jepit dirumuskan

sebagai berikut:

Gaya gerak listrik yang bekerja pada sebuah elemen

adalah 9 volt dengan hambatan dalam 1 ohm. Jika elemen

tersebut dihubungkan dengan sebuah lampu pijar 2

ohm, berapa kuat arus yang mengalir pada lampu dan

tegangan jepitnya?

Penyelesaian:

Diketahui :

ε

= 9 V;

r

= 1 ohm; dan

R

= 2 ohm

Ditanya :

I

dan

V

Jawab:

I

= —

——

= ——– = 3 A

V

=

IR

= 3 A

2 ohm = 6 V

Jadi, kuat arus yang mengalir adalah 3 A dan tegangan

jepitnya adalah 6 V.

ε

R + r

9

2 + 1

Contoh:

V

=

ε

I R

I

nfo

Gaya gerak listrik (

ε

)

adalah beda potensial

antara kutub-kutub

sebuah sumber listrik

ketika saklar terbuka dan

tidak mengalirkan arus,

sedangkan tegangan jepit

(V) adalah beda potensial

antara kutub-kutub

suatu elemen listrik

ketika saklar ditutup dan

mengalirkan muatan

listrik.

dan tegangan jepit dapat dihitung dengan hambatan luar:

V

=

I R

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

128

ε

I r

=

I R

ε

=

I R

+

I r

, sehingga

ε

=

I

(

R

+

r

), atau

I

= –——

ε

R

+

r

Dari kedua persamaan di atas, maka:

Sebuah aki mempunyai ggl sebesar 15 volt dan hambatan luarnya 1 ohm. Jika

arus yang mengalir sebesar 10 A, berapa tegangan jepit pada kedua kutub aki?

M

enguji Diri

Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial

adalah voltmeter. Jarum pada voltmeter akan bergerak jika

digunakan untuk mengukur rangkaian listrik yang memiliki

beda potensial. Besarnya beda potensial rangkaian listrik

yang diukur ditunjukkan oleh jarum voltmeter.

Pada rangkaian listrik yang akan diukur, voltmeter

dipasang secara paralel. Untuk lebih memahaminya, ayo

lakukan kegiatan berikut.

Kerjakanlah secara berkelompok.

Tujuan : M e n g

enal cara kerja

voltmeter dan mengukur

beda potensial.

Alat dan bahan : Se

buah voltmeter, sebuah

baterai, sebuah bola

lampu kecil, dan enam

buah penjepit buaya.

Aktivitas Siswa

baterai

voltmeter (dipasang paralel)

arus listrik

Gambar 8.8

Cara mengukur beda potensial

Sumber:

Encarta 2005

Langkah kerja:

1. Buatlah rangkaian alat seperti pada Gambar 8.8! Apakah bola lampu

menyala?

2. Lepaskan salah satu penjepit yang menghubungkan baterai dengan

voltmeter! Amati yang terjadi pada bola lampu dan jarum voltmeter!

3.

Hubungkan kembali ujung penjepit yang dilepas pada langkah (2) dan amati

yang terjadi!

4.

Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini!

Bab 8 - Listrik Dinamis

129

dengan:

V

= beda potensial (volt, V)

I

= kuat arus listrik (ampere, A)

R

= hambatan (Ohm,

Ω

)

R

= — atau

V

=

IR

V

I

Hambatan sebuah setrika listrik yang dipakai pada

tegangan 220 V adalah 40

Ω

. Berapakah kuat arus listrik

yang harus dialirkan pada penghantar agar setrika

tersebut dapat berfungsi?

Penyelesaian:

Diketahui

:

V

= 220 V ;

R

= 40

Ω

.

Ditanya :

I

Contoh:

Perhatikan rangkaian yang kamu buat dalam dua

eksperimen yang telah kamu lakukan dalam pelajaran ini.

Rangkaian yang dibuat untuk mengukur beda potensial

berbeda dengan rangkaian yang dibuat untuk mengukur

arus listrik. Untuk mengukur beda potensial, voltmeter

dipasang secara paralel dengan baterai yang akan diukur

beda potensial antara kutub-kutubnya. Sedangkan, untuk

mengukur arus listrik, amperemeter dirangkai seri dengan

baterai dan lampunya.

C. Hambatan

Pada 1927, seorang

fi

sikawan Jerman bernama

George

Simon Ohm

melakukan penelitian untuk mencari hubungan

antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil

penelitiannya, Ohm membuat suatu gra

fi

k beda potensial

terhadap arus listrik. Ternyata, gra

fi

k tersebut membentuk

suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik

pusat koordinat (0, 0). Dari gra

fi

k ini, Ohm menemukan

bahwa kemiringan gra

fi

k sama dengan besar hambatan

rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut.

Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan

yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm,

yang berbunyi:

“Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu

penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada

penghantar tersebut”

.

Kesimpulan ini dapat dirumuskan dengan persamaan:

S

ahabatku,

Ilmuwan

George Simon

Ohm

(1787 - 1854)

adalah ahli

fi

sika

Jerman yang

terkenal dengan

penelitiannya

tentang arus listrik.

Ia dilahirkan di

Erlangen dan

menempuh

pendidikan di

University of

Erlangen. Dari

1833 sampai

1849, ia menjabat

sebagai direktur

Polytechnic Institute

of Nürnberg, dan

dari 1852 sampai

akhir hayatnya, ia

menjadi profesor

fi

sika di University

of Munich.

Perumusannya

tentang hubungan

antara arus listrik,

tegangan, dan

hambatan dikenal

sebagai Hukum

Ohm yang menjadi

hukum dasar listrik

dinamis.

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

130

1.

Sebuah kawat yang memiliki hambatan 5 ohm diberi

beda potensial 12 V. Hitunglah kuat arus yang

mengalir pada kawat tersebut!

2. Sebuah lampu senter dengan hambatan 3 ohm

menyala setelah dialiri arus sebesar 6 A. Berapakah

beda potensial antara ujung-ujung baterai yang

digunakan pada senter tersebut?

M

enguji Diri

Jawab:

V

=

IR

I

= —

I

= ———– = 5,5 A

Jadi, arus listrik yang diperlukan setrika tersebut adalah

sebesar 5,5 A.

1. P

engaruh Hambatan terhadap Jenis Bahan

Hambatan yang dimiliki oleh suatu bahan penghantar

ternyata dapat mempengaruhi kuat arus yang mengalir

pada penghantar tersebut. Hambatan yang besar pada suatu

bahan menyebabkan bahan tersebut sukar mengalirkan

arus listrik, sedangkan bahan yang hambatannya kecil

akan lebih mudah mengalirkan arus listrik. Berdasarkan

kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, bahan

dibedakan menjadi konduktor, isolator, semi konduktor,

dan super konduktor.

a. Konduktor

Bahan konduktor adalah bahan yang mudah

mengalirkan arus karena elektron-elektron di setiap atomnya

tidak terikat kuat oleh inti atom sehingga mudah bergerak

atau berpindah. Dengan kata lain, bahan konduktor adalah

bahan yang memiliki hambatan kecil. Bahan yang termasuk

konduktor di antaranya adalah besi, baja, dan tembaga.

V

R

220 V

40

Ω

Bab 8 - Listrik Dinamis

131

b. Isolator

Bahan isolator memiliki sifat yang berlawanan dengan

bahan konduktor. Bahan yang termasuk isolator sangat

sulit, bahkan tidak bisa mengalirkan arus listrik. Pada bahan

isolator, elektron-elektron di setiap atom pada bahan isolator

terikat kuat oleh inti atom sehingga sangat sukar untuk

bergerak dan berpindah. Dengan demikian, dapat dikatakan

bahwa bahan isolator memiliki hambatan yang sangat besar.

Namun, pada kondisi tertentu bahan isolator dapat berubah

menjadi bahan konduktor. Kondisi tersebut adalah ketika

bahan isolator mendapat tegangan yang sangat tinggi.

Tegangan tinggi ini akan melepaskan elektron dari ikatan

dengan inti atom sehingga elektron pada bahan isolator

tersebut akan menjadi mudah bergerak dan berpindah.

Bahan yang tergolong isolator adalah kayu dan plastik.

c. Semi Konduktor

Bahan semi konduktor adalah bahan-bahan yang

kadang bersifat isolator dan kadang bersifat konduktor.

Yang termasuk bahan ini adalah karbon, silikon, dan

germanium.

d. Super Konduktor

Bahan super konduktor adalah bahan yang sangat kuat

mengalirkan arus. Ilmuwan yang pertama kali menemukan

bahan ini adalah tokoh yang berasal dari Belanda yang

bernama

Kamerlingh Onnes

pada 1991. Bahan yang beliau

temukan adalah raksa dan timah.

2. Hambatan Kawat Logam

Pad

a suatu kawat logam, hambatan listrik yang

dimilikinya ternyata dipengaruhi oleh panjang bahan

(kawat), luas penampang, dan hambatan jenis bahan

kawat tersebut. Hambatan jenis suatu bahan (kawat) atau

resistivitas adalah suatu besaran

fi

sika dari suatu bahan

yang tergantung pada temperatur dan jenis bahan tersebut.

Bahan konduktor memiliki hambatan jenis yang kecil,

sebaliknya bahan isolator memiliki hambatan jenis yang

besar. Hambatan jenis beberapa bahan dapat kamu lihat

pada tabel berikut ini.

I

nfo

Hambatan yang

besar pada suatu

bahan menyebabkan

bahan tersebut sukar

mengalirkan arus listrik,

sedangkan bahan yang

hambatannya kecil

akan lebih mudah

mengalirkan arus listrik.

I

nfo

Resistivitas adalah suatu

besaran

fi

sika dari suatu

bahan yang tergantung

pada temperatur dan

jenis bahan tersebut.

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

132

Tabel 8.3

Hambatan Jenis Bahan

No.

Nama Bahan

Hambatan Jenis pada

suhu 20°C (ohm m)

1.

Konduktor

Perak

1.59×10

-8

Tembaga

1.72×10

-8

Emas

2.24×10

-8

Aluminium

2.65×10

-8

Tungsten

5.65×10

-8

Besi

9.71×10

-8

Platina

10.6×10

-8

Nikhron

100×10

-8

2.

Semikonduktor

Karbon (gra

fi

t)

1.5×10-1

Germanium (murni)

5×10

-1

Silikon (murni)

3×10

3

3.

Isolator

Kaca

10.7×10

10

Kuarsa

7.5×10

17

Berdasarkan banyak percobaan, para ahli menyimpulkan

bahwa makin panjang dan makin besar hambatan jenis

kawat, maka hambatan kawat pun akan makin besar. Tetapi,

hambatan kawat logam tersebut akan berkurang jika luas

penampang kawat logam tersebut makin besar. Hubungan

ini dipenuhi oleh persamaan:

dengan:

R

= hambatan kawat logam (ohm)

ρ

= hambatan jenis kawat (ohm m)

λ

= panjang kawat (m)

A

= luas penampang kawat (m

2

)

R

= ——–

ρ⋅λ

A

D. Rangkaian Listrik

Pernahkah kamu mematikan saklar lampu, lalu lampu

di seluruh ruangan tempat kamu itu padam? Mengapa itu

bisa terjadi? Lalu, mengapa pula di rumah kita terdapat

banyak saklar?

Bab 8 - Listrik Dinamis

133

Gambar 8.9

Rangkaian seri

V

saklar

Ketika saklar dimatikan, maka semua lampu padam.

Hal ini dikarenakan lampu-lampu itu disusun dengan

rangkaian seri, seperti rangkaian yang kamu buat pada

eksperimen mengukur arus listrik. Sedangkan, alasan dibuat

banyaknya saklar di rumah adalah untuk menghindari

terhentinya semua aliran listrik jika kamu mematikan lampu.

Banyaknya saklar menunjukkan bahwa rangkaian yang

digunakan adalah rangkaian paralel, seperti yang kamu buat

saat mengukur beda potensial.

1. Rangkaian Seri

Ran

gkaian seri adalah penyusunan komponen-

komponen listrik secara berderet. Rangkaian seri dibuat

untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus memperbesar

hambatan listrik. Karenanya, rangkaian seri jarang digunakan

untuk merangkai komponen listrik di rumah-rumah.

Jika suatu hambatan listrik dirangkai seri, maka kuat

arus yang mengalir pada masing-masing hambatan akan

sama besar, meskipun hambatan masing-masing komponen

berbeda. Sehingga, pada rangkaian ini berlaku:

a.

I

tot

=

I

1

=

I

2

=

I

3

= ... =

I

n

b.

V

tot

=

V

1

+

V

2

+

V

3

+ ... +

V

n

c.

Karena 1) dan 2), maka berdasarkan hukum Ohm:

V

tot

=

V

1

+

V

2

+

V

3

+ ... +

V

n

I

tot

R

tot

=

I

1

R

1

+

I

2

R

2

+

I

3

R

3

+ ... +

I

n

R

n

I

tot

R

tot

=

I

tot

R

1

+

I

tot

R

2

+

I

tot

R

3

+ ... +

I

tot

R

n

I

tot

R

tot

=

I

tot

(

R

1

+

R

2

+

R

3

+ ... +

R

n

)

R

tot

=

R

1

+

R

2

+

R

3

+ ... +

R

n

Jadi, untuk n buah hambatan yang disusun seri, maka

hambatan penggantinya adalah

R

tot

=

R

1

+

R

2

+

R

3

+ ... +

R

n

.

Empat buah hambatan masing-masing besarnya 2

Ω

, 3

Ω

,

4

Ω

, dan 6

Ω

dirangkai seri dengan kuat arus yang masuk

sebesar 30 V. Tentukanlah:

a. hambatan total

b.

tegangan listrik yang melalui setiap hambatan

c.

kuat arus di setiap resistor

Penyelesaian:

Diketahui:

R

1

= 2

Ω

, R

2

= 3

Ω

, R

3

= 4

Ω

, R

4

= 6

Ω

;

V

= 30 V

Contoh:

R

2

= 3

Ω

R

1

= 2

Ω

R

3

= 4

Ω

R

4

= 6

Ω

V = 30 V

Gambar 8.10

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

134

Ditanya:

a. hambatan total

b.

tegangan listrik yang melalui setiap hambatan

c.

kuat arus di setiap resistor

Jawab:

a.

R

tot

=

R

1

+

R

2

+

R

3

+

R

4

= (2 + 3 + 4 + 6)

Ω

= 15

Ω

b.

Berdasarkan Hukum Ohm,

I

tot

=

I

1

=

I

2

=

I

3

=

I

4

.

Dengan menggunakan Hukum Ohm, dapat dihitung:

I

tot

= ——

= ——– = 2 A

Jadi, arus yang mengalir melalui setiap hambatan

sama dengan arus total yaitu 2 A.

c.

Tegangan di setiap resistor:

V

1

=

I

1

R

1

= 2 A

2 ohm = 4 V

V

2

=

I

2

R

2

= 2 A

3 ohm = 6 V

V

3

=

I

3

R

3

= 2 A

4 ohm = 8 V

V

4

=

I

4

R

4

= 2 A

6 ohm = 12 V

Jadi, tegangan di

R

1

= 4 V,

R

2

= 4 V,

R

3

= 8 V, dan

R

4

= 12 V.

V

tot

R

tot

30 V

15

Ω

Empat buah hambatan masing-masing besarnya 2

Ω

, 3

Ω

, 4

Ω

, dan 6

Ω

dirangkai

secara seri, kemudian ujung-ujungnya ditutup oleh sumber tegangan sebesar

45 V. Tentukanlah:

a. hambatan total

b.

kuat arus yang melalui setiap hambatan

c.

tegangan di setiap resistor

M

enguji Diri

2. Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel adalah penyusunan komponen-

komponen listrik secara berjajar. Rangkaian ini berfungsi

untuk membagi-bagi arus dan memperkecil hambatan listrik.

Jika suatu hambatan listrik dirangkai paralel, maka beda

potensial pada masing-masing hambatan akan sama besar

sehingga pada rangkaian ini berlaku:

Bab 8 - Listrik Dinamis

135

a.

V

tot

= V

1

= V

2

= V

3

= ... = V

n

b.

I

tot

= I

1

+ I

2

+I

3

+ ... + I

n

c.

Karena 1) dan 2), maka berdasarkan hukum Ohm:

I

tot

= I

1

+ I

2

+ I

3

+ ... + I

n

—— = —— + —— + —— + ... + ——

— = —— + —— + —— + ... + ——

— = V

tot

( —– + —– + —– + ... + —– )

—–– = —– + —– + —– + ... + —–

Jadi, untuk n buah hambatan yang disusun paralel,

maka hambatan penggantinya adalah:

—–– = —– + —– + —– + ... + —–

Gambar 8.11

Rangkaian paralel

V

V

tot

R

tot

V

1

R

1

V

2

R

2

V

3

R

3

V

n

R

n

V

tot

R

tot

V

tot

R

1

V

tot

R

2

V

tot

R

3

V

tot

R

n

V

tot

R

tot

1

R

1

1

R

2

1

R

3

1

R

n

1

R

tot

1

R

1

1

R

2

1

R

3

1

R

n

1

R

tot

1

R

1

1

R

2

1

R

3

1

R

n

Tiga buah hambatan masing-masing besarnya 2

Ω

, 3

Ω

,

dan 6

Ω

dirangkai paralel dengan kuat arus yang masuk

sebesar 18 A. Tentukanlah:

a. hambatan total

b.

tegangan listrik yang melalui setiap hambatan

c.

kuat arus di setiap resistor

Penyelesaian:

Diketahui:

R

1

= 2

Ω

,

R

2

= 3

Ω

, dan

R

3

= 6

Ω

;

I

= 18 A

Ditanya:

a. hambatan total

b.

tegangan listrik yang melalui setiap hambatan

c.

kuat arus di setiap resistor

Jawab:

a. Hambatan penggantinya adalah:

—––

= —– + —– + —–

—–– = —– + —– + —–

R

1

= 2

Ω

R

2

= 3

Ω

R

3

= 6

Ω

Contoh:

I = 18 A

V

Gambar 8.12

Rangkaian paralel (2

Ω

,

3

Ω

, 6

Ω

)

1

R

tot

1

R

1

1

R

2

1

R

3

1

R

tot

1

2

1

3

1

6

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

136

— = ————– = — = 1

R

tot

= 1

Jadi, hambatan penggantinya adalah 1 ohm.

b.

Berdasarkan Hukum Ohm,

V

tot

= V

1

= V

2

= V

3

= V

4

.

Dengan menggunakan Hukum Ohm, dapat

dihitung:

V

tot

=

I

tot

R

tot

= 18 A

1

Ω

= 18 V

Jadi, beda potensial hambatannya adalah 18 V.

c.

Kuat arus listrik di setiap resistor:

I

1

= —– = —– – = 9 A

I

2

= —– = —– – = 6 A

I

3

= —– = —– – = 3 A

Jadi, kuat arus di

R

1

= 9 A, di

R

2

= 6 A, dan di

R

3

= 3 A.

1

R

tot

3 + 2 + 1

6

6

6

V

3

R

3

18 V

6

Ω

V

1

R

1

18 V

2

Ω

V

2

R

2

18 V

3

Ω

Tiga buah hambatan masing-masing 3 ohm dirangkai

pararel. Jika mengalir ke dalam rangkaian tersebut

adalah 15 A, tentukan:

a. hambatan total

b.

tegangan listrik yang melalui setiap hambatan

c.

kuat arus di setiap resistor

d. Jika kemudian dirangkaikan seri dengan

hambatan 4 ohm, berapakah hambatan pengganti

pada rangkaian tersebut?

M

enguji Diri

E. Hukum I Kirchoff

Pada pembahasan rangkaian listrik telah disebutkan

bahwa arus listrik yang mengalir di setiap hambatan

pada rangkaian seri sama besar. Sedangkan, arus listrik

R

1

= 3

Ω

R

2

= 3

Ω

R

3

= 3

Ω

I = 15 A

V

Gambar 8.13

Rangkaian paralel

(R

1

= R

2

= R

3

= 3

Ω

)

Bab 8 - Listrik Dinamis

137

pada rangkaian paralel sebanding dengan beda potensial

dan berbanding terbalik dengan hambatan resistornya.

Hubungan antara arus yang mengalir dan rangkaian

hambatan listriknya pertama kali ditemukan oleh ilmuwan

fi

sika bernama

Kirchoff

. Kesimpulan dari hasil penelitiannya

yang hingga sekarang dikenal sebagai Hukum Kirchoff,

menyatakan bahwa kuat arus yang masuk melalui suatu

penghantar sama dengan kuat arus yang keluar dari

penghantar tersebut. Kesimpulan ini dapat dituliskan dalam

persamaan:

Jumlah I

masuk

=

Jumlah I

keluar

Contoh:

Suatu penghantar listrik dirangkai seperti pada Gambar

8.14. Arus yang masuk pada rangkaian itu adalah 12 A

dan arus yang mengalir di A adalah 3 A. Tentukanlah

arus di B dan di C!

Penyelesaian:

Diketahui:

I

m

= 12 A ;

I

A

= 3 A

Ditanya:

I

B

dan

I

C

Jawab:

Jumlah I

masuk

=

Jumlah I

keluar

-

Karena arus yang keluar dari A seluruhnya masuk

ke B, maka arus di B = arus di A. Jadi,

I

B

=

I

A

= 3 A.

-

I

C

=

I

m

I

A

= 12 A – 3 A = 9 A

Jadi, arus yang melalui cabang B adalah 3 A dan arus

yang melalui cabang C adalah 9 A.

AB

C

Gambar 8.14

Ketika dihubungkan dengan alat listrik, sebuah

baterai mengeluarkan arus sebesar 3 A. Jika

arus yang mengalir pada

R

1

adalah 0,5 A,

berapakah besar arus yang mengalir pada

R

2

dan

I

k

! (Lihat Gambar 8.15)

M

enguji Diri

I

m

ε

r

I

1

I

2

I

k

R

1

R

1

Gambar 8.15

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

138

K

ilasan Materi

Arus listrik adalah aliran proton atau muatan listrik positif yang mengalir

dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Gaya gerak listrik (

ε

) adalah beda potensial antara kutub-kutub sebuah

sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus.

Tegangan jepit (V) adalah beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen

listrik ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik.

Hukum Ohm menyatakan bahwa:

R

= — atau

V

=

IR

Resistivitas adalah besaran

fi

sika dari suatu bahan yang tergantung pada

temperatur dan jenis bahan tersebut.

• Ran

gkaian seri dibuat untuk membagi-bagi beda potensial sekaligus

memperbesar hambatan listrik.

Hambatan pengganti untuk hambatan-hambatan yang disusun seri

adalah:

Hambatan pengganti untuk hambatan-hambatan yang disusun paralel

adalah:

—— = —– + —– + —– + ... + —–

Hukum Kirchoff menyatakan bahwa kuat arus yang masuk melalui suatu

penghantar sama dengan kuat arus yang keluar dari penghantar tersebut.

Jumlah I

masuk

= Jumlah I

keluar

V

I

1

R

tot

1

R

1

1

R

2

1

R

3

1

R

n

Setelah kamu mempelajari tentang listrik dinamis, coba kamu jelaskan kembali

konsep listrik dinamis! Manfaat apa yang kamu peroleh setelah mempelajari

listrik dinamis?

Bab 8 - Listrik Dinamis

139

1. Muatan listrik yang mengalir dari

potensial tinggi ke potensial rendah

disebut ....

a. beda potensial

b. arus listrik

c. hambatan listrik

d. gaya gerak listrik

2. Peristiwa munculnya gelembung-

gelembung gas hidrogen pada elek-

troda positif (tembaga) dalam sel

listrik disebut ....

a. polarisasi

b. depolarisasi

c. polarisator

d. depolarisator

3. Timah dan raksa tergolong jenis

bahan ....

a. isolator

b. semi konduktor

c. konduktor

d. super konduktor

4. Sel listrik yang tidak mengalami

polarisasi sehingga digunakan untuk

mengukur beda potensial adalah ....

a. sel volta

b. sel kering

c. sel Weston

d. akumulator

5. Jika sebuah baterai HP dialiri arus

sebesar 5 A selama 4 jam, muatan

yang ada dalam baterai itu adalah

....

a. 72 kC

b. 36 kC

c. 1200 C

d. 20 C

6. Beda potensial sebuah baterai pada

saat saklar tertutup adalah 6 volt

dengan hambatan dalam 0,2 ohm.

Jika saklar ditutup sehingga mengalir

arus sebesar 10 V, beda potensial saat

itu adalah ....

a.

3 V

c.

5 V

b.

4 V

d. 6 V

7.

Suatu penghantar yang dihubungkan

dengan sumber listrik yang beda

potensialnya 9 V dapat mengalirkan

arus sebesar 6 A. Hambatan

penghantar tersebut adalah ....

a. 0,67 ohm

b. 1,5 ohm

c. 3 ohm

d. 54 ohm

8.

Berikut ini adalah yang adalah yang

mempengaruhi hambatan kawat

logam,

kecuali

....

a.

massa jenis kawat

b. diameter kawat

c. panjang kawat

d. massa kawat

9.

4

Ω

2

Ω

6

Ω

A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!

Uji Kemampuan

Suatu penghantar

dirangkai seperti

pada gambar di atas. Jika beda

potensial yang dihubungkan pada

rangkaian adalah 6 V, kuat arusnya

adalah ....

a.

2 A

c.

0,2 A

b.

1 A

d. 0,1 A

Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMP/MTs Kelas IX

140

B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini!

1.

Sebuah baterai mobil mainan

mampu menyimpan hingga 50.000 Coulomb. Jika

baterai tersebut dapat mengalirkan arus sebesar 5 A, berapa usia pakai baterai

tersebut?

2.

Akfen mempunyai 16 buah lampu pijar berwarna yang akan ia susun menjadi

dua buah rangkaian terpisah masing-masing 8 buah lampu. Rangkaian pertama

disusun secara seri dan rangkaian kedua disusun secara pararel. Jika salah satu

lampu pada tiap rangkaian dipadamkan, apa yang akan terjadi pada lampu lain

dari masing-masing rangkaian tersebut? Jelaskan jawabanmu!

3. Dua

buah hambatan masing-masing 3 W dan 9 W dirangkai secara pararel, kemudian

dirangkai kembali secara seri dengan hambatan lain sebesar 1,75 W. Rangkaian

tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang memiliki GGL 12 volt dan

hambatan dalam 2 W. Tentukan:

a.

kuat arus yang mengalir pada tiap-tiap hambatan luar

b.

tegangan pada tiap-tiap hambatan luar

4. S

uatu penghantar yang memiliki tiga cabang dialiri arus sebesar 40 A. Perbandingan

arus yang mengalir pada cabang pertama, kedua, dan ketiga adalah 2 : 3 : 5.

Hitunglah besar arus yang mengalir pada cabang ketiga!

5.

Perhatikan gambar di samping!

Tentukan:

a. hambatan pengganti

b.

kuat arus yang melalui setiap hambatan

c.

tegangan tiap-tiap hambatan

1.

Mengapa peristiwa mengalirnya elektron dari tempat yang potensialnya rendah

ke tempat yang potensialnya tinggi tidak disebut sebagai arus listrik?

2.

Hambatan jenis tembaga

adalah 1,27 × 10

-8

, sedangkan hambatan jenis besi adalah

9,41 × 10

-8

. Mengapa hambatan jenis besi lebih besar daripada hambatan jenis

tembaga? Bahan mana yang lebih baik untuk dijadikan konduktor? Jelaskan!

3.

Sebutkan sumber-sumber arus listrik yang dapat kamu temukan dalam kehidupan

sehari-harimu! Sumber arus listrik mana yang lebih e

fi

sien dan efektif untuk kamu

gunakan? Jelaskan! Diskusikan dengan teman sebangkumu!

3

Σ

2

Σ

3

Σ

6

Σ

2

Σ

II

36 V

ε

10. Jum

lah kuat arus yang masuk melalui

satu titik cabang sama dengan jumlah

kuat arus yang keluar darinya.

Pernyataan tersebut dikenal dengan

nama ....

a. hukum Ohm

b. hukum Kirchoff

d. hukum listrik

c. hukum Ampere