Halaman
Listrik Dinamis
155
Untuk mempermudah memahami materi ini, perhatikan peta konsep berikut ini.
P
eta
K
onsep
Listrik Dinamis
Voltmeter
membahas
Beda Potensial
Amperemeter
Arus Listrik
Pengukuran
Beda Potensial
Arus Listrik
antara lain
diukur dengan
diukur dengan
Setelah kalian memahami peta konsep di atas, perhatikan kata-kata kunci berikut
yang merupakan kunci dan cara memahami materi ini.
•
Ampermeter
•
Arus listrik
•
Beda potensial
•
Voltmeter
Tuti yang baru berusia lima tahun, pada suatu pagi bermain-main lampu senter.
Ia menekan tombol merah, ternyata lampu senter menyala. Sambil melihat ibunya
yang sedang menyapu, tangan Tuti memutar-mutar tutup senter sampai akhirnya
tutup senter itu lepas. Tuti menekan tombol merah. Ia sangat heran karena lampu
senter tidak menyala. Dari kejadian yang dilakukan oleh Tuti memunculkan suatu
pertanyaan yaitu:
1. Apa yang menyebabkan lampu senter menyala?
2. Mengapa jika tutup lampu senter dilepas atau dikendorkan, lampu tersebut
tidak dapat menyala?
Pertanyaan-pertanyaan di atas berhubungan dengan listrik dinamis.
Untuk menjawabnya marilah kita pelajari materi berikut.
Bab
8
Listrik Dinamis
K
ata
K
unci
I=
Q
t
IPA Terpadu IX
156
A. Tujuan
Mengamati cara kerja suatu rangkaian listrik.
B. Alat dan Bahan
1. Sebuah baterai dan tempatnya
2. Sebuah lampu pijar
3. Sakelar lengkap dengan kabel penghubung
C. Cara Kerja
1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Rangkailah baterai, lampu, dan sakelar menggunakan kabel
penghubung seperti pada gambar di bawah ini.
3. Tekan sakelar, sehingga posisi sakelar seperti pada gambar
a.
4. Amati lampu pijar. Apa yang terjadi?
5. Tekan sakelar, sehingga posisi sakelar seperti pada gambar
b (sakelar terbuka.
6. Amati keadaan lampu pijar. Apa yang terjadi?
7. Diskusikan dengan teman sekelompok kalian mengapa semua
itu terjadi?
8. Gunakan hasil diskusi dan hasil pengamatan untuk menjawab
pertanyaan berikut ini:
a. Rangkaian listrik pada Kegiatan 8.1, pada saat sakelar
dalam keadaan tertutup disebut rangkaian listrik tertutup
sedangkan pada saat sakelar dalam keadaan terbuka
disebut . . . .
Kegiatan 8.1
(b)
Sakelar terbuka
(a)
Sakelar tertutup
Listrik Dinamis
157
b. Pada saat sakelar tertutup, terdapat perbedaan . . .
sehingga terjadi aliran . . . .
c. Pada saat sakelar terbuka, tidak terdapat perbedaan . . .
sehingga tidak terjadi aliran . . . .
D. Hasil Pengamatan:
Buatlah kesimpulan disertai suatu alasan!
A. Arus Listrik dan Beda Potensial Listrik
1. Arus Listrik
Analisis dari lampu senter dan kegiatan 8.1 dapat
diterangkan secara fisika. Dengan adanya beda
potensial yang ditunjukkan oleh sumber tegangan
menyebabkan adanya aliran muatan. Banyaknya aliran
muatan,
Q
, per satuan waktu,
t
, disebut arus muatan,
I
. Jika aliran muatan positif disebut arus listrik atau
kuat arus. Secara matematika dapat ditulis,
I=
Q
t
Dengan
Q
dinyatakan dalam satuan coulomb (C),
t
dalam satuan sekon, dan kuat arus dinyatakan
dalam satuan ampere (A). Oleh karena itu, ampere
dapat dinyatakan sebagai coulomb per sekon dan 1
ampere adalah 1 coloumb muatan yang mengalir
dalam waktu 1 sekon. Seperti pada satuan panjang
atau massa, satuan kuat arus dapat dinyatakan
dalam satuan yang lebih kecil yaitu miliampere (mA)
dan mikroampere (
P
A).
Hubungan satuan-satuan tersebut sebagai berikut:
1
P
A=
1
1.000
Aatau1 mA= 10
–3
A
1
P
A=
1
1.000.000
Aatau1 mA= 10
–6
A
IPA Terpadu IX
158
Setelah kalian mempelajari tentang arus listrik, apakah perbedaan antara
arus listrik dengan kuat arus listrik?
Tugas
Apabila dalam suatu penghantar mengalir
elektron sebanyak
N
dan masing-masing elektron
bermuatan
e
coulomb, dengan
e
= 1,6 × 10
–19
coulomb, maka kuat arus
I
adalah:
I=
Ne
t
Arus listrik memiliki arah yaitu dari potensial tinggi
ke potensial rendah. Oleh karena itu, arus listrik
termasuk besaran vektor. Sedangkan kuat arus
listrik tidak memiliki arah, maka kuat arus listrik
termasuk besaran skalar.
Amperemeter
adalah alat untuk mengukur kuat
arus listrik. Untuk mengukur kuat arus listrik, diukur
dengan amperemeter, yang disusun secara seri atau
berurutan dengan komponen yang akan diukur kuat
arusnya. Mengapa harus dipasang seri? Penyusunan
amperemeter untuk mengukur kuat arus yang lewat
pada lampu dalam sebuah rangkaian ditunjukkan
oleh Gambar 8.1.
Gambar 8.1
Mengukur kuat arus
A
X
Listrik Dinamis
159
2. Beda Potensial
Aliran muatan dipengaruhi besar kecilnya
potensial dari satu titik ke titik yang lain. Dengan
kata lain, besarnya beda potensial akan
mempengaruhi banyak muatan yang mengalir dalam
suatu penghantar. Oleh karena itu, ada hubungan
antara beda potensial dengan muatan listrik.
Perpindahan muatan dari satu titik ke titik yang lain
diperlukan energi. Jika muatannya adalah muatan
elektron, maka dapat ditulis kembali dalam
persamaan,
W
=
e V
Dengan satuan untuk energi adalah joule,
sehingga berdasarkan persamaan di atas, joule
dapat dinyatakan dengan satuan coulombvolt atau
elektronvolt (eV).
Contoh soal 8.1:
Di dalam suatu penghantar dialiri muatan listrik
sebesar 360 coulomb dalam waktu satu menit.
Berapa besar arus listrik yang mengalir dalam
penghantar tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui :
Q
= 360 coulomb
t
= 1 menit = 60 sekon
Ditanya
:
I
= . . . ?
Jawab
:
I
=
Q
t
=
360C
60s
= 6 ampere
IPA Terpadu IX
160
Lampu
2,5 V
L
A
1,5 V
+
–
B. Mengukur Besar Arus Listrik dan
Beda Potensial Listrik
1. Mengukur Arus Listrik
A. Tujuan
Mengukur besarnya kuat arus dalam suatu rangkaian
B. Alat dan Bahan
1. Dua buah baterai
2. Sebuah lampu bohlam
3. Kabel penghubung
4. Papan rangkaian
5. Sebuah AVOmeter
C. Cara Kerja
1. Hubungkan sebuah bola lampu dan sebuah baterai
menggunakan kabel penghubung pada papan rangkaian,
seperti gambar di bawah ini.
2. Siapkan AVOmeter untuk mengukur kuat arus listrik yang
mengalir dalam suatu rangkaian DC dengan langkah-langkah
sebagai berikut:
a. Masukkan colok merah ke terminal positif (+) dan colok
hitam ke terminal negatif (–).
b. Putarlah sakelar pilih ke daerah pengukuran DC – A.
Kegiatan 8.2
Listrik Dinamis
161
c. Bila jarum penunjuk tidak tepat pada angka nol
aturlah pengeset jarum.
d. Bila jarum penunjuk sudah tepat pada angka nol, maka
AVO meter telah siap digunakan untuk mengukur arus
yang mengalir pada rangkaian DC.
3. Gunakan AVO meter yang berfungsi sebagai amperemeter,
dengan skala batas ukur sampai 1 A.
4. Amati apa yang terjadi pada lampu bohlam tersebut.
5. Apabila lampu menyala, catatlah hasil penunjuk
amperemeter. Berapa angka yang ditunjukkan pada
amperemeter?
6. Lepaslah salah satu kabel penghubung pada lampu. Apa
yang terjadi?
7. Pada saat lampu mati, berapa besar kuat arusnya?
8. Bagaimana pendapat kalian tentang hubungan antara
amperemeter dengan nyala atau matinya lampu dalam
suatu rangkaian listrik?
9. Lakukan dengan cara yang sama, namun gunakan 2 baterai
dalam rangkaian tersebut. Dengan menggunakan dua
baterai, berapa besar sumber tegangan yang digunakan?
10. Apabila dibandingkan dengan menggunakan satu baterai,
bagaimana keadaan nyala lampu ini?
11. Bagaimana hubungan besar kuat arus terhadap sumber
tegangan?
D. Hasil Pengamatan
Buatlah kesimpulan yang disertai alasan untuk menganalisis
pernyataan-pertanyaan berikut:
1. Hubungan kuat arus dengan beda potensial,
2. Nyala lampu dengan sumber tegangan,
3. Apa artinya jika angka amperemeter menunjukan angka
nol, dan
4. Apakah angka yang ditunjukkan oleh amperemeter sama
dengan kuat arus yang lewat pada lampu atau kuat arus
yang dihasilkan oleh sumber tegangan?
IPA Terpadu IX
162
2. Pengukuran Sumber Tegangan atau Beda Potensial
Secara kualitatif kita bisa menentukan besar suatu
tegangan dari sumber tegangan yang digunakan
dalam suatu rangkaian listrik. Misalkan, suatu baterai
yang kalian gunakan dalam rangkaian pada Kegiatan
8.2, tertera 1,5 V atau mungkin 3 V. Angka ini adalah
angka yang ditunjukkan oleh suatu industri di mana
baterai itu dibuat. Bagaimana cara membuktikan
bahwa angka-angka tersebut adalah benar adanya?
Oleh karena itu, kita perlu mengadakan pengukuran
yaitu dengan suatu alat yang disebut voltmeter.
A. Tujuan
Menentukan besar sumber tegangan dari suatu rangkaian.
B. Alat dan Bahan
1. 4 buah baterai
2. Basicmeter (voltmeter)
3. Kabel secukupnya
4. Kotak tempat baterai
C. Cara Kerja
1. Beri tulisan pada masing-masing baterai
E
1
,
E
2
,
E
3
, dan
E
4
.
2. Cara menggunakan Basicmeter:
Sebelum kita menggunakan Basicmeter, marilah kita pelajari
dahulu mikroamperemeter. Bagian-bagian mikroamperemeter:
a. Jarum penunjuk
b. Terminal (+) mikroampere
c. Terminal (–) mikroampere
d. Skala penunjuk
e. Sekrup pengatur nol
Catatan:
a. Apabila dalam mikroamperemeter dipasang hambatan
depan (
R
– depan) atau hambatan Shunt (
R
– Shunt)
maka mikroamperemeter itu disebut Basicmeter Unit
(BMU). Basic Meter Unit ini sering hanya disebut Basicmeter.
b. Kalau Basicmeter digunakan untuk mengukur kuat arus
searah (DC) maka padanya harus dipasang
R
– Shunt.
Kegiatan 8.3
Listrik Dinamis
163
R
– Shunt tampak samping
R
– depan tampak samping
Terminal +
dari depan
Te r m i n a l –
dari
R
depan
(com)
Te r m i n a l +
dari
R
Shunt (com)
Te r m in a l –
dari
R
Shunt
Batas ukur
R
depan
Rangkaian
hambatan
R
– Shunt tampak atas
R
– depan terminal atas
Batas ukur
R
–shunt
Rangkaian
hambatan
Colok +
Colok –
com
Colok –
Colok +
com
c. Sedangkan untuk mengukur beda potensial atau beda
tegangan maka pada mikroamperemeter harus dipasang
R
– depan. Lihat gambar di bawah ini.
Terminal positif (+) dan negatif (–) dari mikroamperemeter
berfungsi sebagai penghubung atau soket untuk colok-
colok dari
R
– Shunt atau
R
– depan.
Batas ukur dari BMU sudah berubah sesuai dengan
batas ukur yang tertera dalam
R
– depan atau
R
– Shunt
yang kita pilih.
d. Cara membaca skala pengukuran Basic Meter Unit (BMU)
sebagai berikut:
Skalayangditunjuk
Skala maksimum
batasukur
3. Aturlah batas ukur Basicmeter pada posisi 10 volt.
4. Ukurlah tegangan tiap baterai (sel) menggunakan Basic
meter. Catat hasil pengukuran kalian.
5. Ambil 2 buah baterai
E
1
dan
E
2
kemudian rangkailah secara
seri, seperti gambar berikut ini.
IPA Terpadu IX
164
6. Ukur dan catatlah hasil penunjukan voltmeter.
7. Ambillah baterai
E
3
kemudian ketiga baterai
E
1
,
E
2
, dan
E
3
dirangkai secara seri. Ukur dan catat hasil penunjukan
voltmeter.
8. Ambillah baterai
E
4
kemudian keempat baterai,
E
1
,
E
2
,
E
3
, dan
E
4
dirangkai secara seri! Ukur dan catat hasil penunjukan
voltmeter.
9. Hitunglah tegangan terminal E
T
masing-masing untuk,
E
T
=
E
1
+
E
2
+
E
3
+ . . . .+
E
n
,
D. Hasil Pengamatan
Buatlah kesimpulan yang disertai alasan dari data yang kalian
peroleh! Berilah pernyataan yang berkaitan dengan hasil
pengukuran secara seri dengan penjumlahan secara
matematika, apakah ada perbedaan dan mengapa!
Info
MEDIA
Basicmeter merupakan alat ukur listrik yang berfungsi ganda.
Basicmeter bisa digunakan untuk mengukur kuat arus listrik dan juga
beda potensial.
Listrik Dinamis
165
Kegiatan 8.4
1. Lakukan dengan cara yang sama seperti pada Kegiatan 8.3,
namun baterai tersebut kalian susun secara paralel, seperti
gambar di bawah ini. Catatlah hasil pengukuran kalian.
Buatlah kesimpulan yang disertai alasan dari data yang sudah
diperoleh! Berilah pernyataan yang berkaitan dengan hasil
pengukuran secara paralel jika nilai
E
T
sama dengan nilai
E
dari
masing-masing baterai. Apakah ada perbedaan dan mengapa?
Setelah kalian melakukan kegiatan sendiri/kelompok untuk
rangkaian paralel, apa yang bisa kalian kemukakan tentang
perbedaan sumber tegangan yang disusun secara seri dan paralel.
Pada susunan seri, terminal positif dihubungkan dengan terminal
negatif dan seterusnya, sebaliknya untuk susunan paralel,
terminal positif semua dihubungkan bersama begitu pula untuk
semua terminal negatif.
Dari hasil kegiatan 8.3 dan 8.4, menunjukkan bahwa besarnya
tegangan terminal
E
T
, untuk sumber tegangan,
E
, yang disusun
secara seri merupakan jumlah dari setiap sumber tegangan.
Secara matematika dapat ditulis,
E
T
=
E
1
+
E
2
+
E
3
+ . . .
E
n
Sebaliknya untuk sumber tegangan yang sama disusun secara
paralel maka tegangan terminal yang didapatkan adalah sama
dengan sumber tegangan untuk satu sumber tegangan (satu
baterai),
E
T
=
E
1
=
E
2
=
E
3
= . . .
E
n
IPA Terpadu IX
166
Sistem penggunaan baterai secara paralel biasa digunakan oleh
seseorang yang akan menghidupkan salah satu mobil yang
kebetulan akinya dalam posisi lemah arus sehingga tidak kuat untuk
menghidupkan mesin saat distater. Prinsip yang digunakan adalah
di mana baterai yang lemah (
R
-nya tinggi) dihubungkan secara
paralel dengan baterai yang sehat (
R
-nya rendah) yang akan
mengalirkan arus sehingga mobil dapat distater. Jika setiap sumber
tegangan berbeda disusun secara paralel tentunya akan
mendapatkan situasi yang lebih kompleks.
Dari hasil pengukuran pada Kegiatan 8.3 dan 8.4 mengapa
tegangan yang terukur sebelum dan sesudah dirangkai dengan
lampu, menghasilkan tegangan terminal yang berbeda baik secara
seri maupun paralel jika dibandingkan dengan angka yang tertera
pada masing-masing baterai. Untuk mengetahui jawabannya
kalian bisa melakukan kegiatan secara kelompok untuk mengukur
kuat arus maupun tegangan yang melewati lampu. Lihat voltase
dan arus maksimumnya yang tertera pada lampu pijar sebelum
dirangkai, misalkan tertera 2,4 V, 0,5 A, apa artinya?
2. Perhatikan gambar di bawah ini. Lakukan pengukuran tegangan
yang lewat lampu dengan menggunakan voltmeter. Catatlah hasil
pengukuran yang sudah kalian peroleh.
Hasil Pengamatan
Berdasarkan data yang kalian peroleh, bandingkan tegangan pada
catu daya dengan tegangan pada bola lampu! Kesimpulan apa yang
kalian dapat?
Contoh soal 8.2
Tiga buah baterai yang masing-masing memiliki GGL
sebesar
E
, dirangkai secara seri maka berapakah GGL
total atau GGL terminalnya?
L
V
Listrik Dinamis
167
Refleksi
Rangkuman
Penyelesaian:
Diketahui :
n
= 3 buah
GGL
=
E
Seri
Ditanya
:
E
T
= . . . ?
Jawab
:
E
T
=
E
+
E
+
E
=
nE
= 3
E
1. Arus listrik: aliran muatan listrik karena adanya beda potensial
pada sumber tegangan.
2. Arus listrik dinyatakan dalam besaran kuat arus listrik
I=
Q
t
3. Amperemeter: alat untuk mengukur kuat arus listrik.
4. Beda potensial mempengaruhi besar kecilnya aliran muatan.
5. Untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain
dibutuhkan energi sebesar:
W = e V
6. Voltmeter: alat untuk mengukur beda potensial.
Sebagai bahan refleksi untuk menguji kemampuan kalian tentang
listrik dinamis, jelaskan terjadinya arus listrik dan cara
mengukurnya, serta sebutkan penerapan listrik dinamis di
lingkungan sekitar kalian! Jika kalian mampu menjawab pertanyaan
di atas, silakan melanjutkan pembelajaran ke bab berikutnya.
IPA Terpadu IX
168
A. Pilihlah satu jawaban yang paling benar dengan cara
memberi tanda silang (X) pada huruf
a, b, c,
atau
d
!
1. Banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik melalui suatu
penghantar dinamakan . . . .
a. arus elektron
b. kuat arus
c. arus listrik
d. kapasitas
2. Arus listrik dapat mengalir dalam suatu rangkaian tertutup, jika . . . .
a. terdapat hambatan
b. terdapat beda potensial di antara dua titik
c. dipasang sumber tegangan sehingga potensialnya menjadi sama
d. dipasang sakelar
3. Perbedaan antara arus listrik dan kuat arus listrik, yaitu . . . .
a. arus listrik memiliki arah sedangkan kuat arus listrik tidak
b. arus listrik besaran skalar sedangkan kuat arus listrik besaran
vektor
c. keduanya memiliki arah yang berlawanan
d. arus listrik terjadi dari muatan sedangkan kuat arus listrik terjadi
dari elektron
4. Ani mengukur besar arus yang lewat pada suatu penghantar.
Ternyata ia dapatkan hasil 36 miliampere. Data yang diperoleh Ani
ini setara dengan . . . .
a. 3,6 x 10
–3
ampere
b. 3,6 x 10
–2
ampere
c. 3,6 ampere
d. 36 ampere
5. Muatan listrik sebesar satu coulomb yang mengalir selama satu
detik disebut . . . .
a. satu farad
b. satu coulomb detik
c. satu ohm
d. satu ampere
Uji Kompetensi
Listrik Dinamis
169
6. Ali melakukan percobaan, ia mendapatkan hasil pengukuran besar
arus listrik yaitu 4,2 mikroampere. Hasil ini setara dengan . . . .
a. 4,2 × 10
–6
A
b. 4,2 × 10
–5
A
c. 4,2 A
d. 42 A
7. Seorang anak hendak mengukur besar arus yang mengalir melalui
bola lampu pijar menggunakan amperemeter. Maka amperemeter
dan lampu pijar harus disusun secara . . . .
a. campuran
b. seri
c. paralel
d. seri dan dapat pula paralel
8. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut!
1) Aliran arus listrik dari potensial tinggi ke rendah.
2) Aliran arus listrik selalu melawan arah aliran elektron.
3) Besarnya arus listrik tidak dapat diukur.
4) Arus listrik mengalir memerlukan penghantar.
Pernyataan di atas yang benar adalah . . . .
a. 1, 2
b. 1, 2, dan 3
c. 1, 2, dan 4
d. 1, 2, 3, dan 4
9. Selama sepuluh detik banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam
penghantar sebesar 20 coulomb, maka kuat arus listriknya . . . .
a. 200 ampere
b. 20 ampere
c. 10 ampere
d. 2 ampere
10. 240 coulomb muatan listrik mengalir melalui penghantar selama
t
detik. Apabila besar arus yang timbul 2 ampere. Maka
t
adalah . . . .
a. 2 menit
b. 4 menit
c. 12 menit
d. 120 menit
IPA Terpadu IX
170
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas!
1. Empat buah baterai masing-masing memiliki GGL 1,5 volt dan
hambatan dalam 0,1 ohm, dirangkai seri. Kemudian rangkaian seri
baterai ini dihubungkan dengan hambatan 5,6 ohm sehingga terjadi
aliran listrik. Hitunglah besar arus yang keluar dari sumber tegangan
tersebut!
2. Empat buah baterai masing-masing memiliki GGL dan hambatan
dalam 1,5 volt dan 0,1 ohm. Keempat baterai dirangkai paralel.
Kemudian rangkaian ini dihubungkan dengan hambatan sebesar
5,975 ohm sehingga terjadi aliran listrik. Hitunglah besar arus yang
timbul pada rangkaian ini!
3. Sebuah penghantar dilalui arus listrik sebesar 150 miliampere.
Berapakah muatan listrik yang dapat dipindahkan selama 10 menit?
4. Sebuah sumber tegangan mengeluarkan energi sebesar 2.500 joule
untuk memindahkan 100 coloumb muatan listrik dan satu titik ke
titik lain. Berapakah beda potensial sumber tegangan tersebut?
5. Sebuah sumber tegangan mengeluarkan energi 15.000 joule. Jika
beda potensial sumber adalah 150 volt, tentukan besar muatan
yang dipindahkan!
Proyek
Buatlah lampu kelap-kelip bersama kelompok kalian dengan
rangkaian paralel dan seri. Kemudian bandingkan hasil pengamatan
kalian.