Bab 9 SUMBER ARUS LISTRIK
C. Pengukuran Tegangan Listrik
Kamu sudah mengetahui bahwa alat ukur lsitrik yang cukup penitng, selain amperemeter, adalah voltmeter. Amperemeter digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Adapun, voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial. Misalnya beda potensial antara kutub-kutub baterai atau beda potensial di dua titik suatu rangkaian listrik.
Dalam suatu rangkaian, penggunaan voltmeter secara paralel. Maksudnya, terminal positif voltmeter (berwarna merah) dihu- bungkan dengan kutub positif batu baterai. Adapun kutub negatif voltmeter dihubungkan dengan kutub negatif batu baterai.
Salah satu contoh penggunaan voltmeter yaitu pada pengukuran gaya gerak listrik dan tegangan jepit suatu rangkaian. Untuk lebih jelasnya, lakukan Kegiatan 9.1 secara berkelompok. Sebelumnya, bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki- laki dan 2 perempuan.
S Gambar 9.7 Voltmeter Sumber: Jendela Iptek, 2001
Cara Kerja:
1. Rangkailah alat dan bahan yang tersedia seperti gambar. 2. Ukurlah tegangan baterai sebelum sakelar ditutup.
3. Tutuplah sakelar. Amatilah nyala lampu dan angka yang ditunjukkan skala voltmeter.
4. Pasangkan lagi sebuah lampu secara seri terhadap lampu pertama.
5. Tutuplah sakelar. Amatilah nyala kedua lampu dan angka yang ditunjukkan skala voltmeter.
6. Catatlah hasil pengamatan kelompokmu pada tabel di buku kerjamu.
7. Ulangilah cara kerja 1–5 dengan menambah baterai secara seri.
Pertanyaan:
1. Lebih besar manakah antara gaya gerak listrik baterai dengan tegangan jepitnya?
2. Bagaimanakah besar tegangan jepit untuk menyalakan lampu yang berbeda?
3. Nyatakan kesimpulan kelompokmu di buku kerjamu.
Tujuan: 1. Mengukur ggl elemen. 2. Mengukur tegangan jepit.
Alat dan Bahan:
– Lampu 1,5 V – Sakelar – Baterai – Voltmeter
Perbedaan antara besarnya GGL dengan tegangan jepit me- nimbulkan adanya kerugian tegangan. Baterai atau sumber arus listrik lainnya memiliki hambatan dalam. Dalam suatu rangkaian, hambatan dalam (r) selalu tersusun seri dengan hambatan luar (R). Perhatikan Gambar 9.8.
Berdasarkan gambar, rumus Hukum Ohm dapat ditulis sebagai berikut.
V = IR E = I(R +r)
Untuk beberapa elemen yang dipasang secara seri berlaku
1 2 ... total n E =E +E + +E =nE 1 2 ... total n r = + +r r r =nr Sehingga I nE R nr = + I E1, r1 I E 2, r2 En, rn S Gambar 9.9 Rangkaian elemen secara seri
R
r E
S Gambar 9.8 Hambatan dalam
S Gambar 9.10 Rangkaian elemen secara paralel
E1, r1
E1, r2
E1, rn I
1. Dua baterai masing 1,5 V dengan ham- batan dalam 0,5Ω dihubungkan ke hambatan 14 Ω. Berapakah tegangan jepitnya jika kedua baterai dipasang seri?
Penyelesaian: Diketahui: E= 1,5 V n = 2 r = 0,5 Ω R = 14 Ω Ditanyakan: V = ... ? Jawab: 2 1,5 14 2 0, 5 3 0, 2A 15 nE I R nr = + × = + ⋅ = =
Sehingga besar tegangan jepitnya
0, 2 A 14 2,8 volt
V= ⋅I R
= × Ω =
Jadi kerugian tegangan atau tegangan yang hilang adalah
3 volt 2,8 volt 0, 2 volt
E V U V E U
= + = −
= − =
Untuk beberapa elemen yang dipasang secara paralel berlaku
1 2 total n E =E =E =E =E 1 1 2 1 1 1 1 ... total n total r r r r r r n = + + + = Sehingga I E r R n = +
Keberadaan hambatan dalam itulah yang menyebabkan menyebabkan kerugian tegangan. Kerugian tegangan dilambangkan dengan U satuannya volt. Hubungan antara GGL, tegangan jepit, dan kerugian tegangan dirumuskan.
E = V + U dengan:E = gaya gerak listrik satuannya volt (V)
V = tegangan jepit satuannya volt (V)
2. Tiga buah lampu identik dirangkai seperti gambar berikut.
Sakelar manakah yang harus ditutup agar tegangan jepit lebih besar? Mengapa?
Penyelesaian:
Diketahui: L1= L2= L3
Ditanyakan: V = ... ? Jawab:
· Jika S1ditutup dan S2dibuka tegangan jepitnya
2 1
1 L L
S V V
V = +
· Jika S2ditutup dan S1dibuka tegangan jepitnya
2 S V = 3 L V
Karena lampu sama, maka V1= V2= V3, akibatnya
2
1 S
S V
V > artinya tegangan jepit pada sakelar 1 (S 1) akan
menghasilkan tegangan yang lebih besar daripada sakelar S2
yang ditutup.
L1 L2 L3 S2
S1
1. Sumber arus listrik adalah alat yang berfungsi sebagai tempat pengubah suatu energi menjadi energi listrik. Sumber arus listrik searah contohnya elemen Volta, batu baterai, akumulator, dan sel surya.
2. Elemen dibedakan menjadi dua, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah elemen yang jika beda potensialnya sama dengan nol (habis) tidak dapat diisi kembali. Misalnya, elemen kering (batu baterai) dan elemen Volta. Elemen sekunder adalah elemen yang dapat diisi kembali jika beda potensialnya sama dengan nol, misalnya aki.
3. Elemen kering, yaitu elemen Volta dan aki yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
4. Amperemeter yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik dipasang seri.
5. Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan sebelum mengalirkan arus listrik.
6. Tegangan jepit adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan pada saat mengalirkan arus listrik.
7. Kerugian tegangan adalah besarnya tegangan yang hilang akibat adanya hambatan dalam.
8. Untuk beberapa elemen yang dipasang seri akan menghasilkan kuat arus sebesar
= nE+
I
R nr
9. Untuk beberapa elemen yang dipasang paralel akan menghasilkan kuat arus sebesar = + E I r R n
aki : elemen yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi kimia atau sebaliknya.
amperemeter : alat untuk mengukur kuat arus listrik.
anode : elektrode yang bermuatan positif.
dispolarisator : bahan yang dapat menghilangkan polarisasi.
elektrode : kutub sumber tegangan yang memiliki beda potensial.
elektrokimia : sumber arus listrik yang dihasilkan oleh reaksi kimia.
elemen kering : elemen yang menggunakan larutan elektrolitnya berupa pasta (kering).
hambatan dalam: hambatan yang terdapat di dalam suatu sumber arus yang bersifat menghambat gerak elektron di antara kutub-kutub.
katode : elektrode yang bermuatan negatif.
polarisasi : peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh pada elektrokimia gelembung-gelembung gas hidrogen.
voltmeter : alat untuk mengukur besar beda potensial atau tegangan listrik.
Apabila kamu sudah membaca isi bab ini dengan baik, seha- rusnya kamu sudah dapat mengerti tentang hal-hal berikut.
1. Gaya gerak listrik. 2. Sumber arus listrik. 3. Tegangan jepit.
Apabila masih ada materi yang belum kamu pahami, tanyakan pada gurumu. Setelah paham, maka pelajarilah bab selanjutnya.
Kerjakan soal-soal berikut di buku kerjamu A. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.
1. Berdasarkan gam-
bar berikut, angka yang ditunjukkan voltmeter adalah .... a. tegangan jepit b. tegangan maksimum c . tegangan sumber d. tegangan minimum
2. Sebuah sumber tegangan beda potensial- nya 24 volt artinya ....
a. sumber tegangan mengeluarkan energi 24 joule untuk mengalirkan arus listrik 2 ampere
b. sumber tegangan mengeluarkan energi 48 joule untuk memindahkan muatan 2 coulomb
c . sumber tegangan mengeluarkan energi listrik 48 joule selama 2 detik
d. sumber tegangan berfungsi dengan baik pada tegangan 24 volt untuk mengalirkan muatan listrik 1 coulomb 3. Data alat:
1. akumulator 2. generator 3. elemen kering 4. dinamo
Alat di atas yang dapat menimbulkan beda potensial DC adalah …
a. 1, 2 dan 3 c . 2 dan 4
b. 1 dan 3 d. 4
4. Perhatikan gambar berikut.
Jika batas ukur amperemeter 1 A, besar kuat arus yang terukur adalah ....
a. 5 A c . 15 A
b. 10 A d. 40 A
5. Bagian baterai yang ditunjukkan nomor 2 dan 3 adalah ....
a. karbon dan seng b. amonium klorida dan batang arang c . mangan dioksida
dan karbon d. mangan dioksida
dan amonium klorida
6. Jika rangkaian berikut untuk mengukur kuat arus pada lampu maka ....
a. P adalah sakelar dan Q adalah lampu b. P adalah amperemeter dan Q adalah
lampu
c . P adalah voltmeter dan Q adalah sakelar
d. P adalah amperemeter dan Q adalah voltmeter
7. Kuat arus 3 A artinya ....
a. muatan listrik 300 C mengalir selama 100 menit
b. muatan listrik 1.800 C mengalir sela- ma 10 menit
c . muatan listrik 3 C mengalir selama 6 menit
d. muatan listrik 9 C mengalir selama 3 menit A 1 2 3 4
c . nyala lampu makin terang, jika te- gangan makin besar
d. kuat arus makin besar, nyala lampu makin terang
10. Lampu akan menyala paling terang bila sakelar ....
a. S1 dan S2 ditutup, S3 terbuka b. S1, S2, dan S3 tertutup c . S1 dan S2 terbuka, S3 tertutup d. S1 dan S3 tertutup, S2 terbuka
1. Perhatikan gambar berikut.
a. Jika sakelar S1 ditutup dan S2 terbuka voltmeter menunjukkan 6 V, apakah yang terukur pada voltmeter?
b. Jika sakelar S1 dibuka dan S2 ditutup menunjukkan 5,6 V, apakah yang ter- ukur pada voltmeter?
c . Berapakah kerugian tegangan bila sa- kelar S1 dibuka dan S2 ditutup?
2. Apakah yang dimaksud gaya gerak listrik (GGL)?
3. Bagaimanakah prinsip kerja elemen lis- trik (primer dan sekunder)
4. Apa perbedaan proses pengosongan (pe- makaian) akumulator dengan pengisian- nya?
5. Empat buah baterai masing-masing 1,5V dan hambatan dalamnya 0,5Ω. Berapa- kah kerugian tegangannya jika baterai- baterai itu dipasang secara paralel ke hambatan 1 ohm? 3 V 4 V 6 V 12 V 0,24 A 0,32 A 0,48 A 0,72 A Redup Agak terang Terang Terang sekali Sumber tegangan Kuat
arus Nyala lampu
8. Tiga puluh batu baterai, masing-masing 1,5 V, disusun paralel akan menghasilkan GGL total sebesar ....
a. 1,5 volt c . 10 volt
b. 3,0 volt d. 15 volt
9. Perhatikan tabel berikut.
Berikut ini yang bukan kesimpulan dari tabel di atas adalah ....
a. nyala lampu tidak tergantung oleh te- gangan dan kuat arus
b. nyala lampu tergantung tegangan dan kuat arus
S3
S2
S1
B. Jawablah pertanyaan berikut dengan singkat dan jelas.
S2 S1 L