JOeA6LeAKZA9HVllTRQi4wzXTwupImlydgfeQSEW

(1)

(2)

DASAR TEKNIK LISTRIK ARUS SEARAH

MODUL PEMBELAJARAN TEKNIK ELEKTRONIKA

Untuk Sekolah Menengah Kejuruan

Edisi Tahun 2017

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN RI DIREKTORAT JENDRAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH

(3)

DASAR TEKNIK LISTRIK ARUS SEARAH

MODUL PEMBELAJARAN TEKNIK ELEKTRONIKA

Untuk Sekolah Menengah Kejuruan

Pengarah:

Drs. H. Mustaghfirin Amin, M.B.A. Direktur Pembinaan SMK

Penanggung Jawab:

Arie Wibowo Khurniawan, S.Si. M.Ak.

Kasubdit Program dan Evaluasi Direktorat Pembinaan SMK

Ketua Tim:

Arfah Laidiah Razik, S.H., M.A.

Kasi Evaluasi, Subdit Program dan Evaluasi Direktorat Pembinaan SMK

Penyusun:

Dodi Priyanto, S.Pd. (SMK Negeri 1 Panyingkiran Majalengka)

Desain dan Tata Letak:

Karin Faizah Tauristy, S.Ds.

ISBN : 978-602-50369-6-5

Penerbit:

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Komplek Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Gedung E, Lantai 13

(4)

KATA PENGANTAR

KASUBDIT PROGRAM DAN EVALUASI

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Salam Sejahtera,

Melalui Instruksi Presiden (Inpres) Nomor 9

Tahun 2016 tentang Revitalisasi Sekolah Menengah

Kejuruan (SMK), dunia pendidikan khususnya SMK

sangat terbantu karena akan terciptanya sinergi antar

instansi dan lembaga terkait sesuai dengan tugas

dan fungsi masing-masing dalam usaha mengangkat

kualitas SMK. Kehadiran Buku Serial Revitalisasi

SMK ini diharapkan dapat memudahkan penyebaran

informasi bagaimana tentang Revitalisasi SMK yang

baik dan benar kepada seluruh stakeholder sehingga

bisa menghasilkan lulusan yang terampil, kreatif,

inovatif, tangguh, dan sigap menghadapi tuntutan

dunia global yang semakin pesat.

Buku Serial Revitalisasi SMK ini juga diharapkan

dapat memberikan pelajaran yang berharga bagi para

penyelenggara pendidikan Kejuruan, khususnya di

Sekolah Menengah Kejuruan untuk mengembangkan

pendidikan kejuruan yang semakin relevan dengan

kebutuhan masyarakat yang senantiasa berubah dan

berkembang sesuai tuntuan dunia usaha dan industri.

(5)

Terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada

semua pihak yang terus memberikan kontribusi dan dedikasinya

untuk meningkatkan kualitas Sekolah Menengah Kejuruan. Buku

ini diharapkan dapat menjadi media informasi terkait upaya

peningkatan kualitas lulusan dan mutu Sumber Daya Manusia

(SDM) di SMK yang harus dilakukan secara sistematis dan

terukur.

Wassalamu`alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Jakarta, 2017

Kasubdit Program dan Evaluasi

(6)

Kata Pengantar

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufik serta hidayah-Nya atas tersusunya Modul Dasar Teknik Listrik Arus Searah, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku

panduan untuk siswa Sekolah Menengah Kejuaruan (SMK) Program Studi Teknik Elektronika pada Mata Pelajaran Teknik Listrik untuk Kelas X Semester I.

Modul pembelajaran ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013 mengacu pada paradigma belajar kurikulum abad 21 menyebabkan terjadinya perubahan, yakni dari pengajaran (teaching) menjadi belajar (learning), dari pembelajaran yang berpusat kepada guru (teacherscentered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik (studentcentered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar peserta didik aktif (active learning-CBSA) atau Student Active Learning-SAL.

Modul Dasar Teknik Listrik Arus Searah, ini disusun berdasarkan tuntutan pendekatan model pembelajaran berbasis peningkatan keterampilan proses sains dan diselaraskan dengan hasil dari program “Implementasi Kurikulum

SMK Berbasis Industri Di Jerman Bidang Elektronika Tahun 2017”.

Dalam penulisan ini, jika terdapat kekeliruan penulisan pada modul ini maka diharapkan kritik dan sarannya. Saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan Modul pembelajaran ini.

Stuttgart, 8 April 2017

Dodi Priyanto,S.Pd.

(7)

Daftar Isi

Kata Pengantar Kasubdit Program dan Evaluasi... i

Kata Pengantar Penulis ... iii

Daftar Isi ... iv

Peta Kedudukan Modul ... vi

Glosarium ... vii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Standar Kompetensi ... 1

B. Deskripsi ... 3

C. Waktu ... 4

D. Prasyarat ... 4

E. Petunjuk Penggunaan Modul ... 4

F. Tujuan Akhir ... 5

G. Cek Penguasaan Standar Kompetensi ... 6

BAB II. PEMBELAJARAN ... 9

A. Rencana Belajar Siswa ... 9

B. Kegiatan Belajar ... 9

a. Kegiatan Belajar ke-1 ... 9

1.Tujuan Kegiatan Pembelajaran ... 9

2. Uraian Materi ... 9

3. Rangkuman ... 17

4. Tugas ... 17

5. Tes Formatif ... 18

6. Kunci Jawaban Formatif... 20

7. Lembar Kerja ... 20

b. Kegiatan Belajar ke- 2 ... 21

3. Rangkuman ... 27

4. Tugas ... 27

(8)

c. Kegiatan Belajar ke- 3 ... 31

3. Rangkuman ... 39

4. Tugas ... 40

d. Kegiatan Belajar ke-4 ... 55

3. Rangkuman ... 66

4. Tugas ... 67

e. Kegiatan Belajar ke-5 ... 86

3. Rangkuman ... 98

4. Tugas ... 99

BAB III. EVALUASI... 107

A. Kognitif Skill ... 107

B. Psikomotor Skill... 111

C. Attitude Skill ... 120

D. Produk/Benda Kerja Sesuai Kriteria Standar... 121

E. Batasan Waktu Yang Telah Ditetapkan ... 122

F. Kunci Jawaban ... 123

BAB IV. PENUTUP ... 125

(9)

Peta Kedudukan Modul

Bidang Studi Keahlian : Teknologi Rekayasa Program Studi Keahlian : Teknik Elektronika Paket Keahlian : 1. Teknik Audio Vidio

2. Teknik Elektronika Industri 3. Teknik Elektronika Komunikasi 4. Teknik Mekatronika

5. Teknik Ototronik Kelas X

Semester : Ganjil / Genap Materi Ajar : Teknik Listrik

R a ngk a ia n E le k tr on ik a K om uni k a si D a ta & In te rf a ce S e ns o r d a n A k tu a tor P e re k aay as aan S is te m K ont ro l P e re k ay as aan S is te m R ob ot ik P e m b u a ta n d a n P e m e li h ar an P e ral at an S is te m K on tr o l

Kelas XI dan Kelas XII

C3:Teknik Elektronika Industri

T e kn ik K er ja Bengk el T e k n ik Lis tr ik T e kn ik D a s a r E le kt ro n ik a T e kn ik M ik ro p ro s es o r T ek n ik P em ro g ra m a n S im u la si Di g it a l Kelas X

C2.Dasar Kompetensi Kejuruan

Fisika Kimia Gambar Teknik

Kelas X

(10)

1. 2. 3. 4. 5. Glosarium

AC : AC adalah Alternating Current/Arus bolak-balik

Atom : adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti

atom serta awan elektron yang bermuatan negatif yang mengelilinginya.

Arus Litrik : Arus listrik adalah Arus yang mengalir dari titik positip

ke titik negatip

Arus Elektron : arah arus dari kutub yang bermuatan negatif ke kutub

atau terminal positif

DC : DC adalah Direct Current/Arus searah

Elektron : adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan

umumnya ditulis sebagai e

Energi : dinyatakan satuan kerja adalah joule (J), dinamakan

untuk menghormati James Prescott Joule dan percobaannya dalam persamaan mekanik panas. Ion : adalah atom atau sekumpulan atom yang bermuatan

listrik. Ion bermuatan negatif, yang menangkap satu atau lebih elektron, disebut anion, karena dia tertarik menuju anode.

Isolator listrik : adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan

perpindahan muatan listrik. Dalam bahan isolator valensi elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya.

Kapasitor : Kondensator adalah Komponen listrik/elektronika yang

dapat menyimpan muatan listrik

Konduktor : adalah zat yang dapat menghantarkan arus listrik, baik

berupa zat padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.

LDR : LDR atau Light Dependen Resistor adalah resistor yang peka terhadap perubahan cahaya, apabila cahayanya semakin terang maka tahananya akan semakin turun.

Molekul : Molekul adalah Bagian terkecil dari zat yang masih

mempunyai sifat-sifat yang sama dari zat itu

(11)

Neutron : Neutron adalah Partikel listrik yang tidak bermuatan (netral)

NTC : NTC atau Negative temperature koefisien adalah resistor yang peka terhadap perubahan suhu, apabila suhunya naik maka tahananya akan semakin turun.

Proton : Proton adalah Partikel listrik yang mengandung

muatan positip

PTC : PTC atau Positive temperature koefisien adalah resistor yang peka terhadap perubahan suhu, apabila suhunya naik maka tahananya akan semakin naik.

Resistor : Resistor adalah Komponen listrik/elektronika yang

dapat dipakai untuk menghambat arus listrik yang mengalirinya

Semi

konduktor

: adalah zat yang dapat kurang bagus dalam menghantarkan menghantarkan arus listrik, Pada bidang elektronika bahan yang sering digunakan bahan silicon dan germanium sebagai dasar pembuatan komponen aktif

Sistem Satuan

Internasional

: adalah sistem satuan atau besaran yang paling umum digunakan. Pada awalnya sistem ini merupakan sistem MKS, yaitu panjang (meter), massa (kilogram), dan waktu (detik/sekon). Sistem SI ini secara resmi digunakan di semua negara di dunia kecuali Amerika Serikat (yang menggunakan Sistem Imperial), Liberia, dan Myanmar. Dalam sistem SI terdapat 7 satuan dasar/pokok SI dan 2 satuan tanpa dimensi..

Tegangan

Listrik

: Tegangan listrik adalah Antara dua benda yang tidak sama sifat muatannya terdapat beda tegangan listriknya

Variabel : Variabel adalah dapat berubah-ubah nilanya

VDR : VDR adalah “Voltage Dependent Resistor“

(12)

: n

: h

: g

: h

: g

:

: m

: ak

:

: “

BAB I PENDAHULUAN

A. Standar Kompetensi

Kompetensi Inti Kompetensi Dasar

KI-1

Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya

1.1 Memahami nilai-nilai keimanan dengan menyadari hubung-an keteraturan dan kom-pleksitas alam dan jagad raya terhadap kebesaran Tu-han yang menciptakannya

1.2 Mendeskripsikan kebesaran Tuhan yang menciptakan berbagai sumber energi di alam 1.3 Mengamalkan nilai-nilai

keimanan sesuai dengan ajaran agama da-lam kehidupan sehari-hari

KI-2 Menghayati dan

Mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan

alam serta dalam

2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu; objek-tif; jujur; teliti; cermat; tekun; hati-hati; bertang-gung jawab; ter-buka; kritis; krea-tif; inovatif dan peduli lingkung-an) dalam aktivi-tas sehari-hari se-bagai wujud im-plementasi sikap dalam melakukan perco-baan dan berdiskusi

2.2 Menghargai kerja individu dan ke-lompok dalam aktivitas sehari-hari sebagai wu-jud implement-tasi melaksana-kan percobaan dan melaporkan hasil percobaan

(13)

Kompetensi Inti Kompetensi Dasar

menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia

KI-3 Memahami,

menerapkan dan menganalisa

pengetahuan faktual, konseptual, dan prosedural berdasarkan rasa ingin tahunya

tentang ilmu pengetahuan, teknologi,

seni, budaya, dan humaniora dalam wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian dalam bidangkerja yang spesifik untuk memecahkan masalah

3.1 Memahami struktur material kelistrikan

3.2 Memaha-mi peng-gunaan satuan dasar listrik menurut sistem internasional (System International Units-SI). 3.3 Menganalisis hukum-hukum

kelistrikan dan teori kelistrikan. 3.4 Memahami fungsi rangkaian

resistor rangkaian kelistrikan. 3.5 Menganalisis rangkaian kapasitor

pada rangkaian kelistrikan

KI-4 Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri,

4.1 Mengklasifikasikan material kelistrikan menggunakan tabel periodik

(14)

i

n

Kompetensi Inti Kompetensi Dasar

dan mampu melaksanakan tugas

spesifik dibawah pengawasan langsung

4.3 Menguji hukum-hukum kelistrikan pada rangkaian kelistrikan

4.4 Menguji rangkaian resistor rangkaian kelistrikan

4.5 Menganalisis rangkaian kapasitor pada rangkaian kelistrikan

B. Deskripsi

Modul dengan judul “Dasar Teknik Listrik Arus Searah” merupakan modul untuk suplemen tambahan dari buku Teknik Dasar listrik yang telah terbit sebagai bahan bahan ajar yang digunakan sebagai bahan ajar dan panduan praktek peserta didik Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) untuk membentuk salah satu bagian dari kompetensi Penerapan Konsep Dasar Teknik Listrik, Bidang Keahlian Teknik Elektronika. Modul Dasar Teknik Listrik Arus Searah merupakan modul teori dan praktikum yang memuat penerapan dari hukum- hukum kelistrikan, serta memuat kajian atau teori dalam menganalisa rangkaian.

(15)

C. Waktu

Waktu yang digunakan untuk mempelajari modul ini adalah:

KB Materi Jam Pelajaran

1 Jam = 45 menit

1 Struktur Material Kelistrikan 8 jam

2 Satuan Dasar Listrik Menurut Sistem Internasional

8 jam

3 Hukum-Hukum Kelistrikan pada Rangkaian Listrik

12 jam

4 Resistor dalam Rangkaian Listrik 12 jam

5 Rangkaian Kapasitor 8 jam

Total 48 jam

D. Prasyarat

Untuk melaksanakan mempelajari modul Modul Dasar Teknik Listrik Arus Searah ini memerlukan kemampuan awal yang harus dimiliki peserta diklat, yaitu :

1. Peserta diklat telah memahami konsep dasar fisika teknik.

2. Peserta diklat telah memahami komponen-komponen dasar kelistrikan, seperti sumber tegangan, komponen pasif.

3. Peserta diklat dapat menggunakan alat ukur analog maupun digital.

E. Petunjuk Penggunaan Modul

Langkah - langkah yang harus dilakukan untuk mempelajari modul ini: 1. Bagi guru pembina atau pembimbing

Adapun langkah-langkah bagi guru atau pembimbing dalam mempelajari modul ini, yaitu:

a. Dengan mengikuti penjelasan didalam modul ini, susunlah tahapan penyelesaian yang diberikan kepada siswa / peserta didik.

b. Berikanlah penjelasan mengenai peranan dan pentingnya materi dari modul ini.

(16)

d. Berilah contoh gambar-gambar atau barang yang sudah jadi, untuk memberikan wawasan kepada siswa.

e. Lakukan evaluasi pada setiap akhir penyelesaian tahapan tugas. f. Berilah penghargaan kepada siswa didik yang setimpal dengan hasil

karyanya.

2. Bagi siswa atau peserta didik

Adapun langkah-langkah siswa atau peserta dalam mempelajari modul ini, yaitu:

a. Bacalah tujuan antara dan tujuan akhir dengan seksama,

b. Bacalah Uraian Materi pada setiap kegiatan belajar dengan seksama sebagai teori penunjang,

c. Baca dan ikuti langkah kerja yang ada pada modul ini pada tiap proses pembelajaran sebelum melakukan atau mempraktekkan, d. Persiapkan peralatan yang digunakan pada setiap kegiatan belajar

yang sesuai dan benar

F. Tujuan Akhir

Tujuan akhir dari penggunaan modul ini, diharapkan siswa memiliki kinerja sebagai berikut:

a. Menjabarkan tentang dasar-dasar material kelistrikan yang akan digunakan dalam rangkaian kelistrikan

b. Menghafal peng-gunaan satuan dasar listrik menurut sistem internasional (System International Units-SI)..

c. Menjabarkan tentang dasar - dasar hukum arus searah yang digunakan dalam teknik listrik.

d. Memecahkan persoalan - persoalan rangkaian listrik arus searah yang banyak digunakan dalam teknik listrik.

(17)

G. Cek Penguasaan Standar Kompetensi

Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar dengan jalan melingkari jawaban yang benar.

1.

Bagian terkecil dari benda yang tidak dapat dibagi-bagi lagi, adalah merupakan pengertian dari

a. Zat b. Molekul c. Unsur d. Atom e. Spektrum

2.

Diketahui sebuah atom memiliki 20 elektron, berapa elektron yang berada pada kulit terluar dari atom tersebut.

a. 2 b. 4 c. 5 d. 6 e. 7

3.

Satuan tegangan listrik adalah.. a. ohm

b. volt c. ampere d. watt e. farad

4.

yang merupakan satuan dasar SI adalah… a. panjang dengan satuan km

b. massa dengan satuan gram c. waktu dengan satuan jam d. kuat arus dengan satuan Ampere e. Temperatur dengan satuan fahrenheit

5.

Suatu rangkaian memiliki sumber tegangan sebesar 6V, arus yang mengalir pada penghantar tersebut sebesar 0,25A. Nilai tahanan yang musti diberikan pada rangkaian tersebut adalah..

a. 1,5 volt b. 12 ampere

(18)

c. 12 volt d. 12 ohm e. 24 ohm

6.

Pada sebuah rangkaian memiliki sumber tegangan sebesar 12V, diberikan beban berupa tahanan sebesar 240 Ohm, hitunglah berapa arus yang mengalir pada rangkaian tersebut!

a. 2 A b. 0,5 A c. 2880 mA d. 0,25 A e. 50 mA

7.

Diketahui suatu resistor 4 warna memiliki urutan warna sebagai berikut : Merah – Merah – Orange – Emas. Berapakah nilai resistor tersebut. a. 22 kΩ

b. 22 Ω c. 2k2 Ω d. 220 kΩ e. 27 kΩ

8.

Sebuah rangkaian seri dengan : Tegangan sebesar 12V, R1 =24 Ohm, R2 =10 Ohm dan R3=40 Ohm. besar Rtotal nya adalah..

a. 74 Ω b. 64 Ω c. 84 Ω d. 96 Ω e. 120 Ω

9.

Komponen yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik adalah… a. Resistor

(19)

10.

Gambar ini

merupakan simbol dari komponen…

a.

Resistor

(20)

BAB II PEMBELAJARAN

A. Rencana Belajar Siswa

Rencana siswa dibagi menjadi 5 kegiatan belajar antara laian: 1. Kegiatan Belajar 1 : Struktur material kelistrikan

2. Kegiatan Belajar 2 : Satuan dasar listrik menurut SI 3. Kegiatan Belajar 3 : Hukum-hukum kelistrikan 4. Kegiatan Belajar 4 : Resistor dalam rangkaian listrik 5. Kegiatan Belajar 5 : Rangkaian kapasitor

B. Kegiatan Belajar

a. Kegiatan Belajar 1

Struktur Material Kelistrikan

1. Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari modul ini siswa dapat: a) Menjelaskan bagian bagian dari atom b) Menjelaskan perbedaan atom dan elektron c) Menjelaskan fungsi elektron valensi d) Menjelaskan Arus Listrik

e) Menyebutkan bahan-bahan listrik

2. Uraian Materi

a) Bagian-bagian Atom

(1) Benda

Setiap sesuatu yang dapat diraba atau dirasakan didalam dunia ini dinamakan sebagai zat (benda). Benda yang ada di bunia ini terbagi atas tiga bagian yaitu:

1. Benda padat, contohnya: Besi, kayu, kaca, keramik, kawat dan lain lain.

2. Benda cair, contohnya: Air, sirup, kecap, dll. 3. Benda gas, contohnya: Udara, gas elpiji, asap, dll

(21)

(2) Molekul

Molekul adalah bagian terkecil dari benda yang masih dapat dibagi-bagi lagi dan masih tetap mengandung unsur kimiawi dari bendanya.

(3) Atom

Atom adalah satuan yang amat kecil dalam setiap bahan yang ada di sekitar kita. Atom terdiri atas tiga jenis partikel sub atom:

 elektron, yang memiliki muatan negatif;  proton, yang memiliki muatan positif;  netron, yang tidak bermuatan

Gambar 2.1 Model Atom

Setiap unsur adalah unik yang dibedakan oleh jumlah proton yang terdapat dalam atom dari unsur tersebut. Setiap atom memiliki jumlah elektron yang sama dengan jumlah proton; bila ada perbedaan atom tersebut disebut ion.

Banyak unsur lain yang diciptakan manusia, namun mereka biasanya tidak stabil dan dengan spontan berubah menjadi unsur kimia natural yang stabil melalui proses radioaktifitas.

(22)

 



b) Inti Atom dan Elektron (1) Inti Atom

Pusat dari atom disebut inti atom atau nucleus (lihat gmbar 2.1). Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Banyaknya proton dalam inti atom disebut nomor atom, dan menentukan berupa elemen apakah atom itu.

Ukuran inti atom jauh lebih kecil dari ukuran atom itu sendiri, dan hampir sebagian besar tersusun dari proton dan neutron, hampir sama sekali tidak ada sumbangan dari elektron.

Proton dan netron memiliki massa yang hampir sama, dan jumlah dari kedua massa tersebut disebut nomor massa, dan beratnya hampir sama dengan. Massa dari elektron sangat kecil dan tidak menyumbang banyak kepada massa atom.

Jumlah proton dan netron menentukan tipe dari nukleus atau inti atom. Proton dan neutron hampir memiliki massa yang sama, dan kombinasi jumlah, jumlah massa, rata-rata sama dengan massa atomik sebuah atom. Kombinasi massa dari elektron sangat kecil secara perbandingan terhadap massa nukleus, di karenakan berat dari proton dan neutron hamper 2000 kali massa elektron.

(2) Neutron

Neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) danmemiliki massa 1.6749 × 10-27_{kg, sedikit lebih berat dari proton. Inti} atom dari kebanyakan atom terdiri dari proton dan neutron.

(23)

(3) Proton

Dalam fisika, proton adalah partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1.6 × 10-19_{coulomb dan massa 1.6726231 × 10}-27_{kg, atau sekitar 1800} kali massa sebuah elektron.

Suatu atom biasanya terdiri dari sejumlah proton dan netron yang berada di bagian inti (tengah) atom, dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti tersebut. Dalam atom bermuatan netral, banyaknya proton akan sama dengan jumlah elektronnya. Banyaknya proton di bagian inti biasanya akan menentukan sifat kimia suatu atom. Inti atom sering dikenal juga dengan istilah nuklei, nukleus, atau nukleon (bhs Inggris: nucleon), dan reaksi yang terjadi atau berkaitan dengan inti atom ini disebut reaksi nuklir.

(4) Elektron

Elektron pertama kali ditemukan oleh J.J. Thomson di Laboratorium Cavendish, Universitas Cambridge, pada tahun 1897, pada saat beliau sedang mempelajari "sinar katoda". Elektron adalah partikel subatomik. Memiliki muatan listrik negatif sebesar -1.6 × 10-19_{coulomb, dan massanya 9.10 × 10}-31 kg.

Elektron umumnya ditulis sebagai e. Elektron memiliki partikel lawan yang dikenal sebagai positron, yang identik dengan dirinya namun bermuatan positif.

Atom tersusun dari inti berupa proton dan neutron serta elektron-elektron yang mengelilingi inti tadi. Elektron sangat ringan jika dibandingkan dengan proton dan neutron.Sebutir proton sekitar 1800 kali lebih berat daripada elektron.

c) Elektron Valensi

(24)

Gambar 2.2 Konfigurasi Kulit Elektron

Elektron-elektron dalam inti bergerak mengelilingi inti pada lintasan tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit atom. Setiap kulit diberi nomor dan nama. Penomoran dan penamaan kulit dimulai dari yang terdekat dari inti. Kulit pertama dinamai kulit K, kulit kedua, ketiga, keempat, kelima, keenam, dan ketujuh masing- masing berurutan L, M, N, O, P,dan Q. Unsur- unsur di alam paling banyak punya empat kulit. Aturan pengisisan:

1. Jumlah maksimum elektron tiap kulit adalah 2n2_{(n= nomor kulit)} Kulit K => n = 1 => 2n2_{= 2 . 1}2_{= 2 elektron}

Kulit L => n = 2 => 2n2_{= 2 . 2}2_{= 8 elektron} Kulit M => n = 3 => 2n2_{= 2 . 3}2_{= 18 elektron} Kulit N => n = 4 => 2n2_{= 2 . 4}2_{= 32 elektron} Dan seterusnya.

2. Jumlah maksimum elektron dalam kulit terluar adalah 8. jika lebih dari 8 maka kelebihan elektron dipindahkan ke kulit terluarnya.

(25)

2 He : 2

10 Ne : 2 8

18 Ar : 2 8 8

36 Kr : 2 8 18 8

54 Xe : 2 8 18 18 8

86 Rn : 2 8 18 32 18 8

Elektron yang berada di kulit terluar suatu atom disebut elektron valensi. Elektron valensi suatu unsur menunjukkan golongan unsur tersebut dalam tabel periodik. Elektron valensi paling berperan dalam menentukan sifat kimia unsur. Berikut ini adalah cara menentukan electron terluar dari beberapa unsur.

Atom Unsur Konfigurasi

elektron Elektron valensi 13AL 31GA 2-3 2-8-18-3 3 3 16S 34SE 2-8-6 2-8-18-6 6 6 9F 17Cl 2-7 2-8-7 7 7 10Ne 18Ar 2-8 2-8-8 8 8

d) Arus Elektron

Jika elektron valensi bergerak, lepas bebas dari pengaruh inti atom, serta terdapat suatu aliran (net flow), aliran ini dikenal sebagai arus listrik. Ini dapat dibayangkan sebagai serombongan domba yang bergerak bersama-sama ke utara namun tanpa diikuti oleh penggembalanya. Muatan listrik dapat diukur secara langsung menggunakan elektrometer. Arus listrik dapat diukur secara langsung menggunakan galvanometer.

(26)

si

yang dibutuhkan untuk mengimbangi muatan positif sang inti. Jika terdapat kelebihan elektron, maka benda tadi dikatakan sebagai "ion negatif". Jika terdapat kekurangan elektron dibanding proton, benda tersebut dikatakan "ion positif". Jika jumlah elektron dan proton adalah sama, benda tersebut dikatakan "netral".

Tegangan listrik yang dihasilkan oleh suatu sumber listrik pada dasarnya akan memisahkan antara dua kutub yaitu kutub dengan muatan positif dan negatif. Kutub negatif adalah mengandung banyak terlalu banyak elektron sedangkan kutub mengandung sedikit muatan elektron.

Gambar 2.3 Arah Aliran Elektron

Arah arus elektron menggambarkan arah arus dari kutub yang bermuatan negatif ke kutub atau terminal positif. Kutub positif akan menarik elektron dari kutub yang bermuatan negatif sehingga terjadi arah arus elektron. Perpindahan muatan listrik dikenal dengan nama arus listrik, besarnya diukur dalam ampere. Arus dapat terdiri dari partikel bermuatan apapun yang berpindah; biasanya adalah elektron, namun muatan apapun yang berpindah menghasilkan arus.

(27)

dari aliran partikel bermuatan dari salah satu arah, atau bahkan bersamaan dari kedua arah. Konvensi positif ke negatif digunakan luas untuk menyederhanakan kondisi ini.

Secara logika memang gaya menarik itu akan lebih besar dari gaya yang tertarik dan arus pada beban juga bermuatan positif maka disepakati sebagai arah arus listrik akan mengalir dari terminal positif ke terminal negatif. Maka berdasarkan kesepakatan Arus Listrik didefinisikan sebagai dari positif ke negatif sampai hari ini.

e) Bahan-bahan Listrik

Benda-benda yang ada didalam alam semesta ini pada dasarnya dapat dimanfaatkan dalam bidang kelistrikan,oleh karena itu sesuai karakteristik dari benda tersebut dikelompokan dalam tiga bahan yaitu:

(1) Bahan konduktor

Bahan konduktor adalah bahan yang mudah menghantar arus listrik. Fungsinya sebagai penghantar listrik yang baik.

Contoh: Tembaga, baja, besi, emas, platina dan lain-lain (2) Bahan semi konduktor

Bahan semi konduktor adalah bahan yang cukup bisa menghantarkan arus listrik namun kurang baik dibandingkan dengan bahan semi konduktor. Fungsinya sanagat jarang digunakan namun khusus untuk tanah bisanaya digunakan sebagai pembumian (grounding)

Contoh: air, tanah, manusia, tumbuhan dan lain-lain (3) Bahan isolator

Bahan isolator adalah bahan yang tidak bisa sama sekali menghantarkan arus listrik. Fungsinya sebagai isolator atau hambatan listrik.

(28)

3. Rangkuman

a) Benda adalah sesuatu yang dapat diraba atau dirasakan didalam dunia ini dinamakan sebagai zat (benda). Benda yang ada di bunia ini terbagi atas tiga bagian benda padat, cair dan gas.

b) Molekul adalah bagian terkecil dari benda yang masih dapat dibagi-bagi lagi dan masih tetap mengandung unsur kimiawi dari bendanya. c) Atom adalah satuan yang amat kecil dalam setiap bahan yang ada di

sekitar kita. Atom terdiri atas tiga jeni partikel sub atom, yaitu : elektron yang memiliki muatan negatif, proton, yang memiliki muatan positif dan neutron yang tidak bermuatan.

d) Elektron valensi adalah elektron yang berada di kulit terluar suatu atom.

e) Arah arus elektron menggambarkan arah arus dari kutub yang bermuatan negatif ke kutub atau terminal positif, sedangkan arah arus listrik disepakati bergerak dari poten sial yang lebih tinggi ke potensial yang lebih rendah.

f) Bahan konduktor adalah bahan yang sangat baik menghantarkan listrik

g) Bahan semi konduktor adalah bahan yang tidak sebaik seperti konduktor namun masih bisa menghantarkan arus listrik

h) Bahan isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik 4. Tugas

Amatilah alam sekitar anda coba klasifikasikan benda benda yang ada di alam sekitar anda berdasarkan:

(29)

5. Test Formatif

Pilihlah jawaban yang paling tepat!

1) Bagian terkecil dari benda yang masih dapat dibagi-bagi lagi, adalah merupakan pengertian dari..

a. Atom b. Molekul c. Benda d. Ion e. Spectrum

2) Didalam sebuah susunan atom, bagian inti atom terdapat muatan.. a. Electron-neutron

b. Proton-neutron c. Electron-newtron d. Proton-newtron e. neutron-newton

3) Didalam sebuah susunan atom, bagian kulit atom bermuatan.. a. Positif

b. Netral c. Negatif d. Positif-negatif e. tak bermuatan

4) Suatu muatan atom yang berada pada kulit terluar yang biasanya mudah berpindah-pindah dari satu atom ke atom yang lain disebut.. a. Atom valensi

b. Muatan valensi c. Proton valensi d. Elektron valensi e. Neutron valensi

5) Diketahui sebuah atom dengan nomor unsur 17 CL berapa elektron yang berada pada kulit terluar dari atom tersebut..

(30)

e. 7

6) Diketahui sebuah atom dengan nomor unsur 13 CL berapa elektron yang berada pada kulit terluar dari atom tersebut..

a. 3 b. 4 c. 5 d. 6 e. 7

7) Arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah” Pernyataan tersebut merupakan pengertian dari..

a. arus bolak-balik b. arus searah c. arus listrik d. arus elektron e. arus proton

8) Arus mengalir dari muatan negatif ke muatan positif” Pernyataan tersebut merupakan pengertian dari..

a. arus bolak-balik b. arus searah c. arus listrik d. arus elektron e. arus proton

9) Bahan yang mengandung unsur silikon dan germanium termasuk bahan listrik yang bersifat sebagai ..

a. Konduktor b. Semikonduktor c. Isolator d. Transformator e. induktor

10) Bahan yang mengandung platina dan seng termasuk bahan listrik yang bersifat sebagai ..

(31)

d. Transformator e. Induktor

6. Kunci Jawaban

1) b 6) a

2) b 7) c

3) c 8) d

4) d 9) b

5) e 10) a

7. Lembar Kerja

Isilah soal dibawah ini dengan benar!

1) Apakah yang dimaksud benda, dan sebutkan jenis-jenis benda yang ada di alam semesta ini dan berikan contohnya masing-masing tiga!

……… ……… ……… 2) Gambarkan suatu bentuk susunan atom, dan jelaskan apa yang dimaksud

Neutron, Proton dan Elektron!

……… ……… ………..

3) Apakah yang dimaksud dengan Arus listrik!

……… ………..

4) Jelaskan apa yang dimaksud bahan konduktor, dan derikan contohnya minimal 5!

……… ………..

5) Jelaskan apa yang dimaksud bahan semikonduktor, dan derikan contohnya minimal 5!

(32)

1) 6)

2) 7)

3) 8)

4) 9)

5) )

b. Kegiatan Belajar 2

Satuan Dasar Listrik Menurut Sistem Internasional

Setelah mempelajari modul ini siswa dapat:

a) Menjelaskan Sistem Satuan Dasar Internasional b) Menguraikan Sistem Satuan Turunan

c) Mengkalisifikasikan besaran-besaran listrik

2. Uraian Materi

a) Sistem Satuan Dasar Internasional

Sistem Internasional Satuan (SI) menspesifikasikan tujuh satuan dasar SI dari semua satuan pengukuran yang terbentuk. Unit-unit lainnya disebut satuan turunan SI dan juga dianggap sebagai bagian dari standar tersebut. Satuan SI mendunia setelah 'Le Système International d'Unités. Nama dari satuan SI selalu ditulis dalam huruf kecil. Simbol satuan berasal dari nama orang, selalu dengan huruf awal kapital (misalnya, adalah simbol hertz (Hz), tetapi meter menjadi (m).

Tabel 3.1. Satuan-satuan dasar SI

No Besaran Simbol

besaran

Satuan Simbol

satuan

1 Panjang l meter m

2 Massa m kilogram kg

3 Waktu t detik s

4 Kuat Arus I Ampere A

5 Temperatur T Kelvin K

6 Kuat Cahaya IV Candela cd

7 Jumlah molekul Mol Mol n

b) Satuan Turunan

(33)

Tabel 3.2 Nama satuan turunan yang berasal dari satuan dasar SI

Besaran Simbol satuan Ekuivalen Ekspresi dalam

satuan dasar SI

frekuensi hertz Hz 1/s s−1

sudut radian rad m/m satuan tak

berdimensi sudut ruang steradian sr m2/m2 satuan tak

berdimensi gaya, berat newton N kg⋅m/s2 kg⋅m⋅s−2

tekanan pascal Pa N/m2 kg⋅m−1⋅s−2

energi, usaha, kalor

joule J N•m

C•V W•s

kg⋅m2⋅s−2

daya, fluks radiant

watt W J/s

V⋅A

kg⋅m2⋅s−3

muatan listrik coulomb C s⋅A s⋅A tegangan listrik,

beda potensial, gaya gerak listrik

volt V W/A

J/C

kg⋅m2⋅s−3⋅A−1

kapasitansi farad F C/V kg−1⋅m−2⋅s4⋅A2 hambatan,

Impedansi, reaktansi

ohm Ω V/A kg⋅m2⋅s−3⋅A−2

konduktansi, admitansi

siemens S 1/Ω

A/V

kg−1⋅m−2⋅s3⋅A2

fluks magnet weber Wb J/A kg⋅m2⋅s−2⋅A−1

Satuan umum lainnya, seperti liter, bukan merupakan satuan SI, tetapi diterima untuk digunakan dengan SI



(34)

s−1

⋅ ⋅ ⋅s−2

⋅m−1⋅s−2 ⋅ ⋅s−2

⋅

⋅ ⋅s−3

⋅ ⋅

, ⋅ ⋅s−3⋅A−1

kg−1⋅m−2⋅ ⋅

Ω ⋅ ⋅s−3⋅A−2

1/Ω kg−1⋅m−2⋅ ⋅

⋅ ⋅s−2⋅A−1

c) Besaran Listrik

(1) Tegangan Listrik

Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.Tegangan listrik itu terjadi apabila:

 Antara pasangan elektron yang rapat dan kurang rapat.

 Antara tempat yang mempunyai kerapatan elektron yang tinggi dan rendah

 Antara tempat yang kekurangan elektron dan yang kelebihan elektron Satuan teknik tegangan adalah volt (V). namun ada beberapa kondisi menggunakan satuan mili volt (mV) dan kilo volt (kV). Berikuta adalah konversinya:

1 Volt = 103_mV

1 Volt = 10-3_kV

(2) Arus Listrik

Listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidak semua bahan dapat mengalirkan listrik. Bahan yang memiliki elektron bebas didalamnya, seperti logam, dapat mengalirkan listrik tetapi kayu yang tidak memiliki elektron bebas tidak dapat mengalirkan. Karena listrik merupakan bentuk energi yang amat luas penggunaannya, maka perlu sekali dipahami sifat-sifatnya.

(35)

(a) Arus searah

Arus searah (bahasa Inggris direct current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan panel surya. Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor, walaupun mungkin saja arus searah mengalir pada semi-konduktor, isolator, dan ruang hampa udara

Gambar 3.1 Grafik Gelombang Teggangan dan Arus Searah

(b) Arus bolak-balik

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik di mana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah di mana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).

(36)

Arus adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Sehingga dapat dirumuskan menjadi :

Dimana: I = Kuat arus listrik satuan Ampere (A) Q = Muatan listrik satuan coulomb (Q) t = Waktu satuan detik (s)

Satuan arus listrik adalah Ampere (A). namun ada beberapa kondisi menggunakan satuan mili Ampere (mA) dan mikro Aampere (µA). Berikuta adalah konversinya:

1 A = 103_mA 1 A = 106_µA.

(3) Daya /Power Listrik (W)

Hal lain yang penting setelah besar tahanan (hambatan) adalah besar daya resistor. Daya resistor merupakan kekuatan yang dimiliki oleh resistor dalam menerima kuat arus listrik. Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt.

Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

Rumus:

Keterangan :

P = adalah daya (watt ) I =adalah arus (ampere )

(37)

Satuan SI turunan untuk daya adalah watt (W). Namun ada beberapa kondisi menggunakan satuan mili watt (mW), kilowatt (kW) dan adapula yang menggunkan satuan Mega watt (MW) . Berikuta adalah konversinya:

1 watt = 103_mW

1 watt = 10-3_kW

1 watt = 10-6_MW

(4) Hambatan Listrik

Hambatan listrik adalah komponen yang mempunyai sifat menghambat arus listrik. Hambatan listrik merupakan perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya.

Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm ditulis Ω. Namun ada beberapa kondisi menggunakan satuan kilo Ohm (kΩ), dan ada pula yang menggunkan satuan Mega watt (MΩ) . Berikuta adalah konversinya:

1Ω = 103_kΩ

1 Ω = 106_MΩ

1 k Ω = 103_MΩ

(5) Daya Hantar

Pada suatu rangkaian jika menggunakan suatu beban dengan tahanan yang kecil, maka akan dapat menghantarkan arus listrik dengan baik. Dengan kata lain “ memiliki daya hantar yang besar”, Daya hantar yang besar sepadan dengan tahanan yang kecil dan sebaliknya daya hantar kecil sepadan dengan tahanan besar. Satuan konduktani adalah kebalikan dari hambatan, reaktansi, dan impedansi; maka satu siemens sama dengan kebalikan satu ohm, kadang juga disebut mho.

�= 1

�

Dimana:

(38)

ditulis Ω. Namun ada isi menggunakan satuan kilo Ohm (kΩ

n Mega watt (MΩ

Ω Ω

� �

3. Rangkuman

a) Sistem Internasional Satuan (SI) menspesifikasikan tujuh satuan dasar SI dari semua satuan pengukuran yang terbentuk. Unit-unit lainnya disebut satuan turunan SI,

b) Satuan turunan merupakan satuan yang diturunkan dari satuan pokok. Satuan dasar dapat dikombinasikan untuk mendapatkan satuan pengukuran besaran lainnya.

c) Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt

d) Listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidak semua bahan dapat mengalirkan listrik dinyatakan dalam satuan ampere. e) Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam

rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt.

f) Hambatan listrik adalah komponen yang mempunyai sifat menghambat arus listrik dinyatakan dalam satuan ampere.

g) Satuan konduktansi adalah kebalikan dari hambatan maka satu siemens kadang juga disebut mho.

4. Tugas

Tentukan besaran-besaran yang ada pada di satuan pokok SI maupun turunan beserta satuanya yang termasuk dalam besaran kelistrikan.

5. Tes Formatif

Pilihlah jawaban yang paling tepat!

1) Di bawah ini yang merupakan besaran pokok menurut standard internasional adalah

(39)

2) Perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik dinamakan..

a. Tegangan b. Arus c. Hambatan d. Daya e. Energi

3) Listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, satuan arus listrik dinamakan..

a. Volt b. Ohm c. Ampere d. Watt e. Joule

4) Komponen yang mempunyai sifat menghambat arus listrik dinyatakan dalam satuan..

a. Volt b. Ohm c. Ampere d. Watt e. Joule

5) Laju hantaran energi dalam suatu rangkaian dinamakan sebagai a. Tegangan Listrik

b. Arus Listrik c. Hambatan Listrik d. Daya Listrik e. Energi Listrik

6) Besaran gaya turunan dari besaran-besaran.. a. Massa, waktu

(40)

7) Yang merupakan pokok satuan dalam SI adalah .. a. K joule

b. Newton c. Candela d. K volt e. Jam

8) Densitas atau massa jenis memiliki dimensi? a. MLT-3

b. MLT-2 c. ML-3 d. ML2 e. ML

9) Diantara kelompok besaran di bawah ini mana yang hanya terdiri dari besaran turunan saja?

a. kuat arus, massa, gaya b. suhu, massa, volum

c. waktu, momentum, kecepatan d. usaha, momentum, percepatan e. kecepatan, suhu, jumlah zat

10) Kebalikan dari resistansi dinamakan…dan memilii satuan? a. Konduktor meiliki satuan mho

(41)

6. Kunci Jawaban Formatif

1) C 6) D

2) A 7) C

3) C 8) C

4) B 9) D

5) D 10) E

7. Lembar Kerja

Jelaskan pertanyaan pertanyaan di bawah ini dengan benar.

1) Jelaskan apa yang dimaksud dengan besran pokok SI dan turunan! ……… ………

2) Tuliskan besran pokok SI dan satuanya!

………. ……… 3) Tuliskan besran turunan SI yang termasuk dalam besran listrik!

……… ………

4) Jelaskan apa perbedaan konduktansi dan resistansi serta berikan satuanya!

……….. ………

Ω

(42)

1) 6)

2) 7)

3) 8)

4) 9)

5) )

c. Kegiatan Belajar 3

Hukum-Hukum Listrik dalam Rangkaian Listrik

a) Dapat menerapkan hukum ohm dalam proses pengukuran b) Dapat menerapkan hukum kirchoff dalam proses pengukuran. c) Dapat menghitung daya listrik.

d) Dapat menghitung energi listrik.

2. Uraian Materi

a) Hukum Ohm

Seperti yang telah saya bahas diatas bahwa ahli fisika berkebangasaan Jerman yang bernama George Simon Ohm, telah berhasil menemukan hubungan antara besar beda potensial dengan besarnya kuat arus yang mengalir. Pernyataan Ohm yang dikenal dengan nama hokum Ohm berbunyi,

“Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan

beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu jika suhu penghantar tetap”.

Misalnya pada sebuah rangkaian yang terdiri lampu dan baterai, lampu yang dinyalakan dengan satu buah baterai akan menyala redup, dengan tiga baterai lebih terang, karena arus yang mengalir lebih besar. Jadi semakin besar beda potensial semakin besar pula arus listrik yang dihasilkan

Nilai perbandingan beda potensial dengan arus listrik yang mengalir merupakan nilai resistansi (hambatan) yang dimiliki oleh penghantar dan nilainya tetap. Secara matematis hukum ohm dapat ditulis

Keterangan :

V = Beda Potensial (volt) I = Kuat arus (ampere) R = Hambatan (Ohm) atau (Ω)

(43)

Contoh menggunakan hukum ohm dalam rangkaian listrik sederhana seperti dibawah ini!

Gambar 4.1 Rangkaian Listrik Sederhana

Seperti pada gambar 4.1 di atas diketahui sumber tegngan DC memberikan tegangan listrik sebesar 12V, dan arus mengalir melewati beban sebesar 62 mA, berapakah besar hambatan tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui: U = 12 V I = 62 mA Ditanyakan: R = ? Jawaban:

�=�

�=

12�

62��=

12� 0.002�

= 193.5Ω

b) Hukum Kirchoff

Pada rangkaian listrik kita dapat menggabungkan beberapa rangkaian sederhana yang disebut dengan rangkaian majemuk. Rangkaian majemuk mengikuti hukum Kirchhof diantaranya yaitu:

(44)

� �_� _62��12� _{0 002�}12� 5Ω

(1) Hukum Kirchoff I

Hukun kirchoff I menyatakan bahwa ”Jumlah arus yang menuju (masuk) titik percabangan sama dengan arus yang meninggalkan (keluar) dari

titik percabangan ” sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:

� ��=� ��

Sebagai contoh perhatikan gambar 4.2 . Kamu bisa lihat bahwa ada aliran arusnya menuju (masuk) titik percabangan dan arus meninggalkan (keluar) dari titik percabangan. Maka dapat kita hitung bahwa:

Gambar 4.2 Aliran Arus Listrik Dalam Percabangan

(2) Hukum Kirchoff II

Hukun kirchoff II menyatakan bahwa ”Dalam sebuah rangkaian tertutup jumlah gaya gerak listrik (E) sama dengan jumlah penurunan potensial

(45)

Contoh Soal!

1. Lihat gambar dibawah!

Jika diketahui: I1 = 2A I4 = 3A I2 = 1.5A I5 = ...? I3 = 0.5 A

Hitunglah berapa besar I5 dengan menggunakan Hukum kirchoff I

Penyelesaian:

Diketahui: I1 = 2A I2 = 1,5A I3 = 0,5A I4 = 3A Ditanyakan: I5…….? Jawab:

I1 + I2 + I3 = I4 + I5

I5 = (I1 + I2 + I3) – (I4) I5 = (2 + 1,5 + 0,5) – 3 I5 = 4 – 3

I5 = 1A

220 Ω dan R2 sebesar 470 Ω, hitung besar tegangan pada R1 dan R2.

220 Ω

470 Ω

฀

฀ ฀

฀ ฀ ฀ ฀฀ ฀

(46)

2. Pada gambar di bawah diketahui tegangan sumber sebesar 24V, R1 sebesar

220 Ω dan R2 sebesar 470 Ω, hitung besar tegangan pada R1 dan R2.

Penyelasian!

Diketahui: V = 24 V R1 = 220 Ω R2 = 470 Ω Ditanyakan: VR1 dan VR2 Jawab:

Rtotal = R1 + R2 = 220 + 470= 690 ฀

Itotal = V / Rtotal = 24 ฀V / 690 ฀ =0,03478 A

VR₁฀ R₁฀I ฀ 220 ฀฀ x 0,03478 A ฀ 7.65 V

VR₂฀ R₂฀I ฀ 470 ฀฀฀x 0,03478 A ฀ 16.35 V

V = VR1 + VR2 = 7,65+16,35 = 24V

c) Daya /Power Listrik (W)

(47)

dalam menerima kuat arus listrik. Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt.

Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

Keterangan :

P adalah daya (watt atau W) I adalah arus (ampere atau A)

V adalah perbedaan potensial (volt atau V)

Hukum Joule dapat digabungkan dengan hukum Ohm untuk menghasilkan dua persamaan tambahan

(48)

Contoh soal !

Pada gambar diatas apabila sumber tegangan DC mengeluarkan tegangan DC sebesar 12V untuk menyalakan beban lampu yang membutuhkan tegangan 12V dengan arus sebesar 62 mA. Tentukan berapa besar tahanan dan daya listrik pada lampu tersebut.

Penyelesaian!

Diketahui: V = 12V

I = 62 mA

Ditanyakan: R…?

P…? Jawab:

R = V / I = 12 V / 62 mA = 193,5 Ω P = V. I = 12V . 62 mA = 744 mW

d) Energi Listrik

Energi listrik adalah energi utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik. Energi yang tersimpan dalam arus listrik dengan satuan amper (A) dan tegangan listrik dengan satuan volt (V) dengan ketentuan kebutuhan konsumsi daya listrik dengan satuan Watt (W) untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan, mendinginkan atau menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk menghasilkan bentuk energi yang lain

(49)

Besar energi listrik dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut. W = V . I . t

Dengan: W= besar energi listrik (joule) V = besar tegangan listrik (volt) I = besar kuat arus listrik (ampere) t = selang waktu (sekon)

Berdasarkan rumus di atas dapat dikatakan bahwa besar energi listrik bergantung oleh tegangan listrik, kuat arus listrik, dan waktu listrik mengalir. Energi listrik akan makin besar, jika tegangan dan kuat arus makin besar serta selang waktu makin lama.

Karena menurut Hukum Ohm V = I . R, maka persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan berikut.

W = V. I. t

= I2_{. R. t}

= (V2_{/ R) . t}

Dimana :

W = Energi listrik dalam joule I = Arus listrik dalam Ampere R = Hambatan dalam Ohm V = Beda potensial dalam Volt t = Waktu dalam Secon

Satuan energi listrik dalam SI adalah joule (J). Adapun, satuan energi listrik yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah kWh (kilowatt hour atau kilowatt jam). Dalam hal ini: 1 kWh = 1 kilo × 1 watt × 1 jam

(50)

Contoh soal !

Sebuah motor listrik dioperasikan rata-rata satu jam per hari memiliki daya sebesar 1.200 W. Tentukan berapa biaya yang mesti dikeluarkan untuk konsumsi listrik pada motor listrik tersebut selama satu tahun apabila biaya per kWh listrik tarifnya Rp. 1.000,-.

Penyelesaian!

Diketahui: P = 1.200 W

t = 1 h / hari

= 1 h x 365 (dalam satu tahun) = 365 h

Rating = Rp. 1000/ kWh

Ditanyakan: Biaya dalam satu tahun…? Jawab :

W = P. t = 1200 W. 365 h = 438000 Wh = 438 kWh

Perhitungan Biaya

Biaya = 438 kWh x Rp. 1000,- = Rp. 438000,-

3. Rangkuman

a) Pernyataan George Simon Ohm yang dikenal dengan nama hukum Ohm berbunyi,“Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu

jika suhu penghantar tetap”.

b) Hukum Kirchoff I berbunyi ”Jumlah arus yang menuju (masuk) titik percabangan sama dengan arus yang meninggalkan (keluar) dari titik

percabangan ”

c) Hukum Kirchoff II Berbunyi ” Dalam sebuah rangkaian tertutup jumlah gaya gerak listrik (E) sama dengan jumlah penurunan potensial (i.R)”

(51)

laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah watt.

e) Energi adalah energi utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik.

4. Tugas

Jelaskan pertanyaan berikut dengan jelas dan benar!

1) Sebuah aki yang mempunyai tegangan 12 volt dipakai untuk menyalakan lampu pijar, jika kuat arus yang mengalir pada lampu tersebut sebesar 2A, maka berapakah tahanan dari lampu tersebut! 2) Sebuah belitan pemanas listrik mempunyai nilai tahanan sebesar 50

Ohm dan memerlukan kuat arus sebsar 0.5 A berapakah sumber tegangan yang dibutuhkan untuk dapat memanaskan belitan pemanas tersebut!

3) Sebuah tegangan PLN sebesar 220 V digunakan untuk melayani beban berupa lampu sebesar 100 Watt. Hitunglah berapa kuat arus yang mengalir supaya lampu tersebut dapat menyala!

4) Sebuah tegangan PLN sebesar 220V dihubungkan dengan tahanan listrik yang mempunyai nilai resistansi sebesar 110 ohm, hitunglah berapa besar daya yang dibutuhkan pada tahanan tersebut !

5. Tes Formatif

Pilihlah jawaban yang paling benar!

1) Sebuah solder menggunakan tegangan listrik sebesar 220 Volt. Jika pada solder tersebut mengalirkan arus sebesar 200 mA, maka daya listrik yang terpakai pada solder tersebut adalah …

a. 1,1 watt b. 4,4 watt c. 44 watt d.110 watt e. 440 watt

(52)

2) Hitunglah besar arus yang mengalir pada I3, Jika diketahui I1 = 25 mA, I2 = 10 mA dan I4 = 12 mA seperti yang diperlihatkan pada gambar rangkaian dibawah ini. I3 adalah …

a. _{3 mA} b. _{5 mA} c. 8 mA d. 10 mA e. _{15 mA}

3) Rumus daya listrik adalah P = V.I seterika listrik mempunyai tegangan kerja sebesar 220 V dan arusnya sebesar 6 A, maka daya dari setrika tersebut adalah …

a. 1.520 Watt b. _{1.420 Watt} c. _{1.320 Watt} d. 1.220 Watt e. 1.120 Watt

4) Sebuah lampu pijar dengan tahanan 1000 Ohm, dihubungkan dengan sumber tegangan 120 Volt, arus yang mengalir pada lampu pijar tersebut adalah

a. _{0,012 A} b. _{0,083 A} c. _{0,12 A} d. _{0,83 A} e. _{1,2 A}

5) Pada rangkaian di bawah ini jika nilai Rl=3 kΩ, R2=4 kΩ, dan R3=12k Ω, di beri sumber tegangan sebesar 24 volt, maka besar arus Itotal

(53)

6) Sebuah lampu mempunyaidaya 20 Watt. jika arus yang disediakan 0,08 Ampere. Maka berapa besar tegangan yang digunakan .

a. _55V b. _{220 V} c. _220V d. 250 V

e. _{275 V}

7) Sebuah motor listrik dioperasikan rata-rata dua jam per hari memiliki daya sebesar 1.000 W. Tentukan berapa biaya yang mesti dikeluarkan untuk konsumsi listrik pada motor listrik tersebut selama satu tahun apabila biaya per kWh listrik tarifnya Rp. 1.500,-.

a. Rp. 438000,- b. Rp. 547500,- c. Rp. 500000,- d. Rp. 600000,- e. Rp. 700000,-

8) Sumber tegangan DC sebesar 12V untuk menyalakan beban 2 buah lampu dengan tegangan 12V yang dipasang parallel dengan arus sebesar 62 mA. Tentukan berapa daya total kedua lampu tersebut. a. 744 mW

b. 744 W c. 1,488 W d. 1488 W e. 150 W

9) Pada gambar di bawah diketahui tegangan sumber sebesar 24V, R1

sebesar 470 Ω dan R2 sebesar 330 Ω, hitung besar tegangan pada R1

.

a. 14, 1 volt b. 9,9 volt c. 10 volt d. 14 volt e. 12 volt

(54)

sebesar 470 Ω dan R2 sebesar 330 Ω, hitung besar tegangan pada R1

10) Seperti soal nomor 9 tentukan besar R2 ! a. 14, 1 volt

b. 9,9 volt c. 10 volt d. 14 volt e. 12 volt

6. Kunci Jawaban Formatif

1 C 6 D

2 A 7 B

3 C 8 C

4 C 9 A

5 A 10 B

7. Lembar Kerja

Job Sheet I

Percobaan Hukum Ohm (mengukur arus dan tegangan) a) Alat dan Bahan:

1) Resistor 330 Ω/2W…...1 buah 2) Project board…… ...1 buah 3) Power Suply ……... 1 buah 4) Multimeter ...2 buah 5) Kabel……...6 buah b) Gambar Kerja

Gambar Skema

DC POWER

SUPLAY 0-10V

(55)

Gambar Rangkaian

c) Keselamatan Kerja

1. Lepaskan tegangan suplai ke sirkuit listrik.

2. Atur model selektor dengan variabel yang diperlukan untuk pengukuran arus dan tegangan pada multimeter.

3. Pilih rentang pengukuran terluas sehingga jarum penujuk tidak melampaui skala ukur pada display alat ukur.

d) Langkah kerja

1. Hubungkan alat pengukur dengan polaritas yang benar ketika mengukur tegangan DC dan arus searah.

2. Pilih Resistor 330 Ohm

3. Rakit rangkaian pada project board dengan benar sesuai dengan gambar kerja.

4. Hubungkan catu daya ke rangkaian listrik atur tegangan dari 0 V sampai dengan 10 V.

5. Amati jarum penujuk atau display, jika rentang pengukuran masih memungkinkan, secara bertahap beralih ke rentang pengukuran yang kecil, untuk mendapat hasil pengukuran yang akurat.

(56)

8. Buktikan kebenaran hukum Ohm berdasaran hasil pengukuran pada kolom kesimpulan.

e) Tabel Hasil Pengukuran

Tegangan (V) Arus (mA)

0 2 4 6 8 10

f) Grafik

mA

10

(57)

g) Kesimpulan

Job Sheet 2 Percobaan Hukum Kirchoff I a) Alat dan Bahan:

1) Resistor 100 Ω/2W...1 buah

2) Resistor 330 Ω/2W...1 buah 3) Resistor 470 Ω/2W...1 buah

2) Project board ... 1 buah 3) Power Suply ... 1 buah 4) Multimeter ... 2 buah 5) Kabel... 8 buah

(58)

00 Ω/2W...1 buah 2) Resistor 330 Ω/2W...1 buah 3) Resistor 470 Ω/2W...1 buah

b) Gambar Kerja

Ukur besar I, I1, I2, I3 !

Rangkaian Parallel V= 10 V, R1 = 100 Ω, R2 = 330 Ω, R3 = 470 Ω

Gambar Skema

(59)

c) Keselamatan Kerja

1. Lepaskan tegangan suplay ke sirkuit listrik.

2. Atur model selektor dengan variabel untuk pengukuran arus pada multimeter.

d) Langkah kerja

1. Hubungkan alat pengukur dengan polaritas yang benar ketika mengukur arus searah.

3. Hubungkan catu daya ke rangkaian listrik atur tegangan sampai dengan 10 V.

5. Baca hasil pengukuran dan catat pada tabel pengukuran

6. Buktikan kebenaran hukum kirchoff I berdasaran hasil pengukuran dan buat kesimpulanya.

e) Tabel Hasil Pengukuran

Besaran

Tahanan (Ω) 100 330 470

Arus (mA)

(60)

Tahanan (Ω)

f) Kesimpulan

Job Sheet 3

Percobaan Hukum Kirchoff II a) Alat dan Bahan:

1) Lampu Indikator 12V/62mA...2 buah 2) Project board…… ...1 buah 3) Power Suply ……... 1 buah 4) Multimeter ...2 buah 5) Kabel……...6 buah

b) Gambar Kerja

(61)

Gambar Rangkaian

2. Atur model selektor dengan variabel untuk pengukuran tegangan pada multimeter.

d) Langkah kerja

1. Hubungkan alat pengukur dengan polaritas yang benar ketika mengukur tegangan DC.

5. Ukur tegangan pada sumber, lampu 1 dan lampu 2 6. Baca hasil pengukuran dan catat pada tabel pengukuran

(62)

e) Tabel Hasil Pengukuran

Tegagangan Sumber

(V)

Tegangan Lampu 1

(V)

Tegangan Lampu 2

(V)

12 24

f) Kesimpulan

Job Sheet 4

Percobaan Pengukuran Daya

a) Alat dan Bahan:

(63)

b) Gambar Kerja

Gambar Skema

Gambar Rangkaian

2. Atur model selektor dengan variabel untuk pengukuran arus dan tegangan pada multimeter.

(64)

d) Langkah kerja

1. Hubungkan alat pengukur dengan polaritas yang benar ketika mengukur tegangan DC.

5. Ukur arus tegangan pada sumber keluaran power suplay, lampu P1 dan lampu P2

6. Baca hasil pengukuran dan catat pada tabel pengukuran

7. Buktikan kebenaran perhitungan rumus daya berdasaran hasil pengukuran dan buat kesimpulanya.

e) Tabel Hasil Pengukuran

Variabel Tegangan (V) (ukur)

Arus (mA)

(ukur)

Daya (mW)

(hitung)

Output Power Suplay Lampu P1

(65)

g) Kesimpulan

(66)

d. Kegiatan Belajar ke- 4

Resistor dalam Rangkaian Listrik

a) Mengukur resistor tetap dalam rangkaian listrik

b) Menghitug resistor rangkaian seri dan parallel dalam rangkaian listrik.

c) Menganalisis karakteristik resistor variabel d) Menganalisis karakteristik NTC

e) Menganalisis karakteristik VDR f) Menganalisis karakteristik LDR

2. Uraian Materi

Resistor adalah komponen elektronika berjenis pasif yang mempunyai sifat menghambat arus listrik Satuan nilai dari resistor adalah ohm, biasa disimbolkan Ω.

Adapun fungsi dari Resistor adalah : a) Sebagai pembagi arus b) Sebagai penurun tegangan c) Sebagai pembagi tegangan

d) Sebagai penghambat aliran arus listrik, dan lain-lain. Resistor berdasarkan nilainya dapat dibagi dalam 3 jenis yaitu :

1. Tetap 2. Variabel

3. Non Linier : : :

Yaitu resistor yang nilai hambatannya tetap. Yaitu resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah.

(67)

a) Resistor Tetap (Fixed)

Resistor tetap adalah resistor yang nilai hambatanya tetap tida berubah dan secara fisik bentuk resistor tetap adalah sebagai berikut:

Gambar 5.1 Jenis-jenis Resistor Tetap

Resistor Tetap

Standar AS dan Jepang Eropa

Gambar 5.2 Simbol Resistor Tetap

(68)

Tabel 5.1 daftar Kode warna resistor untuk 4 dan 5 gelang

Warna Gelang 1 Gelang 2 Gelang 3 Multiplier Toleransi

Hitam 0 0 1 Ohm

Coklat 1 1 1 10 Ohm ± 1 %

Merah 2 2 2 100 Ohm ± 2 %

Orange 3 3 3 1 K Ohm

Kuning 4 4 4 10 K Ohm

Hijau 5 5 5 100 K Ohm ± 0,5 %

Biru 6 6 6 1 M Ohm ± 0,25 %

Ungu 7 7 7 10 M Ohm ± 0,10 %

Abu-abu 8 8 8 ± 0,05 %

Putih 9 9 9

Emas 0,1 Ohm ± 5 %

Perak 0,01 Ohm ± 10 %

Pedoman dalam menentukan urutan gelang warna :

1) Gelang pertama tidak berwarna hitam, emas, perak, atau tidak berwarna.

2) Gelang terakhir ( toleransi ) jaraknya lebih lebar dibanding dengan jarak gelang yang lain.

(69)

Pemberian nilai untuk resistor karbon selalu dengan gelang kode warna, kecuali untuk resistor chip sudah memakai angka. Untuk resistor berbahan wire wounded selalu nilai ditulis langsung pada badan resistor. Contoh pembacaan kode warna resistor 4 dan 5 warna :

1. Gelang 1 = Merah ( 2 )

Gelang 2 = Ungu (70) Gelang 3 = Coklat (101₎

Gelang 4 = emas (5 % ) Nilai resistor tersebut adalah : 270 X 101= 2700 Ω = 2k7 Ω ± 5 %

2. Gelang 1 = Merah ( 2 )

Gelang 2 = Kuning (4 ) Gelang 3 = Hitam (0 ) Gelang 4 = Hitam ( 100₎

Gelang 5 = Coklat ( 1 % ) Nilai Resistor adalah : 240 X 100_{= 240}Ω ± 1 %

Gambar 5.3 Cara-cara Menghitung Nilai Resistor

(70)

.

= 2700 Ω = 2k7 Ω ± 5 %

.

Ω ± 1 %

(1) Rangkaian Resistor Seri

Gambar 5.4 Rangkaian Seri

Resistor yang disusun seri selalu menghasilkan resistansi yang lebih besar. Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada setiap resistor sama besar. R1, R2, dan R3 disusun secara seri, resistansi dari gabungan R1, R2, dan R3 dapat diganti dengan satu resistor pengganti yaitu Rs. Resistor yang dirangkai secara seri mempunyai nilai pengganti, yang besarnya dapat dirumuskan:

I = I1 = I2 = I 3= …

V = V1 + V2 + V3 +…

Rs = R1 + R2 + R3 +…

Contoh Soal!

Hitung nilai resistor pengganti dari ketiga resistor yang dirangkai seperti di bawah ini !

Penyelesaian:

Diketahui: R1 = 2 ohm

R2 = 4 ohm

R3 = 3 ohm

Ditanyakan: Rs = ... ? Dijawab :

Rs = R1+ R2 + R3

Rs = 2 + 4 + 3

(71)

(2) Rangkaian Resistor Paralel

Gambar 5.4 Rangkaian Paralel

Resistor yang disusun secara paralel selalu menghasilkan resistansi yang lebih kecil. Pada rangkaian paralel arus akan terbagi pada masing-masing resistor pada masing-masing resestor, tetapi tegangan pada ujung-ujung resistor sama besar. Pada rangkaian resistor disamping untuk R1, R2, dan R3 disusun secara paralel, resistansi dari gabungan R1, R2, dan R3 dapat diganti dengan satu resistor pengganti yaitu Rp. Resistor yang dirangkai secara paralel mempunyai nilai pengganti, yang besarnya dapat dirumuskan:

Contoh Soal !

Hitung nilai resistor pengganti pada rangkaian dibawah ini!

(72)

Penyelesaian:

Diketahui: R1 = 20 ohm

R2 = 30 ohm

R3 = 60 ohm

Ditanyakan: Rp = ... ? jawab:

1/ Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

1/ Rp = 1/20 + 1/30 + 1/30

1/ Rp = 3/60 + 2/60 + 1/60

1/ Rp = 6/60

Rp = 10 ohm

Hitung nilai resistor pengganti pada rangkaian dibawah ini!

Penyelesaian:

Ada rangkaian seri antara Resistor 4 ohm dan 2 ohm Maka:

RS = 4Ω + 2Ω = 6Ω

Sehingga rangkaian dapat diganti menjadi:

(73)

Selanjutnya adalah rangkaian paralel antara 6 ohm, 6 ohm, dan 6 ohm : 1/ Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

1/ Rp = 1/6 + 1/6 + 1/6 = 3/6

Rp = 2 ohm

Karena nilai dari masing-masing resistor sama yaitu 6 ohm, maka dapat juga dihitung dengan:

Rp = R / n

Rp = 6 / 3 = 2 ohm

b). Resistor Variabel

Resistor variabel adalah resistor yang dapat diubah-ubah nilainya dengan cara diputer/digeser dengan tangan atau cara di puter dengan obeng. Secara umum resistor variabel terdapat dua jenis yaitu:

(1) Trimpot yaitu jenis resistor yang dapat di rubah nilainya dengan cara di putar dengan obeng. Gambarnya bisa dilihat pada gambar 5.5

Gambar 5.5 Macam-macam Trimpot

(2) Potensiometer yaitu jenis resistor yang dapat di rubah nilainya dengan cara diputar atau digeser dengan menggunakan tangan. Gambarnya bisa dilihat pada gambar dibawah.

(74)

Potensiometer Simbol

Gambar 5.7 Simbol Resistor Variabel c). Resistor Non Linear

Macam-macam resistor non linear adalah:

(1) Termistor (PTC dan NTC)

Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).