bab 8 listrik dinamis

Unt uk m em perm udah m em aham i m at eri ini, perhat ikan pet a konsep berikut ini.

P

e t a

K

on se p

List r ik Din am is

Volt m et er m em b ah as

Bed a Pot en sial

Am p e r e m e t e r Ar u s List r ik

Pe n g u k u r a n Bed a Pot en sial

Ar u s List r ik

ant ar a lain

diuk ur dengan diuk ur dengan

Set elah k alian m em ah am i pet a k on sep di at as, per h at ik an k at a- k at a k u n ci ber ik u t y an g m er u pak an k u n ci dan car a m em ah am i m at er i in i.

• Am p e r m e t e r • Ar u s list r ik • Bed a p ot en sial

Tut i yang bar u ber usia lim a t ahun, pada suat u pagi ber m ain- m ain lam pu sent er. I a m en ek an t om bol m er ah , t er n y at a lam pu sen t er m en y ala. Sam bil m elih at ibu n y a y an g sedan g m enyapu , t an gan Tu t i m em u t ar - m u t ar t u t u p sen t er sam pai ak h ir ny a t ut up sent er it u lepas. Tut i m enek an t om bol m erah. I a sangat heran k ar ena lam pu sen t er t idak m eny ala. Dar i k ej adian yan g dilak u k an oleh Tu t i m em u n cu lk an su at u p er t an y aan y ait u :

1 . Apa y an g m en y ebabk an lam pu sen t er m en y ala?

2 . Mengapa j ik a t ut up lam pu sent er dilepas at au dik endor k an, lam pu t er sebut t idak dapat m en y ala?

Per t an y aan - per t an y aan di at as ber h u bu n gan den gan list r ik din am is.

Un t u k m en j aw abn y a m ar ilah k it a pelaj ar i m at er i ber ik u t .

Bab

8

_{List rik Dina m is}

K

a t a

K

u n ci

A. Tu j u a n

Mengam at i car a ker j a suat u r angkaian list r ik.

B. Ala t da n Ba h a n

1. Sebuah bat er ai dan t em pat ny a 2. Sebuah lam pu pij ar

3. Sak elar lengk ap dengan k abel penghubung

C. Ca r a Ke r j a

1. Siapk an alat dan bahan y ang diper luk an.

2. Rangk ailah bat er ai, lam pu, dan sak elar m enggunak an k abel penghubung seper t i pada gam bar di baw ah ini.

3. Tek an sakelar, sehingga posisi sakelar seper t i pada gam bar a.

4. Am at i lam pu pij ar. Apa yang t er j adi?

5. Tek an sakelar, sehingga posisi sakelar seper t i pada gam bar b ( sak elar t er buk a.

6. Am at i k eadaan lam pu pij ar. Apa y ang t er j adi?

7. Diskusikan dengan t em an sekelom pok kalian m engapa sem ua it u t er j adi?

8. Gunakan hasil diskusi dan hasil pengam at an unt uk m enj awab pert anyaan berikut ini:

a. Rangk aian list r ik pada Kegiat an 8.1, pada saat sak elar dalam keadaan t ert ut up disebut rangkaian list rik t ert ut up sedangk an pada saat sak elar dalam k eadaan t er buk a disebut . . . .

Ke g ia t a n 8 . 1

(b)

Sakelar terbuka (a)

b. Pada saat sak elar t er t ut up, t er dapat per bedaan . . . sehingga t er j adi alir an . . . .

c. Pada saat sak elar t er buk a, t idak t er dapat per bedaan . . . sehingga t idak t er j adi alir an . . . .

D. H a sil Penga m a t a n:

Buat lah k esim pulan diser t ai suat u alasan!

A . Ar us List r ik da n Be da Pot e nsia l List r ik

1 . Arus Listrik

Analisis dari lam pu sent er dan kegiat an 8.1 dapat dit er angk an secar a fisik a. Dengan adany a beda pot ensial yang dit unj ukkan oleh sum ber t egangan m enyebabkan adanya aliran m uatan. Banyaknya aliran m uatan, Q, per satuan waktu, t, disebut arus m uat an,

I. Jika aliran m uat an posit if disebut arus list rik at au kuat arus. Secara m at em at ika dapat dit ulis,

I = Q t

Dengan Q dinyat akan dalam sat uan coulom b ( C) ,

t dalam sat uan sek on, dan k uat ar us diny at ak an dalam sat uan am per e ( A) . Oleh k ar ena it u, am per e dapat diny at ak an sebagai coulom b per sek on dan 1 am per e adalah 1 coloum b m uat an y ang m engalir dalam w ak t u 1 sek on. Seper t i pada sat uan panj ang at au m assa, sat uan k uat ar us dapat diny at ak an dalam sat uan yang lebih kecil yait u m iliam pere ( m A) dan m ikroam pere (μA) .

Hubungan sat uan- sat uan t er sebut sebagai ber ik ut :

1 μA = 1

1.000 A at au 1 m A = 10 –3 _A

Setelah kalian mempelajari tentang arus listrik, apakah perbedaan antara arus listrik dengan kuat arus listrik?

Tu g a s

Ap a b i l a d a l a m su a t u p e n g h a n t a r m e n g a l i r elek t r on sebany ak N dan m asing- m asing elek t r on ber m u at an e cou lom b, den gan e = 1 , 6 × 1 0– 1 9

coulom b, m ak a k uat ar us I adalah:

I = N e t

Arus listrik m em iliki arah yaitu dari potensial tinggi k e pot ensial r endah. Oleh k ar ena it u, ar us list r ik t er m asu k besaran v ek t or. Sedan gk an k u at ar u s list r ik t idak m em ilik i ar ah, m ak a k uat ar us list r ik t er m asuk besaran skalar.

Am pe r e m e t e r adalah alat unt uk m engukur kuat arus list rik. Unt uk m engukur kuat arus list rik, diukur dengan am perem et er, yang disusun secara seri at au ber ur ut an dengan kom ponen yang akan diukur kuat arusnya. Mengapa harus dipasang seri? Penyusunan am perem et er unt uk m engukur kuat arus yang lew at pada lam pu dalam sebuah r angk aian dit unj uk k an oleh Gam bar 8.1.

Ga m b a r 8 . 1 Men gu k u r k u at ar u s

A

2 . Beda Pot ensial

Al i r a n m u a t a n d i p e n g a r u h i b e sa r k e ci l n y a pot ensial dar i sat u t it ik k e t it ik y ang lain. Dengan k a t a l a i n , b e s a r n y a b e d a p o t e n s i a l a k a n m em pengaruhi banyak m uat an yang m engalir dalam suat u penghant ar. Oleh k ar ena it u, ada hubungan a n t a r a b ed a p o t en si a l d en g a n m u a t a n l i st r i k . Per pindahan m uat an dar i sat u t it ik k e t it ik y ang lain diper luk an ener gi. Jik a m uat anny a adalah m uat an e l e k t r o n , m a k a d a p a t d i t u l i s k e m b a l i d a l a m persam aan,

W = e V

D en g an sat u an u n t u k en er g i ad al ah j o u l e, seh in gga ber dasar k an per sam aan di at as, j ou le dapat diny at ak an dengan sat uan coulom bv olt at au elekt r onvolt ( eV) .

Con t oh soa l 8 .1 :

Di dalam suat u penghant ar dialir i m uat an list r ik seb esar 3 6 0 cou lom b d alam w ak t u sat u m en it . Ber ap a b esar ar u s list r ik y an g m en g alir d alam penghant ar t er sebut ?

Penyelesa ia n:

Diket ahui : Q = 360 coulom b

t = 1 m enit = 60 sek on Dit anya : I = . . . ?

Ja w a b : I = Q t

= 360C_60s

Lampu

2,5 V L

A

1,5 V

+ –

B.

M e nguk ur Be sa r Ar us List r ik da n

Be da Pot e n sia l List r ik

1 . Mengukur Arus Listrik

A. Tu j u a n

Menguk ur besar ny a k uat ar us dalam suat u r angk aian

B. Ala t da n Ba h a n

1. Dua buah bat er ai 2. Sebuah lam pu bohlam 3. Kabel penghubung 4. Papan rangkaian 5. Sebuah AVOm et er

C. Ca r a Ke r j a

1. H u b u n g k a n se b u a h b o l a l a m p u d a n se b u a h b a t e r a i m enggunak an k abel penghubung pada papan r angk aian, seper t i gam bar di baw ah ini.

2. Siapk an AVOm et er unt uk m enguk ur k uat ar us list r ik y ang m engalir dalam suat u rangkaian DC dengan langkah- langkah sebagai ber ikut :

a. Masukkan colok m er ah ke t er m inal posit if ( + ) dan colok hit am k e t er m inal negat if ( –) .

b. Put ar lah sak elar pilih k e daer ah penguk ur an DC – A.

c. Bila j ar u m pen u n j u k t idak t epat pada an gk a n ol at ur lah pengeset j ar um .

d. Bila j arum penunj uk sudah t epat pada angka nol, m aka AVO m et er t elah siap digunakan unt uk m engukur arus y ang m engalir pada r angk aian DC.

3. Gunakan AVO m et er yang berfungsi sebagai am perem et er, dengan sk ala bat as uk ur sam pai 1 A.

4. Am at i apa y ang t er j adi pada lam pu bohlam t er sebut . 5. A p a b i l a l a m p u m e n y a l a , c a t a t l a h h a s i l p e n u n j u k

am p er em et er. Berap a an g k a y an g d it u n j u k k an p ad a am perem et er?

6. Lepaslah salah sat u k abel penghubung pada lam pu. Apa y ang t er j adi?

7. Pada saat lam pu m at i, ber apa besar k uat ar usny a? 8. Bagaim ana pendapat k alian t ent ang hubungan ant ar a

am per em et er dengan ny ala at au m at iny a lam pu dalam suat u r angk aian list r ik ?

9. Lakukan dengan cara yang sam a, nam un gunakan 2 bat erai dalam r angk aian t er sebut . Dengan m enggunak an dua bat er ai, ber apa besar sum ber t egangan y ang digunak an? 10. Apabila dibandingkan dengan m enggunakan sat u bat erai,

bagaim ana keadaan nyala lam pu ini?

11. Bagaim ana hubungan besar k uat ar us t er hadap sum ber t egangan?

D. H a sil Penga m a t a n

Buat lah k esim pulan y ang diser t ai alasan unt uk m enganalisis per nyat aan- per t anyaan ber ikut :

1. Hubungan k uat ar us dengan beda pot ensial, 2. Ny ala lam pu dengan sum ber t egangan,

3. Apa ar t iny a j ik a angk a am per em et er m enunj uk an angk a nol, dan

2 . Pengukuran Sum ber Tegangan at au Beda Potensial

Secara kualitatif kita bisa m enentukan besar suatu t egangan dar i sum ber t egangan y ang digunak an dalam suat u rangkaian list rik. Misalkan, suat u bat erai yang kalian gunakan dalam rangkaian pada Kegiat an 8.2, t ert era 1,5 V at au m ungkin 3 V. Angka ini adalah angk a y ang dit unj uk k an oleh suat u indust r i di m ana bat er ai it u dibuat . Bagaim ana car a m em buk t ik an bahw a angk a- angk a t er sebut adalah benar adany a? Oleh karena it u, kit a perlu m engadakan pengukuran yait u dengan suat u alat y ang disebut volt m et er.

A. Tu j u a n

Menent uk an besar sum ber t egangan dar i suat u r angk aian.

B. Ala t da n Ba h a n

1. 4 buah bat er ai

2. Basicm et er ( volt m et er) 3. Kabel secuk upny a 4. Kot ak t em pat bat er ai

C. Ca r a Ke r j a

1. Ber i t ulisan pada m asing- m asing bat er ai E₁, E₂, E₃, dan E₄. 2. Car a m enggunak an Basicm et er :

Sebelum kit a m enggunakan Basicm et er, m arilah kit a pelaj ari dahulu m ikroam perem eter. Bagian-bagian m ikroam perem eter: a. Jar um penunj uk

b. Term inal ( + ) m ikroam pere c. Term inal ( –) m ikroam pere d. Sk ala penunj uk

e. Sek r up pengat ur nol

Cat at an:

a. Apabila dalam m ikroam perem et er dipasang ham bat an depan (R – depan) at au ham bat an Shunt (R – Shunt ) m ak a m ik r oam per em et er it u disebut Basicm et er Unit (BMU). Basic Meter Unit ini sering hanya disebut Basicm eter. b. Kalau Basicm et er digunak an unt uk m enguk ur k uat ar us sear ah ( DC) m aka padany a har us dipasang R – Shunt .

R – Shunt t am pak sam ping t egangan m aka pada m ikroam perem et er harus dipasang

R – depan. Lihat gam bar di baw ah ini.

Term inal positif ( + ) dan negatif ( –) dari m ikroam perem eter ber fungsi sebagai penghubung at au sok et unt uk colok-colok dar i R – Shunt at au R – depan.

6. Uk ur dan cat at lah hasil penunj uk an v olt m et er.

7. Am billah bat er ai E₃ k em udian k et iga bat er ai E₁, E₂, dan E₃

dir an gk ai secar a ser i. Uk u r dan cat at h asil pen u n j u k an volt m et er.

8. Am billah bat erai E₄ kem udian keem pat bat erai, E₁, E₂, E₃, dan

E₄ dir angk ai secar a ser i! Uk ur dan cat at hasil penunj uk an volt m et er.

9. Hit unglah t egangan t er m inal E_T m asing- m asing unt uk ,

E_T = E₁+ E₂ + E₃ + . . . .+ E_n,

D. H a sil Penga m a t a n

Buat lah kesim pulan yang disert ai alasan dari dat a yang kalian per oleh! Ber ilah per ny at aan y ang ber k ait an dengan hasil p e n g u k u r a n se ca r a se r i d e n g a n p e n j u m l a h a n se ca r a m at em at ik a, apak ah ada per bedaan dan m engapa!

I nfo

M ED I A

Ke g ia t a n 8 . 4

1. Lak uk an dengan car a y ang sam a seper t i pada Kegiat an 8.3, nam un bat er ai t er sebut k alian susun secar a par alel, seper t i gam bar di baw ah ini. Cat at lah hasil penguk ur an k alian.

Buat lah kesim pulan yang disert ai alasan dari dat a yang sudah diper oleh ! Ber ilah per n y at aan y an g ber k ait an den gan h asil pengukuran secara paralel j ika nilai E_T sam a dengan nilai E dari m asing- m asing bat erai. Apakah ada perbedaan dan m engapa?

Set elah k alian m elak u k an k egiat an sen dir i/ k elom pok u n t u k r angk aian par alel, apa y ang bisa k alian k em uk ak an t ent ang perbedaan sum ber t egangan yang disusun secara seri dan paralel. Pada susunan seri, t erm inal posit if dihubungkan dengan t erm inal n egat if dan set er u sn y a, sebalik n y a u n t u k su su n an par alel, t er m inal posit if sem ua dihubungk an ber sam a begit u pula unt uk sem ua t erm inal negat if.

Dar i hasil k egiat an 8.3 dan 8.4, m enunj uk k an bahw a besar ny a t egangan t er m inal E_T, unt uk sum ber t egangan, E, yang disusun secar a ser i m er upak an j um lah dar i set iap sum ber t egangan. Secar a m at em at ika dapat dit ulis,

E_T = E₁ + E₂ + E₃ + . . . E_n

Sebalik ny a unt uk sum ber t egangan y ang sam a disusun secar a par alel m ak a t egangan t er m inal y ang didapat k an adalah sam a dengan sum ber t egangan unt uk sat u sum ber t egangan ( sat u bat erai) ,

Sist em penggunaan bat erai secara paralel biasa digunakan oleh seseor ang y ang ak an m enghidupk an salah sat u m obil y ang kebetulan akinya dalam posisi lem ah arus sehingga tidak kuat untuk m enghidupkan m esin saat dist at er. Prinsip yang digunakan adalah di m ana bat erai yang lem ah (R- nya t inggi) dihubungkan secara paralel dengan bat erai yang sehat (R- nya rendah) yang akan m engalirkan arus sehingga m obil dapat distater. Jika setiap sum ber t eg an g an b er b ed a d i su su n secar a p ar al el t en t u n y a ak an m endapat kan sit uasi yang lebih kom pleks.

Dar i hasil penguk ur an pada Kegiat an 8. 3 dan 8. 4 m engapa t egangan y ang t er uk ur sebelum dan sesudah dir angk ai dengan lam pu, m enghasilkan tegangan term inal yang berbeda baik secara seri m aupun paralel j ika dibandingkan dengan angka yang t ert era pada m asing- m asing bat er ai. Unt uk m enget ahui j aw abanny a kalian bisa m elakukan kegiat an secara kelom pok unt uk m engukur kuat arus m aupun t egangan yang m elew at i lam pu. Lihat volt ase dan ar us m ak sim um ny a y ang t er t er a pada lam pu pij ar sebelum dirangk ai, m isalk an t er t era 2,4 V, 0,5 A, apa ar t inya?

2. Per hat ikan gam bar di baw ah ini. Lakukan pengukur an t egangan yang lewat lam pu dengan m enggunakan volt m et er. Cat at lah hasil penguk ur an y ang sudah k alian per oleh.

H a sil Penga m a t a n

Ber dasar k an dat a y ang k alian per oleh, bandingk an t egangan pada cat u day a dengan t egangan pada bola lam pu! Kesim pulan apa y ang kalian dapat ?

Con t oh soa l 8 .2

Tiga buah bat erai yang m asing- m asing m em iliki GGL sebesar E, dirangkai secara seri m aka berapakah GGL t ot al at au GGL t er m inalny a?

L

Re f le k si

Ra ngk um a n

Penyelesa ia n:

Diket ahui : n = 3 buah

GGL = E Ser i Dit anya : E_T = . . . ?

Ja w a b : E_T = E + E + E

= n E

= 3 E

1. Ar us list r ik : alir an m uat an list r ik k ar ena adany a beda pot ensial pada sum ber t egangan.

2. Ar us list r ik diny at ak an dalam besar an k uat ar us list r ik

I = Q t

3. Am per em et er : alat unt uk m enguk ur k uat ar us list r ik .

4. Beda pot ensial m em pengar uhi besar kecilnya alir an m uat an.

5. Unt uk m em indahk an m uat an dar i sat u t it ik k e t it ik y ang lain dibut uhk an ener gi sebesar :

W = e V

6. Volt m et er : alat unt uk m enguk ur beda pot ensial.

A. P ilih la h sa t u j a w a b a n y a n g p a lin g b e n a r d e n g a n ca r a

m em beri tanda silang ( X) pada huruf

a, b, c,

atau

d

!

1. Bany ak ny a m uat an list r ik y ang m engalir t iap det ik m elalui suat u penghant ar dinam akan . . . .

a. ar us elek t r on b. kuat ar us c. ar us list r ik d. kapasit as

2. Arus list rik dapat m engalir dalam suat u rangkaian t ert ut up, j ika . . . . a. t er dapat ham bat an

b. t er dapat beda pot ensial di ant ar a dua t it ik

c. dipasang sum ber t egangan sehingga pot ensialnya m enj adi sam a d. dipasang sak elar

3. Per bedaan ant ar a ar us list r ik dan k uat ar us list r ik , y ait u . . . . a. ar us list r ik m em ilik i ar ah sedangk an k uat ar us list r ik t idak b. ar us list r ik besar an sk alar sedangk an k uat ar us list r ik besar an

vekt or

c. keduanya m em iliki arah yang berlawanan

d. arus list rik t erj adi dari m uat an sedangkan kuat arus list rik t erj adi dar i elekt r on

4. An i m en gu k u r besar ar u s yan g lew at pada su at u pen gh an t ar. Ter ny at a ia dapat k an hasil 36 m iliam per e. Dat a yang diper oleh Ani ini set ar a dengan . . . .

a. 3,6 x 10–3 _{am per e}

b. 3,6 x 10–2 _{am per e}

c. 3,6 am per e d. 36 am pere

5. Muat an list r ik sebesar sat u coulom b y ang m engalir selam a sat u det ik disebut . . . .

a. sat u far ad

b. sat u coulom b det ik c. sat u ohm

d. sat u am per e

6. Ali m elak uk an per cobaan, ia m endapat k an hasil penguk ur an besar ar us list r ik y ait u 4,2 m ik r oam per e. Hasil ini set ar a dengan . . . . a. 4,2 × 10–6 _A

b. 4,2 × 10–5 _A

c. 4,2 A d. 42 A

7. Seor ang anak hendak m enguk ur besar ar us y ang m engalir m elalui bola lam pu pij ar m enggunakan am per em et er. Maka am per em et er dan lam pu pij ar har us disusun secar a . . . .

a. cam puran b. seri c. paralel

d. ser i dan dapat pula par alel

8. Per hat ikan per nyat aan- per nyat aan ber ikut !

1) Alir an ar us list r ik dar i pot ensial t inggi k e r endah. 2) Aliran arus list rik selalu m elaw an arah aliran elekt ron. 3) Besar nya ar us list r ik t idak dapat diuk ur.

4) Ar us list r ik m engalir m em er lukan penghant ar. Per ny at aan di at as y ang benar adalah . . . . a. 1, 2

b. 1, 2, dan 3 c. 1, 2, dan 4 d. 1, 2, 3, dan 4

9. Selam a sepuluh det ik banyaknya m uat an list rik yang m engalir dalam penghant ar sebesar 20 coulom b, m ak a k uat ar us list r ikny a . . . . a. 200 am per e

b. 20 am pere c. 10 am pere d. 2 am pere

10. 240 coulom b m uat an list rik m engalir m elalui penghant ar selam a t

det ik. Apabila besar arus yang t im bul 2 am pere. Maka t adalah . . . . a. 2 m enit

B. Jaw ablah pertanyaan berikut dengan singkat dan j elas!

1. Em pat buah bat er ai m asing- m asing m em ilik i GGL 1,5 v olt dan

ham bat an dalam 0,1 ohm , dirangkai seri. Kem udian rangkaian seri bat erai ini dihubungkan dengan ham bat an 5,6 ohm sehingga t erj adi aliran list rik. Hit unglah besar arus yang keluar dari sum ber t egangan t er sebut !

2. Em pat buah bat er ai m asing- m asing m em ilik i GGL dan ham bat an dalam 1,5 v olt dan 0,1 ohm . Keem pat bat er ai dir angk ai par alel. Kem udian r angk aian ini dihubungk an dengan ham bat an sebesar 5,975 ohm sehingga t erj adi aliran list rik. Hit unglah besar arus yang t im bul pada rangkaian ini!

3. Sebuah penghant ar dilalui ar us list r ik sebesar 150 m iliam per e. Berapakah m uat an list rik yang dapat dipindahkan selam a 10 m enit ?

4. Sebuah sum ber t egangan m engeluarkan energi sebesar 2.500 j oule unt uk m em indahk an 100 coloum b m uat an list r ik dan sat u t it ik k e t it ik lain. Ber apak ah beda pot ensial sum ber t egangan t er sebut ?

5. Sebuah sum ber t egangan m engeluar k an ener gi 15.000 j oule. Jik a beda pot ensial sum ber adalah 150 v olt , t ent uk an besar m uat an y ang dipindahk an!

P r o y e k