TEKNIK DASAR LISTRIK OTOMOTIF

(1)

HALAMAN FRANCIS

Editor Materi : Koko

Editor Bahasa : Willem Ilustrasi Sampul :

MILIK NEGARA TIDAK DIPERDAGANGKAN

Semua hak cipta dilindungi undang-undang.

Dilarang memperbanyak (mereproduksi), mendistribusikan, atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku teks dalam bentuk apapun atau dengan cara apapun, termasuk fotokopi, rekaman, atau melalui metode (media) elektronik atau mekanis lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit, kecuali dalam kasus lain, seperti diwujudkan dalam kutipan singkat atau tinjauan penulisan ilmiah dan penggunaan non-komersial tertentu lainnya diizinkan oleh perundangan hak cipta. Penggunaan untuk komersial harus mendapat izin tertulis dari Penerbit. Hak publikasi dan penerbitan dari seluruh isi buku teks dipegang oleh Kementerian Pendidikan & Kebudayaan.

Untuk permohonan izin dapat ditujukan kepada Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, melalui alamat berikut ini:

Pusat Pengembangan & Pemberdayaan Pendidik & Tenaga Kependidikan Bidang Otomotif & Elektronika:

(2)

DISKLAIMER (DISCLAIMER)

Penerbit tidak menjamin kebenaran dan keakuratan isi/informasi yang tertulis di dalam buku tek ini. Kebenaran dan keakuratan isi/informasi merupakan tanggung jawab dan wewenang dari penulis.

Penerbit tidak bertanggung jawab dan tidak melayani terhadap semua komentar apapun yang ada didalam buku teks ini. Setiap komentar yang tercantum untuk tujuan perbaikan isi adalah tanggung jawab dari masing-masing penulis.

Setiap kutipan yang ada di dalam buku teks akan dicantumkan sumbernya dan penerbit tidak bertanggung jawab terhadap isi dari kutipan tersebut. Kebenaran keakuratan isi kutipan tetap menjadi tanggung jawab dan hak diberikan pada penulis dan pemilik asli. Penulis bertanggung jawab penuh terhadap setiap perawatan (perbaikan) dalam menyusun informasi dan bahan dalam buku teks ini.

Penerbit tidak bertanggung jawab atas kerugian, kerusakan atau ketidaknyamanan yang disebabkan sebagai akibat dari ketidakjelasan, ketidaktepatan atau kesalahan didalam menyusunmakna kalimat didalam buku teks ini.

Kewenangan Penerbit hanya sebatas memindahkan atau menerbitkan mempublikasi, mencetak, memegang dan memproses data sesuai dengan undang-undang yang berkaitan dengan perlindungan data.

Katalog Dalam Terbitan (KDT)

Teknik Sepeda Motor, Edisi Pertama 2013 Kementerian Pendidikan & Kebudayaan

(3)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas tersusunnya buku teks ini, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku teks untuk siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Bidang Studi Teknik Dasar Lisrtrik Otomotif.

Penerapan 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 (teachers-centered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik (student-centered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar peserta didik aktif (active learning-CBSA) atau Student Active Learning-SAL.

Buku teks ″Teknik Dasar Listrik Otomotif″ ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013diselaraskan berdasarkan pendekatan model pembelajaran yang sesuai dengan kebutuhan belajar kurikulum abad 21, yaitu pendekatan model pembelajaran berbasis peningkatan keterampilan proses sains.

Penyajian buku teks untuk Mata Pelajaran ″Teknik Dasar Listrik Otomotif″ ini disusun dengan tujuan agar supaya peserta didik dapat melakukan proses pencarian pengetahuan berkenaan dengan materi pelajaran melalui berbagai aktivitas proses sains sebagaimana dilakukan oleh para ilmuwan dalam melakukan eksperimen ilmiah (penerapan scientifik), dengan demikian peserta didik diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep, dan nilai-nilai baru secara mandiri.

Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat PembinaanSekolah Menengah Kejuruan, dan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik dan Tenaga Kependidikan menyampaikan terima kasih, sekaligus saran kritik demi kesempurnaan buku teks ini dan penghargaan kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam membantu terselesaikannya buku teks siswa untuk Mata Pelajaran Teknik Otomotif Sepeda Motor kelas XI/Semester 2 Sekolah Menengah Kejuruan (SMK).

(4)

PETA KEDUDUDKAN MODUL

BIDANG KEAHLIAN : TEKNOLOGI DAN REKAYASA

PROGRAM KEAHLIAN : OTOMOTIF

PAKET KEAHLIAN : PEKERJAAN DASAR TEKNIK OTOMOTIF

KLAS SEMESTER BAHAN AJAR (BUKU)

(5)

DAFTAR ISI

HALAMAN FRANCIS ... i

DISKLAIMER (DISCLAIMER) ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

PETA KEDUDUDKAN MODUL ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

I. PENDAHULUAN ... 1

A. Prasyarat ... 1

B. Petunjuk Penggunaan ... 1

C. Tujuan Akhir ... 1

D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar ... 2

E. Cek Kemampuan Awal ... 2

II. PEMELAJARAN ... 3

BAB I BESARAN LISTRIK... 3

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ... 3

A. PETA KONSEP ... 4

B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK ... 5

C. MATERI PEMBELAJARAN ... 6

1. ARUS LISTRIK... 10

1.1. KUAT ARUS LISTRIK. ... 13

1.2. RAPAT ARUS ... 15

2. TEGANGAN (VOLTAGE) ... 20

2.1. Beda Potensial Tegangan ... 24

2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan ... 26

3. HAMBATAN/TAHANAN ... 30

3.1. Hambatan Kawat Penghantar ... 33

3.2. Tahanan Dalam Penghantar ... 35

3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor ... 39

Latihan Evaluasi : ... 41

Rangkuman ... 42

Evaluasi ... 43

(6)

BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK ... 44

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ... 44

B. PETA KONSEP ... 45

1. HUKUM OHM... 47

1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM ... 52

1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM ... 53

1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM ... 54

2. HUKUM KIRCHOFF ... 57

2.1. Hukum Kirchoff I ... 58

2.2. HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP) ... 61

LATIHAN EVALUASI : ... 62

RANGKUMAN ... 63

TUGAS MANDIRI ... 63

BAB III KAIDAH FLAMING ... 64

C. MATERI BELAJAR ... 67

1. KUTUB MAGNET ... 67

1.1. SIFAT MAGNET ... 69

1.2. JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET ... 70

2. INDUKSI ELEKTROMAGNET ... 71

2.1. JENIS-JENIS MAGNET ... 72

2.2. Cara membuat medan magnit ... 74

3. KAIDAH FLAMING ... 76

3.1. Prinsip Flaming ... 76

3.2. PENGGUNAAN HUKUM FLAMING ... 78

LATIHAN EVALUASI ; ... 87

RANGKUMAN ... 88

EVALUASI ... 88

TUGAS MANDIRI ... 89

BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN ... 90

(7)

1. AMPER ... 93

2. VOLTMETER ... 97

3. OHMMETER ... 99

4. AVO METER ANALOG ... 101

LATIHAN EVALUASI ... 107

RANGKUMAN ... 108

EVALUASI ... 109

BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN ... 114

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ... 114

1. RANGKAIAN LISTRIK SERI ... 119

1.1. Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung ... 119

1.2. Rangkaian seri pada Hambatan ... 121

2. Rangkaian Listrik Paralel ... 126

2.1. Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan ... 126

2.2. Rangkaian Paralel pada Hambatan ... 127

3. RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN ... 131

4. Rangkaian Listrik Majemuk ... 135

PERMASALAHAN ... 137

RANGKUMAN ... 139

BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN ... 143

1. PENGERTIAN INDUKSI ... 146

1.1. Induksi magnetis ... 147

2. INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT) ... 152

2.1. Jenis –Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) : ... 154

(8)

PERMASALAHAN ... 159

RANGKUMAN ... 161

KERJA MANDIRI ... 162

BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAANNYA ... 163

1. KABEL ... 167

1.1. FUNGSI KABEL ... 167

1.2. KOMPONEN KABEL ... 169

1.3. UKURAN KABEL ... 172

2. KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG ... 177

2.1. Junction Block dan Relay Block ... 177

2.2. Terminal Kabel (sepatu kabel) ... 177

2.3. Konektor ... 179

2.4. Baut Massa ... 180

3. KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT ... 181

3.1. Sekring (FUSE) ... 181

3.2. Fusible Link ... 183

3.3. Circuit Breaker ... 183

LATIHAN EVALUASI ... 184

RANGKUMAN ... 185

EVALUASI ... 185

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Pengamatan rangkaian ... 7

Gambar 2. Pengamatan rangkaian ... 8

Gambar 3. Gerakan Elektron ... 11

Gambar 4. Perumpaman Aliran arus ... 12

Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik ... 12

Gambar 6.Kerapatan arus listrik ... 15

Gambar7. aliran arus ... 17

Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai ... 17

Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC) ... 27

Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik ... 28

Gambar 11. Penampang Kabel ... 34

Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam ... 37

Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan ... 38

Gambar 14. Arus keluar Kirchoff ... 59

Gambar 15. Loop arus “ Kirchoff“ ... 59

Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar yang dialiri arus listrik ... 71

Gambar 17. Arah Gaya Elektromagnet ... 83

Gambar 18. Arah medan magnet ... 85

Gambar 19. Model sederhana motor stater ... 85

Gambar 20. Arah medan magnet ... 147

(10)

Gambar 22. Induksi Diri ... 151

Gambar 23. Solenoida. ... 153

Gambar 24. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain ... 156

Gambar 25. bagian-bagian kabel ... 167

Gambar 26. Bagian Kabel tegangan rendah ... 168

Gambar 27. bagian kabel bertegangan tinggi ... 169

Gambar 28. Kabel Yang Diisolasi ... 169

Gambar 29. Jenis kabel ... 171

Gambar 30. Penampang Kabel. ... 172

Gambar 31. Isolasi ... 173

Gambar 32. Selang bakar ... 174

Gambar 33. Selang kabel ... 174

Gambar 34. Kotak Sekering ... 175

Gambar 35. terminal kabel ... 175

Gambar 36. terminal penghubung Kabel ... 176

Gambar 37. Konektor dari kabel ke komponen ... 176

Gambar 38. Konektor ... 177

Gambar 39. Pin Kabel Konektor ... 177

Gambar 40. Jumlah Pin konektor ... 177

Gambar 41. Baut Washer ... 178

Gambar 42. sekring jenis blade (a) dan sekring jenis cartridge (b) ... 179

(11)

I.

PENDAHULUAN

A. Prasyarat

Materi konsep dasar-dasar listrik otomotif memberikan bekal awal dalam memahami kompetensi teknik dasar listrik otomotif. materi ini disampaikan pada kelas X smester 1.

B. Petunjuk Penggunaan

Buku ini dibuat dengan memberikan penjelasan tentang pengetahuan konsep dasar-dasar listrik otomotif. Untuk memungkinkan siswa belajar sendiri secara tuntas , maka perlu diketahui bahwa isi buku ini pada setiap kegiatan belajar umumnya terdiri atas. Uraian materi, rangkuman, Lembar kerja, dan Pengayaan, sehingga diharapkan siswa dapat belajar mandiri (individual learning) dan mastery learning (belajar tuntas) dapat tercapai.

C. Tujuan Akhir

Tujuan akhir yang hendak dicapai adalah agar siswa mampu:

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang dasar-dasar listrik otomotif

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Arus Listrik, Tegangan, Hambatan/Tahanan.

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Kutub Magnet, Induksi Elektromagnet dan Kaidah Flaming

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang ampere, Voltmeter, Ohmmeter dan Avometer

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Rangkaian Listrik Seri,Rangkaian Listrik Paralel, Rangkaian Listrik Campuran dan Rangkaian Listrik Majemuk

(12)

 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Kabel, Komponen Penghubung, Komponen Pelindung Sirkuit, Komponen Pelindung Kabel dan Ukuran Kabel

D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar

 Memahami jenis-jenis Besaran Listrik

 Memahami Rumus Dasar Besaran Listrik

 Memahami Hukum Ohm dan Kirchoff

 Memahami Medan Magnet dan Arah Medan Magnet

 Memahami Rangkaian Dasar Listrik Seri dan Paralel

 Memahami Pengaruh Induksi terhadap timbulnya listrik

 Memahami jenis kabel, ukuran kabel, dan konektor

E. Cek Kemampuan Awal

o _{Sebutkan satuan-satuan besaran listrik!} o _{Sebutkan cara pembentukan medan magnet!}

o _{Apa yang dimaksud dengan GGL(Garis Gaya Listrik)?}

o _{Apa yang dimaksud dengan HukumOhm dan Hukum Kirchoff!} o _{Sebutkan jenis-jenis rangkaian listrik!}

o _{Sebutkan alat-alat yang digunakan untuk mengukur rangkaian listrik!} o _{Jelaskan Hukum Flamming!}

(13)

II. PEMELAJARAN

BAB I BESARAN LISTRIK

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR

KOMPETENSI DASAR

PENGALAMAN BELAJAR

Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar Listrik siswa dapat :

1. 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 menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. 2. Memahami besaran listrik,

hukum Ohm dan Kirchof padar listrik otomotip 3. Menerapkan Dasar Listrik

pada rangkaian seri, paralel dan gabungan

Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa mendapatkan pengalaman belajar :

1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait materi besaran listrik,

2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof ,

3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Kaidah Flaming

4. Mengkomunikasikan dalam pengukuran tegangan, tahanan dan arus

5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasii rangkaian seri, paralel dan gabungan.

6. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan

Mengeksplorasiinduksi sendiri, mutual pada kemagnitan

7. Mengkomunikasikan macam-macam 8. Jenis, ukuran kabel, terminal dan

(14)

DASAR LISTRIK 1. BESARAN

LISTRIK

2. HK. OHM & KIRCHOF

3. KAIDAH FLAMING

4.

PENGUKURAN TEGANGAN, TAHANAN &

ARUS 5. RANGKAIAN

SERI PARALEL & GABUNGAN 6. INDUKSI

DIRI, MUTUAL PADA KEMAGNITAN

7. JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL

DAN PENGGUNAA

N

(15)

BESARAN

LISTRIK

1. AMPER

2. VOLT

3.

HAMBATAN

B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK

KUAT ARUS

RAPAT ARUS

HAMBATAN DALAM

PENGHANTAR

(16)

Selamat! Sekarang kalian telah menjadi peserta didik SMK. Saatnya telah tiba untuk mempelajari lebih dalam lagi tentang listrik melaluimata pelajaran. Dasar Listrik Otomotif. Dasar Listrik Otomotip adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik sesuatu yang ada di kendaraan baik itu kendaraan ringan, dan kendararaan berat secara sistematis.

melakukan serangkaian penelitian dengan sangat cermat dan hati-hati. Dengan cara itu, mereka dapat menjelaskan apa dan mengapa sesuatu dapat terjadi serta memperkirakan sesuatu yang terjadi saat ini maupun yang akan datang terhadap alam sekitar. Hasil-hasil temuan mereka dapat dimanfaatkan untuk kesejahteraan hidup manusia, seperti sepeda motor , mobil, excavator, dosher, komputer, televisi, dan sebagainya.

Pada bab ini, kalian akan mempelajari apa yang diselidiki dalam Besaran Listrik Otomotip, bagaimanamelakukan pengamatan, perhitungan serta pengukuran sebagai bagian dari pengamatan tersebut. Langkah awal untuk mempelajari benda-benda di sekitar adalah dengan melakukan pengamatan (observasi). Sebagai permulaan, lakukankegiatan berikut untuk melatih pengamatan untuk eksplorasi terhadap listrik disekitarmu.

(17)

PENGAMATAN

Gambar 1. Pengamatan rangkaian

Pada kegiatan ini, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatanpengukuran perlu menggunakan satuan baku, satuan yang disepakati bersama. Besaran yang satuan nya didefinisikan ini disebut besaran pokok.

MENAKSIR / MENDISKRIPSIKAN RANGKIAN LISTRIK

1. Lihatlah gambar dibawah 1.1 , Rangkaian listrik , dan amati!

2. Buatlah taksiran arus listrik, tegangan dan hambatan pada rangkian tersebut.

Catatlah taksiranmu dan taksiran teman-temanmu!

Membandingkan dan Berlatih

(18)

Diskusikan, apakah dekatnya hasil taksiran dengan hasil pengukuran sebenarnya dapat ditingkatkan dengan latihan? Untuk mengujinya, berlatihlah menaksir dan menghitung kemudian uji dengan hasil pengukuran!

Gambar 2. Pengamatan rangkaian

Diskusikan:

Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa

Pengamatan

1. Rangkailah komponen-komponen listrik seperti gambar 1.1 , baterai, kawat penghubung, lampu dan saklar !

2. Gerakan saklar ke bawah (tutup saklar) dimana pada posisi On. 3. Amati dari manakah lampu itu bisa hidup / menyala !

4. Hidup / nyalakan lampu beberapa menit (kurang lebih 3 menit), kemudian matikan. 4. Ulangi langkah tersebut sampai 3 (tiga) kali, sampai bisa menemukan komponen

yang bisa membuat lampu hidup / menyala!

Bagaimanakah hasil pengamatanmu? Temuan apakah yang dapat kamu ambil sebuah kesimpulan untuk menjelaskan kenapa lampu bisa nyala ?!

(19)

hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ?

Pada kegiatan sebelumnya, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatan pengamatan pada rangkian listrik dimana lampu bisa menyala karena adanya arus listrik, beda tegangan dan hambatan yang terdapat pada rangkian. Arus listrik, beda tegangan dan hambatandapat di ukur dan perlu menggunakan satuan baku, satuan yangdisepakati bersama.Besaran yang satuannya didefinisikan ini disebut besaran pokok.

Besaran panjang, massa dan waktu disebut besaran pokok, karena dari besaran ini dapat diturunkan besaran-besaran yang lain seperti gaya dan energi. Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu.Satuan dari besaran pokok disebut satuan pokok.Satuan Pokok SI seluruhnya ada tujuh, yaitu seperti yang terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Satuan pokok SI

Besaran Satuan Simbol

Panjang Massa Waktu

Kuat arus listrik Suhu Jumlah zat Intensitas cahaya meter kilogram sekon ampere kelvin mol Candela m kg s A K mol Cd

Tabel 1 Satuan pokok SI

(20)

pokok.Syarat untuk membuat satuan standar yang berguna adalah praktis digunakan, mudah didapat, mudah dibuat ulang, dan tetap setiap saat.Maka seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan sejumlah penemuan oleh para ilmuwan, standar satuan terus berubah.Sebagai contoh, standar meter mengalami perubahan beberapa kali dimana yang digunakan sekarang ditetapkan pada tahun 1983 dan dianggap yang paling tepat sampai saat ini. Berikut iniakan dijelaskan satuan standar besaran pokok untuk listrik, besaran yang digunakan pada listrik terbagi menjadi dua, meliputi Besaran pokok dan besaran turunan.

1. ARUS LISTRIK

Amper adalah satuan SI untuk besaran pokok listrik, dilambangkan dengan huruf A. Satu amper adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar

2

x

10

7newton per meter. Satuan ini diambil dari nama André-Marie Ampère, salah satu penemu elektromagnetik.

Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar tiap detik.atau dengan kata lain adalah mengalirnya elektron secara terus menerus

dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada

beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.

Besarnya arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan jumlah elektron bebas yang melewati penampang konduktor setiap detik. Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik dinyatakan dengan satuan ampere, disingkat A.Satu amperA sama dengan

(21)

pergerakan 6.25 x 1018 elektron bebas yang melewati konduktor setiap detik. Atau dengan pengertian lain 1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x1016 (6,24151 × 1018) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 3. Gerakan Elektron

Elektron bebas yang bermuatan negative selamanya akan selalu tolak menolak satu dengan lainnya. Bila ada kelebihan electron disatu tempat, maka akan ada kekurangan electron ditempat lainnya, electron akan selalu bergerak ketempat yang kosong, dan kemudian mencoba untuk saling menjauh satu sama lainnya. Saat pergerakan ini terjadi, aliran atau arus elektron terbentuk, Arus akan terus berlanjut sampai electron genap terpisah dari intinya.

Arus dapat digambarkan seperti laju aliran elektron, besarnya aliran electron bias diumpamakan seperti pada pipa air. Pada pipa yang diameternya lebih besar mempunyai kapasitas aliran yang lebih besar pula. Artinya adalah aliran arus akan besar bila jumlah electron yang bergerak juga banyak, sehingga semburan air bisa jauh seperti gambar dibawah ini.

(22)

artinya aliran arus akan kecil karena jumlah elektron yang mengalir kecil. Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.

Gambar 4. Perumpaman Aliran arus

Jadi kesimpulannya adalah mengalirnya suatu electron sama dengan mengalirnya suatu arus. Arus adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.

Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik

Formula arus listrik adalah:

Dimana:

(23)

t = waktu, detik

1.1. KUAT ARUS LISTRIK.

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu, dengan kata

lain Amper adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron

bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

“Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”. listrik yang dapat

memisahkan,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu

detik.Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.

Formula arus listrik adalah

1 (satu) Coulomb = 6,28 x 1018 electron

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb

(24)

PERMASALAHAN KUAT ARUS LISTRIK

Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu

selama 2 menit.

Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?

Diketahui: I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan: Q (muatan listrik).

Penyelesaian:

t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

(25)

1.2. RAPAT ARUS

Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat (mm2)

Gambar 6.Kerapatan arus listrik.

Definisi

(26)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm².Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat: Formula arus listrik adalah : Dijabarkan sebagai berikut :

Dimana : S = Rapat arus

[ A/mm²]

I = Kuat arus

[ Amp]

Q = luas penampang kawat [ mm²]

Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik

Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan menyebabkan (menimbulkan) tiga kejadian :

(27)

Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat sistem bekerja. Contohnya meliputi :Lampu kepala (Head Light), Korek api dimobil (Cigarette Lighter), sekring (Fuse) dll.

Gambar7. aliran arus b. Aksi kimia

Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui /dialiri arus listrik) akan menyebabkan arus listrik mengalir. Baterai jenis basah bekerja berdasarkan prinsip kimia.

Saat kondisi baterai kosong (teganan dan arus) yang tersimpan dibaterai berkurang, reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut :

Pb02 + Pb + 2H2S04 ---> 2PbS04 + 2H20

Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian. baterai perlu diisi tegangan dan arus (charging) mengakibatkan pada reaksi kimia akan berubah. Perubahannya sebagai berikut :2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02

(28)

c. Aksi magnet

Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya. Prinsip ini digunakan pada koil pengapian (ignition coil), alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.

RANGKUMAN ARUS LISTRIK:

 Arus listrik terjadi karena mengalirnya elektron.

 Bila aliran elektronnya banyak, maka arus yang mengalir juga lebih banyak.

 Melalui perbedaan potensial, arus bisa mengalir dari potensial yang tinggi ke potensial yang lebih rendah.

 Bila aliran elektron bebasnya banyak, maka akan menghasilkan panas, karena itu kawat listrik menjadi panas dikarenakan banyaknya arus yang lewat.

(29)

 Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti tenaga listriknya juga kuat.

Diketahui : I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan : Q (muatan listrik).

Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

Diketahui : Q = 4500 C

I = 1500 mA = 1.5 A Ditanyakan : t = ?

Jawab : t = Q / I

= 4500 C / 1.5 A = 3000 s = 3000 dt = 50 menit = 5/6 jam

PERMASALAHAN RAPAT ARUS

1. Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit.

Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?

2.

Muatan listrik 4500 C, arus listrik 1500 mA. Hitunglah waktunya

(30)

2. TEGANGAN (VOLTAGE)

Besaran turunan yang digunakan pada listrik adalah tegangan.

BANDINGKAN DAN SIMPULKAN

Bandingkan hasil pengamatanmu dan hasil pengamatan temanmu! Catat

persamaandan perbedaannya! Jika hasil pembelajaran tegangan

dikomunikasikan kepada orang lain,apakah orang tersebut memperoleh

pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting

apakah yang arus dirumuskan bersama? Diskusikan dalam kelompokmu

Diskusikan:

Pengamatan tegangan

1. Siapkan baterai bertengan 12 V, yang satu ber tegangan rendah (kurang dari 12 V) dan satunya bertegangan 12 V.

2. Siapkan bola lampu bertengan 12 V dan penghantar (kabel)

3. Rangkailah, seperti gambar sebelah ini

(31)

Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil

pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ?

Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ?

Tegangan listrik merupakan perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik.Beda potensial adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik.

Bila suatu battery dihubungkan ke lampu dan lampu tersebut menyala, hal ini terjadi dengan adanya aliran listrik. Arus bias mengalir karena ada perbedaan potensial antara kutub positip dan kutub negatip. Arus mengali rmelalui lampu, artinya bahwa electron bergerak dari "-" ke "+" sehingga lampu dapat menyala.Selanjutnya bagaimana dan mengapa arus mengalir? Kita lihat contoh pada kincir air ,kincir tidak akan berputar bila tidak ada air yang mengalir, hal yang sama jika tidak ada arus yang mengalir, maka lampu tidak akan menyala. Bagaimana air akan mengalir pada contoh dibawah ini? Bila tangki air A dan B tingginya sama, air tidak akan mengalir dan kincir air juga tidak bias berputar. Jika ada perbedaan tingg ipermukaan air diantara kedua tangki tersebut, maka air bias mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah dengan sendirinya.

Adalah mengalirnya elektron-elektron disebabkan adanya perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik.

Di satu sisi sumber arus listrik terdapat elektron yang bertumpuk sedangkan di sisi yang lain terdapat jumlah elektron yang sedikit. Hal ini terjadi karena adanya gaya magnet yang mempengaruhi materi tersebut. Dengan kata lain, sumber tersebut menjadi bertegangan listrik. Tegangan listrik (disebut juga voltase) identik dengan beda potensial.

(32)

Pada dasarnya, beda potensial (tegangan) inilah yang menyebabkan aliran elekron dari potensial rendah (negatif) ke potensial tinggi (positif). Artinya adanya arus listrik disebabkan karena adanya tegangan listrik pada dua titik (kutub positif dan kutub negatif). Pada rangkain listik, bisa jadi setiap komponen listrik mempunyai beda potensial yang berbeda tergantung hambatan komponen tersebut

Sebagai contoh,kincir air akan berputar. Hal yang sama juga berlaku pada listrik, bila tidak ada perbedaan potensial, arus tidak mengalir, dan jika ada perbedaan potensial, maka arus bisa mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke yang lebih rendah,hasilnya adalah arus atau tenaga listrik. Bila pergerakan elektron bebas jumlahnya banyak,artinya adalah tenaga listriknya menjadi besar.

(33)

pergerakan elektron. Reaksi pembangkitan panas ini merupakan salah satu dari tiga kejadian yang disebabkan oleh adanya arus listrik, misalnya cigaret lighter, electricstove ,dll. Kedua adalah kejadian Magnetic, yaitu bila arus melewati suatu kabel atau kumparan maka akan menghasilkan medan magnet, contohnya solenoid dan yang ketiga adalah arus dapat menyebabkan kejadian reaksi kimia seperti misalnya yang terjadi pada battery. Mari kita lihat aliran arus pada battery kendaraan. Sumber energi battery terdiri dari dua terminal yaitu positif dan negatif.

Dari penjelasan mengenai muatan positif dan negatif, dapat dikatakan bahwa atom terminal positif protonnya lebih banyak dari pada elekronnya, sehingga terminalnya berisi muatan positif. Dan satunya lagi, atom yang terdapat pada terminal negatif mempunyai electron yang lebih banyak disbanding dengan proton, sehingga terminalnya bermuatan negatif. Terminal negative mempunyai suplai electron bebas yang sangat banyak sekali,ke semua electron ini ,terkumpul disuatu area yang kecil dan saling tolak–menolak satu sama lainnya.

Jika perbedaan listrik secara alami terhubung dengan kedua kawat yang bermuatan berbeda ,maka arus bias mengalir dikarenakan adanya perbedaan potensial listrik antara kedua muatan sehingga arus dapat mengalir. Perbedaan potensial listrik biasa disebut dengan tegangan (voltage). Karena ada perbedaaan potensial listrik,maka terjadi electromotive force(emf).

(34)

yang ada atau sejumlah tekanan listrik yang dibangkitkan oleh aksi kimia di dalam battery. Simbol tegangan =E dan satuan teganan =V, dimana Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”. Dari pernyataan diatas dapat diformulasikan sebagai berikut :

Dimana ;

E = W (joule) / Q (coulombs)Volt W = tenaga listrik

1Q =jumlah muatanlistrik Persetaraan satuan : 1volt :0.001 KV volt :1,000mV

1kV:1,000v

2.1. Beda Potensial Tegangan

(35)

Tinggi air pada tangki yang lebih rendah diibaratkan sebagai tinggi air dalam nol volt (V). Pada battery, 12 volts artinya adalah perbedaan potensial antara kedua terminal battery kutup positip dan kutup negatip.

[image:35.595.187.462.111.256.2]

Bila ketinggian tempat pada gambar diatas karenakan posisi air berbeda, air akan mengalir dari tangki A ke tangki B, namun apabila bila posisinya tidak berbeda (tekanansama), air tidak akan mengalir. Karena itulah, jika tekanannya tidak berbeda atau sama ,arus akan diam. Karena tidak ada aliran arus, maka Sistem tidak bekerja sehingga tidak terjadi panas. Jika ada perbedaan tekanan antara tangki A dan B maka arus bias mendesak masuk sehingga terjadi panas. Artinya adalah muatan positif pada battery adalah 12 volt dan negatifnya adalah 0 volt. Pada switch buka – tutup yang ada pada gambar 2-4 dibawah, karena arus mengalir ,lampu bias menyala berdasarkan posisi switch-nya. Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial atau beda tegangan di kedua ujung rangkaian (kutub baterai sebagai sumber tegangan).

Adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik

(36)

sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.

2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan

1. Sumber tegangan listrik searah ( DC = Direct Current )

Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus listrik tertutup selalu dengan arah yang sama, maka arus listrik yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ¾ ). Tegangan listrik searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya. Pada gambar grafik yang memperlihatkan hubungan antara tegangan (V) dan waktu (t) pada tegangan Listrik searah (DC). Berarti bahwa pembawa muatan listrik bergerak dengan arah arus listrik tertentu.

Besarnya tegangan listrik pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik tegangan fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.).

(37)

atau 3 sekon, untuk masing -masing waktu yang berlaku ditarik garis lurus ke atas atau ke bawah (lihat gambar 1.14). Kita hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC)

dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu oscilloscope.

Contoh Sumber arus listrik searah ( DC )

1. Batere/Baterai ( elemen kering )

2. Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah ) 3. Elemen Volta ( elemen basah )

4. Solar sel

5. Dinamo DC atau Generator DC

6. Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem jembatan, d. Adaptor Sistem Dwi Kutub

2. Tegangan bolak-balik

(38)

[image:38.595.230.413.118.225.2]

Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik

Disini pada tegangan bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu berubah - ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), electron - elektron di dalam penghantar kawat hanya sedikit berayun / bergerak maju dan mundur.

Suatu tegangan listrik bergelombang yang besarnya selalu berubah, tetapi arah tegangan listrik tersebut tetap konstan, maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus listrik yang terdiri atas sebagian tegangan listrik searah dan sebagian yang lain berupa tegangan bolak-balik. Biasa disebut sebagai tegangan bergelombang (alternating current). Tegangan bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 4) tegangan hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya.

Sebagai contoh akibat dari reaksi atau efek yang ditimbulkannya adalah sebagai berikut :

1. Reaksi panas

(39)

2. Reaksi cahaya

Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp).

3. Reaksi kemagnitan

Gas seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar.

Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC )

1. Generator AC

2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll. 3. Inverter DC ke AC

PERMASALAHAN :

Energy 12.500 J, muatan 250 C. Hitunglah besar tegangan listriknya

PEMECAHAN MASALAH : Diketahui : W = 12.500 J Q = 250 C

Ditanyakan : V = ? Jawab :

V = W / Q

(40)

3. HAMBATAN/TAHANAN

Panjang : 1 m dan 3 m Luas penampang : Tetap Bahan : Berubah-ubah

PERCOBAAN 1:

1. Sediakan 3 (tiga) jenis bahan kawat penghantar dari tembaga, kuningan dan dari kawat nikelin.

2. Panjang kawat penghantar masing-masing 1 dan 3 meter. 3. sediakan bola lampu bertegangan 12 V sebanyak 3 buah. 4. Sediakan sumber tegangan 12 V

5. Hubungkan ke 3 (tiga) komponen kawat tembaga, kuningan dan kawat nikelin dengan bola lampu serta sumber tegangan. 6. Rangkai seperti gambar disamping !

(41)

Diskusikan:

Mengapa hasilnya demikian? Apakahyang memengaruhi hasil percobaan

tersebut?

Bandingkan dan Simpulkan

Jika prediksimu berbeda dengan kenyataannya, apa yang akan terjadi sesuai

hasilpengamatanmu?

Jenis Kawat

Panjang Penghantar

1 meter

Panjang Penghantar 3

meter

Kondisi Menyala (Terang / Redup)

Kawat Tembaga

Kawat Nikelin

(42)

Gambar Penampang kabel

dipanaskan

Diskusikan:

Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil percobaan

tersebut?

Jenis Kawat

Bola lampu (Tegangan lampu 12 V)

Tidak dipanaskan

Kondisi Menyala (Terang / Redup) kondisi dipanaskan

Kawat Tembaga

Kawat Nikelin

Kawat Kuningan PERCOBAAN 2:

1. Seperti pada percobaan 1 (satu) panaskan kawat penghantar dengan menggunakan lilin dengan jenis kawat penghantar berbeda-beda!

2. Amati apa yang terjadi pada nyala bola lampu?

Pa ja g : Tetap

[image:42.595.126.496.506.755.2]

(43)

Jika suatu elektron bebas bisa bergerak didalam benda, dan dikarenakan elektron mempunyai listrik alami, maka akan terjadi suatu aliran arus listrik. Arus 1 ampere adalah elektron sebanyak 6.25x1018 electron bergerak dalam satu detik. Perlu juga kita ketahui, bahwa semua jenis benda tersusun dari atom-atom sehingga ada beberapa kemungkinan rintangan bagi elektron bebas untuk bergerak, tertahannya pergerakan elektron bebas biasa disebut dengan tahanan listrik.

Adalah

hambatan-hambatan yang dialami oleh elektron-elektron pada

saat perpindahannya

.Diukur dengan Ohm meter, satuan  (ohm).

Semua benda terdiri dari struktur atom yang berbeda, Karena itulah ruang lingkup elektron bebas untuk bergerak menjadi beragam tergantung dari jenis bendanya. Walaupun elektron dengan jumlah yang sama persatuan, jumlah elektron yang dapat mengalir melalui ruang sempit persatuan waktu dapat berubah, semakin besar ketebalan suatu benda, maka pintu gerbang dimana elektron dapat bergerak juga menjadi semakin lebar. Jika jarak mengalir elektron jauh, maka waktu perjalanan juga akan semakinl ama, sehingga jumlah elektron yang bergerak dalam unit waktu dapat berkurang. Artinya adalah banyak tahanan listriknya.

3.1. Hambatan Kawat Penghantar

Besar hambatan suatu kawat penghantar (L). Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar

MATERI PEMBELAJARAN

(44)

hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis:

Rumus untuk menjelaskan tahanan listrik adalah :

R = Tahanan suatubenda

�

= Variable dari suatu benda (Ώ m) L = Panjang kabel(m)

A = Lebar area(m2)

Gambar 11. Penampang Kabel

Besaran ρ dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas yang nilainya

bergantung pada jenis bahan penghantar. Dalam suatu batas perubahan suhu tertentu, perubahan hambatan jenis sebanding dengan besar perubahan suhu

(Δt), Karena hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis ρ, maka

perubahan nilai hambatan akan mengikuti hubungan.Sehingga rumus hambatan sebagai berikut :

Dimana:

(45)

α = Koefisien suhu hambatan

jenis (per 0C)

Δt = perubahan suhu (0

C)

Koefisien suhu hambatan jenis (α) tergantung pada jenis bahan. Meskipun

hambatan jenis sebagian besar logam bertambah akibat kenaikan suhu, namun bahan tertentu hambatan jenis justru akan semakin kecil akibat kenaikan suhu. Hal ini terjadi pada bahan semikonduktor yaitu, karbon, grafit, germanium, dan silikon.

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.

3.2. Tahanan Dalam Penghantar

(46)

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron.Aliran arus listrik merupakan aliran elektron.Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya.Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas.Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

(47)

Adalah Kemampuan penghantar dalam menghantarkan daya hantar arus listrik (arus).

Sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

Dimana :

R = Tahanan/resistansi [ ?/ohm]

G = Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho]

Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam

Difinisi

(48)

Jadi tahanan listrik pada suatu benda berbeda tergantung faktor sebagai berikut:

a. Jenis benda b. Bagian kabel c. Panjang kabel d. Temperatur

Juga jika suatu benda temperaturnya naik, gerakan atom akan menjadi lebih lambat, karena atom – atom elektron bebas tersebut bergeraknya tidak bebas. Jadi tahanan listrik akan naik apabila temperatur bendanya bertambah tinggi. Huruf yang mewakili tahanan adalah : R Satuan tahanan adalah : Ω (ohm) Simbol tahanan : --/\/\/\--

Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan

(49)

3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor

Bila arus listrik mengalir melalui suatu benda dengan mudah, maka benda tersebut disebut sebagai Konduktor (penghantar listrik). Logam seperti tembaga, perak, emas, aluminum, dan baja dipakai sebagai penghantar karena mereka adalah conductor yang baik. Tembaga banyak dipakai dalam bentuk kabel karena ketahanannya dan biaya yang tidak begitu mahal.Lawan dari conductor adalah insulator. Insulator adalah benda yang tidak bisa mengalirkan arus listrik,

Contohnya adalah gelas, plastik, karet, dan keramik. Lapisan plastik pada bagian luar kabel adalah salah satu contoh sebuah insulator. Saat elektron bebas bergerak di dalam conductor, beberapa elektron bersinggungan dengan atom-atom dan sebagian energi kinetik yang memancarkan cahaya atau panas. Karena itulah, aksi pembangkitan panas disebut dengan Daya listrik (Joule heat). Pembangkitan panas besarnya adalah sebanding dengan arus listrik dan besar tahanan. Diformulasikan sebagai berikut :

Dimana ;

P : Daya (Jouleheat ) I : Aruslistrik

R : Tahanan

PERSETARAAN SATUAN

1k

Ω

=1,000

Ω

1

Ω

=0.001k

Ω

(50)

Alat yang menggunakan aksi pembangkitan panas adalah - Electric Stove Electriciron

- Lamps - Etc

Konductor Insulator

Tembaga Besi

Baja

Alumunium

Perak

Kaleng

Ground (Bumi)

Gelas Udara Kayu kering Pasir

Air yang disuling Plastik

(51)

Latihan Evaluasi :

Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?

PEMECAHAN MASALAH :

Diketahui

ρ = 0,000 001 Ωm

R = 57,6 Ω

A = 0,000 000 25 m²

Ditanya : L ?

Jawab

R = ρ (L/A)

=

57,6 = 0.000 001 . (L/o.oooooo25)

L

= 57,6 . 0,25

(52)

Rangkuman

Arus

1. Arus yang mengalir adalah sebesar jumlah elektron bebas. 2. Arus listrik menjalankan electric actuator

3. Bila tegangannya tinggi, arus yang mengalir juga banyak. Namun akan mengakibatkan overheat bila aliran arusnya berlebihan.

4. Tahanan menahan aliran arus , jika tahanannya besar, aliran arus akan berkurang.

5. Bila arus yang lewat berlebihan, akan terjadi panas.

6. Aksi megnet terjadi pada gulungan kawat yang dialiri listrik.

Tegangan

1. Bila ada potensial listrik, maka elektron mulai bergerak 2. Selanjutnya, aliran listrik dimulai

3. Bila tegangannya tinggi, elektron bisa bergerak lebih banyak lagi 4. Dan aliran listriknya juga menjadi lebih banyak

Resistance

1. Tahanan menghalangi gerak elektron bebas, juga menggangu aliran listrik 2. Jika tahanannya besar, aktuator kelistrikan 100% tidak bisa berjakan

karena tidak 100% arusyang lewat.

3. Tahanan dimulai dengan degradasi atau penuaian pada suatu wiring harness.

(53)

Evaluasi

1. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57, 6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan ?

2. Seutas kawat yang panjangnya 50 cm, luas penampangnya 2 mm2 , ternyata hambatannya 100 Ohm. Dengan demikian, hambatan jenis kawat tersebut adalah…?

3. Sebuah Kawat penghantar setelah diberi beda potensial listrik pada kedua ujung 2 detik kemudian besar arus yang mengalir secara konstan pada kawat tersebut terukur 4 A.

Hitunglah :

a. Jumlah muatan yang mengalir dalam tiap satuan menit, b. Jumlah elektron yang mengalir dalam per menit.

4. Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?.

5. Pada sebuah penghantar kabel yang berupa kawat tembaga yang memiliki luas penampang sebesar 1 mm2 terdapat 2 x 1021 elektron bebas per meter persegi. Berapa rapat arus yang dapat dihitung apabila kawat tersebut dialiri listrik selama 1 menit jika diketahui muatan 1 elektron = 1,6 x 10-19C ? Diketahui : A = 1 mm2 = 1 x 10-6 m2 dan n = 2 x 1021 elektron per meter persegi dapat kita hitung rapat arus dari persamaan berikut.

Tugas Mandiri

(54)

BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR

KOMPETENSI DASAR

PENGALAMAN BELAJAR

Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar Listrik siswa dapat :

1. 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 menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. 2. Memahami besaran listrik, hukum

Ohm dan Kirchof padar listrik otomotip

3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel dan gabungan

Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa mendapatkan pengalaman belajar :

1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan Hukum Ohm dan Kirchof ,

2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof ,

3. Mengamati simulsi terkait materi pokok Hukum Ohm dan Kirchof ,dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof ,

4. Mengkomunikasikan dalam Hukum Ohm dan Kirchof ,

(55)

DASAR

LISTRIK

HUKUM

OHM

HUBUNGAN

DAYA

HUBUNGAN

KALOR

KIRCHOF

KIRCOF 1

KIRCOF 2

(56)

HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK

Rudi seorang pelajar kelas 1 SMK yang baru masuk dari proses

penerimaan siswa baru. Pada suatu hari Andi bersama teman sekelasnya

dibimbing oleh guru pengajar dasar listrik otomotip melakukan praktikum di

workshop yang berkaitan dengan hambatan pada sumber tegangan.Andi

duduk berempat dalam satu kelompok sambil mendengarkan penjelasan guru.

Setelah pengarahan dari guru, Rudi dan ketiga temannya mulai melakukan

kegiatan untuk mengamati peralatan yang tersedia di meja praktikum yaitu dua

buah lampu yang berbeda hambatanya,penghantar, lampu dan sumber

tegangan yang telah dirangkaikan sesuai petunjuk buku dan pengarahan guru

mereka, mendapati lampu yang terpasang yang menyala terang dan satunya

menyalaredup. Rudii bertanya dalam hati, apa yang terjadi pada rangkaian

tersebut kaitannya dengan nyala lampu yang menyebabkan lampu dapat

menyala terang dan redup.

PENGAMATAN

1. Lakukan pengamatan terhadap dua buah lampu yang menyala terang dan redup pada gambar diatas

2. Buatlah penafsiran lampu bisa menyala terang dan redup,

BANDINGKAN DAN SIMPULKAN

Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan

dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain,

apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan

hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan

(57)

Diskusikan:

Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil

pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain?

Mengapa hasilnya demikian ? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu

1.

HUKUM OHM

Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.

Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama

(58)

halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan,danhambatan.Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Ampere dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang German Georg Simon Ohm.

Simbul matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

Pada materi besaran listrik telah dijelaskan dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron (6,25.1018) Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan elektron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).

(59)

Definisi

HUKUM OHM

sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.

Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

Menyatakan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar

selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya

.

Rumus hukum Ohm dapat digambarkan seperti segitiga sehingga dengan mudah menghitung salah satu besaran listrik, jika kedua besaran yang lain sudah diketahui :

Dimana :

E atau V atau U :Tegangan dinyatakan dengan nilai volts.

(60)

Untuk mempermudah proses menghitung tegangan, hambatan dan arus dengan cara menutup pakai tangan sesuai kondisi perhitungan yang dibutuhkan. Cara untuk mengetahui atau menghitung tegangan dengan menutup bagian puncak dari segitiga seperti terlihat pada gambar dibawah.

[image:60.595.112.296.235.351.2]

Menghitung tegangan

Gambar untuk menghitung tegangan

Menghitung arus

Gambar untuk menghitung arus Menghitung Hambatan

(61)

Pembuktian hukum Ohm dengan menggunakan perhitungan sederhana secara sederhana sebagai berikut :

Hitunglah besar tegangan

U = I x R = 1 x 20 = 20 V

Hasil kontrol dengan voltmeter : Hasil pengukuran = Hasil perhitungan

Hitunglah kuat arus I =

Hasil kontrol dengan Ampermeter : I Pengukuran = 0,2A (Sama dengan

hasil perhitungan)

Hitunglah besar tahanan R =

Lepaskan tahanan dari sumber tegangan pada saat pengukuran tahanan

Hasil kontrol dengan Ohmmeter :

(62)

1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM

Energi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

 Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan kompor listrik.

 Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

 Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

 Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada:

 Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).

 Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).

 Waktu atau lamanya arus mengalir (t).

Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.I, maka persamaan energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk :

dan karena I = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan:

W = V.I.T = (R.I).I.T

W = I

2

.R.T (dalam satuan watt-detik)

(63)

Keuntungan menggunakan energi listrik:

a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain. b. Mudah ditransmisikan.

c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.

1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM

Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar energi listrik yang berubah menjadi panas (kalor) dapat dirumuskan:

Jika V, I, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka panas (kalor) dinyatakan dalam kalori.

Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada penghantar dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik berbanding lurus dengan:

a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V) b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)

Q = 0,24 V I T

kalori

Q = 0,24 I

2

R T

kalori

(64)

c. Waktu selama arus mengalir (t).

Hubungan ketiganya ini dikenal sebagai "hukum Joule"

Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah:

1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM

Adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (P) dapat dirumuskan dan daya sama dengan energi/waktu ( Daya = energi/waktu).

Q = 0,24 V.I.T

kalori

DEFINISI DAYA

P =W/T

P = V.I.T/T

= V.I

P = I2 R

(65)

Satuan daya listrik :

a. watt (W) = joule/detik

b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.

Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu:

Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh).

1 kWh = 36 x 105 joule

Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut:

1 HP = 746 W = 0,746 kW 1kW = 1,34 HP

(66)

LATIHAN EVALUASI :

Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 1500

miliAmpere dan hambatan listriknya 40 ohm. Tentukan besar

tegangan yang dipasang pada rangkaian tersebut ?

PEMECAHAN MASALAH :

Diketahui

: I = 1500 miliAmpere = 1,5 A

R = 40 ohm

Ditanyakan

: V = ?

Jawab :

V = I x R = 1,5 A x

40

ohm

TUGAS MANDIRI

1. Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda potensial 12 V diberikan pada ujung-ujungnya. Tentukan hambatan listrik pada kawat tersebut!

2. Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 2500 miliAmpere dan hambatan listriknya 60 ohm. Tentukan besar tegangan yang dipasang pada rangkaian tersebut ?

(67)

2. HUKUM KIRCHOFF

PENGAMATAN

Perhatikan gambar disamping ini, siapkan baterai, ampermeter,berjumlah empat (4) busi pijar (tahanan pada listrik) dan penghantar. Rangkailah komponen - komponen tersebut dan perhatikan arus pada masing-masing busi pijar (tahanan). Bila busi pijar (tahanan) pada rangkaian satu atau dua dilepas (tidak difungsikan). Apa yang terjadi pada alat ukur amper ?

Bandingkan dan Simpulkan

Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan

dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain,

apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan

hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan

(68)

Diskusikan:

pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain?

Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu

Gustaf Robert Kirchoff adalah seorang fisikawan jerman yang berkontribusi pada pemahaman konsep dasar teori rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan.

Dalam kelistrikan, sumbangan utamanya adalah dua hukum dasar rangkaian, yang kita kenal sekarang dengan Hukum I dan Hukum II Kirchoff.Kedua hukum dasar rangkaian ini sangat bermanfaat untuk menganalisis rangkaian-rangkaian listrik majemuk yang cukup rumit.Akan tetapi sebagian orang menyebut kedua hukum ini dengan Aturan Kirchoff, karena dia terlahir dari hukum-hukum