Bab 5 Part 1 LISTRIK DINAMIS KELAS 9 SEMESTER GANJIL

 

 Bab 5 Part 1 Listrik Dinamis Kelas 9

Pertemuan ke 11 kelas 9 

Tgl 5 November 2020

A. Listrik Dinamis 

Arus listrik adalah laju aliran muatan listrik melewati suatu titik. Arus listrik bersumber dari pembangkit listrik seperti generator, arus listrik juga dapat dihasilkan oleh baterai, ACCU (aki) dan buah – buahan yang mengandung asam seperti jeruk. 

Pada rangkaian baterai buah, buah berperan sebagai baterai karena adanya penggunaan lempeng seng dan lempeng besi yang berfungsi menimbulkan beda potensial dalam buah. Lempeng seng berfungsi sebagai kutub negatif, lempeng besi berfungsi sebagai kutub positif. 

Adanya beda potensial dalam buah tersebut yang mendorong elektron – elektron untuk bergerak sehingga memicu aliran listrik pada rangkaian dan lampu menyala. 

Sambungan dari baterai, kabel dan lampu atau sambungan dari semangka atau jeruk, kabel dan lampu terhubung satu sama lain disebut dengan rangkaian tertutup. Pada rangkaian listrik tertutup (saklar tertutup atau posisi on), arus listrik akan mengalir dan lampu menyala. 

Arus listrik mengalir karena pada ujung – ujung rangkaian ada beda potensial listrik yang diberikan oleh baterai sebagai sumber tegangan. Ujung kawat penghantar pemilik banyak elektron (terhubung dengan kutub negatif baterai) memiliki potensial listrik rendah, sedangkan ujung kawat pemilik sedikit elektron (terhubung dengan kutub positif) memiliki potensial listrik tinggi. 

Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arah aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi atau dari kutub negatif ke kutub positif. Pada rangkaian listrik tertutup, arus listrik dapat ditentukan dengan menghitung besar muatan listrik yang mengalir setiap detiknya. 

Hal tersebut karena besar arus listrik yang mengalir dalam rangkaian sama dengan besar muatan listrik yang mengalir pada tiap detik. Secara sistematis, besar arus listrik ditulis sebagai : 

Keterangan : I = arus listrik (Aampere atau A)

                      q = muatan listrik (Coulomb atau C) 

                      t = waktu (detik atau s)

Pada rangkaian listrik tertutup, pembawa muatan listrik adalah elektron sehingga besarnya muatan ditentukan oleh jumlah elektron yaitu : 

 

 

q = N x e  sehingga, 

Keterangan :
I = arus listrik (A)
q = muatan listrik (C) 
t  = waktu (s)
N = jumlah muatan listrik 

Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel. Tidak adanya cabang tersebut menyebabkan aliran listrik akan terputus jika salah satu ujung kabel putus, sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir dan semua lampu mati. 

Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel. Jika salah satu ujung kabel putus, arus listrik tetap mengalir pada kabel lain yang terhubung dan beberapa lampu tetap menyala. 

Hambatan listrik juga dipasang secara seri dan paralel. Pola pemasangan hambatan listrik mempengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian. 

Pada rangkaian hambatan seri listrik, kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda – beda, sehingga : 

I1 = I2 = … = In 

V1 = V2 = … = Vn 

Vtotal = V1 + V2 + … + Vn 

Vs = Is × Rs 

Karena Is = I1 = I2 

Maka Rs = R1 = R2 = … = Rn  

Berikut rangkaian hambatan seri  

Pada rangkaian hambatan paralel listrik, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda, sehingga :

 

Berikut rangkaian hambatan paralel 

 

Hukum Kirchoff : besar arus listrik yang masuk kedalam titik cabang kawat penghantar sama dengan besar arus listrik yang keluar dari titik cabang kawat penghantar. Secara matematis, Hukum Kirchoff dapat ditulis sebagai 

   

Jika diketahui besar arus listrik I1 = 2A, I2 = I3 = 4A dan I4 = 5A, maka besar arus I5 adalah …
 

I1 + I4 + I5 = I2 + I3 

I5 = (I2 + I3) – (I1 + I4) 

    = (4 + 4) – (2+5) 

    = 8 – 7 

    = 1 A

Baterai baru yang belum dipakai memiliki Gaya Gerak Listrik (GGL) = 1,5 V. Artinya, sebelum dirangkaikan untuk menghasilkan arus listrik, diantara kutub – kutub baterai ada tegangan 1,5 V. Jika baterai dihubungkan dengan suatu rangkaian dan ada arus listrik yang mengalir, maka tegangan diantara kutub – kutub baterai disebut tegangan jepit. 

Beda besar GGL dengan tegangan jepit baterai dikarenakan adanya hambatan dalam baterai. Menurut hukum ohm, besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup adalah : 

 

DIMANA : V = I X  R

Sehingga, besarnya tegangan jepit menjadi : 

I × R = E – (i × r) 

     V = E – (i × r) 

 

Dengan : r = hambatan dalam baterai (Ω) 

R = hambatan luar baterai (Ω)

E = GGL baterai (V)

V = tegangan jepit (V)

I = arus listrik (A) 

   

Elemen listrik yang sama dipasang secara seri dapat dihitung mengunakan rumus :

 

sehingga :

 

 

• Berikut rangkaian elemen yang sama secara seri : 

 

Elemen listrik yang dipasang secara paralel dapat dihitung mengunakan rumus : 

Karena  

Maka  

Sehingga  

• Berikut rangkaian elemen secara paralel :

Listrik adalah energi, sehingga sesuai hukum kekekalan energi, untuk menghasilkan listrik diperlukan alat yang dapat mengubah energi lain menjadi energi listrik. Berdasarkan arah arus listrik, sumber arus listrik ada 2 yaitu sumber arus searah (DC) dan sumber arus bolak – balik (AC). Berikut jenis sumber arus listrik : 

Elemen volta, baterai dan akumulator adalah sumber arus DC yang dihasilkan dari reaksi kimia, sehingga disebut elektrokimia. Berdasar dapat dan tidaknya diisi ulang, sumber arus listrik ada 2 yaitu elemen primer dan sekunder. 

Elemen primer adalah sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya baterai kering dan elemen volta. Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika energinya habis, contohnya akumulator pada motor dan baterai Li-ion pada Hand phone atau kamera.

Contoh soal

Soal No. 1
Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawat penghantar. Tentukan:
a) muatan yang berpindah 
b) jumlah elektron 

Pembahasan
Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah:
I = ^Q / t
Q = I x t
Dengan demikian :
a) Q = I x t
Q = 2 x 120
Q = 240 Coulomb
b) menentukan jumlah elektron dalam muatan
n = ^Q/Q_e
dimana:
n = jumlah elektron 
Q_e = muatan satu elektron (1,6 x 10⁻¹⁹ Coulomb)
Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya
sehingga:
n = ^Q/Q_e
n = 240 / (1,6 x 10⁻¹⁹)
n = 150 x 10¹⁹
n = 1,5 x 10²¹ buah elektron 

Soal No. 2
Sebuah kawat penghantar memiliki panjang L dan luas penampang A dan memiliki hambatan sebesar 120 Ω. Jika kawat dengan bahan yang sama memiliki panjang 2 L dan luas penampang 3 A, tentukan hambatan kawat kedua ini! 
Pembahasan
Rumus untuk menghitung hambatan suatu kawat penghantar adalah:
R = ^ρL/ A
dimana 
R = hambatan kawat (Ω)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m2)
ρ = hambat jenis kawat 
Kawat yang berbahan sama memiliki hambat jenis yang sama, sehingga 
R₂ / R₁ = (L₂/A₂₎ / (L₁/A₁)
R₂ = (L₂/L₁) x (A₁/A₂) x R₁
R₂ = (2L/L) x (A/3A) x 120 
R₂ = (2/1) x(1/3) 
R₂ = (2/3) x 120 = 80 Ω 

Soal No. 3
Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut! 
Pembahasan
I = Q/t 
I = 360 coulomb / 120 sekon
I = 3 Ampere 

Soal No. 4
Konversikan satuan berikut:
a) 5 μ C = ........C
b) 100 mC = .........C
c) 5000 nC = .........C
Pembahasan
a) 5 μC = 5 x 10⁻⁶ = 0,000005 C
b) 100 mC = 100 x 10⁻³ = 0,1 C
c) 5000 nC = 5000 x 10⁻⁹ = 5 x 10⁻⁶ = 0,000005 C

Soal No. 5
Konversikan satuan berikut :
a) 5 kΩ = ....... Ω
b) 0,3 kΩ = .....Ω
c) 5 MΩ = .........Ω
Pembahasan
a) 5 kΩ = 5 x 1000 = 5000 Ω
b) 0,3 kΩ = 0,3 x 1000 = 300 Ω
c) 5 MΩ = 5 x 1000000 = 5000000 Ω

Soal No. 6
Sebuah kawat penghantar dengan panjang 10 meter memiliki hambatan sebesar 100 Ω Jika kawat dipotong menjadi 2 bagian yang sama panjang, tentukan hambatan yang dimiliki oleh masing-masing potongan kawat! 
Pembahasan
Data dari soal:
L₁ = L
L₂ = 1/2 L
A₁ = A₂
R₁ = 100 Ω
R₂ / R₁ = (L₂/L₁) x R₁ 
(luas penampang dan hambat jenis kedua kawat adalah sama!!) 
R₂ = ( ^½L / L) x 100 Ω:
R₂ = 50 Ω

 

Soal No. 7
Ubah satuan berikut:
a) 300 mA = .........A
b) 12 mA = ..........A 
Pembahasan
a) 300 mA = 300 : 1000 = 0,3 A
b) 12 mA = 12 : 1000 = 0,012 A

Soal No. 8
Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka

  

 

 

 

Pembahasan
Arus listrik akan mengalir jika terdapat beban dan rangkaian yang tertutup, sehingga:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
lampu 2 dan 3 menyala, lampu 1 mati
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
semua lampu akan mati
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
semua lampu menyala
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
semua lampu mati 

Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut 

Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B jika R₁, R₂ dan R₃ berturut-turut besarnya adalah 5 Ω, 10 Ω dan 15 Ω!    

Pembahasan
Rangkaian diatas adalah tersusun seri, sehingga hambatan penggantinya adalah:
R_t = R₁ + R₂ + R₃ 
= 5 + 10 + 15 
= 30 Ω 

Soal No. 10
Pada rangkaian berikut jika R₁ = 9 Ω dan hambatan pengganti antara titik AB adalah 6 Ω tentukan besar hambatan R₂ ! 

 

 

 

 

Pembahasan
Rangkaian diatas adalah hambatan yang disusun secara paralal. Hambatan total untuk paralel adalah
1/ R_t = 1/R₁ + 1/R₂ 
1/ 6 = 1/9 + 1/R₂
1/R₂ = 1/6 − 1/9
1/R₂ = 3/18 − 2/18
1/R₂ = 1/18
R₂ = 18 Ohm

Soal No. 11
Dari rangkaian hambatan berikut R₁ = 10 Ω
R₂ = 9 Ω
R₃ = 18 Ω
Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B! 

 

 

 

 

Pembahasan
Rangkaian campuran, selesaikan paralel antara R₂ dan R₃ terlebih dahulu
1/ R_p = 1/R₂ + 1/R₃
1/ R_p = 1/9 + 1/18
1/ R_p = 2/18 + 1/18
1/ R_p = 3/18 
R_p = 18/3 = 6 Ω
Hasil ini kemudian diserikan dengan R₁
R_t = 10 + 6 = 16 Ω

 

 

Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD) 

Nama :

Kelas :

Dengan panduan contoh soal di atas silahkan kerjakan di buku latihan mu! 

 

  FOTO HASIL KERJA MU LALU KIRIM KE WA ATAU EMAIL IBU

Email : siahaansari6@gmail.com