materi ajar smp tentang listrik dinamis
Post on 10-Dec-2015
59 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Materi Ajar SMP tentang Listrik Dinamis
Listrik Dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. cara
mengukur kuat arus pada listrik dinamis adalah muatan listrik dibagai
waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu
adalah detik. kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuata
arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar. sedangkan pada
rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan.
Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. pada rangkaian seri
tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian
bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. semua itu telah
dikemukakan oleh hukum kirchoff yang berbunyi "jumlah kuat arus
listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar".
berdasarkan hukum ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan
listrik adalah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama
karena tegangan sebanding dengan kuat arus. tegangan memiliki
satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah
ohm.
ARUS LISTRIK
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan
dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik
dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik (I) yang mengalir
melalui penghantar didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik
(Q) yang mengalir setiap satu satuan waktu (t).
I = Q/t
Secara matematis dapat dituliskan:
I = arus listrik (A)
Q = muatan listrik (C)
t = selang waktu
Arus listrik dapat diukur dalamsatuan Coulomb/detik atau Ampere.
Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang
sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam
jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA)
seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus
searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah
konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung
pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.
Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok
dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik
adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan
sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan
menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua
penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat
diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.
Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang
mengalir keluar dari percabangan tersebut. i1 + i4 = i2 + i3. Untuk arus
yang konstan, besar arus I dalam Ampere dapat diperoleh dengan
persamaan:
I=Q/t
di mana I adalah arus listrik, Q adalah muatan listrik, dan t adalah
waktu (time). Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir
pada suatu waktu tertentu adalah
I =dQ/dt
Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang
dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga t melalui integrasi. Sesuai
dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena
baik muatan Q maupun waktu t merupakan besaran skalar. Dalam
banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit
menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di atas.
Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi
vektor. Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui
dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain.
Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang
mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke
dalam sehingga i1 + i4 = i2 + i3. Panah arus hanya menunjukkan arah
aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.
TEGANGAN LISTRIK
Sumber tegangan listrik yaitu peralatan yang dapat
menghasilkan beda potensial listrik secara terus menerus. Beda
potensial listrik diukur dalam satuan volt (V). Alat yang digunakan
adalah volmeter.
Beda potensial adalah usaha yang digunakan untuk memindahkan
satuan muatan listrik . hubungan antara energi listrik, muatan listrik
dan beda potensial dapat dituliskan dalam persamaan:
V= W/ Q
V = Beda potensial listrik dalam volt (V)
W = energi listrik dalam joule (J)
Q = muatan listrik dalam coulomb (C).
Arus listrik hanya akan terjadi dalam penghantar jika antara
ujung-ujung penghantar terdapat beda potensial (tegangan listrik).
Alat ukur beda potensial listrik adalah voltmeter. Dalam rangkaian
tertutup pemasangan voltmeter dan amperemeter dapat dilakukan
bersama-sama. Voltmeter dipasang paralel terhadap hambatan dan
amperemeter dipasang seri terhadap hambatan. Di laboratorium
volmeter dapat dibuat dari rangkaian basic mater dan multiplier,
sedangkan ampere meter dapat di buat dari rangkaian basic meter dan
shun. Baik shun maupun multiplier memiliki batas ukur. Oleh karena
itu dalam pembacaan sekalanya perlu diperhatikan antara batas ukur
dan pembacaan pada skala basic meter. Berikut ini cara menggunakan
basic meter dan cara pembacaannya.
HUKUM OHM
Hukum Ohm merupakan hukum dasar dalam rangkaian
elektronik. Hukum Ohm menjelaskan hubungan antara tegangan, kuat
arus dan hambatan listrik dalam rangkaian. Besarnya tegangan listrik
dalam sebuah rangkaian sebanding dengan kuat arus listrik.
Pernyataan ini di kenal sebagai hukum Ohm. Hal ini menyatakan
bahwa tegangan listrik dalam rangkaian akan bertambah jika arus
yang mengalir dalam rangkaian bertambah. Hubungan tersebut dapat
di tuliskan dalam persamaan matematika.
V ~ I atau V = R I (Hukum Ohm)
R adalah konstanta yang disebut hambatan penghantar, satuannya
adalah ohm. Jika dalam hambatan R mengalir arus listrik I, maka
antara ujung-ujung hambatan timbul beda potensial V.
V = IR
Jika diantara ujung-ujung hambatan R terdapat beda potensial
V, maka dalam hambatan pasti mengalir arus listrik I
I = V/R
Jika arus listrik I mengalir dalam suatu penghantar dan antara
ujung-ujung penghantar muncul beda potensial V, maka dalam
penghantar tersebut terdapat hambatan.
R = V/I
Materi Ajar SMA tentang Listrik Dinamis
KUAT ARUS LISTRIK
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat
penghantar tiap satuan waktu. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar
berlawanan arah dengan arah gerak elektron.
I = Kuat arus listrik yang mengalir (A)
Q = Muatan listrik (C)
t = Waktu (s)
HUBUNGAN MUATAN LISTRIK DAN MUATAN ELEKTRON
Muatan juga dapat menunjukkan banyaknya elektron yang mengalir,
muatan elektron ini sering disebut sebagai "e". Besarnya e = - 1,6 . 10-19 C,
sehingga banyaknya elektron (n) dapat dirumuskan :
Tambahan :
Bila diketahui grafik arus terhadap waktu ( I-t ) maka besar muatan = luas bidang
di bawah grafik. Kuat arus ( I ) juga dapat didefinisikan sebagai jumlah muatan
yang lewat penampang dalam satu satuan waktu :
Keterangan :
I = arus listrik (A)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan elektron (m/s)
Q = muatan listrik (C)
n = banyaknya elektron/partikel per satuan volume (m-1)
e = muatan elektron (C) = - 1,6 . 10-19 C (hafalan)
BEDA POTENSIAL
Keterangan
V = beda potensial (V)
I = kuat arus (A)
R = hambatan (ohm)
HAMBATAN LISTRIK
Dari persamaan beda potensial kita dapat mencari besarnya hambatan
listrik :
Hambatan Jenis
Besarnya nilai hambatan suatu penghantar berbeda-beda tergantung pada
jenis bahan yang digunakan, selain itu besarnya hambatan juga dipengaruhi oleh
panjang penghantar dan luas penampangnya.
Keterangan :
l = panjang penghantar (m)
A = luas penampang (m2)
Pada umumnya penampang kawat berbentuk lingkaran sehingga :
Perbandingan hambatan dua kawat penghantar
dalam perbandingan, yang kita bandingkan adalah bagian yang berbeda saja. coba
perhatikan rumus perbandingan di bawah ini :
Perhatikan perbandingan rumus di atas.....panjang penghantar (l)
berbanding lurus dengan hambatan maka bentuk perbandingannnya = l1/L2
sedangkan luas (A) berbainding terbalik dengan hambatan maka bentuk
perbandingannya A2/A1. Dari rumus perbandingan di atas bila kawat penghantar
dibuat dari bahan yang sama maka hambatan jenisnya pun sama, sehingga rumus
perbandingannya menjadi :
Kadang-kadang perbedaan luas tidak diketahui secara langsung, namun
diketahui perbedaan jari-jarinya (dengan asumsi penampang penghantar berbentuk
lingkaran) maka rumus perbandingannya menjadi (pada jenis kawat yang sama) :
Dalam luas lingkaran, jari-jarinya dikuadratkan sehingga bila
perbandingan luas kita ganti menjadi perbandingan jari-jari bentuk kuadratnya
juga ikut dalam perbandingan.
Pengaruh suhu terhadap hambatan :
Bila suhu suatu hambatan dalam penghantar meningkat maka besarnya
akan berubah.
Keterangan :
Ro = hambatan mula-mula sebelum kenaikan suhu
= koefisien suhu hambatan jenis
= perubahan suhu = suhu akhir - suhu awal
SUSUNAN RANGKAIAN LISTRIK
Susunan Seri
Hambatan Seri (Rs)
Kuat Arus dalam Rangkaian Seri
Beda Potensial dalam Hambatan Seri
Beda potensial Total dalam Rangkaian Seri
Susunan Paralel
Hambatan Paralel (Rp)
Kuat Arus Total dalam Rangkaian Paralel
Kuat Arus dalam Percabangan Rangkaian Paralel
Beda Potensial dalam Percabangan Rangkaian Paralel
Beda Potensial Total dalam Rangkaian Paralel
Pada Prinsipnya dalam rangkaian seri :
Hambatan total merupakan hasil penjumlahan tiap-tiap hambatan serinya,
Kuat arus dalam tiap-tiap hambatannya tetap dan besar kuat arus setiap
hambatan sama dengan kuat arus totalnya,
Beda potensial/tegangan tiap-tiap hambatannya berbeda-beda dan hasil
penjumlahan tegangan tiap-tiap hambatannya sama dengan tegangan
totalnya.
Pada Prinsipnya dalam rangkaian paralel :
Seper hambatan paralel merupakan hasil penjumlahan seper tiap-tiap
hambatan paralelnya
Kuat arus dalam percabangannya berbeda-beda dan perbandingan kuat
arus tiap-tiap percabangan berbanding terbalik dengan perbandingan
hambatan tiap-tiap percabangannya serta hasil penjumlahan kuat arus tiap-
tiap percabangannya sama dengan kuat arus totalnya.
Beda potensial/tegangan tiap-tiap percabangannya tetap dan besar
tegangan setiap percabangan sama dengan tegangan totalnya.
SOAL dan PENYELESAIAN MATERI SMP
1. Pada suatu penghantar mengalir muatan listrik sebanyak 60
coulomb selama 0,5 menit. Hitung besar arus listrik yang mengalir
pada penghantar tersebut ?
Diketahui:
Q = 60 C
t = 0,5 menit= 30 sekon
Ditanyakan:
I = ........ ?
Penyelesaian:
I = Q/t
I = 60 / 30
I = 2 ampere
2. Arus listrik sebesar 2 A mengalir dalam rangkaian yang memiliki
hambatan sebesar 2 ohm, hitunglah besarnya beda potensial antara
ujung-ujung hambatan tersebut.
Diketahui:
I = 2 A
R = 2 ohm
V = ?
Jawab:
V = I x R
V = 2 A x 2 ohm
V = 4 volt
Dalam rangkaian listrik, volt meter dipasang paralel terhadap alat
listrik.
Jika voltmeternya dengan menggunakan kombinasi basic meter dan
multiplier, maka pembacaan hasil pengukurannya perlu
memperhatikan sekala maksimum dan batas ukurnya.
Batas ukur maksimumnya = 10 volt
Sekala maksimumnya = 30 volt
Pengukuran dengan menggunakan basic mater dan multiplier yang
memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Contoh, Batas ukur multiplier adalah 12 volt, skala maksimum basik
meter adalah 120 volt, jika jarum pada saat digunakan menunjukkan
angka 40, maka hitunglah besrnya tegangan listrik yang terukur
Diketahui:
Batas ukur : 12 volt
Skala maksimum : 120 volt
Pembacaan skala = 40
Jawab:
Hasil pengukuran = (12/120) x 40 volt
= 0,1 x 40 volt
= 4 volt
. Dalam rangkaian voltmeter dipasang paralel dengan hambatan
(beban).
Contoh, Beda potensial antara ujung penghantaradalah 12 volt,
hitunglah besarnya energi listrik jika jumlah muatan yang mengalir
sebesar 4 coulomb.
Diketahui:
V = 12 volt
Q = 4 C
W = ?
Jawab:
W = V. Q
W = 12 volt x 4 C
W = 48 joule
AMA
Contoh soal :
Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 C dalam
waktu 1 menit, maka berapa besarnya arus yang mengalir ?
Diketahui: Q = 360 C
t = 1 menit = 60 s
Maka kuat arus listrik ( I ) adalah ….
misalnya :
Dalam suatu berkas elektron, terdapat 5.106 elektron per sentimeter kubik.
Misalkan energi kinetik masing-masing elektron sebesar 10 keV dan berkas
berbentuk silinder dengan diameter 1 mm.
(a). berapakah kecepatan elektron?,
(b). carilah arus berkas elektron?
Diketahui :
Ek = 10 keV = 10 kilo x 1,6 . 10-19 = 104.1,6 . 10-19 = 1,6 . 10-15 V
massa elektron = 9,1 x 10-31 kg (hafalan)
A = luas penampang lingkaran
r = diameter/2 = 1 mm/2 = 0,5 mm = 5.10-5
maka A = 3,14.(5.10-5)2 = 78,5 . 10-10
n = 5 . 106 cm3 = 5 m3
Jawab :
top related