bab i · web viewlistrik statis. standar kompetensi : menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan...

BAB ILISTRIK STATIS

Standar Kompetensi :

Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan untuk memahami keterkaitan dengan pemanfaatan teknologi dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar :

Menerapkan konsep kelistrikan untuk memahami gejala-gejala listrik statis.

Peta Konsep :

A. Muatan ListrikIndikator :Siswa dapat : - menjelaskan benda dapat bermuatan listrik dengan cara digosok;

- memberi contoh peristiwa yang menghasilkan benda yang bermuatan listrik, dan menjelaskan secara sederhana proses kejadiannya.

Model atom yang sekarang dikenal adalah model atom hasil penyelidikan dan teori-teori yang dikemukakan oleh E. Rutherford (1871-1937), Niels Bohr (1885-1962), dan ahli fisika lain dari berbagai negara.

Sebuah atom terdiri atas inti atom (nukleon) dan elektron. Nukleon tersusun dari muatan positif yang disebut proton dan bagian yang tidak bermuatan atau disebut nuetron, bergetar dan berputar ditempatnya. Satu atau lebih muatan negatif yang disebut elektron berputar mengelilingi inti atom.

Tersusunnya elektron mengelilingi inti atom tidak terkumpul menjadi satu, tetapi menurut penyusunan elektron pada kulit atau orbitnya. Kulit pertama dihitung dari kulit yang paling dekat dengan inti atom, dinamakan kulit K. Kulit kedua dinamakan kulit L, dan seterusnya.

Di dalam setiap pada kulit kedua dan seterusnya terdapat bagian-bagian kulit yang dinamakan subkulit. Subkulit tersebut terdiri dari atas subkulit s, p, d, dan f. Jumlah elektron maksimum yang dapat mengisi kulit atau lintasan memenuhi aturan 2.n2, dimana n = kulit ke 1, 2, 3, ...

CONTOH :Suatu atom memiliki 12 elektron, maka elektron tersebut tersusun sebagai berikut :

Kulit ke-1 = 2.n2 = 2.12 = 2 elektronKulit ke-2 = 2.n2 = 2.22 = 8 elektron

1

Kulit ke-3 = 2.n2 = 2.32 = 18 elektronKarena atom tersebut hanya memiliki 12 elektron maka kulit ketiga hanya terisi 2 elektron dan susunannya adalah :

Kulit ke-1 = 2 elektron Kulit ke-2 = 8 elektron Kulit ke-3 = 2 elektron

B. Gaya AntarmuatanIndikator :Siswa dapat : melakukan percobaan sederhana untuk menunjukkan sifat muatan

listrik

Pada atom netral, jumlah muatan positif pada inti sama dengan jumlah muatan negatif. Atom dikatakan bermuatan positif jika jumlah proton lebih besar daripada jumlah elektron atau kekurangan elektron. Atom dikatakan bermuatan negatif jika jumlah elektron lebih besar daripada jumlah proton.

Karena benda tersusun dari atom, maka benda tersebut dapat bermuatan listrik. Secara garis besar benda dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu benda bermuatan negatif dan benda bermuatan positif.

Hasil percobaan yang telah dilakukan oleh para ahli mengungkapkan bahwa benda yang bermuatan listrik sejenis jika saling didekatkan akan tolak-menolak. Sebaliknya, jika dua benda bermuatan listrik tidak sejenis saling didekatkan maka akan tarik-menarik.

Berdasarkan pernyataan tersebut maka dapat ditulis tabel seperti berikut :Benda I Benda II Benda IIINegatif Negatif Tolak menolakPositif Positif Tolak menolakPositif Negatif Tarik menarik

Cara Menimbulkan Muatan Listrik1. Penggaris plastik digosok dengan rambut kering atau kain wol, maka yang

terjadi adalah penggaris plastik bermuatan negatif karena Elektron pada rambut atau kain wol pindah ke penggaris plastik dan rambut kekurangan Elektron.

2. Batang kaca digosok dengan kain sutra, maka yang terjadi adalah Batang kaca bermuatan positip karena Elektron pada batang kaca pindah ke kain sutra dan kain sutra kelebihan elektron.

C. ElektroskopIndikator :Siswa dapat : mengetahui prinsip kerja elektroskop

Untuk mengetahui suatu benda bermuatan listrik atau netral , dapat digunakan alat yang disebut elektroskop. Elektroskop terbuat dari sebatang logam, ujung atas logam berbentuk lempeng atau bola. Pada ujung bawahnya melekat dua helai logam (foil) terbuat dari emas atau perak yang dipasang pada suatu bahan isolator dan diletakkan di dalam suatu kotak kaca.

Apabila elektroskop diberi muatan listrik dengan cara menyentuhkan sebuah benda bermuatan maka baik batang maupun foilnya menjadi bermuaan listrik. Kedua helai logam (foil) mendapatkan muatan yang sejenissehingga tolak menolak, akibatnya daun elektroskop mekar (membuka).

2

Dapat pula disimpulkan bahwa jika sebuah benda didekatkan dengan benda lain yang bermuatan listrik maka di dalam benda tersebut terjadi pemisahan muatan listrik. Muatan yang sejenis dengan benda yang didekatkan akan bergerak menjauhi benda yang bermuatan.

Pemisahan muatan listrik pada suatu benda karenadidekati oleh benda yang bermuatan listrik disebut induksi listrik atau influensi. Suatu penghantar dapat diberi muatan listrik dengan cara induksi. Pemberian muatan dengan cara induksi dapat dijelaskan sebagai berikut :1. Pada saat kepala elektroskop didekatkan dengan batang kaca yang bermuatan

positif, muatan negatif akan terkumpul di kepala dan daun elektroskop kekurangan elektron (bermuatan positif) sehingga tolak-menolak atau mekar.

2. Ketika kepala elektroskop disentuh dengan ujung jari, elektron-elektron akan mengalir ke bumi melalui jari dan menjadi netral sehingga foil menguncup.

3. Jika jari dijauhkan dari kepala elektroskop, elektroskop tetap bersifat netral dan foil tetap menguncup.

4. Dan jika batang kaca dijauhkan dari kepala elektroskop, elektron-eletron akan menyebar ke seluruh elektroskop sehingga kelebihan elektron dan menjadi mekar.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa jika suatu benda diberi muatan listrik dengan cara induksi maka benda tersebut akan memiliki muatan berlawanan dengan muatan benda yagn mengiduksinya.

Aliran Arus listrik dan Elektro:Arus listrik mengalir dari potensial tinggi menuju potensial rendah. Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.

D. Hukum CoulombIndikator :Siswa dapat : menjelaskan secara kualitatif hubungan antara besar gaya listrik dan

besar muatan listrik serta jarak antara benda bermuatan listrik.

Muatan listrik ada yang besar, ada juga yang kecil. Untuk menyatakan besar kecilnya muatan listrik diperlukan suatu satuan untuk mutan listrik. seorang ahli Fisika bangsa Perancis, C.A. Coulomb, telah melakukan penyelidikan mengenai gaya tarik atau gaya tolak antara dua benda yang bermuatan listrik. Ia menyatakan hasil penyelidikannya dengan nama Hukum Coulomb, yaitu :

“ Besarnya gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda itu “.

Satuan muatan listrik dalam Sistem Internasional adalah coulomb (C). Muatan listrik dilambangkan dengan huruf q. Sedangkan satuan muatan listrik dalam sistem cgs adalah stat coulomb, dengan ketentuan 1 coulomb = 3.109 sta coulomb. Jika muatan benda kesatu dinyatakan dengan q2, muatan benda kedua dinyatakan dengan r, maka Hukum Coulomb dapat dinyatakan dalam rumus :

F = k

Dengan F adalah gaya tarik-menarik atau gaya tolak menolak. Dalam sistem mks, satuan F adalah Newton, sedangkan dalam sistem cgs satuannya dyne. k merupakan tetapan perbandingan yang besarnya dalam sistem MKS adalah 9.109

Nm2/C2.

3

Medan ListrikIndikator :Siswa dapat : memahami definisi medan listrik

Benda A yang bermuatan listrik diletakkan di suatu ruang yang di dalamnya sudah ada benda B. Jika benda B bermuatan listrik maka benda A akan mengalami gaya listrik juga. Ruang di sekitar A maupun di sekitar B disebut medan listrik. Jadi, yang dimaksud dengan medan listrik (E) adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mengalami gaya listrik.

Jika suatu benda yang bermuatan listrik diletakkan di suatu ruangan maka dalam ruangan tersebut terdapat medan listrik. Jika benda lain yang bermuatan listrik diletakkan di ruang tersebut maka kedua benda akan mengalami gaya.

Jika muatan kedua benda sejenis maka gaya yang terjadi adalah gaya tolak-menolak dan jika kedua benda mempunyai muatan yang tidak sejenis maka gaya yang terjadi adalah gaya tarik-menarik.

Medan listrik dilukiskan dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya dari kutb positif ke kutub negatif. Gambar di bawah ini menunjukkan arah medan listrik disekitar muatan positif meninggalkan muatan dan disekitar muatan negatif menuju muatan.

Kuat medan listrik bergantung pada kerapatan garis-garis gaya listrik. gambar disamping menunjukkan semakin rapat garis-garis gaya listrik, semakin kuatlah medan listriknya.

Besar kuat medan listrik dapat ditentukan dengan rumus : E = Dengan : E = kuat medan listrik (N/C)

F = gaya Coulomb (N)q = besar muatan listrik (C)

karena maka atau

dengan : k = tetapanr = jarak antara dua muatan (m)q = muatan listrik pada sumber medan (C)

RANGKUMAN :

1. Sebuah atom terdiri atas inti atom (nukleon) dan electron. Nukleon tersusun dari muatan positif (proton) dan muatan netral (neutron).

2. Atom dikatakan netral jika jumlah muatan positif pada intinya sama dengan jumlah muatan negatifnya (elektronnya).

3. Atom dikatakan bermuatan listrik positif jika atom tersebut melepaskan satu atau lebih elektron.

4. Atom dikatakan bermuatan listrik negatif jika atom tersebut menerima satu atau lebih elektron.

5. Hukum Coulomb “ Besar gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara dua benda yang bermuatan listrik sebanding dengan besar muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut “.

4

6. Muatan listrik sejenis akan tolak menolak dan muatan listrik yang tidak sejenis akan tarik menarik.

7. Elektroskop adalah alat untuk mengetahui suatu benda bermuatan listrik atau netral.8. Medan listrik adalah ruangan di sekitar benda bermuatan listrik yang mengalami

gaya listrik

Latihan Soal :1. Benda dikatakan netral apabila ......

a. jumlah proton = jumlah elektronnyab. jumlah proton > elektronnyac. jumlah elektronnya > dari protonnyad. jumlah proton = jumlah neutron

2. Perhatikan pernyataan berikut1. Elektron-elektron dari plastik pindah ke kain wol2. Elektron-elektron dari kain wol pindah ke plastik3. elektron-elektron dari kain sutera pindah ke kaca4. elektron-elektron dari kaca pindah ke kain sutera

Pemindahan muatan listrik pada plastik dan kaca secara berturut-turut ditunjukkan pada pernyataan .....a. 1 dan 3 b. 1 dan 4 c. 2 dan 3 d. 2 dan 4

3. Perhatikan gambar berikut :

Jumlah elektron, proton, dan neutron berturut-turut adalah ....a. 2, 4 dan 2 b. 2, 2, dan 4 c. 2, 2, dan 2 d. 4, 2, dan 2


1.. 2. 3. 4.

Sifat magnet yang benar ditunjukkan pada gambar .......a. 1 dan 3 b. 1 dan 4 c. 2 dan 3 d. 2 dan 4

5. dua benda bermuatan listrik sejenis terpisah sejauh 3 cm , jika kedua bnda dijauhkan 2 kali semula, maka gaya tolak-menolak kedua benda menjadia. 0,25 kali gaya tolak semula c. 6 kali gaya tolak semulab. 1,5 kali gaya tolak semula d. 9 kali gaya tolak semula

6. Perhatikan pernyataan berikut ini.1. Mengetahui jenis muatan listrik2. Mengetahui apakah suatu benda bermuatan listrik atau tidak3. Memberi muatan pada suatu benda4. Memperbesar muatan listrik pada suatu benda

Fungsi elektroskop ditunjukkan pada pernyataan nomor .....a. 1 saja b. 1 dan 2 c. 1, 2, dan 3 d. 1, 2, 3, dan 4

7. Aliran elektron yang benar ditunjukkan pada gambar .....

5

8. Perhatikan pernyataan berikut :1. Mengetahui jenis muatan suatu benda2. Mengetahui apakah benda bermuatan listrik atau tidak3. Mengukur muatan listrik suatu benda

Penggunaan elektroskop dapat ditunjukkan pada nomor ......a. 1 dan 2 b. 1 dan 3 c. 2 dan 3 d. 1, 2, dan3

9. Gaya tarik menarik antara muatan X dan muatan Y di udara adalah F. Jika jarak kedua benda muatan dijadikan 2 kali semula, besar muatan Y menjadi 3 kali semula, maka gaya tarik-menarik menjadi ......

a. F newton b. 1 newton c. 3F Newton d. 12F newton

10. Apabil daun elektroskop bermuatan semakin membuka ketika didekati benda, maka benda tersebut .....a. pasti bermuatan listrikb. bermuatan listrik negatifc. bermuatn sejenis dengna muatan elektroskopd. bermuatan tidak sejenis dengan muatan elektroskop

11. Bahan isolator sukar menghantarkan muatan listrik karena .......a. Ikatan elektron pada isolator sangat kuatb. Ikatan proton pada isolator sangat kuatc. Pada isolator terdapat elektron bebasd. Pada isolator terdapat proton bebas sedangkan elektronnya

terikat kuat

12. Perhatikan gambar berikut

Muatan listrik paling banyak menempati bagian ......a. 1 b. 2 c. 3 d. 4

13. Apabila kepala elektroskop didekati benda bermuatan negatif, yang terjadi sesuai dengan gambar ...

14. Atom seperti pada gambar memiliki ....

a. 2 elektron, 2 proton, dan 2 neutronb. 4 neutron, 4 proton, dan 4 elektronc. c. 2 elektron, 2 proton, dan 4 neutrond. d. 4 neutron, 2 proton, dan 2 elektron

15. Proton berada di dalam inti atom, sedangkan elektron berada di kulit atom disebabkan karena .......a. massa proton lebih kecil daripada masa elektronb. massa proton lebih besar daripada massa massa elektronc. elektron mudah bergerak mengelilingi inti atomd. kulit atom hanya bisa ditempati partikel yang kecil seperti

elektron

16. Atom dikatakan netral apabila .......a. Jumlah proton > jumlah elektron c. Jumlah elektron > jumlah protonb. Jumlah neutron > jumlah proton d. Jumlah proton = jumlah elektron

6

Dinding logam

17. Inti atom bermuatan positif ditunjukkan pada gambar .....

18. Cara mendapatkan muatan listrik yang benar ditunjukkan oleh gambar ....

19. Ciri benda bermuatan listrik adalah ......a. memiliki jumlah proton = jumlah elektronb. memiliki jumlah proton = jumlah neutronc. memiliki jumlah proton ≠ jumlah neutrond. dapat menarik benda yang kecil dan ringan yang di sekitarnya

20. Dua benda bermuatan sejenis saling dijauhkan 3 kali jarak semula, maka gaya tolak-menolaknya menjadi ....a. 1/3 kali semula c. 1/9 kali semulab. 1/6 kali semula d. 1/12 kali semula

21. Fungsi generator Van de Graff adalah ......a. menghambat aliran listrik, sehingga muatan listrik terkumpul

lebih banyakb. mengalirkan muatan listrik melalui isolator dengan jalan

gesekanc. menghasilkan muatan listrikd. mengumpulkan muatan listrik

22. Manakah pernyataan berikut yang benar ?a. awan bermuatan tidak sejenis berdekatan, melalui udara basah

terjadi loncatan elektron, peristiwa ini disebut petirb. awan bermuatan listrik dekat gedung, maka gedung tersambar

petirc. penangkal petir hanya akan bekerja jika udara mendungd. penangkal petir terbuat dari isolator tembaga berujung runcing

dan terbuat dari tembaga yang ditanam di tanah

23. Pemisahan muatan listrik yang benar jika kedua benda bermuatan didekatkan adalah ......

24. Energi yang diperlukan untuk memindahkan 500 coulomb dari dua titik yang mempunyai beda potensial 5 V, adalah ....a. 100 joule b. 1000 joule c. 2500 joule d. 5000 joule

7

25. Aliran eektron yang benar ditunjukkan pada gambar .......

26. Perhatikan gambar berikut ini :

Setelah didekati benda beruatan pada kepala elektroskop, muatan kepala adn daun elektroskop berturut-turut adalah .....a. negati dan positif c. negatif dan negatifb. positif dan negatif d. Positif dan positif

27. Perhatikan gambar berikut :Benda A akan bermuatan ....... dan benda B akan bermuatan ........a. positif, nrgatif c. negatif, negatifb. positif, positif d. Negatif, positif


Pemberian muatan listrik pada benda yang benar ditunjukkan pada gambar ......a. 1 dan 3 c. 2 dan 3b. 1 dan 4 d. 2 dan 4

29. Benda dikatakan memiliki potensial lebih tinggi apabila ........a. memiliki elektron > proton c. memiliki elektro = protonb. memiliki elektron < proton d. memiliki proton lebih banyak

30. Apabila untuk memindahkan 300 coulomb dari dua titik diperlukan energi sebesar 600 joule, maka beda potensial kedua titik tersebut adalah .....a. 0,5 volt b. 2,0 volt c. 1800 volt d. 18000 volt

8

wol

sutera

BAB IISUMBER ARUS LISTRIK



Kompetensi Dasar : Mendeskripsikan prinsip kerja elemen dan arus listrik yang ditimbulkannya

Peta Konsep :

A. Gaya Gerak Listrik (GGL)Indikator :Siswa dapat : menjelaskan konsep gaya gerak listrik (ggl) sumber arus listrik

Beda potensial antara kutub-kutub sumber arus yang tidak dihubungkan dengan rangkaian luar disebutkan gaya gerak listrik (ggl). Gaya gerak listrik terjadi karena pada kedua kutub terminal sumber arus terjadi beda potensial. Salah satu kutub mempunyai potensial lebih tinggi daripada kutub yang lain. Hal itu mengakibatkan elektron yang ada di dalam sumber arus akan mengalir dari kutub negatif ke kutub positif jika sumberarus dihubungkan dengan satu pengahanar (rangkain luar). Untuk membedakan dengan potensial luar, ggl diberi lambang E dengan satuan volt.

Jika sumber tegangan dihubungkan dengan rangkaian luar maka beda potensial antara ujung atau kutub sumber yang kita ukur bukan gaya gerak listrik (E) tetapi beda potensial luar (V). Beda potensial antara ujung-ujung sumber tegangan yang sudah dihubungkan dengan rangkaian luar disebut tegangan jepit (VAB). Dengan : E = gaya gerak listrik (ggl), satuan volt

VAB = tegangan luar (tegangan jepit), satuan voltR = hambatan alat listrik, satuan ohmI = arus listrik, satuan ampere

9

B. Sumber-Sumber Listrik Arus SearahIndikator :Siswa dapat : menjelaskan susunan dan cara kerja elemen listrik primer dan

sekunder

Radio membutuhkan energi listrik agar dapat berbunyi. Biasanya, kita menggunakan batu baterai sebagai sumber energinya. Apakah hanya batu baterai yang menjadi sumber energi listrik ? ternyata, tidak hanya batu baterai sebagai sumber energi atu arus listrik. masih ada sumber-sumber arus listrik yang lain. Semua sumber listrik yang dapat menimbulkan arus listrik tetap terhadap waktu dan arah tertentu disebut sumber-sumber listrik arus searah. Sumber arus listrik dibagi menjadi empat macam, yaitu :

1. Elemen ElektrokimiaElemen elektrokimia adalah sumber-sumber listrik arus searah dari

proses kimiawi. Dalam elemen ini, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Macam-macam elemen elektrokimia dapat dibedakan berdasarkan hal-hal berikut ini.a. Ditinjau dari Lama Pemakaian Elemen Elektrokimia

Berdasarkan waktu pemakaiannya, elemen elektrokimia dibedakan menjadi dua macam, yaitu elemen primer dan elemen sekunder.1. Elemen Primer

Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian bahan (elemen) setelah dipakai. Contoh elemen primer adalah elemen Volta, elemen Daiel, elemen Leclance dan elemen kering.a. Elemen Volta

Pada waktu kawat dihubungkan, larutan H2SO4 akan terpecah menjadi 2H+ dan SO . Dan H+ akan mengikat dua elektron (-) dan menempel pada tembaga (Cu) sehingga terjadi gelembung-gelembung, sedangkan SO akan menempel pada pelat seng (Zn) dan mengikat muatan positif. Hal ini menyebabkan pada pelat tembaga akan kelebihan muatan positif, sedangkan pelat seng kelebihan elektron (muatan negatif). Karena antara dua pelat terjadi beda potensial maka terjadi aliran arus dari pelat tembaga ke pelat seng (Zn) melalui kawat penghantar.

b. Elemen DanielPada elemen Daniel, gaya gerak listriknya agak lama karena adanya depolarisatir. Depolarisator adalah zat yang dapat menghambat terjadinya polarisasi gas hidrogen. Depolarisator pada elemen ini adalah larutan CuSO4. Terjadinya arus pada elemen Daniel seperti elemen Volta, hanya pada elemen Daniel hasil reaksi sebelum menutup lempeng Cu akan bereaksi dulu dengan CuSO4 sehingga tidak terjadi polarisasi pada lempeng Cu. Lempeng Cu sebagai Anoda, sedangkan lempeng Zn sebagai katoda.

c. Elemen LeclanceJenis elemen Leclance ada dua macam. Yaitu elemen kering dan elemen basah terdiri atas dua bejana kaca yang berisi :

i. batang karbon sebagai kutub positif (anoda)ii. batang seng sebagai kutub negatif (katoda)

iii. MnO2 (batu kawi) sebagai depolarisatoriv. Larutan NH4Cl (amonium klorida) sebagai elektrolit

10

d. Elemen KeringElemen kering yaitu sumber arus listrik yang dibuat dari bahan-bahan kering dan tidak dapat diisi kembali (sekali pakai). Elemen ini termasuk elemen primer. Contoh elemen kering antara lain batu baterai dan baterai perak oksida (baterai untuk jam tangan). Bahan untuk anoda digunakan batang karbon (C2) dan untuk katooda digunakan lempeng seng (Zn).

2. Elemen SekunderAkumulator atau aki merupakan salah satu contoh elemen sekunder, yaitu sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus dipakai (energi listrik digunakan). Sumber ini dapat dipakai lagi setelah diberi energi kembali (diisi atau disetrum)Contoh elemen sekunder yang lain adalah baterai yang biasa digunakan pada pesawat telepon genggam (HP). Secara sederhana prinsip kerja akumulator dapat dijelaskan sebagai berikut.a. Pemakaian

Pada saat akumulator dipakai, terjadi pelepasan energi dari akumulator menuju lampu. Dalam peristiwa ini, arus listrik mengalir dari PbO2 (anoda) menuju kawat kemudian ke pelat Pb (katoda). Setelah akumulator dipakai beberapa saat maka pelat PbO2 dan Pb akan terlapisi oleh sulfat. Hal itu menyebabkan beda potensial antara PbO2 dan Pb sama karena kutub positif menjadi PbSO4 dan kutub negatif juga menjadi PbSO4. atau dikatakan kedua kutub pelat dalam keadaan netral.

b. PengisianSetelah kedua kutub pada akumulator netral maka arus tidak mengalir. Agar dapat digunakan kembali, kita tidak perlu mengganti bahan pereaksinya, tetapi cukup dengan memberikan energi pada rangkaian (disetrum).Pada saat akumulator diisi (disetrum),arah arus berlawanan dengan arah arus pada waktu akumulatordigunakan.

2. Generator Arus SearahGenerator arus searah adalah alat yang digunakan untuk mengubah

energi gerak menjadi energi listrik arus searah. Prinsip kerja dari generatoe adalah induksi elektromagnetik, yaitu arus listrik yang ditimbulkan karena perubahan medan magnet yang menemus kumparan kawat. Perubahan medanmagnet yang terjadi pada kumparan kawat akan menimbulkan beda potensial antara ujung kawat sehingga terjadi aurs listrik yang disebut arus induksi (prinsip kerja generator akan dibahas tersendiri).

11

3. Alat Ukur ListrikIndikator :Siswa dapat : mengukur tegangan antara kutub-kutub sumber teangan dan

tegangan jepit

Alat yang digunakan untuk mengukur listrik : 1. Amperemeter

Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik. untuk mengukur besar kuat arus listrik pada rangkaian maka amperemeter disusun secara seri dengan kawat penghantar. Untuk melambangkan amperemeter , digunakan simbol A pada skala dan lambang pada rangkaian. Untuk menggambarkan sumber arus atau sumber tegangan digunakan lambang : Garis panjang merupakan kutub positif (+)Garis pendek merupakan kutub negatis (−)

2. VoltmeterVoltmeter adalah alat untuk mengukur potensial meter. Untuk mengukur beda potensial ujung-ujung suatu alat maka voltmeter disusun secara paralel dengan titik yang ingin diukur. Untuk membedakannya dengan amperemeter, lambang voltmeter diberi simbol V dan lambang pada skema rangkaian.

3. OhmmeterOhmmeter adalah alat untuk mengukur hambatan suatu alat. Ohmmmeter dilambangkan dengan Ω pada skala dan pada rangkaian. Jika ingin mengetahui besar hambatan alat listrik maka ohmmeter disusun paralel.

Amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter biasanya merupakan satu kesatuan alat yang dinamakan multitester atau AVO meter (ampere, volt, dan ohmmeter). Jika ingin menggunakan multitester sebagai alat pengukur kuat arus listrik (empermeter) maka sakelar diputar ke arah DCmA.

RANGKUMAN :1. Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber

tegangan/arus yang tidak dihubungkan dengan rangkaian luar.2. Tegangan jepit adalah beda potensial antara ujung-ujungsumber tegangan yang

sudah dihubungkan dengan rangkaian luar.3. Elemen elektro kimia adalah sumber listrik arus searah dari proses kimiawi.4. Elemen primer adalah sumber listrik arus searah yang memerlukan penggantian

bahan (elemen) setelah dipakai.5. Elemen sekunder adalah sumber arus listrik yang tidak memerlukan penggantian

bahan pereaksi (elemen) setelah sumber arus dipakai.6. Batu baterai disebut juga elemen kering7. Generator arus searah adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi gerak

menjadi energi listrik arus searah.8. Termoelemen adalah sumber arus listrik searah dari proses perubahan suhu.9. Sel surya adalah sumber arus listrik searah dari proses penyinaran bahan semi

konduktor.10. Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik11. Voltmeter adalah alat untuk mengukur potensial listrik12. Ohmmeter adalah alat untuk mengukur hambatan suatu alat.13. Rumus menentukan pengukuran dengan multi tester : Pengukuran = x SPk

12

Latihan Soal :1. Arah arus listrik dan arah elektron berturut-turut yang benar adalah pada gambar ....

2. Apabila dalam 5 menit mengalir muatan sebanyak 600 C, maka besar kuat arus listriknya adalah .....a. 3000 S b. 605 A c. 200 A d. 2 A

3. Satu sel elemen volta memiliki beda potensial sebesar .....a. 1 V b. 1,5 V c. 2,0 V d. 3,0 V

4. Kutub positif baterai adalah .....a. tembaga b. timbal oksida c. batang arang d. seng

5. Larutan elektrolit baterai terbuat dari bahan .......a. asam sulfat c. mangan dioksida dicampur serbuk karbonb. amonium klorida d. mangan dioksida

6. Pada saat aki digunakan terjadi perubahan bentuk energi .......a. listrik menjadi energi kimia c. mekanik menjadi listrikb. kimia menjadi listrik d. mekanik menjadi kimia

7. Cara pemasangan amperemeter dan voltmeter pada pengukuran hambatan secara tidak langsung dapat ditunjukkan pada gambar .......

8. Pemasangan voltmeter untuk mengukur ggl yang benar adalah .......


Apabila batas ukur yang digunakan 0-1 dan 0-5, maka besarnya kuat arus listrik yang ditunjukkan jarum amperemeter adalah .......a. 0,22 A dan 1,2 A c. 2,2 A dan 1,4 Ab. 0,24 A dan 1,4 A d. 2,4 A dan 0,14 A


Agar lampu 1, 2, dan 3 menyala, sakelar yang harus ditutup adalah .......a. s1 dan s2 b. s1, s2 dan s3 c. s1, s2, s3, dan s4 d. s3 dan s4

13

BAB IIILISTRIK DINAMIS



Kompetensi Dasar : Menganalisa percobaan listrik dinamis dalam suatu rangkaian

Peta Konsep :

A. Arus ListrikIndikator :Siswa dapat : menjelaskan konsep arus listrik dan beda potensial listrik

1. Potensial ListrikBeda potensial atau tegangan listrik diberi lambang V, kependekan dari

voltase. Beda potensial terjadi apabila dua ujung penghantar mengalami perbedaan jumlah muatan listrik. telah kita ketahui bahwa gaya tolak-menolak terjadi jika dua muatan sejenis saling didekatkan. Gaya tolak-menolak antara muatan yang satu dengan muatan yang lain, mengakibatkan letak muatan-muatan itu menjauh.

Untuk memindahkan letak muatan-muatan listrik diperlukan energi. Energi yang diperlukan untuk memindahkan letak muatan yang satu dengan muatan lain disebut energi potensial listrik (epl), dinyatakan dalam W dan satuanya joule. Banyaknya energi yang diperlukan oleh setiap muatan listrik untuk berpindah disebut potensial listrik yang dinyatakan dalam V(voltase) dan satuannya volt (J/C).

Dua buah titik dikatakan menpunyai beda potensial 1 volt, jika arus listrik mengeluarkan energi sebesar 1 J untuk memindahkan muatan 1 C dari titik potensial tinggi ke potensial rendah.

Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan potensial listrik dinyatakan alam rumus :

V = de ngan : W = Energi listrik (J)q = Muatan listrik (C)V = Potensial listrik (V)

2. Terjadinya Arus ListrikKita telah mengenal muatan listrik yang dapat bergerak dengan bebas.

Listrik dinamis begerak jika ada beda potensial. Muatan positif bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan muatan negatif bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi. Muatan listrik yang bergerak pada suatu penghantar dinamakan arus listrik. Arus listrik mempunyai kemiripan dengan aliran air.

14

Muatan yang bergerak (arus listrik) ditetapkan sebagai partikel-partikel bermuatan positif yang bergerak dari kutub positif ke kutub negatif. Arah arus listrik berlawanan dengan arah gerakan muatan elektron (negati) dan searah dengan arah muatan positif. Dengan kata lain, arus listrik bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah.

3. Kuat Arus ListrikSebuah baterai dihubungkan dengan bola lampu akan menyebabkan

lampu menyala. Nyala lampu itu diakibatkan karena adanya aliran muatan listrik. banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu penghantar tiap detik disebut kuat arus listrik. Semakin banyak muatan positif yang mengalir melalui suatu penghantar dalam selang waktu t maka semakin besar arus listriknya. Besar kuat arus dapat dirumuskan :

I = dengan : I = kuat arus listrik (A)T = waktu (s)Q = jumlah muatan listrik (C)

Satuan SI untuk muatan listrik q adalah coulomb, untuk waktu adalah sekon, dan Satuan kuat arus listrik adalah coulomb / sekon (C/s) atau sering disebut ampere (A).1 ampere = 1 coulomb per sekon (C/s)1 miliampere (mA) = 10-3 ampere1 mikroampere (A) = 10-6 ampere

4. Sakelar dan Sekringa. Sakelar

Alat untuk menghubungkan atau memutuskan arus dalam rangkaian listrik disebut sakelar. Perhatikan gambar di bawah ini :

Pada saat karet ditekan, maka arus listrik mengalir dari B menuju A sehingga bolalampu menyala. Sebaliknya jika karet dilepaskan maka aliran arus akan terputus.

b. SekringKorsleting terjadi apabila ada kabel terlepas isolasinya sehingga

antaar kabel yang satu dengan kabel yang lain bersentuhan. Keadaan ini menyebabkan arus yang mengalir sangat besar sehingga terjadi loncatan bunga api listrik dan dapat menimbulkan kebakaran. Pada saat terjadi korsleting, lampu tidak menyala karena arus listrik tidak sampai ke lampu.

Sekring merupakan alat listrik yang berguna untuk mencegah mengalirnya arus terlalu besar melalui suatu penghantar apabila terjadi hubungan singkat atau korsleting. Elemen terpenting dari sekring berupa kawat penghantar yang sangat kecil dan pendek. Kawat pengahantar ini dibuat dari bahan yang mudah meleleh dan putus, misalnya timah putih atau perak. Dengan demikian, jika arus yang mengalir melalui kawat pengahantar terlalu besar maka kawat penghantar akan meleleh atau putus sehingga hubungan arus terputus.

15

Kekuatan kawat penghantar pada sekring untuk mengalirkan arus sudah ditentukan besarnya. Ada sekring yang hanya dapat dilewati arus maksimum 1 A, 3 A, 5 A, dan 10 A.

B. Hukum OhmIndikator :Siswa dapat : - menyelidiki hubungan arus listrik dan beda potensial dalam

suatu rangkaian (Hukum Ohm)- Mengukur dan menggambarkan arus listrik dan beda potensial

dalam bentuk tabel dan grafik

Pada tahun 1826, seorang fisikawan Jerman, George Simon Ohm, mengemukakan konsep tentang hubungan antara beda potensial, arus listrik, dan hambatan listrik dengan sebuah percobaan. Dari hasil percobaanya, Ohm menyatakan bahwa jika tegangan (beda potensial) antara ujung-ujung penghantar diperbesar, ternyata kuat arus yang mengalir lewat penghantar tersebut juga bertambah besar. Hal itu menunjukkan perbandingan antara beda potensial dengan kuat arus selalu tetap. Simon Ohm kemudian menyimpulkan bahwa :

= tetap dan diberi simbol R atau

R = dimana, R = hambatan (Ω)V = beda potensial (V)I = kuat arus listrik (A)

Ohm kemudian mencoba dengan jenis kawat lain. Ternyata R juga berharga lain. Tergantung dari jenis kawat yang digunakan. Selanjutnya R disebut sebagai hambatan. Untuk menghormati Goerge Simon Ohm yang menemukan hubungan antara V, I dan R maka satuan hambatan listrik ® adalah volt / ampere atau sering disebut Ohm (Ω). Suatu penghantar mempunyai hambatan 1 Ohm jika diberi tegangan 1 volt dan menghasilkan kuat arus sebesar 1 A.

Dari percobaan yang dilakukan oleh Simon Ohm, dapat disimpulkan bahwa kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu. Simpulan ini kemudian dikenal dengan Hukum Ohm.

C. Penghantar ListrikIndikator :Siswa dapat : menemukan perbedaan hambatan beberapa jenis bahan (konduktor,

semikonduktor, dan isolator)

Arus listrik memerlukan medium untuk dapat berpindah dari satu titik ke titik yang lain. Medium yang digunakan arus listrik untuk berpindah disebut penghantar listrik. Berdasarkan sifat materinya, bahan-bahan penghantar listrik dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu konduktor, isolator, dan semi konduktor.1. Konduktor

Suatu bahan yang sangat baik untuk menghantarkan arus listrik disebut konduktor. Kemampuan zat dalam menghantarkan arus listrik berbeda-beda bergantung dari jumlah elektron-elektron bebas yang ada pada bahan tersebut. Ciri konduktor listrik yang baik yaitu jika didekatkan pada magnet saling beriteraksi (tarik-menarik), misalnya besi, baja, besi silikon.

2. Isolator

16

Isolator merupakan bahan yang daya hantar listriknya sangat jelek. Cirinya jika didekatkan pada magnet tidak saling tarik. Bahan-bahan yang termasuk isolator antara lain karet, plastik, marmer, porselin, kaca, udara, ebonite, dan kayu. Penggunaan isolator biasanya untuk melapisi kawat penghantar atau pegangan pada alat-alat seperti setrika listrik dan alat-alat rumah tangga.

3. SemikonduktorSemikonduktor merupakan bahan yang daya hantar listriknya di antara konduktor dan isolator. Bahan semikonduktor pada suhu kamar (rendah) berfungsi sebagai isolator dan pada suhu tinggi dapat menjadi konduktor, misalnya silikon dan germanium.

D. Rangkaian TerbukaIndikator :Siswa dapat : mendefinisikan pengertian rangkaian terbuka

Rangkaian terbuka merupakan suatu rangkaian yang tidak dihubungkan antara ujung-ujung sumber tegangan dengan ujung-ujung yang lain.

Kita telah mengetahui bahwa baterai sebagai salah satu sumber tegangan yang dibuat dari bahan kimia dan tersusun secara kompleks. Muatan listrik yang berpindah melalui bahan tersebut tidak luput dari hambatan. Hambatan yang terdapat pada sumber tegangan atau arus disebut hambatan dalam (r). Hambatan dalam mempengaruhi besarnya beda potensial antara ujung-ujung suatu sumber tegangan. Besar beda potensial antara titik A dan B dapat ditentukan dengan rumus :

V AB = E – I . r dengan :E = gaya gerak listrik sumber tegangan (volt)R = hambatan dalam (ohm)I = kuat arus listrik yang keluar dari sumber tegangan

(ampere)

E. Rangkaian Tertutup

Rangkaian tertutup dibedakan menjadi dua, yaitu :1. Rangkaian Tertutup Tak Bercabang

Pada rangkaian tertutup tak bercabang, besar arus di mana-mana adalah sama. Pada gambar Disamping, terdapat 3 buah Amperemeter yang digunakan untuk mengukur besar arus pada tempat-tempat yang berbeda di dalam rangkaian tertutuptak bercabang. Ternyata, ketiga ampermeter menunjukkan pembacaan skala yang sama. Berarti kuat arus dalam suatu rangkaian tertutup tak bercabang, di titik mana saja adalah sama besar.

2. Rangkaian Tertutup BercabangUntuk menentukan arus yang mengalir pada suatu rangkaian listrik sederhana yang bercabang, terlebih dahulu perlu mengetahui hukum Kirchhoff pada suatu rangkaian. Ada dua Hukum Kirchhoff untuk menghitung arus yang mengalir, yaitu :a. Hukum I Kirchhoff

Pada suatu rangkaian tertutup, jika arus yang keluar dari sumber tegangan menemui suatu titik percabangan maka arus listrik akan terpecah melalui cabang-cabang kawat penghantar tersebut. Menurut Kirchhoff, jumlah arus listrik yang masuk ke suatu

17

titik percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum I Kirchhoff.

b. Hukum II KirchhoffUntuk menghitung besar arus pada suatu rangkaian tertutup yang mempunyai satu atau lebih sumber tegangan dan hambatan dalam, perlu dipahami Hukum II Kirchhoff. Menurut Kirchhoff, dalam suatu rangkaian tertutup jumlah aljabar gaya gerak listrik (E) sama dengan jumlah aljabar penurunan potensial I x R.

Σ E = Σ I . RTOTAL

F. Hambatan (Tahanan)

Resistor merupakan alat yang dibuat khusus untuk menghasilkan hambatan dan berfungsi untuk mengurangi kuat arus yang mengalir pada suatu rangkaian. Pada alat-alat elektronika, misalnya radio dan televisi, resistor sangat besar manfaatnya karena selain untuk memperkecil arus yang masuk rangkaian, juga berfungsi agar kuat arus dan tegangan selalu tetap atau konstan. Satuan untuk menyatakan besar hambatan (resistansi) resistor adalah ohm (Ω). Satuan lain yang sering digunakan adalah :

1 kiloohm (k Ω) = 1.000 ohm1 megaohm (M Ω) = 1.000.000 ohmResistor dilambangkan dengan huruf R dan dalam rangkaian elektronika

digambarkan dengan simbol seperti gambar di samping ini :

Resistor dapat digunakan antara sebagai berikut :1. Mengatur kuat arus yang mengalir pada rangkaian

eletronika dan menstabilkan arus listrik.2. Menurunkan tegangan sesuai dengan yang

diperlukan pada rangkaian.3. Jika digabung dengan transistor dan kondensator dalam suatu rangkaian,

dapat membangkitkan frekuensi tinggi dan rendah. Dalam suatu rangkaian eletronika ada beberapa jenis resistor yang digunakan

bergantung dari kegunaan dan fungsinya, antara lain :

18

1. Resistor TetapResistor tetap adalah resistor yang mempunyai harga resistansi tetap, yang dibuat oleh pabrik alat-alat elektronika. Dalam rangkaian elektronika, resistor tetap dapat dipasang bolak-balik. Jenis resistor ini ada dua macam, yaitu :a. Resistor Kawat Logam

Resistor kawat logam biasanya dibuat dari kawat logam yang dililitkan pada permukaan pipa tabung kaca, marmer atau keramik. Kawat yang digunakan adalah kawat nikelin yang mempunyai hambatan cukup besar.

b. Resistor ArangResistor arang paling banyak digunakan pada rangkaian alat elektronika. Kaki resistor terletak pada ujung-ujungnya. Nilai resistor arang dinyatakan dengan kode warna yang diciptakan oleh RMS (Radio Manufactures Association) yang merupakan kelompok pabrik elektronika di Eropa dan Amerika.Kode warna pada resistor ditandai dengan warna gelang berikut :i. Gelang I menunjukkan nilai resitor angka ke-1

ii. Gelang II menunjukkan nilai resitor angka ke-2iii. Gelang III menunjukkan perkalianiv. Gelang IV menunjukkan toleransi

2. Hambatan Geser (reostat) dan Resistor variabela. Hambatan Geser (Reostat)

Nilai hambatan dapat diperbesar atau diperkecil dengan cara menggeser tombol kontak ke kiri atu ke kanan sehinggan panjang kawat berubah. Semakin panjang kawatnya hambatan semakin besar dan sebaliknya.

b. Resistor VariabelResistor variabel adalah resistor yang besar hambatannya dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. Cara mengubah nilai hambatannya dengan menggeser atau memutar. Resistor variabel digolongkan menjadi beberapa macam, yaitu :(1) Potensiometer

Ada dua macam potensiometer, yaitu :(a) Potensiometer logarit, yaitu potensio yang nilai

hambatannya dapat diubah-ubah sesuai dengan perhitungan logaritma dan biasa digunakan untuk mengatur nada tinggi atau rendah.

(b) Potensiometer linear, yaitu potensiometer yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah sesuai dengan perhitungan linear. Potensio ini biasa digunakan untuk mengatur volume atau pengatur suara.

Menurut bahannya potensiometer dibedakan menjadi dua macam, yaitu:(a) Potensiometer arang, merupakan potensiometer yang dapat diputar

atau digeser(b) Potensiometer kawat logam

(2) Trimer Potensio (Trimpot)Potensiometer yang dapat diatur dengan obeng disebut trimer potensio (trimpot). Car mengubah hambatan pada trimpot dengan memutar tanda + dengan drei atau obeng.

19

(3) Tahanan Bangku (Tahanan Sumbat)Tahanan Bangku dipasang secara seri dan dihubungkan oleh sumbat yang dibuat dari logam campuran antara tembaga dan seng. Jika menginginkan hambatan sebesar 10 ohm maka sumbat ke-2 dan ke-3 dimasukkan ke dalam lubang sumbat. Jika menginginkan hambatan sebesar 15 ohm maka sumbat ke-3 dimasukkan ke dalam lubang sumbat, sedangkan sumbat ke-1 an ke-2 dilepas sehingga arus mengalir melalui hambatan 10 ohm dan 5 ohm, begitu seterusnya.

3. Resistor suhu dan Resistor cahayaa. Resistor Suhu

Resistor suhu adalah resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh suhu. Jenis resistor ini sering disebut termistor. Termistor dibedakan menjadi dua, yaitu :(1) NTC (Negative Temperature Coefficient)

Merupakan resistor yang nilai hambatannya semakin kecil jika suhunya semakin tinggi.

(2) PTC (Positive Temperature Coefficient)Merupakan resistor yang nilai hambatannya semakin besar jika suhunya semakin tinggi.Kegunaan resistor suhu biasanya untuk sakelar elektronik (switching) pada rangkaian alarm kebakaran, stabilisasi arus listrik, dan rangkaian alat pengukur temperatur.

b. Resistor CahayaResistor cahaya adalah resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya. Jenis resistor ini adalah LDR (Light Dependent Resistor). Apabila LDR terkena cahaya maka hambatannya semakin kecil dan sebaliknya. Resistor ini biasa digunakan pada arus besar. Fungsi LDR pada rangkaian arus besar adalah sakelar (switching) otomatis. Kegunaan yang lain adalah rangkaian alat pengukur cahaya (lighting meter) dan rangkaian penjebak pencuri.

G. Susunan Hambatan

Hambatan pada sebuah sumber tegangan dapat disusun menjadi tiga macam, yaitu :1. Susunan Hambatan Seri

Misalnya tiga buah hambatan disusun seperti gambar di bawah ini. Susunan yang demikian disebut susunan seri. Ketiga hambatan yang disusun secara seri tersebut dapat diganti hanya dengan satu hambatan yang nilainya sama dengan tiga buah hambatan. Besar hambatan (RS), ditentukan dengan cara berikut :Dari rumus Hukum Ohm :

R = maka V = I . R

Besar beda potensial total :VAD = VAB + V BC + V CD

Besar arus yang mengalir pada hambatan R1, R2, dan R3 adalah :I AD.RS = IAB.R1 + IBC. R2 + ICD. R3

Karena IAD = IAB = IBC = ICD, maka :I AD.RS = IAD.R1 + IAD. R2 + IAD. R3 , sehingga :

20

Rs = R1 + R2 + R3

Secara umum hambatan pengganti (Rs) untuk rangkaian seri dapat dihitung dengan : Rs = R1 + R2 + R3 + …dengan Rs = hambatan pengganti seri.

Ciri hambatan yang disusun secara seri adalah jika arus dialirkan pada rangkaian maka arus tersebut akan melalui R1, R2, R3 (tidak terpecah). Kegunaan hambatan yang disusun seri adalah untuk memperbesar hambatan.

2. Susunan Hambatan ParalelTiga buah hambatan pada gambar di samping merupakan susunan

hambatan paralel. Ketiga hambatan tersebut dapat diganti dengan suatu hambatan yang nilai hambatannya sama dengan ketiga hambatan tersebut. Besar hambatan pengganti dari ketiga hambatan (RP) dapat dicari dengan cara berikut :Dalam rangkaian paralel, beda potensial tiap-tiap hambatan sama (VAB) dan arus yang mengalir terpecah menjadi I1, I2, I3. menurut Hukum Kirchhoff I besarnya I = I1 + I2 + I3

Dan dari rumus Hukum Ohm I =

Didapat : VAB = VR1 = VR2 = VR3

RP R1 R2 R3

Karena VR1 = VR2 = VR3 = VAB maka

VAB = VAB = VAB = VAB

RP R1 R2 R3

Sehingga didapat :

Jika resistornya dua buah maka digunakan :

dengan RP = hambatan pengganti secara paralelCiri rangkaian parallel adalah jika arus yang dialirkan dari A akan terpecah melalui R1, R2, dan R3 kemudian arus bergabung lagi di B dengan beda potensial antara VR1 = VR2 = VR3. Jika hambatan disusun secara paralel, besar hambatan penggantinya akan lebih kecil dari masing-masing hambatan yang disusun secara paralel.

3. Susunan Hambatan GabunganTiga buah hambatan pada gambar di samping dapat diganti dengan satu

hambatan (Rg) yang nilainya sama dengan gabungan ketiga hambatan tersebut. Penggabungan R1 dan R2 secara paralel adalah :

Setelah diketahui Rp maka dapat disusun secara seri dengan R3 sehingga dapat dituliskan :

Rg = Rp + R3

H. Hambat Jenis Kawat Penghantar

Hambatan sebuah kawat penghantar bergantung pada jenis kawat dan ukuran penghantar, jika suatu kawat diperpanjang, ternyata hambatan kawat penghantar semakin besar. Akan tetapi, jika penampang kawat diperbesar ternyata hambatan kawat penghantar semakin kecil. Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa hambatan kawat penghantar berbanding lurus dengan panjang kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat. Hal ini menunjukkan bahwa setiap jenis

21

kawat mempunyai hambatan berbeda-beda, bergantung pada hambat jenis kawat penghantar tersebut.

Besarnya hambatan sepotong kawat penghantar ditentukan oleh beberapa faktor berikut ini :1. Panjang kawat (ℓ), semakin panjang kawat, semakin besar juga hambatannya.2. Luas penampang A, semakin besar luas penampang makin kecil hambatannya.3. Hambat jenis penghantar ρ.

Dengan demikian. Besarnya hambatan sepotong kawat penghantar dapat ditentukan dengan persamaan :

Dengan, R = hambatan kawat penghantar (Ω)ρ = hambat jenis (ohmmeter atau Ω m)ℓ = panjang kawat (meter)A = luas penampang kawat (m2)

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya hambat jenis suatu penghantar, yaitu :

1. jenis penghantar2. suhu penghantarDari hubungan antara hambatan (R), panjang kawat penghantar (ℓ), hambat

jenis (ρ), dan luas penampang (A), kita tahu bahwa semakin panjang kawat penghantar maka semakin besar hambatan kawat penghantar tersebut.

I. Susunan Sumber Tegangan

1. Susunan Seri Sumber TeganganUntuk memperbesar tegangan, sumber tegangan tersebut dapat disusun secara seri.Keterangan : E = gaya gerak listrik (volt)

r = hambatan dalam sumber (ohm)Potensial total antara A-B sebesar :

Dengan : n = jumlah gglBesarnya arus dalam suatu rangkaian utama :

Dengan : E = ggl elemen (V)R = hambatan luar (Ω)r = hambatan dalam (Ω)n = jumlah gglI = kuat arus yang mengalir (A)

2. Susunan Paralel Sumber Tegangan Susunan sumber tegangan secara paralel mengakibatkan sumber tegangan

tersebut dapat dipakai lebih lama. Jika setiap sumber berbeda potensialnya maka besar potensial total yang keluar dari rangkaian sama dengan potensial yang paling besar dari ketiga sumber tersebut.Jika E1 = E2 = E3 maka EAB = EP = E terbesar. Hambatan dalam pengganti (rp) dirumuskan :

Dengan p = jumlah ggl sumber

22

Besarnya kuat arus yang mengalir dalam rangkaian dirumuskan :

Dengan ; E = ggl elemen (V)R = hamabtan luar (Ω)r = hambatan dalam (Ω)p = jumlah ggl sumberI = kuat arus yang mengalir (A)

RANGKUMAN :

1. Beda potensial dipengaruhi oleh energi dan jumlah muatan2. Beda potensial dapat dirumuskan : stuannya adaalah volt (V)

3. Elektron bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi4. Arah arus listrik searah dengan arah muatan positif, yaitu dari potensial tinggi ke

potensial rendah5. Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir pada suatu

penghantar tiap detiknya6. Arus listrik mengalir pada rangkaian tertutup7. Kuat arus listrik dapat dirumuskan : satuannya ampere (A)

8. Sekring adalah alat yang dapat mencegah aliran arus yang sangat besar akibat hubungan singkat atau korlseting

9. Hukum Ohm : Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan potensial antara ujung-ujung pengahntar itu.

10. Konduktor yaitu bahan yang dapat menghantarkan arus litrik dengan baik11. Isolator yaitu bahan yang memiliki daya hantar listrik buruk12. Semikonduktor yaitu bahan yang daya hantar listriknya antara konduktor dan

isolator13. Besar beda potensial pada rangkaian terbuka dirumuskan :

14. Hukum I Kirchhoff : jumlah arus listrik yang masuk ke suatu percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari percabangan. Hukum I Kirchhof dirumuskan :

15. Hambatan kawat pengahantar dipengaruhi oleh jenis kawat (ρ), panjang kawat (ℓ), luas penamapang kawat (A), yang dirumuskan :

16. Jenis-jenis penghambat adalah sebagai berikut.a. Penghambat tetap yang mempunyai harga tetap (tidak

berubah)b. Penghambat geser yaitu penghambat yang nilai

hambatannya dapat diatur sesuai kebutuhan

17. Rumus hambatan pengganti secara seri :

18. Rumus hambatan pengganti secara paralel :

19. Untuk memperbesar tegangan pada suatu sumber, sumber tegangan dapat disusun secara seri. Besar potensial total adalah :

23

Uji Kognitif :1. Grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus adalah .....

2. Perhatikan tabel dan pernyataan berikut

Beda Potensial (V) Kuat Arus (A) V/I1,0 1,0 102,0 2,0 103,0 3,0 104,0 4,0 10

1. Makin besar beda potensial, makin besar hambatan2. Hasil bagi antara beda potensial dengan kuat arus selalu tetap3. Beda potensial sebanding dengan kuat arus4. Kuat arus berbanding terbalik dengan hambatanKesimpulan yang benar ditunjukkan paa nomor .......a. 1 dan 2 b. 2 dan 4 c. 1, 2, dan 3 d. 2, 3, dan 4


Arus listrikyang mengalir adalah .....a. 0,5 A b. 1,5 A c. 2,5 A d. 3,0 A

4. Apabila sebuah alat listrik bertuliskan 100 W / 220 V dihubungkan dengan tegangan 110 V, maka yang terjadi adalah .....a. lampu putus c. lampu menyala terangb. lampu tidak menyala d. lampu menyala redup

5. Pengukuran hamabatan secara langsung dapat ditunjukkan pada gambar berikut, yang benar adalah .....a. b. c. d.

6. Sebuah kawat memiliki hambatan 20 ohm, apabila panjang kawat dibuat dua kali semula sedangkan luas penampangnya menjadi semula, maka hambatan kawat menjadi ....a. 2,5 ohm b. 5,0 ohm c. 80 ohm d. 160 ohm

7. Sebuah kawat hambatannya 100 ohm. Apabila kawat dipotong menjadi 4bagian sama panjang, maka hambatannya tiap-tiap kawat adalah .....a. 20 ohm b. 50 ohm c. 200 ohm d. 400 ohm

Untuk soal no.8 dan 9 :

Apabila kawat ditarik sehingga panjangnya menjadi 5 kali semula, dengan catatan volume kawat tetap, maka :

8. Luas penampangnya menjadi ......a. 25 kali semula b. 5 kali semula c.1/2 kali semula d. 1/5 kali semula

9. Hambatannya menjadi ......a. 25 kali semula b. 5 kali semula c.1/2 kali semula d. 1/5 kali semula

24

10. Manakah dari rangkaian berikut yang menghasilkan nyala lampu paling terang?a. b. c. d.

11. Tiga buah hambatan masing-masing 25 ohm, 50 ohm dan 100 ohm dirangkai seri, maka hambatan penggantinya mamiliki hambatan sebesar .....a. 175 ohm b. 165 ohm c. 33,3 ohm d. 25 ohm

Perhatikan gambar berikut untuk soal nomor 12, 13, dan 14 !

12. Besarnya hambatan pengganti pada rangkaian tersebut adalah .......a. 0,65 ohm c. 4,00 ohmb. 6,5 ohm d. 13,0 ohm

13. Kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah …….4,00 A b. 1,54 A c. 0,50 A d. 0,15 A

14. Besarnya kuat arus pada rangkaian paralel masing-masing adalah …..a. 1,83 A b. 0,79 A c. 0,25 A d. 0,075 A

15. Hambatan identik berikut masing-masing bernilai hambatan total 3 ohm adalah …..

16. Kelompok konduktor listrik adalah ……a. karbon, air murni, baan manusia c. karbon , badan manusia, emasb. air murni, tembaga, emas d. badan manusia, air murni, emas

17. Benda-benda berikut yang tidak dapat menghantarkan arus listrik adalah .....a. plastik, air, besi c. air, karet, plastikb. air, karet, besi d. plastik, karet, udara

18. Apabila penghambat berikut identik, manakah yang dapat menghantarkan arus listrik adalah .....

19. Dari rangkaian berikut, manakah yang menyala paling terang ?a. 1 c. 3b. 2 d. 4


Apabila I1 = I2 = 3,5 A, I3 = I4, maka besarnya I3 dan I4 masing-masing adalah …a. 0,75 A b. 1,00 A c. 1,25 A d. 1,50 A

25

BAB IVENERGI DAN DAYA LISTRIK



Kompetensi Dasar : Merumuskan hubungan energi dengan daya listrik, serta pemanfaatannya dalam

kehidupan sehari-hari

Peta Konsep :

A. Energi ListrikIndikator :Siswa dapat : menjelaskan hubungan antara V, I dengan energi listrik yang

digunakan

Energi listrik yang timbul dari adanya arus listrik pada suatu bahan penghantar kemudian diubah menjadi energi bentuk lain disebut energi listrik. Contoh energi listrik yang diubah menjadi energi bentuk lain, misalnya pada alat-alat listrik berikut:1. Kipas angin mengubah perubahan energi listrik menjadi energi

gerak pada baling-baling.2. Lampu pijar terjadi perubahan energi listrik menjadi energi cahaya

dan energi kalor3. Setrika listrik, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi panas4. Bor listrik, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi gerak

putaran5. Televisi, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi cahaya,

energi bunyi, dan energi kalor.Prinsip kerja dari lampu pijar, setrika listrik, dan panci listrik dapat dijelaskan

dengan percobaan Joule. Dari percobaan yang dilakukan Joule, ternyata ada kaitan antara satuan usaha dengan satuan kalori. Rancangan alat dari percobaan Joule dapat dilihat pada gambar.

Keterangan : A = kalorimeter yang terbuat dari bahan aluminiumB = ruang hampa uadara, berguna untuk melindungi panas agar tidak keluar

dari kalorimeterC = cairan alkohol (yang cepat panas)D = lilitan kawat penghantar, dapat menimbulkan energi panasE = sumber teganganTh = termometer(A) = amperemeterRth = hambatan geser(V) = voltmeterS = sakelar

Prinsip kerja kalorimeter yaitu jika sakelar s dihubungkan, arus mengalir pada rangkaian sehingga menimbulkan panas pada lilitan kawat penghantar dan cairan alkohol juga ikut memanas. Besar kalori yang diterima alkohol bergantung

26

pada beda potensial, arus listrik, dan lamanya waktu sakelar ditutup sehingga dapat disusun pernyataan seperti berikut ini.(1) Jika arus yang mengalir besar, maka cairan alkohol semakain panas(2) Jika potensial diperbesar, maka cairan alkohol semakin panas(3) Semakin lama sakelar ditutup maka cairan alkohol juga semakin panas

Energi panas yang ditimbulkan oleh aliran listrik dapat dirumuskan :

W = Q . V

Karena Q = I . t, maka W = I . t atau W = V . I . t jouleRumus ini dapat diubah menjadi :

W = I2 . R . t Joule ingat V = I . R

Jika diubah menjadi bentuk kalori menjadi :

W = 0,24 . I2 . R . t. kalori

Dengan :V = beda potensial listrik (volt)I = kuat arus listrik (ampere)R = hambatan penghantar (ohm)t = waktu (sekon)W = energi listrik (joule)

B. Daya ListrikIndikator :Siswa dapat : menjelaskan hubungan antara daya listrik, energi listrk, dan

satuannya (kWh dan joule)

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menjumpai suatu alat listrik bertuliskan 220 V ; 30 W. Apakah artinya ? dalam 1 menit suatu alat listrik menggunakan energi sebesar 1.800 joule. Ini berarti bahwa alat tersebut dalam 60 sekon menggunakan energi listrik sebesar 1.800 joule atau dalam 1 sekon alat tersebut menggunakan energi listrik sebesar 30 joule, maka dikatakan daya alat tersebut 30 watt.

Dari pernyataan tersebut, dapat disimpulkan bahwa daya listrik adalah besarnya energi listrik yang digunakan oleh suatu alat setiap satuan waktu. Satuan energi listrik adalah joule, sedangkan satuan daya listrik adalah joule/sekon atau watt (W).

Besarnya daya listrik dapat ditetntulan dengan rumus berikut ini :

Daya = atau P =

Karena W = V . I . t, maka P = atau P = V . I

Persamaan ini dapat juga diganti menjadi : P = I2 . RDengan : W = energi listrik (joule)

t = waktu penggunaan (sekon)V = tegangan (volt)R = hambatan (ohm)P = daya listrik (joule/sekon atu watt)

Satuan daya yang sering digunakan adalah watt (W) atau yang lebih besar lagi, yaitu kilowatt (kW) dan Megawatt (MW).

Pada sebuah bola lampu sering tertulis 220 V ; 15 W. hal ini berarti lampu tersebut menyala dengan terang pada tegangan 220 volt dan daya listrik yang digunakan 15 watt. Paa alat-alat pemanas biasanya daya yang tertulis lebih besar, misalnya pada setrika listrik tertulis 220 V ; 300 W.

27

Pada alat-alat listrik buatan pabrik biasanya dicantumkan besar daya dan tegangan, misalnya P1 watt ; V1 volt. Jika dipasang pada tegangan yang tidak sesuai, yaitu V2 (V1 > V2) maka daya yang digunakan lampu akan berubah. Daya lampu yang digunakan dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Pada tegangan V1 berlaku :

Pada tegangan V2 berlaku :

Karena hambatan lampu tetap jika dipasang pada tegangan berapapun maka :

atau

Dengan demikian berlaku hubungan sebagai berikut :

C. Energi Listrik Rumah TanggaIndikator :Siswa dapat : menerangkan konsep energi listrik dan daya listrik dalam

perhitungan penggunaan listrik di rumah tangga berdasarkan angka yang tertera pada kWh meter

Jika diperhatikan satuan energi llistrik adalah joule atau sama dengan wattdetik. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa wattdetik juga merupakan satuan energi. Selain itu, satuan energi juga dapat menggunakan kilowattjam (kWh = kilowatthour). Walaupun kWh bukan termasuk SI, namun satuan ini biasa dipakai PLN untuk menghitung rekening pembayaran listrik.

1 joule = 1 wattdetik1 kWh = 1 kilowatt-jam

= 1.000 x 3.600 wattdetik= 3.600.000 joule

Contoh :Sebuah rumah tegangan listriknya 220 V mempunyai 3 buah lampu dan sebuah

TV yang masing-masing mempunyai daya 20 W, 40 W, 06 W dan 100 W. setiap hari rata-rata lampu tersebut menyala 5 jam dan TV menyala rata-rata 4 jam. Jika rekening listrik tiap kWh sebesar Rp. 200,00. berapakah rekening (energi) listrik yang harus dibayar oleh pemilik rumah dalam 1 bulan (30hari) ?

Diketahui : V = 220 VP1 = 20 WP2 =40 WP3 = 60 WP4 = 100 W1 kWh = Rp. 200,00t lampu = 5 jamt TV = 4 jam

28

Ditanyakan : Ongkos rekening energi listrik dalam 1 bulan (30 hari) ?Jawab :W1 = 20 W x 5 jam = 100 wattjamW2 = 30 W x 5 jam = 200 wattjamW3 = 60 W x 5 jam = 300 wattjamW4 = 1000 W x 5 jam = 400 wattjam

Jumlah = 1.000 wattjam= 1kWh

Jadi ongkos rekening listrik 1 bulan (30 hari) = 30 x 1 kWh x Rp. 200,00= 6.000,00

D. Perubahan Energi ListrikIndikator :Siswa dapat : menunjukkan perubahan energi listrik menjadi energi bentuk lain

Energi dapat dirubah menjadi energi bentuk lain. Energi listrik yang diubah menjadi energi kalor biasanya digunakan pada alat-alat pemanas, misalnya kompor listrik, setrika listrik, solder, dan penanak nasi.

Elemen pemanas yang digunakan adalah bahan yang mempunyai hambatan besar, misalnya kawat nikorm, nikelin dan wolfram. Bahan itu dapat mengubah energi listrik menjadi energi kalor karena arus yang mengalir pada kawat nikrom menyebabkan arus pusar. Karena timbul arus pusar, maka kawat elemen akan panas, panas yang ditimbulkan oleh pemanas akan menginduksi besi pada kumparan kawat nikelin / nikrom sehingga besi menjadi panas.

Energi listrik juga dapat diubah menjadi energi gerak misalnya pada alat-alat bor listrik, mesin mpelas, mikser, blender, kipas angin.

E. Menghemat Energi ListrikIndikator :Siswa dapat : mempraktekkan penghematn enrgi dalam kehiduan sehari-hari dan

mengemukakan alasannya.Energi listrik dapat ditimbulkan dari bermacam-macam sumber, misalnya batu

baterai, akumulator, dinamo, dan generator. Energi listrik banyak digunakan untuk menghidupkan lampu pijar, tape recorder, televisi, setrika, kipas angin dan berbagai alat yang lain. Kita menggunakan sumber energi listrik dan baterai, aki atau dinamo yang terbaas dan dapat habis atau rusak jika sumber energi ini digunakan terus menerus.

Agar tidak kehabisan sumber energi listrik dan dapat menghemat biaya, kita perlu menghemat energi listrik. Berikut ini merupakan cara untuk menghemat energi listrik.(1) Nyalakan lampu seperlunya(2) Matikan lampu sebelum meninggalkan ruangan(3) Nyalakan lampu setelah gelap dan matikan lampu setelah subuh(4) Pasang foto relay dan seri dengan sakelar untuk mengingatkan kita mematikan

lampu luar(5) Matikan alat elektronik jika tidak benar-benar dimanfaatkan(6) Gunakan kapasitas listrik sesuai kebutuhan(7) Pilih jenis alat listrik yang hemat(8) Hindari menyetrika pakaian sedikit-sedikit(9) Jangan terlalu serimg membuka atau menutup kulkas dan hindari memasukkan

barang panas atau hangat(10) Gunakan tampungan air untuk memperkecil on atau off pompa air(11) Permudah sinar matahari pagi dan sore memasuki ruangan

29

RANGKUMAN :

1. Energi listrik adalah energi yang ditimbulkan dari adanya arus listrik pada suat bahan penghantar kemudian diubah menjadi energi bentuk lain

2. Besar energi listrik :W = V . I . t joule atau W = I2 . R . t joule atau W = 0,24 . I2 R . t joule

3. Daya listrik adalah besar usaha persatuan waktu

Dirumuskan dengan : P = P = V . I P = I2 . R

4. Satuan yang digunakan untuk menghitung energi listrik pada penghitungan rekening listrik oleh PLN adalah kWh (kilowattjam)

Uji Kognitif :1. Apabila kuat arus yang mengalir melalui rangkaian diperbesar hingga 3 kali

semula, maka energi yang digunakan menjadi .......a. 1/3x semula b. 3x semula c. 6x semula d. 9x semula

2. Perhatikan pernyataan berikut1. Makin besar tegangan, makin besar energi yang digunakan2. Makin besar kuat arus, makinbesar energi yang digunakan3. Makin besa hambatan, makin besar energi yang digunakan4. Makin besar waktu, makin besar energi yang digunakanPernyataan yang berlaku pada energi listrik yang benar ditunjukkan pada nomor .....a. 1, 2, dan 3 b. 2, 3, dan 4 c. 3, 4, dan 1 d. 4, 2, dan 1

3. Sebuah alat listrik bertegangan 220 V dilalui arus listrik 2 A, maka energi kalor yang diperlukan …..a. 110joule b. 440 joule c. 880 joule d. 1760 joule

4. Sebuah lampu pijar 220 V memiliki hambatan 110 ohm. Apabila digunakan selama 15 menit, maka energi kalor yang diperlukan adalah …a. 396 000 joule b. 363 000 joule c. 24 000 joule d. 6600 joule

5. Energi listrik yang diperlukan sebuah alat listrik 24000 joule ketika digunakan selama 5 menit. Apabila hambatan yang dimiliki alat listrik tersebut adalah 20 ohm, maka kuat arus yang melalui alat listrik tersebut adalah ......a. 2 A b. 4 A c. 6 A d. 24 A

6. Elemen pemanis terbuat dari bahan …….a. konduktor yang hambatannya besar c. isolator yang hambatannya besarb. konduktor yang hambatannya kecil d. isolator yang hambatannya kecil

7. Tungsten digunakan sebagai elemen pemanas pada lampu pijar, karena .....a. memiliki titik lebur tinggi dan cahayanya berwarna putihb. selain memancarkan kalor juga memancarkan cahayac. mudah terbakar sehingga hanya perlu sedikit energi listrikd. lebih banyak mengubah energi listrik menjadi energi cahaya

8. Perhatikan pernyataan berikut1. 60% energi listrik pada lampu pijar diubah menjadi cahaya, 40% diubah menjadi

panas2. 90% energi listrik pada neon diubah menjadi cahaya, 10% diubah menjadi panas3. 11 watt lampu neon sama terangnya dengan lampu pijar 75 watt4. Neon dapat hidup selama 3000 jam sedangkan lampu pijar bertahan hidup

selama 1000 jamPernyataan yang benar ditunjukkan pada nomor …….a. 1 saja b. 2 dan 3 c. 1, 2, dan 3 d. 1, 2, 3, dan 4

30

9. Lampu neon lebih hemat energi dibandingkan lampu pijar karena ........a. lebih banyak energi listrik diubah menjadi energi kalorb. lebih banyak energi listrik diubah menjadi energi cahayac. lebih terang tetapi tidak panasd. lebih terang tetapi juga panas

10. Mengapa pada almpu pijar yang dibut hampa udara diisi dengan gas argon ?a. Agar dapat bereaksi dengan logam panasb. Agar tidak bereaksi dengan logam panasc. Gas Argon merupakan gas yang mudah terbakard. Gas Argon merupakan gas ringan sehingga bertekanan rendah

11. Lampu neon yang dibuat hamap udara diisi dengan uap raksa, karena uap raksa....a. dapat memancarkan sinar berwarna putih dan tidak panasb. memancarkan cahaya yang sangat terang tapi sedikit kalorc. memancarkan sinar ultraviolet yang jika mengenai zat fluoresen akan berwarna

putihd. memancarkan sinar ultraviolet yang tidak terlihat oleh mata tetapi cahany sangat

terang12. Kenaikan suhu 2 kg air jika pemanas 24 V dicelupkan selama 2,5 menit dan kuat

arusnya 5 A aalah ....... (kalor jenis air = 4200 J/kg ºC)a. 2,14 ºC b. 4,28 ºC c. 21,4 ºC d. 42,8 ºC

13. Sebuah setrika listrik 300 watt 220 volt dipasang selama 15 menit. Berapa energi listrik yang digunakan?a. 990 000 joule b. 270 000 joule c. 198 000 joule d. 45 000 joule

14. Sebuah sekring yang dipasang pada tegangan 20 V menyebabkan kuat arus mengalir 5 A. Daya sekring tersebut adalah ......a. 0,25 watt b. 4 watt c. 25 watt d. 100 watt


Apabila hambatan A – 20 ohm, B = 6 ohm, dan C = 25 ohm, sedangkan kuat arus yang mengalir 3 A, maka daya masing-masing penghambat berturut-turut adalah .....a. 3600 W, 108 W, dan 5625 W c. 1200 W, 108 W, dan 1874 Wb. 3600 W, 423 W, dan 5625 W d. 180 W, 54 W, dan 226 W

16. Sebuah rumah terdapat 4 lampu masing-masing 40 W, 50 W, 10 W, dan 60 W digunakan setiap hari rata-rata 5 jam, maka energi yang dibutuhkan rumah tersebut selama 1bulan (30 hari) adalah …..a. 86 000 kJ b. 24 000 kWh c. 1440 kJ d. 24,0 kWh

17. Fungsi sekring adalah untuk .......a. Mencegah terjadinya korsleting (hubungan pendek)b. Mengurangi arus listrik yang terlalu besarc. Menghambat arus listrik jika terjadi korsletingd. Mencegah terjadinya kebakaran jika terjadi korsleting

Perhatikan gambar berikut untuk soal nomor 19 dan 20 :

18. Apabila sakelar S dihubungkan lampu yang menyala adalah ….a. L1 b. L1 dan L2 c. L2 dan L3 d. L1, L2, dan L3

19. Ketika sakelar S dihubungkan, maka arus listrik akan mengalir melalui a. L1 b. L1 dan L2 c. L2 dan L3 d. L1, L2, dan L3

31

BAB VKEMAGNETAN

Standar Kompetensi :Memahami konsep kemagnetan dalam kehidupan sehari-hari

Kompetensai Dasar :- Menyelidiki gejala kemagnetan dan cara membuat magnet- Mendeskripsikan pemanfaatan kemagnetan dalam produk teknologi

Peta Konsep :

A. Pengertian Magnet

Para ilmuwan mendefinisikan gejala kemagnetan adalah suatu gejala tertariknya logam (misalnya besi) oleh benda lain yang telah bersifat magnet secara alamiah atau buatan. Berdasarkan keberadaan gejala kemagnetan tersebut, maka benda dikelompokkan menjadi berikut.

1. Benda magnet, yaitu benda yang memiliki gejala kemagnetan. Lebih jelasnya, adalah benda yang dapat ditarik oleh magnet dan dapat dibuat magnet. Contohnya besi, baja, nikel, kobalt, aluminium, platina, dan lain-lain.

2. Benda bukan magnet, yaitu benda yang tidak memiliki gejala kemagnetan, atau benda yang tidak dapat ditarik oleh magnet dan tidak dapat dibuat menjadi magnet. Contohnya seng, emas, bismuth, kayu, plastik, karet, dan lain-lain.

Kompas adalah magnet kecil berbentuk jarum yang digunakan untuk menunjukkan pengaruh magnet bumi. Kompas diletakkan mendatar, kemudian jarum kompas menunjukkan arah Utara dan Selatan. Selain pada kompas, bentuk magnet bermacam-macam, ada yang seperti huruf U (magnet ladam/ tapal kuda), ada magnet batang, dan sebagainya.

1. Kutub-Kutub MagnetMagnet memiliki dua buah kutub, yaitu kutub U (kutub utara) dan kutub

S (kutub selatan). Kutub magnet tersebut merupakan.kekuatan terbesar dalam menarik logam lain. Kutub magnet terletak pada ujung-ujungnya.

2. Sifat MagnetJika dua buah magnet saling didekatkan menimbulkan dua jenis gaya,

yaitu gaya tarik-menarik atau gaya tolak-menolak. Gaya tarik-menarik terjadi bila dua kutub tidak sejenis didekatkan, sebaliknya bila dua kutub sejenis didekatkan akan terjadi gaya tolak-menolak.

3. Teori Magnet Elementer

Weber adalah seorang Ilmuwan fisika yang mengemukakan tentang teori magnet elementer. Dikatakannya bahwa :

32

1. Setiap benda tersusun atas magnet-magnet elementer atau domain. Magnet elementer adalah magnet kecil atau atom magnetik yang masih memiliki kutub magnetik, yritu kutub U dan kutub S.

2. Pada benda magnet, susunan magnet elementernya teratur kutub-kutubnya dan satu arah

3. Pada benda bukan magnet, susunan magnet elementernya tidak teratur kutub-kutubnya dan tidak satu arah.

4. Bahan Magnet dan Bahan Bukan Magnet

Berdasarkan bisa dan tidaknya suatu bahan dibuat magnet, maka bahan dapat dikelompokkan menjadi dua.a. Bahan magnetik

Bahan magnetik, yaitu bahan yang dapat dibuat magnet dan dapat merasakan adanya gejaia kemagnetan. Contohnya besi, baja, nikel, kobalt, dan aluminium. Bahan magnetik dapat juga dikelompokkan menjadi dua.1) Ferromagnetik, yaitu benda yang dapat merasakan gejala kemagnetan

dengan kuat atau dapat ditarik dengan kuat oleh magnet dan bahan ini dapat dibuat magnet. Contohnya besi, baja, nikel, dan kobalt.

2) Paramagnetik, yaitu benda yang dapat merasakan gejaia kemagnetan dengan lemah atau dapat ditarik dengan lemah oleh magnet, dan bahan ini dapat dibuat magnet. Contohnya aluminium dan platina. I

Jika dilihat dari teori magnet elementer, maka bahan magnetik adalah bahan yang memiliki susunan magnet-magnet elementer yang dapat disearahkan atau diatur.

b. Bahan bukan magnetik

Bahan bukan magnetik, yaitu bahan yang tidak bisa dibuat magnet dengan cara apa pun dan tidak bisa merasakan adanya gejala kemagnetan. Contohnya seng, emas, kayu, plastik, dan karet. Bahan bukan magnetik dapat juga disebut dengan diamagnetik, yaitu benda yang tidak dapat merasakan adanya gejala kemagnetan dan tidak dapat dibuat magnet. Jika dilihat dari teori magnet elementer, maka bahan bukan magnetik adalah bahan yang memiliki susunan magnet-magnet elementer yang tidak dapat disearahkan atau tidak dapat diatur.

5. Magnet BuatanMagnet buatan memiliki sifat-sifat, yaitu sebagai magnet permanen

(tetap) dan magnet sementara. Magnet permanen/tetap adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagneta, dalam waktu yang relatif lama atau sukar hilang sifat kemagnetannya. Ditinjau dari teori magne, elementer, magnet yang demikian ini susunan magnet elementernya sukar berubah arah, contohn magnet dari bahan baja. Magnet sementara adalah suatu bahan yang memiliki sifat kemagnet dalam waktu yang relatif pendek atau mudah hilang sifat kemagnetannya. Ditinjau dari teori magn elementer, magnet yang demikian ini susunan magnet elementernya mudah berubah arah, contohn magnet dari bahan besi lunak..Untuk dapat membuat magnet dapat dilakukan dengan tiga cara.

a. MenggosokBahan dari besi atau baja dapat dijadikan magnet dengan cara bahan tersebut digosok

33

berulang-ulang dengan magnet tetap yang kuat. Penggosokan tersebut dilakukan dalam satu arah, misalnya ke kiri saja atau ke kanan saja. Pada ujung terakhir penggosokan terjadi kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet yang digosokkan. Jika penggosokan dilakukan secara berulang-ulang dalam waktu yang lebih lama maka dapat dihasilkan magnet tetap.

b. MenginduksiBahan dari besi atau baja dapat dijadikan

magnet dengan cara bahan tersebut didekatkan dengan magnet tetap yang kuat. Dengan jarak yang semakin dekai, maka bahan sedikit demi sedikit akan terpengaruh menjadi magnet. Sifat kemagnetan yang timbul pada bahan tersebut, kemudian dinamakan dengan magnet induksi. Kutub magnet yang menginduksi dekat dengan bahan, akan membuat kutub magnet yang berlawanan. (Jika yang mendekati kutub U, maka ujung yang didekati menjadi kutub S, demikian sebaliknya).

c. Mengalirkan arus listrik (elektromagnet)Bahan dari besi atau baja dapat dijadikan

magnet dengan cara bahan tersebut dililiti kawat penghantar yang dialiri arus listrik. Selama arus listrik mengalir, maka bahan yang dililiti kawat penghantar akan menjadi magnet sedikit demi sedikit. Sifat kemagnetan yang timbul pada bahan tersebut, kemudian dinamakan dengan magnet listrik (elektromagnet).

Selama arus listrik mengalir, maka proses magnetisasi terus beriangsung. Letak kutub U dan kutub S pada elektromagnet, dapat ditentukandengan bantuan genggaman tangan kanan. Di mana arah ibu jari menunjpkkan arah kutub U, sedangkan arah empat jari lainnya menunjukkan arah arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar yang meliliti bahan.

Magnet buatan sifat kemagnetannya dapat hilang, hal ini bisa disebabkan hal-hal berikut.a. Magnet yang dipanasi hingga berpijar, ini berakibat magnet-magnet

elementernya tidak teratur arahnya sehingga sifat kemagnetannya menjadi berkurang bahkan hilang.

b. Magnet dipukul-pukul dengan keras, ini juga berakibat magnet-magnet elementernya tidak teratur arahnya sehingga sifat kemagnetannya menjadi berkurang bahkan hilang.

c. Penyimpanan magnet yang keliru, seperti magnet dimasukkan ke dalam kumparan yang dialiri arus listrik atau magnet disimpan dalam posisi kutub yang sejenis saling berdekatan/ berdampingan.

B. Gaya Magnet

Gaya magnet merupakan bentuk gaya tarikan atau tolakan antara kutub-kutub magnet. Magnet memiliki kekuatan tt-rbesar pada kutub-kutubnya, sehingga magnet dapat melakukan gaya tarikan atau tolakan pada suatu logam atau magnet lain. Besarnya gaya tarikan atau tolakan-tersebut tergantung dari kekuatan magnet itu sendiri. Gaya magnet digambarkan dengan garis-garis gaya yang melingkupi sebuah magnet dengan arah dari kutub U (utara) menuju kutub S (selatan).

34

C. Medan MagnetMedan magnet adalah daerah atau ruangan di sekitar magnet yang masih dapat

merasakan adanya gaya magnet. Besar kecilnya medan magnet sangat tergantung pada kekuatan magnet itu sendiri. Semakin besar kekuatan magnet maka medan magnetnya pun semakin besar (luas), sebaliknya jika kekuatan magnet semakin kecil maka medan magnetnya pun juga semakin kecil (sempit).

D. Kemagnetan BumiBumi diibaratkan sebagai sebuah magnet yang besar,

dengan kutub-kutubnya terletak di sekitar kutub-kutub bumi. Oleh karena itu, jarum kompas selalu menunjuk arah utara – selatan. Dilihat dari sifat kemagnetannya maka posisi kutub utara secara geografis merupakan letak.kutub selatan magnet bumi. Sebaliknya, posisi kutub selatan secara geografis merupakan letak kutub utara magnet bumi.

Pada jarum kompas, jika diamati lebih lanjut ternyata arah yang ditunjuk dengan arah secai geografis bumi terjadi penyimpangan. Hal ini dikarenakan garis gaya magnetbumi tidak tepat berimpit dengan garis bujur geografis bumi (garis bujur geografis = garis yang menghubungkan kutub utara de kutub selatan dengan melalui permukaan bumi).

Besarnya penyimpangan sudut arah utara – selatan yang ditunjukkan antara jarum kompas dengan kutub geografis bumi disebut dengan sudut deklinasi (d). Besarnya sudut deklinasi pada setiap temp di permukaan bumi tidak sama dan nilai berubah-ubah dari tahun ke tahun. Sudut deklinasi 90° terletak di daerah katulistiwa, sedangkan sudut deklinasi 0° terletak di daerah kutub bumi (KU dan KS Deklinasi dibagi menjadi dua, yaitu1. deklinasi positif, yaitu apabila kutub utara kompas menyimpang ke arah timur2. deklinasi negatif, yaitu apabila kutub utara kompas menyimpang ke arah barat.

Besarnya penyimpangan sudut kemiringan jarum kompas dengan garis mendatar (permukaa bumi) disebut dengan sudut inklinasi. Sudut inklinasi 0° terletak di daerah katulistiwa (daerah aklin sedangkan sudut deklinasi 90° terietak di daerah kutub bumi (KU dan KS). lnklinasi dibagi menja dua, yaitu1. inklinasi positif, yaitu apabila kutub utara kompas menyimpang ke bawah garis

horizontal;2. inklinasi negatif, yaitu apabila kutub utara kompas menyimpang ke atas garis

horizontal

E. Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik1. Medan Magnet pada Penghantar Lurus (Percobaan Oersted)

H.C. Oersted (1777 – 1851). mengadakan suatu percobaan tentang kompas (magnet jarum) yang didekatkan pada kawat penghantar yang dialiri arus listrik. Berikut kesimpulan dari percobaan Oersted.a. Arus listrik yang mengalir pada penghantar dapat menimbulkan medan

magnet.a. Medan magnet di sekitar arus listrik akan semakin besar, tergantung pada

dua faktor, yaitu semakin besarnya kuat arus listrik yang mengalir dan semakin dekatnya jarak benda terhadap kawat penghantar yang dialiri arus listrik tersebut.

b. Arah medan magnet di sekitar arus listrik dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan atau penarik gabus (putaran sekrup).1) Kaidah tangan kanan

a) lbu jari lurus ke atas, menunjukkan arah arus listrika) Empat jari lain menggenggam, menunjukkan arah

medan magnet.

36

2) Penarik gabus/putaran sekrupPenarik gabus/sekrup biasanya bila diputar ke kanan (searah jarum jam) akan bergerak maju. Jika diputar ke kiri (berlawanan putaran jarum jam) akan bergerak mundur, mendekati kita.a) Arah putaran sekrup menunjukkan arah medan magnet.a) Arah gerak maju mundur sekrup menunjukkan arah arus listrik.

2. Medan Magnet pada Penghantar MelingkarMedan magnet pada penghantar yang dibuat melingkar, arah medan

magnetnya tetap menggunakan kaidah tangan kanan atau penarik gabus/putaran sekrup dari Oersted, yaitu arah ibu jari menunjukkan arah arus listrik, sedangkan empat jari lainnya menunjukkan arah medan magnetnya.

3. Medan Magnet pada KumparanKawat penghantar yang dibuat gulungan panjang disebut solenoida.

Medan magnet yang ditimbulkan oleh solenoida ini relatif lebih besar dibandingkan dengan satu gulungan kawat penghantar. Hal ini dikarenakan pada setiap lilitan saling memperkuat medan magnetnya. Selanjutnya apabila di dalam gulungan solenoida ini diberi inti besi lunak, maka saat arus listrik mengalir besi tersebut akan menjadi magnet atau yang dikenal dengan istilah elektromagnet.

Kekuatan magnet pada elektromagnet (solenoida) dapat diperbesar dengan cara:a. memperbesar kuat arus listriknya,a. memperbanyak jumlah lilitan pada kumparannya, danb. memberi inti besi lunak ke dalam kumparan (solenoida).

Berikut keuntungan menggunakan elektromagnet dibanding yang lainnya.

a. Kekuatan magnet dapat diubah-ubah menurut kuat arus listriknya.b. Kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara memutuskan arus listrik.a. Elektromagnet dapat dibuat ke dalam berbagai bentuk menurut keperluan.b. Letak kutub magnet dapat diubah dengan mengubah arah aliran arus listrik.c. Sistem penyimpanan lebih mudah dan praktis.

F. Gaya Lorentz (F ℓ)Gaya Lorentz (F,) adalah gaya magnet yang dialami oleh penghantar berarus

listrik yang terletak di dalam suatu medan magnet. Dari gaya magnet yang ditimbulkannya ini, lahirlah beberapa peralatan, seperti motor listrik, alat pengukur listrik, dan lain-lain.

Besarnya gaya Lorentz sebanding dengan kuat medan, arus listrik, dan panjang kawat penghantar sehingga hubungan keempat besaran tersebut dapat di rumuskan sebagai berikut.

Keterangan:Fℓ = Gaya Lorentz, dalam satuan newton (N)B = Kuat medan magnet, dalam satuan tesla(T)I = Kuat arus listrik, dalam satuan ampere (A)ℓ = Panjang kawat, dalam satuan meter (m)

37

Contoh : Sebuah kawat penghantar dengan panjang 500 cm dialiri arus listrik 2 A.

Apabila kawat tersebut terletak dalam medan magnet 25 tesla, maka berapa gaya Lorentz yang dihasilkan?Solusi:ℓ = 5 0 0 c m = 5 m ; I = 2 A ; B = 2 5 TFℓ = B . I . ℓ

= 2 5 x 2 x 5 NFℓ = 2 5 0 NJadi, besarnya gaya Lorentz (Fℓ) adalah 250 N.Alat-alat yang kerjanya menggunakan prinsip gaya Lorentz sebagai berikut.

1. Motor ListrikMotor listrik adalah alat yang dasar kerjanya mengubah energi listrik

menjadi energi gerak contohnya kipas angin. Bagian yang berputar pada motor listrik disebut rotor, sedangkan bagi yang diam (tidak berputar) disebut stator. Daya motor listrik dapat diperbesar dengan cara berikut.a. Memperbesar kuat arus listrik.b. Memperbesar kuat medan magnet.c. Memperbanyak jumlah lilitan.d. Memberi inti besi lunak ke dalam kumparan.

2. Alat Ukur ListrikBeberapa jenis alat ukur listrik, seperti amperemeter, ohmmeter,

voltmeter, basicmeter, dan galvanometer, semuanya menggunakan prinsip kerja gaya magnet Lorentz. Salah satunya galvanometer, yaitu salah satu jenis alat ukur listrik yang digunakan untuk mendeteksi adanya aliran arus listrik yang kecil/lemah.

G. Pemanfaatan Kemagnetan Dalam Kehidupan Sehari-hari1. Pembuatan Bel Listrik

Bel listrik adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi bunyi secara otomatis.

2. Pembuatan RelaiRelai adalah alat yang memanfaatkan sumber energi listrik kecil tapi dignakan untuk menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang besar. Relai sering digunakan pada bidang teknk

3. Pembuatan TeleponTelepon adalah alat telekomunikasi yang menggunakan sistem elektromagnetik. Pesawat telepon terdiri dari dua bagian yaitu pengirim (mikrofon) dan penerima (telepon)

Uji Kognitif :1. Berikut ini yang termasuk bahan magnetik adalah ....

a. aluminium, besi, baja c. besi, baja, nikelb. baja, nikel, aluminium d. aluminium, nikel, besi

2. Bahan yang termasuk magnet keras adalah ....a. alcomak dan besi c. alcomak dan bajab. besi dan mumetal d. mumetal dan baja

3. Mengapa ketika magnet batang ditaburi serbuk besi, serbuk besi lebih banyak menempel di bagian ujung magnet?a. Serbuk besi merupakan bahan magnetik.b. Ujung maagnet merupakan kutub magnet.c. Ujung magnet selalu ditarik oleh kutub magnet Bumi.d. Bagian tengah magnet netral.

38

4. Magnet yang bergerak bebas selalu menunjuk arah utara dan selatan Bumi, karena ....a. di sekitar kutub-kutub Bumi terdapat kutub-kutub magnet Bumib. sifat kutub magnet selalu menunjuk arah utara dan selatan Bumic. magnet sekecil apapun selalu memiliki dua kutubd. kutub-kutub magnet selalu menunjuk arah yang berlawanan

5. Perhatikan gambar berikut :Apa yang terjadi ketika besi dan be dijauhkan dari magnet?a. Besi dan baja tetap menjadi maenetb. Besi tetap menjadi magnet, baja hilang kemagnetannyac. Baja tetap menjadi magnet, baja hilang kemagnetannyad. Besi dan baja kehilangan kemagnetannya

6. Perhatikan gambar berikut : Kutub yang ditunjukkan oleh A dan B adalah ....

a. utara dan selatanb. selatan dan utarac. utara dan utarad. selatan dan selatan


Kutub-kutub magnet yang ditimbulkan kumparan berarus listrik adalah pada gambar....a. 1 dan 3 c. 2 dan 3b. 1 dan 4 d. 2 dan 4

8. Perhatikan gambar berikut.

Pembuatan magnet yang benar ditunjukkan oleh gambar nomor ....a. 1 dan 3 c. 2 dan 3b. 1 dan 4 d. 2 dan 4

9. Perhatikan gambar berikut : Paku yang tidak bersifat magnet adalah nomor....

a. a. 1 c. 3b. b. 2 d . 4

10. Perhatikan pernyataan berikut.1. Terjadinya inklinasi dan deklinasi.2. Jarum kompas tidak tepat menunjuk arah utara dan selatan Bumi.3. Magnet yang bergerak bebas tidak sejajar dengan bidang datar4. Magnet yang bergerak bebas selalu menunjuk arah utara dan selatan Bumi

39

Akibat ketidaktepatan letak kutub kutub magnet Bumi pada kutub-kutub Bumi ditunjukkan pada pernyataan nomor ....a. 1 dan 2 c. 1, 2, dan 3b. 2 dan 3 d. 1, 2, 3, dan 4

11. Perhatikan pernyataan berikut.1. Jauhkan dari medan magnetik2. Jauhkan dari medan listrik3. Jangan dipanaskan4. Simpan magnet secara berpasangan dengan kutub tidak sejenis saling

berseberangan dan ditutup dengan besi lunak.Cara menyimpan magnet yang benar ditunjukkan pada nomor ....a. 1 dan 2 c. 1, 3, dan 4b. 2 dan 3 d. 2, 3, dan 4

12. Perhatikan pernyataan berikut.1. Sudut yang dibentuk oleh penyimpangan magnet dengan arah utara selatan

Bumi.2. Sudut yang dibentuk oleh medan magnetik dengan bidang horizontal.3. Di ekuator Bumi sudut inklinasi adalah nol derajat.4. Sudut inklinasi terbesar terletak di kedua kutub geografi, yaitu 90°.Pernyataan yang benar tentang sudut inklinasi ditunjukkan pada pernyataan nomor ....

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

13. Jika sakelar ditekan, maka ....a. elektromagnet menjadi magnet, jangkar C tertarik pemukul gong, dan arus

terhubungb. elektromagnet menjadi magnet, jangkar C tertarik pemukul gong, dan arus

terputusc. elektromagnet kehilangan kemagnetan, jangkar C tertarik pemukul gong, dan

arus terhubungd. elektromagnet kehilangan kemagnetan, jangkar C tertarik pemukul gong, dan

arus terputus

14. Motor listrik dan alat ukur listrik menggunakan prinsip ....a. arus listrik diletakkan di dalam medan magnetikb. medan magnetik diletakkan di sekitar arus listrikc. gaya magnetik yang bekerja pada pita aluminiumd. gaya magnetik yang bekerja pada arus listrik

20. Agar arus listrik yang mengalir pada loop tidak berbalik arah, sehingga loop dapat berputar terus, maka motor listrik menggunakan ....a. interuptor c. kumparanb. komutator d. sikat

40

BAB VIINDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Standar KompetensiMemahami konsep kemagnetan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar:Menerapkan konsep induksi elektromagnetik untuk menjelaskan prinsip kerja beberapa alat yang memanfaatkan prinsip induksi elektromagnetik.

Peta Konsep :

A. Pengertian Induksi ElektromagnetikInduksi elektromagnetik adalah gejala yang timbul akibat adanya gerakan magnet

di dalam atau di sekitar kumparan (solenoida). Peristiwa ini merupakan tanggapan fisikawan Michael Faraday atas percobaan Oersted. Oleh Faraday (1831), jika dalam suatu kumparan terdapat perubahan jumlah garis gaya magnet, maka akan menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) induksi pada ujung kumparannya. Perhatikan percobaan Faraday berikut!

Alat dan bahan yang digunakan:

1. kumparan,2. magnet batang,3. galvanometer, dan4. kabel secukupnya.

Kesimpulan dari percobaan Faraday adalah medan magnet dapat menghasilkan gaya gerak listrik (GGL) yang disebut dengan GGL Induksi. GGL Induksi tersebut menghasilkan arus listrik yang dinamakan arus lnduksi, yaitu arus listrik yang dihasilkan dari perubahan jumlah garis gaya magnet pada suatu kumparan penghantar (solenoida). Besarnya arus listrik dan GGL Induksi dipengaruhi oleh faktor sebagai berikut.1. Kecepatan gerak magnet pada kumparan (perubahan jumlah garis gaya magnet

pada kumparan).2. Jumlah lilitan pada kumparan.3. Kuat medan magnet.4. Ada tidaknya inti besi lunak dalam kumparan.

Untuk menimbulkan GGL atau arus induksi dapat dilakukan dengan cara berikut.1. Menggerak-gerakkan (mendekat-jauhkan) magnet pada kumparan (solenoida).2. Memutar kumparan di dalam medan magnet, atau sebaliknya mengubah medan

magnet pada kumparan.,3. Jika magnet yang digunakan adalah elektromagnet, rnaka dengan memutus-

mutus arus pada kumparan satu (primer) agar terjadi arus pada kumparan yang kedua (sekunder).

41

Besarnya GGL lnduksi yang dihasilkan elekromagnetik dapat dihitung dengan menggunakan rumus matematis sebagai berikut.

Keterangan;Eind = GGL Induksi, dalam satuan volt (V)N = jumiah lilitan kumparan, dalam satuan lilitanΔ Ф = perubahan jumlah garis gaya magnet (fluks magnetik),

dalam satuan weber (Wb)Δ t = selang waktu, dalam satuan sekon (s)Tanda negatif (-) menunjukkan arah induksi

Contoh :Sebuah kumparan 4000 lilitan, mula-mula melingkupi garis gaya magnet 2000

weber setelah 2 sekon melingkupi 3000 garis gaya magnet. Berapa GGL Induksi yang terjadi ?Penyelesaiannya:Diketahui: N = 4.000 lilitanΔ Ф = (3.000 - 2.000) Wb = 1.000 WbΔ t = 2sDitanyakan: Berapa GGL Induksi yang terjadi (E Ind ) ?Jawab:A(DE ind = - N. Δ Ф

Δ t= - 4.000 x (3.000-2.000)

2

= - 4.000x 1.000 = - 4.000 x 5002

= - 2.000.000 volt = - 2 MV = -2 x 106 voltJadi, GGL Induksi yang terjadi -2.000.000 volt atau 2 MV atau -2 x 106 volt.

B. Dinamo dan GeneratorDinamo atau generator adalah alat yang dapat mengubah energi kinetik

menjadi energi listrik melalui cara induksi elektromagnetik. Generator banyak dijumpai pada mesin-mesin pembangkit listrik, seperti di PLTA, PLTN, PLTG atau pembangkit listrik tenaga panas bumi (geothermal). Adapun dinamo sering,dijumpai pada sepeda kayuh, kendaraan-kendaraan bermotor, atau mobil.

Bagian-bagian generator yang penting, antara lain, rotor, yaitu bagian yang berputar dan stator, yaitu bagian yang tidak berputar/diam. Besar kecilnya GGL induksi yang dihasilkan pada generator atau dinamo dipengaruhi 3 faktor, yaitu1. kecepatan perputaran kumparan,2. kekuatan magnet tetapnya,3. banyaknya lilitan pada kumparan.

1. Generator AC (Alternating Current =Arus Bolak-Balik) atau AlternatorJika kumparan berputar, maka pada ujung-ujung kumparan timbul GGL

Induksi arus bolak-balik. Arus bolak-balik adalah arus yang mengalir dalam dua arah, sedangkan tegangan bolak-balik adalah tegangan yang polaritasnya (harga tegangan) senantiasa berubah, kadang positif dan pada saat yang lain negatif.

Dengan menggunakan alternator, seperti pada gambar di atas maka dapat diperoleh bahwa GGL Induksi atau arus induksi dapat diperbesar dengan empat cara, yaitu :a. memperbanyak jumlah lilitan pada kumparanb. menambah kekuatan magnetc. memberikan inti besi lunak dalam kumparand. mempercepat putaran kumparan

42

2. Generator DC (Direct Curent = Arus Searah)Pada generator DC hanya memiliki satu cincin yang

terbelah di tengahnya yang disebut cincin belah atau komutator. Salah satu belahan komutator sebagai polaritas positif dan belahan yang lain berpolaritas negatif. Ini yang menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir selalu memiliki satu arah , yaitu dari komutator yang berpolaritas positif menuju ke komutator yang berpolaritas negatif.

C. Transformator (Trafo)Trafo adalah alat yang digunakan untuk mengubah nilai tegangan arus bolak-

balik. Trafo banyak dijumpai dalam proiduk elektronik, seperti TV, tape, radio, player disc, komputer, transmisi energi listrik jarak jauh, serta berbagai produk listrik lainnya.Transformator terdiri dari tiga komponen penting, yaitu :a. Kumparan primer (input/masukan), yaitu

kumparan lilitan penghantar yang dihubungkan dengan sumber tegangan listrik bolak-balik yangakan diubah nilainya.

b. Kumparan sekunder (output/ keluaran), yaitu kumparan lilitan penghantar saebagai hasil (produk perubahan tegangan yang diinginkan ) yang dihubungkan dengan alat listrik yang membutuhkan nilai tegangan yang diinginkan, misalnya lampu atau komponen-koponen elektronik lainnya.

c. Inti trafo, terbuat dari besi lunak yang berlapis-lapis. Tujuannya agar mudah tercipta proses induksi elektromagnetik

Prinsip kerja trafo adalah teori induksi elektromagnetik. Jika kumparan primer diberi arus bolak-balik, maka arus dalam kumparan tersebut akan menginduksi inti besi lunak menjadi magnet. Karena sifat dari arus bolak-balik adalah berubah-ubah, kadang maksimal (besar), kadang minimal (kecil), maka akan menghasilkan medan magnet pada inti besi pun berubah-ubah sehingga pada kumparan sekunder akan terinduksi dan pada ujung-ujung kumparan sekunder tersebut timbul gaya gerak listrik (GGL) induksi dengan menghasilkan arus induksi baru yang sesuai dengan teori Faraday tentang induksi elektromagnetik.

Transformator tidak dapat digunakan untuk tegangan arus searah, karena pada arus searah nilainya tetap/tidak berubah-ubah seperti arus bolak-balik, akibatnya tidak terjadi perubahan garis gaya magnet. Transformator juga tidak dapat digunakan untuk mengubah daya listrik.Menurut fungsinya, trafo dikelompokkan menjadi dua macam.1. Transformator step-up, yaitu trafo yang berfungsi untuk menaikkan tegangan

arus bolak-balik. Berikut ciri-ciri trafo step-up.a. Tegangan pada kumparan primer lebih kecil dari tegangan pada kumparan

sekunder (Vp < Vs).b. Jumlah lilitan pada kumparan primer lebih sedikit dari jumlah lilitan pada

kumparan sekunder (Np < Ns).c. Kuat arus listrik pada kumparan primer lebih besar dari kuat arus listrik pada

kumparan sekunder (Ip > Is)2. Transformator step-down, yaitu trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan

arus bolak-balik. Berikut ciri-ciri step-down.a. Tegangan pada kumparan primer lebih besar dari tegangan pada kumparan

sekunder (Vp > Vs).a. Jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak dari jumlah lilitan pada

kumparan sekunder (Np > Ns).b. Kuat arus listrik pada kumparan primer lebih kecil-dari kuat arus listrik pada

kumparan sekunder (Ip < Is).

43

Besarnya tegangan yang dihasilkan pada kumparan sekunder tergantung dari besamya tegangan primer dan perbandingan jumlah lilitan kedua kumparan tersebut. Transformator (trafo) yang memiliki berbagai ukuran pada tegangan out putnya (keluaran tegangannya) disebut dengan trafo autotran.

Hubungan keempat besaran tersebut dapat dituliskan secara rumusan matematis sebagai berikut.

Keterangan:Vp = tegangan pada kumparan primer, dalam satuan volt (V)Vs = tegangan pada kumparan sekunder, daiam satuan volt (V)Np = jumlah iilitan pada kumparan primer, dalam satuan lilitanNs = jumlah lilitan pada kumparan sekunder, dalam satuan lilitan

Dari persamaan di atas, maka dapat dikatakan bahwa besarnya tegangan sebanding dengan jumlah lilitannya. Jika pada kumparan primer mengalir arus, maka arus listrik tersebut disebut arus listrik primer (Ip ), demikian juga pada kumparan sekunder mengalir arus listrik sekunder (Is). Bagaimana hubungan antara tegangan dengan arus listriknya?

Jika pada kumparan primer mengalir arus primer (Ip) dan kumparan sekunder (Is) dalam waktu t sekon, maka energi listrik yang masuk ke dalam kumparan primer adalah Ep = Vp . Ip . t joule.

Demikian juga dengan energi yang dikeluarkan dari kumparan sekunder sebesar Es = Vs .Is t joule. Apabila pada trafo dianggap energi listrik yang masuk ke kumparan primer sama dengan energi listrik yang keluar dari kumparan sekunder (dianggap tidak ada energi listrik yang hilang), maka diperoleh persamaan sebagai berikut.

Ep = Es

Vp . Ip . t = Vs. Is . t atau Vp : Vs = Is : Ip

Vp . Ip = Vs. Is

Sehingga persamaan tesebut dapat juga ditulisVp : Vs = Np : Ns = Is: Ip atau

Keterangan:Vp = tegangan pada kumparan primer, dalam satuan volt (V)Vs = tegangan pada kumparan sekunder,dalam satuan volt (V)Np = jumlah filitan pada kumparan primer, dalam satuan lilitanNs = jumlah lilitan pada kumparan sekunder, dalam satuan lilitanIp = kuat arus listrik pada kumparan primer, dalam satuan ampere (A)Is = kuat arus listrik pada kumparan sekunder, dalam satuan ampere (A)

Contoh :Sebuah trafo memiliki perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder sebesar 500 : 1000. Jika trafo dipasang pada tegangan 220 V dan arus pada kumparan sekundernya 6 A, maka hitunglah:a. tegangan pada kumparan sekundernya,b. kuat arus listrik pada kumparan primer!Penyelesaian:Diketahui: Np : Ns = 500: 1000

Vp = 220 V; Is = 6 ADitanyakan: a. Vs ? b. Ip ?Jawab:a. Vp : Vs =Np : Ns

220 : Vs = 500 : 1.000 V.

Vs =

Vs = = 110 volt 1.000

Jadi, besarnya tegangan pada kumparan sekunder adalah 110 volt.b. Np : Ns = Is : Ip

500 : 1.000 = 6: Ip

44

Vp :Vs= Np : Ns

Ip = = = 12 A

Jadi, besarnya kuat arus listrik pada kumparan primer adalah 12 A.

Efisiensi Transformator (η)Efisiensi transformator (η) adalah perbandingan antara daya listrik yang

dihasilkan oleh kumparan sekunder (Ps) dibandingkan dengan daya listrik yang dimasukkan ke dalam kumparan primer (Pp) Perbandingan antara energi listrik yang dikeluarkan melalui kumparan sekunder dengan energi listri yang dimasukkan melalui kumparan primer. Definisi tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.η = efisiensi trafo, dalam satuan persen (%)Ps = daya listrik pada kumparan sekunder, dalam

satuai watt (W)Pp = daya listrik pada kumparan primer, dalam satuan

watt (W) Es = energi listrik pada kumparan sekunder, dalam

satuan joule (J)Ep = energi listrik pada kumparan primer, dalam satual joule (J)

Contoh:Sebuah trafo memiliki jumlah lilitan sekunder 200 lilitan dan lilitan primer 1.000 lilitan. Jika arus pad lilitan primer 2 A dan arus pada lilitan sekunder 5 A, maka berapakah efisiensi trafo tersebut?Diketahui :

Ditanyakan: Berapakah efisiensi trafo tersebut (η)?Jawab:

Jadi, besarnya efisiensi trafo adalah 50%.

Pada umumnya, efisiensi transformator (η) nilainya selalu lebih kecil dari 100 %, hal ini dikarenakan sebagian energi/daya listrik yang hilang selama proses induksi elektromagnetik. Jika ada trafo yang efisiensinya sama dengan 100%, maka trafo tersebut disebut sebagai trafo ideal.

Hilangnya sebagian energi listrik pada trafo tersebut disebut dengan imbas elektromagnetik. Imbas ini biasanya berbentuk energi kalor/panas sehingga untuk mengurangi efek imbas tersebut maka pada inti besinya dibuat berlapis-lapis serta setiap lapisnya diberi bahan isolator yang sekaligus sebagi pendingin.

D. Aplikasi Induksi Elektromagnaetik1. Transmisi daya listrik jarak jauh, yaitu pengiriman daya listrik dari jarak jauh

dengan menggunakan listrik bertegangan tinggi karena dengan tegangan yang tinggi diperoleh beberapa keuntungan sebagai berikut.a. Arus listrik yang mengalir relatif kecil/stabil.b. Energi yang hilang sedikit.c. Biayanya relatif murah.d. Pemasangannya mudah.

45

2. Produk elektronika, seperti radio, TV, tape recorder, VCD, power supplyl/catu daya, komputer, dan lain-lain.

3. Pengelasan listrik, yaitu membuat las listrik memerlukan trafo sebagai-bahan dasarnya. Jika kumparan primer memliki 800 lilitan dan kumparan sekunder 5 lilitan, maka ini adalah trafo step-down dengan perbandingan lilitan 800/5 atau 160/1.

4. Induktor Rumhkorff, yaitu alat untuk menghasilkan tegangan listrik tinggi dan arus searah yang bertegangan rendah. Alat ini biasa digunakan pada kendaraan bermotor untuk menimbulkan bunga api antara elektroda-elektroda busi. Adapun untuk memutus dan menyambung arus primer disebut dengan platina, sedang kumparannya disebut koil.

5. Tungku induksi, yaitu alat untuk memasak. Jika kumparan sekunder hanya terdiri dari satu lilitan maka arus listrik yang melalui kumparan sekunder tersebut menjadi lebih besar. Arus listrik yang besar ini kemudian dengan cepat dapat mendidihkan air atau melebur patri (solder).

Uji Kognitif :1. Penyebab timbulnya induksi elektromagnetik adalah ....

a. garis gaya magnetik yang memasuki kumparanb. garis gaya magnetik yang keluar kumparanc. perubahan jumlah garis gaya magnetik yang memotong kumparand. garis gaya magnetik yang berubah-ubah memotong kumparan

2. Perhatikan gambar berikut.

Apabila jarum galvanometer bergerak ke kiri, kemungkinan yang terjadi adalah:1. Kutub U keluar kumparan2. Kutub S memasuki kumparan3. Kutub S keluar kumparan4. Magnet diam di dalam kumparanPernyataan yang benar ditunjukkan pada nomor ....a. 1 dan 2 c. 3 dan 4a. 2 dan 3 d. 4 dan 1

3. Trafo menggunakan prinsip ggl induksi karena dapat ....a. mengubah tegangan dengan cara mengubah sumber listrikb. mengubah tegangan dengan mengubah jumlah lilitan kumparanc. mengubah daya dengan mengubah jumlah lilitan kumparand. mengubah daya dengan cara mengubah sumber listrik

4. Timbulnya ggl induksi pada kumparan sekunder sebuah trafo disebabkan ....a. adanya arus listrik primerb. arus listrik pada kumparan primer berubahc. trafo menggunakan dua kumparan yang berbeda jumlah lilitannyad. trafo menggunakan inti besi lunak

46

5. Perhatikan pernyataan berikut.1. Menggunakan kumparan yang lilitannya lebih banyak2. Menggunakan magnet yang lebih kuat3. Melilit kumparan pada besi lunak4. Memutar kumparan lebih cepatGgl induksi dapat diperbesar, dengan cara seperti pernyataan nomor ....a. 1 saja c. 1, 2, dan 3b. 1 dan 2 d. 1, 2, 3, dan 4

6. Mengapa ketika roda sepeda berputar, dinamo dapat menyalakan lampu?a. sumbu berputar, magnet pun berputar di sekitar kumparanb. sumbu berputar, kumparan pun berputar di dalam medan magnetikc. sumbu berputar, kumparan dan magnet pun berputard. sumbu berputar, kumparan, magnet dan koil pun berputar

7. Dalam generator yang disebut stator adalah ....a. kumparan jangkar dan inti besi c. kumparan medan dan inti besib. kumparan jangkar dan kumparan medan d. kumparan medan saja

8. Dalam generator yang disebut rotor adalah ....a. kumparan jangkar dan inti besib. kumparan jangkar dan kumparan medanc. kumparan medan dan inti besid. kumparan medan saja

9. Perhatikan pernyataan berikut.1. Pada alternator, magnet yang digunakan adalah elektromagnet2. Pada alternator, kumparan diam disebut kumparan jangkar3. Prinsip kerja dinamo yaitu kumparan diam sedangkan magnet berputar4. Prinsip kerja generator yaitu magnet diam sedangkan kumparan berputarPernyataan yang benar ditunjukkan pada....a. 1, 2, dan 3 c. 3, 4, dan 1b. 2, 3, dan 4 d. 4, 2, dan 1

10. Apa yang terjadi jika kumparan primer pada trafo menggunakan arus dc?a. tidak akan terjadi ggl induksi pada kumparan sekunderb. tegangan sekunder tidak akan berubahc. tidak akan menghasilkan arus induksi yang lebih besard. tidak akan ada perubahan daya listrik

11. Perhatikan pernyataan berikut.1. Kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder2. Kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder3. Jumlah lilitan kumparan primer lebih besar daripada jumlah lilitan kumparan

sekunder4. Jumlah lilitan kumparan primer lebih kecil daripada jumlah lilitan kumparan

sekunderCiri-ciri trafo step-up dan step-down berturut-turut ditunjukkan pada nomora. 1, 3, dan 2, 4b. 1, 4, dan 2, 3a. 2, 3, dan 1, 4b. 2, 4, dan 1, 4

12. Pada trafo kuat arus berbanding terbalik dengan tegangan, hal ini dise babkan bahwa tujuan trafo untuk ....a. mengubah tegangan bukan mengubah kuat arusb. mengubah tegangan otomatis kuat arus berubahc. mengubah kuat arus sedangkan daya tetapd. mengubah tegangan sedangkan daya tetap

47

13. Tegangan masuk sebuah trafo adalah 220 volt. Jika perbandingan lilitan kumparan primer dan sekunder 1/5, maka tegangan yang keluar dari trafo adalah ....a. 24 volt c. 240 voltb. 110 volt d. 1100 volt

Soal untuk nomor 14, 15, dan 16.

Sebuah trafo akan digunakan untuk menyalakan lampu dengan tegangan 40 volt. Stop kontak di rumahmu sebesar 200 volt.

14. Perbandingan lilitan trafo tersebut adalah ....a. 1 : 5 c. 5 : 1b. 1 : 6 d. 6 : 1

15. Apabila jumlah lilitan primer 1200 lilitan, maka jumlah lilitan sekunder adalah ....a. 250 lilitan c. 620 lilitanb. 400 lilitan d. 720 lilitan

16. Apabila kuat arus sekunder 1,2 A, maka kuat arus primer sebesar ....a. 7,2 A c. 4,2 Ab. 6,2 A d. 0,2 A

a. 17.

18. Hilangnya daya pada trafo disebabkan adanya daya listrik yang berubah menjadi energi kalor. Energi kalor pada trafo bisa timbul karena ....a. kawat kumparan terbuat dari bahan besi (penghantar)b. kebocoran fluks magnetikc. adanya arus pusar pada inti besid. lamanya penggunaan

19. Perhatikan pernyataan berikut.1. Inti besi dibuat berlapis-lapis, antara lapisan diberi isolasi2. Trafo ditutup rapat dengan bahan isolator3. Kawat kumparan dibuat dari bahan yang hambatannya besar4. Kawat kumparan dibuat dari bahan yang hambatannya kecil

Cara-cara untuk mengurangi hilangnya energi kalor pada trafo, dapat ditunjukkan pada nomor ....a. 1, 2, dan 3 c. 3, 4, dan 1b. 2, 3, dan 4 d. 4, 2, dan 1

21. Untuk mengurangi hilangnya listrik pada trafo karena kebocoran fluks magnetik, maka pada trafo seharusnya . . . .a. inti besi dibuat berlapis-lapis antara lapisan diberi isolasib. trafo ditutup rapat dengan bahan isolatorc. kawat kumparan dibuat dari bahan yang hambatannya besard. kawat kumparan dibuat dari bahan yang hambatannya kecil

22. Penggunaan trafo sehari-hari antara lain untuk ....a. transmisi daya listrik jarak jauhb. mengubah daya listrik jarak jauhc. mengubah tegangan listrik jarak jauhd. mengubah kuat arus listrik jarak 1 jauh

23. Alat-alat berikut yang menggunakan prinsip trafo adalah . . . .a. radio, televisi, ketel listrikb. transmisi daya listrik jarak jauh. kamerac. komputer, transmisi daya listrik jarak jauhd. komputer, radio, televisi, induktor Ruhmkorff

48

DAFTAR PUSTAKA

Departemen Pendidikan Nasional, Kurikulum Timgkat Satuan Pendidikan (KTSP) Standar Isi 2006 . Depdiknas . Jakarta

Dewi Ganawati, dkk . 2008 . Pembelajaran Ilmu Pengetahuan Alam Terpadu dan Kontekstual IX Untuk SMP/MTs . Penerbit Pusat Perbukuan Departemen Pemdidikan Nasional . Jakarta

Gregorius, S. dkk . 2008 . IPA Fisika IX . Penerbit Gema Nusa . Klaten

Kanginan, Marthen . 2004 . Sains Fisika SMP Jilid 3A dan 3 B . Penerbit Erlangga . Jakarta

Sri Sulastri . 2007 . Siap Total Menghadapi Ujian Akhir Fisika SMP/MTs . Penerbit Erlangga . Jakarta

Sri Rahmini, dkk . 2006 . Sains Fisika 3 . Penerbit Aneka Ilmu . Semarang

Soepono, dkk . 1985 . Zat dan Energi I . Jakarta . Depdikbud

Shidiq Pramono . 2008 . IPA Fisika IX Untuk SMP/MTs . Penerbit Pustaka Manggala

49

bab i · web viewlistrik statis. standar kompetensi : menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan...

Documents