lisdin udah

Kertas kerja fisika XB39

39

LISTRIK DINAMISKUAT ARUS DAN BEDA POTENSIAL

Pemahaman konsep: Besaran Listrik dan Alat Ukur Listrik

Besaran-besaran listrik meliputi arus listrik dan potensial listrik. Potensial listrik ditentukan berdasarkan banyaknyaelektron yang berada di suatu titik. Perbedaan potensial antara dua titik menghasilkan terjadinya tegangan. Arus listrikdinyatakan dalam satuan ampere (disingkat dengan A) sedangkan potensial listrik dinyatakan dalam satuan volt (disingkatdengan V).

Menurut teori listrik, arus dibagi menjadi dua, yaitu arus elektron dan arus listrik. Arus elektron mengalir dari titikberpotensial rendah menuju titik berpotensial tinggi. Sedangkan arus listrik mengalir dalam arah yang berlawanan denganarus elektron.

Perhatikan gambar berikut

Gambar di atas adalah sebuah sumber listrik. Titik A mempunyai potensial listrik lebih rendah daripada titik B. Jikadisambungkan kabel konduktor di antara kedua titik itu, arus elektron akan mengalir dari titik A ke titik B.

Alat Ukur ListrikAlat-alat ukur listrik digunakan untuk mengukur besaran listrik. Ada beberapa alat ukur listrik yang sering digunakan

antara lain, voltmeter, ammeter, galvanometer, dan multimeter. Multimeter menggabungkan fungsi voltmeter, ammeter, danohmeter. Dalam aplikasinya, terdapat dua jenis multimeter yaitu multimeter digital dan multimeter analog.

A

Standar kompetesi : menerapkan konsep kelistrikan ( baik statis , dinamis) dan kemagnetan dalam berbagaipenyelesaian masaalah dan berbagai produk tehnologi

B

Kompetensi Dasar : 5.3 Menggunakan alat ukur listrik


40

ukurbatasxmaksimunskala

npenunjukkaskalapengukuranNilai

Ketika menggunakan multimeter, Anda harus dapat menggunakan alat ini sesuai dengan besaran listrik yang ingin diukur,yaitu dengan memutar knop tersebut. Jika yang diinginkan adalah mengukur besaran arus listrik, maka knop harus diputar kesimbol yang bertanda A atau mA. Jika yang diinginkan adalah mengukur besaran potensial listrik, maka knop harus diputar kesimbol yang bertanda V. Dan Jika yang diinginkan adalah mengukur besaran hambatan listrik, maka knop harus diputar kesimbol yang bertanda . Beberapa aturan yang harus dipenuhi dalam pengukuran besaran listrik yaitu:

1. Perhatikan gambar, untuk mengukur arus, ammeter (atau multimeter) harus dirangkai secara seri dengan rangkaian tertentuyang akan diukur kuat arusnya.

2. Perhatikan gambar, untuk mengukur beda potensial listrik, voltmeter harus dirangkai secara paralel dengan rangkaiantertentu yang akan diukur tegangannya.

Bila kita akan mengukur berapa besar kuat arus listrik yang terukur pada amperemeter dan voltmeter, maka kita harusmemperhatikan nilai batas ukur, skala maksimun, dan penunjukkan jarum alat ukur tersebut. Hal ini berguna untukmenentukan batas toleransi alat ukur tersebut dan jika kita ceroboh maka kemungkinan alat ukur tersebut akan rusak.Amperemeter memiliki batas ukur sampai 60 mA, sedangkan voltmeter mempunyai batas ukur hingga 10 V. Denganmemperhatikan bagian-bagian penting dari alat ukur tersebut , maka hasil pengukuran ditentukan oleh skala yang ditunjukkanoleh jarum penunjuk , batas ukur, dan skala maksimun. Secara matematikaa dapat dirumuskan sebagai:

Penalaran:1.Gambarkan posisi multimeter yang digunakan untuk mengukur beda potensial pada lampu X dan arus listrik pada lampu Z.

X

Y

Resistor

Z


41

Jawab:

2. Gambarkan posisi multimeter yang digunakan untuk mengukur beda potensial dua buah baterai pada rangkaian berikut.

Resistor

Jawab:

3. Gambarkan posisi multimeter yang digunakan untuk mengukur arus listrik pada lampu Y.

X

Y

Resistor

Z

V

A

Y

X

Y

VX

V

Y

X

Resistor


42

0 mA 60

Jawab:

4. Mengacu pada diagram soal nomor 1, apakah arus yang mengalir pada resistor sama dengan yang mengalir pada lampu X ?

Jawab:Tidak, karena terjadi percabangan kabel yang berarti paralel. Untuk paralel I1 = I2+ I3 + ....

Analisis Contoh Soal1. Amperemeter pada gambar di samping digunakan untuk mengukurbesar arus listrik yang melewati lampu . Tentukan besar kuat tersebut !

Jawab:Diketahui:

Skala penunjukkan jarum = 20 mABatas ukur = 60 mASkala maksimun = 30 mA

Ditanyakan: kuat arus I= .....?

Penyelesaian:

Kuat arus = mA40)mA60(mA30

mA20

Jadi, arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 0,04 A

2. Voltmeter pada gambar di samping digunakan untuk mengukurbesar tegangan lampu . Tentukan besar tegangan lampu tersebut !

Jawab:Diketahui:

Skala penunjukkan jarum = 20 VBatas ukur = 30 VSkala maksimun = 10 V

Ditanyakan: potensial jatuh pada lampuPenyelesaian:

kuat tegangan lampu = V67,6)V1(30

20x 0 V 10

0 V 10

Y

XX

Resistor


43

Selain alat ukur tersebut di atas masih ada alat ukur yang disebut Galvanometer. Alat ini dapat mengukur arus dalamsatuan mikro ( = 10-6 ). Bila galvanometer dirangkai dengan alat yang bernama SHUNT dapat dipakai untuk mengukurarus yang lebih besar dari batas ukurnya, sedangkan bila dirangkai dengan MULTIFIER dapat dipakai mengukur teganganyang lebih besar dari batas ukurnya.

Penerapan Konsep;

1. Dari rangkaian berikut ini sebutkan nama alat ukur yang ditunjukkan oleh angka 1 ,2 , 3 , dan 4 tersebut ?

L

R

E

2. Simbol V menunjukkan sebuah voltmeter, sedangkan simbol A menunjukkan sebuah amperemeter. Tunjukkan letakkesalahan pengukuran dari rangkaian berikut

.

Nomor Nama alat ukur1 Voltmeter

2 Voltmeter3 Amperemeter4 Voltmeter

belum


44

Pemahaman Konsep: Arus listrik

Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir melalui penampang penghantar per satuan waktu. Secaramatematis, pernyataan ini dapat ditulis sebagai:

i =t

q

dimana :q = jumlah muatan listrik ( dinyatakan dalam satuan coulomb)t = selang waktu ( dinyatakan dalam satuan sekon)i = kuat arus listrik ( dinyatakan dalam satuan ampere)

Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu rangkaian listrik tertutup yang terdiri dari sumber tegangan dan hambatan.

Analisis Contoh SoalSaat terjadi kilat terdeteksi kuat arus sebesar 25.000 A mengalir dalam waktu 20 s. Tentukan banyaknya muatan yangmengalir ke Bumi pada saat itu !

Jawab:Diketahui:

Kuat arus listrik, i = 25.000 ASelang waktu, t = 20 s

= 20 x 10-6 S

Ditanyakan : qPenyelesaian:

Persamaan i =t

q

dapat dituliskan sebagai

q = i.t= (25.000 A)( 20 x 10-6 s)= 0,5 C

Jadi dalam selang waktu 20 s, mengalir muatan sebanyak 0,5 coulomb,

PenalaranSeorang anak melakukan percobaan menggunakan sebuah baterai, saklar, dan sebuah lampu.

Kompetensi Dasar : 5.1 Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana (satu loop)

Gambar A Gambar B


45

1.a. Apa yang terjadi pada lampu pada gambar A dan gambar B?

Jawab: Lampu A mati, lampu B menyala.

b. Gambar manakah yang menunjukkan suatu rangkaian tertutup dan rangkaian terbuka?Jawab: Gambar B

c. Jika lampu pada rangkaian di ambil dari rumah lampu, apa yang terjadi dengan arus listrik?. Jawab: Arus listrik tidak akan mengalir

d. Jika kita ganti posisi kutub-kutub baterai, apa yang terjadi dengan arah arus listrik? Apakah lampu akantetap menyala? Jelaskan!Jawab: Arus listrik tetap akan mengalir, lampu tetap akan menyala karena polaritas pada rangkaian semacamini tidak berpengaruh pada muatan yang mengalir sehingga timbul arus listrik. Yang berubah hanyalah araharus listriknya.

e. Bagaimana menunjukkan terjadinya perubahan arah arus listrik ketika kutub-kutub baterai dibalik? Jelaskan!

2. Seorang siswa melakukan percobaan dengan menggunakan sebatang logam, seutas kawat konduktor, dan sebuah baterai.

A B

a. Bagaimana arah listrik pada rangkaian di atas?Jawab: Dari B ke A

b. Bagaimana arah aliran elektron bebas dari penghantar AB ?Jawab: dari A ke B

c. Apakah jenis batang konduktor mempengaruhi arah aliran arus listrik?Jawab: ya.

d. Bila terdapat arus listrik sebesar q coulomb melewati penampang kawat penghantar selama t sekon. Tentukan kuat arusnya.Jawab: I=q/t.

3. Digunakan sebuah baterai, sebatang logam besi, amperemeter, dan voltmeter, kemudian dirancang rangkaian sepertigambar berikut.

Q

A

P Q

B


46

i (A)

t (s)

a. Tunjukkan komponen manakah yang berfungsi sebagai voltmeter dan yang berfungsi sebagai ammeter?Jawab: Voltmeter:A;ammeter:B.

b. Manakah yang lebih besar, potensial pada titik P atau potensial pada titik Q? Mengapa demikian?Jawab: P karena jumlah elektron paling banyak berada di titik P yang paling dekat dengan kutub positif.

c. Jika polaritas baterai dibalik, manakah yang lebih besar, potensial pada titik P atau potensial pada titik Q? Mengapademikian?

Jawab: Q karena aliran listrik, maka aliran elektronnya pun terbalik dari kondisi awalnya.

d. Jika baterai yang digunakan memiliki beda potensial 12 V, apakah beda potensial yang terbaca pada voltmeter sama dengan,lebih besar, atau lebih kecil dari beda potensial baterai? Jelaskan jawabanmu!Jawab: Lebih kecil karena pada rangkaian paralel Vtotal = V1 +V2 + V3 + ......

Penerapan Kosep: Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut!

1. Arus listrik sebesar 6 A mengalir melalui penghantar . Berapa jumlah elektron yang mengalir dalam waktu menit?

2. Grafik di bawah menunjukkan kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu hambatan sebagai fungsi waktu.

a. Hitung banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam hambatan itu selama 3 sekon pertama !

b. banyaknya elektron yang mengalir pada saat itu !

Dik: I= 6 At = menit = 30 s

Dit: qJwb: q= I.t

= 6.30= 180 C

Dik: I = 4 At = 3 s

Dit: qJwb: q= I.t

= 4.3= 12 C

4

2 4

untuk t= 0 4 s, dapat dihitung dengan menghitung luas bidang dibawah kurva:

q= luas trapesium=

122

4.42

C


47

V

AS

Pemahaman Konsep: Hukum Ohm

Hukum Ohm menjelaskan hubungan tiga besaran listrik, yaitu hambatan listrik, kuat arus listrik, dan beda potensial listrik.Lakukan kegiatan berikut untuk memahami bagaimana hubungan ketiga besaran tersebut!

EKSPERIMEN: HUKUM OHM

Alat dan Bahan: Resistor 10 dan 50 Baterai 4,5 V, 9 V, dan 12 V Multimeter Saklar Kabel konduktor

Proses Kerja:1. Susun alat - alat di atas seperti rangkaian berikut ini !

2. Gunakan baterai 4,5 V dan resistor 10 pada percobaan ini, kemudian ukurlah besar beda potensial yang jatuhhambatan, hitung pula arusnya!

3. Gantilah hambatan 10 dengan hambatan 50 , kemudian ukur beda potensial dan arus listrik pada resistor tersebut4. Catat hasilnya dalam tabel berikut

Tabel I untuk R = 10

Tegangan (V)

Kuat arus Listrik(ampere)

Tabel II untuk R = 50

Tegangan (V)

Kompetensi Dasar :

5.1 Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana(satu loop)

sumber tegangan E


48


5. Selanjutnya, gunakan baterai 9 V dan resistor 10 pada percobaan ini, kemudian ukurlah besar beda potensial yangjatuh hambatan, hitung pula arusnya!

6. Gantilah hambatan 10 dengan hambatan 50 , kemudian ukur beda potensial dan arus listrik pada resistor tersebut7. Catat hasilnya dalam tabel berikut

Tabel III untuk R = 10

Tegangan (V)


Tabel IV untuk R = 50

Tegangan (V)


Pertanyaan:

1. Berdasarkan hasil percobaan, bagaimana nilai kuat arus yang terukur jika hambatan diperbesar sedangkan tegangansumber tetap? Bagaimana jika hambatan diperbesar?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Berdasarkan hasil percobaan, bagaimana nilai kuat arus yang terukur jika tegangan sumber diperbesar sedangkanhambatan tetap? Bagaimana jika tegangan sumber diperkecil?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Kesimpulan:1. Kuat arus listrik berbanding lurus dengan besarnya tegangan sumber. Makin besar tegangan sumber, makin besar

kuat arus yang terukut. Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai:

2. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan besarnya hambatan listrik. Makin besar hambatan listrik, makin kecilkuat arus yang mengalir dalam rangkaian. Pernyataan ini secara matematis dapat ditulis sebagai

3. Kedua persamaan di atas dapat digabungkan menjadi

I V

I R

1

I =R

V


49

atau V = IR

dengan V = tegangan (dinyatakan dalam satuan volt )I = kuat arus listrik (dinyatakan dalam satuan ampere )R = hambatan listrik (dinyatakan dalam satuan ohm )

Hambatan R biasa disimbolkan sebagai atau

Eksperimen: Hambatan kawat konduktor

Setiap kawat konduktor mempunyai hambat jenis yang berbeda-beda. Hambatan pada suatu kawat bergantung pada panjang,luas penampang, dan jenis bahan kawat. Lakukanlah percobaan berikut untuk melihat hubungan antara ketiga besaran tersebutdengan resistansi suatu kawat konduktor

EKSPERIMEN: HAMBATAN KAWAT KONDUKTOR

Tujuan:____________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Alat dan Bahan:

kawat nikel 0,5 m dan 1 m

kawat tembaga 1 m dengan luas penampang kecil

kawat tembaga 1 m dengan luas permukaan besar

multimeter (voltmeter, ammeter)

baterai 12 V

micrometer sekrup

Proses kerja:

1. Ukur terlebih dulu luas penampang masing-

masing kawat.

2. Susunlah sistem eksperimen seperti gambar di

samping.

3. Gunakan kawat nikel 0,5 m, ukurlah beda

potensial di ujung-ujung kawat, ukur pula arus yang

mengalir dalam rangkaian. Catat hasilnya.

4. Gunakan kawat nikel 1 m dan lakukan langkah 2.

5. Gunakan kawat tembaga 1m yang mempunyai luas penampang kecil, kemudian lakukan langkah 2.


50

6. Gunakan kawat tembaga 1m yang mempunyai luas penampang besar, kemudian lakukan langkah 2.

Tabel

No Jenis kawat Panjang kawat Luas penampang kawat Tegangan jatuh (V) Kuat arus (I) V/I

1 Nikel 0,5 m

2 Nikel 1 m

3 Tembaga 1 m

4 Tembaga 1 m

Pertanyaan:

1. Manakah kawat yang memberikan hambatan yang lebih besar: 0,5 m nikel atau 1 m nikel? Jelaskan!_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Manakah yang memberikan hambatan yang lebih besar: 1 m nikel atau 1 m tembaga? Jelaskan!_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Manakah yang memberikan hambatan yang lebih besar: tembaga berpenampang kecil atau tembaga

berpenampang besar? Jelaskan!_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________

Kesimpulan:

1. Hambatan kawat berbanding lurus dengan jenis kawat. Konduktor yang memiliki hambat jenis besar akan

menghasilkan hambatan yang lebih besar daripada yang memiliki hambat jenis kecil. Pernyataan ini dapat

dituliskan sebagai

2. Hambatan kawat berbanding lurus dengan panjang kawat. Makin panjang suatu kawat, makin besar__ hambatan

yang dimilikinya. Hubungan antara panjang kawat dan resistansi kawat dapat dituliskan sebagai

R

lR


51

3. Hambatan kawat berbanding terbalik dengan luas penampang kawat. Makin luas suatu penampang kawat, makin

kecil hambatan yang dimilikinya. Relasi antara resistansi kawat dan luas penampang kawat dapat dinyatakan

dalam hubungan berikut:

4. Hubungan dari ketiga kesetaraan di atas dapat dituliskan menjadi sebuah persamaan yang menyatakan resistansi

kawat sepanjang l m, dengan hambat jenis sebesar m, dan luas penampang A m2, yaitu:

denganR = hambatan ( dinyatakan dalam satuan ohm) = hambatan jenis ( dinyatakan dalam satuan ohm m) = panjang kawat ( dinyatakan dalam satuan m)A = luas penampang kawat ( dinyatakan dalam satuan m2)

Hambat jenis suatu penghantar dipengaruhi juga oleh perubahan suhu, dengan persamaan :

= o.( 1 + .T )

dimanao = hambatan jenis penghantar pada suhu mula-mula ( m ) = koefisien suhu (C1 )T = T2-T1 = perubahan suhu ( C )

Karena hambatan sebanding dengan hambat jenis, maka berlaku hubungan :

R = Ro.( 1 + .T )dimana

Ro = hambatan penghantar pada suhu mula-mulaR = hambatan penghantar pada suhu mula-mula = koefisien suhu (C1 )T = T2-T1 = perubahan suhu ( C )

Analisis Contoh SoalLilitan kawat mempunyai hambat jenis 100 m pada suhu 25C, sedangkan pada suhu 50 C hambat jenisnya berubah menjadi112,5 m. Berapakah koefisien suhu hambatan jenis tersebut ?

Jawab:Diketahui:

Suhu awal, T1 = 25C;Hambat jenis awal, o = 100 m ;Suhu akhir, T2 = 50C;Hambat jenis akhir, = 112,5 m

Ditanyakan : koefisien suhu logam

AR

1

A

lR


52

Penyelesaian: = o.( 1 + .T )112,5= 100( 1 + . 25)112,5= 100 + 2500

Didapatkan

2500 = 112,5 100= 12,5

Kita peroleh

m045,02500

5,12

Penerapan Konsep: jawabalah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan tepat!

1. Seutas kawat mempunyai hambatan 4 pada suhu 0C dan 5,6 pada suhu 100C. Hitunglah suhu kawat tersebutketika itu mempunyai hambatan 6 (anggap suhu acuan 20C ).

Diket: R1 = 4 ohm pada T= 0oC

R2 = 5,6 ohm pada T = 100oC

To = 20oCDitanya : T untuk R3 = 6 ohm

Jawab: TRR 10 0100146,5

= 6x10-3

Untuk R3 = 6 ohm, maka:

0006,0146 3 TT3 = 167

oC

2. Gambar berikut adalah metode voltmeter dan amperemeter untuk menentukan nilai hambatan R yang tidak diketahui.Amperemeter menunjukkan 0,3 A dan voltmeter menunjukkan 1,5 volt. Berapakah R kalau kedua alat ukur itu bolehdianggap ideal ?

1,5 V

R+ - 0,3 A

Diketahui: V=1,5 VI = 0,3 A

Ditanya : RJawab:


53

AI

VR

R

VI

53,0

5,1

Pemahaman Konsep: Hukum Kirchoff

Dalam teori listrik, Hukum Kirchoff merupakan tools yang sangat bermanfaat untuk menyelesaikan berbagai kasus rangkaianelektronika. Oleh karena itu, pemahaman yang mendalam tentang hukum ini sangat diperlukan.

Hukum I KorchoffHukum I Kirchoff menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk (menuju) titik percabangan sama dengan jumlah arus yangkeluar (meninggalkan) titik percabangan tersebut.Secara matematis, pernyataan di atas dapat dituliskan sebagai:

i masuk = i keluar

Tugas siswa: Tuliskanlah persamaan yang tepat sesuai dengan hukum I Kirchoff berdasarkan gambar rangkaian berikut.Dimungkinkan untuk menulis lebih dari satu persamaan!

1. I1 I2

I3

I3 = I1+I2

2. I3I1

I2 I4

I1 + I2 + I3 = I4

3. I3I2

I8I1 I4 I9

I5 I6

I7

I1 = I2 + I5

I2 = I3 + I4I3 + I4 + I6 = I8I5 = I6 + I7I7 +I8 = I9

4. I4I1

I5I2

I6

I3 + I5 = I4 +I6I1 + I2 + I4 +I6 = I5


54

Tugas Siswa: jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut!

1. Perhatikan gambar di bawah ini !

I =3,7 AIx

3,3 A 8,2 A

1,5 A7,5 A

Tentukan besar ix dan arah I ?Jawab :

Ix = (3,3 + 7,5 +1,5) (3,7 + 8,2) = 0,4 A ke luar

2. Perhatikan rangkaian berikut!

Diketahui: IA = IB dan IC : ID = 2 : 1. Tentukan besar dan arah I !

Jawab:1

2

D

C

I

I

Anggap I berarah keluar:IA + IC = ID + IB + IIA + 2 ID = ID + IB + II = 2ID IDI = ID

Pemahaman Konsep: Susunan Resistor

Terdapat tiga macam susunan resistor, yaitu susunan seri, paralel, dan gabungan seri dan paralel. Bagaiman ciri khas darimasing-masing rangkaian? Apa manfaat susunan-susunan tersebut dalam rangkaian elektronika?

Susunan Seri Resistor

Rangkaian seri merupakan rangkaian yang tidak memiliki percabangan di dalam rangkaian. Dengan demikian, besarnya aruslistrik yang mengalir melewati tiap komponen resistor sama besar. Misalkan terdapat 3 buah resistor yang tersusun seri sepertigambar di bawah.

IA

IB

IC

ID

I


55

R1 R2 R3A B C D

i i i i

Berdasarkan Hukum I Kirchoff, besarnya arus yang jatuh di ketiga resistor sama besar. Dengan demikian, berlaku:

IAB = IBC = ICD

Menurut Hukum Ohm, tegangan jatuh pada masing-masing resistor adalah hasil perkalian antara arus yang melalui resistor danbesarnya hambatan resistor. Berarti,

VAB = IAB R1VBC = IBC R2VCD = ICD R3

Besarnya tegangan total VAD adalah hasil kali antara arus listrik dalam rangkaian dengan hambatan total RAD

VAD = IAD RAD (*)

Besarnya tegangan total VAD juga merupakan penjumlahan aljabar dari masing-masing tegangan jatuh pada RAB, RBC, dan RCD.Dengan demikian, berlaku:

VAD = VAB + VBC + VCD= (IAB R1) + (IBC R2) + (ICD R3) (**)

Persamaan (*) dan (**) adalah sama, dengan demikian berlaku

IAD RAD = (IAB R1) + (IBC R2) + (ICD R3)

Dengan demikian, hambatan total RAD adalah

RAD = R1 + R2 + R3

Tugas siswa: tunjukkan resistor-resistor yang terhubung secara seri pada rangkaian berikut!

1.R1 dan R2 terhubung seriR3 dan R4

R1 R2

R3 R4


56

Analisa Contoh SoalSebuah rangkaian resistor tesusun seperti gambar di bawah

Hitunglah besarnya resistansi total dari keenam resistor ini jika seluruh resistor identik!

Jawab:Diketahui:

R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R

Ditanyakan: Hambatan totalPenyelesaian:Dalam susunan seri, besarnya hambatan total resistor dapat dicari dengan mennjumlahkan seluruh resistor, yaitu

Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + R6=R + R + R + R + R + R= 6R

Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa jika terdapat n buah resistor yang tersusun seri, maka besarnya hambatan total(Rtotal) adalah:

Rtotal = n R

Susunan paralel hambatan

Susunan paralel resistor dapat dilihat pada gambar berikut. Arus I yang mengalir dalam rangkaian masuk melewati satu titikpercabangan sehingga arus listrik terbagi menjadi I1, I2, dan I3.

A i1 BR1

I C i2 D

R2E i3 F

2.R1, R2, R3, dan R4

R1 R2

R3 R4

3.R1 dan R2R3 dan R4

R5

R3 R4

R1

R2


57

Menurut Hukum I Kirchoff, hubungan antara arus listrik yang memasuki titik percabangan dan yang keluar dari titikpercabangan adalah

I = I1 + I2 + I3

Beda potensial yang terukur antara titik AB, CD, dan EF adalah sama besarnya dengan tegangan sumber VS, sehinggaVS = VAB = VCD = VEF

Menurut hukum Ohm, kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu resistor adalahR

VI . Berarti, kuat arus listrik pada

lintasan AB, CD, dan EF adalah:

1

ABR

VsI ;

2

CDR

VsI ;

3

DER

VsI

Rangkaian resistor paralel dapat digantikan dengan satu buah resistor RT. Besarnya tegangan jatuh pada RT adalah tegangansumber VS

Besarnya arus I yang mengalir melalui resistor RT adalah

T

S

R

VI . Sesuai dengan hukum I Kirchoff yang sebelumnya telah

kita tuliskan, kuat arus ini adalah penjumlahan dari IAB, ICD, dan IEF. Dengan demikian, berlaku hubungan:

Karena beda potensial AB, CD, dan EF sama dengan tegangan sumber VS, maka persamaan di atas dapat kita tuliskan menjadi

321T

1111

RRRR

Persamaan terakhir yang kita dapatkan adalah persamaan matematis untuk susunan resistor paralel.

Tugas Siswa: tunjukkan resistor-resistor yang terhubung secara paralel. Dimungkinkan terdapat lebih dari satu pasang resistoryang terhubung secara paralel.

1.

RA

RE

RD

RC

RB

RB parallel dengan RCRD dan RE

2.RB, RC, dan RD

RE&RA dengan RBRE&RA dengan RCRE&RA dengan RD

RB

RC

RD

RERA

321T

S

R

Vs

R

Vs

R

Vs

R

V


58

Analisis Contoh Soal

1. Terdapat tujuh buah resistor identik yang tersusun paralel. Berapa besar resistor penggantinya?

Jawab:

Diketahui: R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = R

Ditanyakan: resistor pengganti RP

Karena tersusun paralel, maka berlaku

R

RRRRRRR

RRRRRRRRP

7

1111111

11111111

7654321

Berarti RR7

1P

Jika terdapat n buah resistor identik yang tersusun paralel, maka dengan mudah dapat kita tuliskan resistor penggantinyasebagai

n

RR P

2. Jika terdapat dua resistor yang tidak identik tersusun paralel, berapa besarnya resistor totalnya?

Diketahui: RB dan RC, tidak identik

Ditanyakan: resistor total

Penyelesaian:Untuk dua buah resistor paralel, berlaku hubungan

CB

BC

CB RR

RR

RRR

111

T

RC

RB


59

Berarti, resistor gabungan untuk dua resistor dalam susunan paralel adalah

21

21

RR

RRRT

Analisis Eksperimen1. Dalam percobaan ini, digunakan beberapa buah lampu 12 volt, 3 buah voltmeter, 3 buah ammeterm 3 buah saklar, dan

sebuah power supply (pasang pada tegangan 36 V). Seluruh peralatan disusun seperti gambar di bawah.

a. Tunjukkan alat yang berfungsi sebagai:a. ammeter: A, C, Eb. voltmeter: B, D, Fc. sumber tegangan: Hd. pemutus arus: Ge. resistor: L1, L2, L3

b. Ketika saklar ditutup, bagaimana nilai kuat arus listrik yang ditunjukkan oleh masing-masing ammeter? Apakahmenunjukkan nilai yang berbeda-beda? Mengapa demikian?Jawab: Nilainya sama karena rangkaian berupa rangkaian seri, dimana kuat arusnya selalu sama.

c. Bagaimana cara mengukur tegangan sumber?Jawab: Dengan menjumlahkan tegangan yang terukur pada lampu. Untuk rangkaian seri Vt = V1 + V2 + V3 + ..

d. Jika lampu yang digunakan identik, bagaimana nilai tegangan jatuh pada masing-masing lampu?Jawab : Tegangan pada masing-masing lampu sama karena I sama dan R sama. Di mana V=I.R

e. Jelaskan cara mengukur besarnya resistansi lampu tanpa menggunakan ohmmeter?Jawab :Mengukur kuat arus dengan ammeter, kemudian tegangan dengan voltmeter. Dihitung dengan R = V/I

f. Bagaimana besarnya penjumlahan tegangan jatuh pada masing-masing lampu jika dibandingkan dengan tegangansumber: Sama, lebih kecil, atau lebih besar?Jawab: Sama

g. Kesimpulan apa yang dapat Anda ambil terkait dengan kuat arus listrik dan beda potensial dalam rangkaian ini?Pada rangkaian seri: It =I1 =I2 =I3= ......Vt = V1 + V2 +V3 +........


60

2. Disusun rangkaian seperti gambar berikut! Tiga buah lampu yang digunakan adalah identik

a. Jika saklar S1 , S2 , dan S3 ditutup, bagaimana nilai kuat arus yangditunjukkan oleh amperemeter A1 , A2 , dan A3 ?Jawab:sama

b. Samakah nilai tegangan yang ditunjukkan voltmeter V1,V2, danV3 ?Jawab:sama.

c. Bagaimana cara Anda mengukur arus listrik yang mengalir melaluipower supply tanpa mengubah rangkaian?Jawab: Dengan mengukur tegangan dengan voltmeter dan

mengetahui hambatan lampu, kemudian dihitung I=V/R.

d. Jika saklar S1 dibuka , lampu manakah yang padam ?Jawab: L1

e. Bagaimana kuat pancaran cahaya lampu L1 jika saklar S2 dan S3dibuka dibandingkan jika saklar S2 dan S3 ditutup?Mengapa demikian?Jawab: lebih terang karena pada rangkaian paralel : It = I1 +I2 + I3.Jadi jika hanya ada 1 lampu, maka It =I1. Dengan kata lain It tidakperlu dibagi ke lampu-lampu lainnya.

f. Kesimpulan apa yang dapat Anda berikan terkait dengan arus listrik dan beda potensial dalam rangkaian?Jawab: Untuk rangkaian paralel:It = I1 +I2 + I3 +.....Vt = V1 = V2 =V3 =....

Penerapan Konsep: Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan tepat!

1. Perhatikan rangkaian berikut !R2

R1

R3

V

Dengan R1 = ; R2 = 2 ; R3 = 4 ; dan V = 12 volt. Hitunglah :a. hambatan penggantiJawab:Untuk R2 dan R3:

PS0 12


61

3

4'

4

1

2

1

'

1

R

R

Rtot = R1+ R = 2/3 + 4/3 = 2 ohm.

b. Besar kuat arus yang melewati R1 , R2 , dan R3Jawab:

R1 33/2

2

11

R

VI A

R2 22

42 I A

R3 14

43 I A

2.

3 1 B

4 A RX = ? C D

Gambar 8.38

6 Hambatan total antara A dan D berdasarkan rangkaian di atas adalah 6 , hitunglah besarnya hambatan RX.

Rx

RxRt

3

31

3

341

3

32

Rx

Rx

Rx

RxRt

6

1

34

31

3

Rx

Rx

Rt

2110

3463

Rx

RxRt

2110

10264

2110

21104

2110

182443

Rx

Rx

Rx

Rx

Rx

RxRtRAD


62

2110

102646

Rx

Rx

60Rx + 126 = 64Rx + 102Rx = 6 ohm

PEMAHAMAN KONSEP: TEGANGAN SERI DAN PARALEL

Susunan seri sumber GGL (Gaya Gerak Listrik)Sumber GGL dapat dirangkai dalam susunan seri seperti pada gamar berikut. Suatu rangkaian sumber GGL memiliki hubnganseri jika kutub positif baterai bertemu dengan kutub negatif baterai yang lain.

R E E E E EA

r r r r r

s

Bila terdapat s buah baterai yang memiliki GGL sebesar E dan hambatan dalam sebesar r yang disusun seri, besaranyaGGL total adalah

E total = s.E

dan besarnya hambatan dalam total adalah

r total = s.r

Besarnya kuat arus listrik yang mengalir dalam lintasan AB dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm, yaitu

T

AB

R

VI , dengan VAB adalah beda potensial antara titik A dan titik B, sedangkan RT adalah hambatan total pada lintasan

AB. Berarti,

VAB = I Rt

Sedangkan RT meliputi hambatan luar dan total hambatan dalam sumber GGL, berarti:

RT = R + r

Dengan demikian, kuat arus listrik I pada lintasan AB adalah

Susunan paralel sumber GGL

Selain susunan seri, sumber GGL dapat pula disusun dalam susunan paralel, seperti pada gambar berikut.E

rR

RtII


63

r

EA P B

r

E

rBerapa besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut? Jika seluruh baterai yang tersusun paralel sama besarnya,maka besar GGL total dalam susunan paralel sama dengan nilai GGL masing-masing sumber, atau

Etotal = E

Seluruh sumber GGL mempunyai hambatan dalam yang sama besar, yaitu r. Dengan demikian, besarnya hambatan dalam totaldapat dicari dengan menggunakan persamaan resistor pengganti untuk susunan paralel, yaitu

rr

1total

Hambatan total RT adalah total hambatan yang meliputi hambatan luar dan hambatan dalam total, atau

RT = R +r

1

Berdasarkan Hukum Ohm, berlaku

T

AB

R

VI , berarti

rR

V

R

VI AB

T

AB

1

Analisa Contoh SoalSetiap sumber tegangan pada gambar di bawah mempunyai GGL sebesar 3 V dan hambatan dalam sebesar 0,5 . Terdapatpula 3 buah hambatan luar 1 yang tersusun seperti terlihat pada gambar. Berapakah kuat arus listrik yang mengalir keluardari titik percabangan X?

C

E F


64

Jawab

Pada lintasan AB terdapat 4 buah baterai, dengan demikian, besarnya GGL total pada lintasan AB adalah

Etotal = 4 3 = 12 V

Besarnya hambatan dalam total pada sumber GGL adalah

rtotal = 4 0,5 = 2

Besarnya hambatan total dalam lintasan AB adalah

RT = R + r = 1 + 2 = 3

Berarti, arus listrik yang mengalir adalah

AI 43

12

Karena susunan yang identik antara lintasan AB, CD, dan EF, maka besarnya arus yang mengalir pada masing-masing adalahsama, yaitu 4 A.

Menurut Hukum I Kirchoff, besarnya arus yang keluar dari titik X adalah:

I = 4 + 4 + 4 = 12 A

Penalaran1. Dirancang suatu eksperimen dengan susunan alat seperti terlihat pada gambar. Digunakan tiga buah baterai yang

identik , voltmeter, ammeter, dan sebuah lampu.

P Q S T(x)

VL

A

a. Bagaimana penunjukan jarum voltmeter, jarum amperemeter, dan nyala lampu , apabila ujung kabel (x) disambungkan ketitik Q , S dan T ? JelaskanJawab:Nyala lampu akan lebih terang untuk disambungkan pada titik S, kemudian T. Q< S < T

b. Apa yang terjadi dengan nyala lampu jika baterai PQ dibalik polaritasnya dan kabel x kita pasang di titik T? JelaskanJawab : semua lampu tetap akan menyala.

c. jika kita tambahan satu buah lampu dan disusun secara seri dengan lampu L, bagaimana kuat pancaran cahaya lampu L:tetap seperti semula, bertambah redup, atau justru bertambah terang? Jelaskan jawabanmu!

1 2 3


65

Jawab: Tetap seperti semula karena pada rangkaian seri, It = I1 =I2 =I3=....

d. Sumber tegangan dipasang seri dapat memperbesar arus listrik dalam rangkaian

2. Terdapat tiga buah baterai (masing-masing 3 V, hambatan dalam 0,1 ) yang disusun secara paralel, digunakan pulasebuah voltmeter, sebuah ammeter, dan sebuah lampu.

M N

P QX Y

S T

a. Berapakah beda potensial yang terukur pada titik X dan Y?Jawab: V = 3V

b. Jika lampu diletakkan pada lintasan luar antara titik X dan Y, berapa besar arus yang mengalir dalam rangkaian? Lampumemiliki resistansi sebesar 20 .

Jawab: 149,01,020

3

rR

VxyI

c. Jika Anda menemukan satu buah baterai dengan GGL 6 V, jelaskan bagaimana caramu menentukan nilai hambatan dalamdari baterai ini dengan menggunakan alat-alat ukur yang standar.Jawab: Dengan menggunakan amperemeter untuk mengukur arus listrik yang mengalir. I=E/R r = E/I

Penerapan Konsep: Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut!

1. Suatu baterai terdiri dari 5 buah masing-masing mempunyai beda potensial 6 volt dan hambatan dalam 0,6 . Seluruhbaterai disusun seri, kemudian polaritasnya ditutup dengan hambatan luar yang saling paralel masing-masing besarnya 8 , 12 , dan 24 .a. Gambarkan rangkaian yang dimaksud.


66

b. Hitung hambatan dalam total baterai tersebut !Jawab: rt = 0,6 . 5 = 3 ohm

c. Hitung hambatan luar total baterai tersebut !

Jawab:

4

24

1

12

1

8

11

Rt

Rt

d. Hitung kuat arus induk yang mengalir dalam rangkaian

Jawab:7

30

34

65

rRI

A

e. Hitung kuat arus masing-masing yang melewati hambatan-hambatan luar tersebutJawab:

Pada R = 8 ohm; I = 30/8 = 15/4 APada R = 12 ohm; I = 30/12 = 5/2 APada R = 24 ohm; I = 30/24 = 5/4 A

Pemahaman Konsep: Jembatan WheatstoneBila terdapat rangkaian seperti gambar berikut ini, dengan arus memasuki titik percabangan A dan meninggalkan titikpercabangan C, dan tidak ada arus yang melewati lintasan BD (i5 = 0), maka rangkaian seperti ini disebut rangkaian jembatanwheatstone.

R1 B R2

i1 i2A C

i4 i5 i3

R4 D R3Karena i5 = 0 , maka potensial VB = VD. Menurut Wheat-Stone , berlaku hubungan :

R1 x R3 = R2 x R4

Rumus tersebut dapat digunakan untuk menghitung besar suatu hambatan tertentu , yaitu dengan menggunakan sistem sepertigambar berikut.


67

Kita misalkan RX sebagai hambatan yang tidak diketahui besar resistansinya. Batang AC adalah sebuah konduktor sepanjang L.Bagian AB mempunyai panjang L1 dan resistansi R1, sedangkan bagian BC mempunyai panjang L2 dan resistansi R2.

Berdasarkan persamaanA

LR , besarnya hambatan R1 dapat dituliskan sebagai

A

LR 11

Sedangkan hambatan R2 dapat pula kita tuliskan sebagai

A

LR 22

Pada kondisi di mana tidak ada arus listrik yang mengalir melalui titik BD (pembacaan galvanometer menunjukkan angka nol)maka menurut aturan Wheat stone, berlaku hubungan

Rx R2 = R3 R1

Rx A

L2 = R3 A

L1

Berdasarkan persamaan di atas, besarnya hambatan RX adalah

3

3

2x R

L

LR

Analisis Contoh SoalPerhatikan gambar berikut!

4 a 8

X 2 Y

1 b 2 Tentukan besar hambatan antara X dan Y !

JawabDiketahui:

R1 = 4


68

R2 = 8 R3 = 2 R4 = 1

Ditanyakan: Hambatan pengganti XY

Penyelesaian:

A 4 B 8 C

X 2 Y

D 1 E 2 F

Cek besarnya R1 R3 dan R2 Rx

R1 R3 = 4 2R2 R4 = 8 1

Perkalian R1 R3 dan R2 Rx menghasilkan nilai yang sama, berarti, arus yang mengalir melalui linatasan BE adalah 0 A.Selanjutnya, hambatan RAB dapat kita cabut, sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi seperti gambar berikut!

4 8

X Y

1 2

Pada lintasan AC, resistor 4 tersusun seri terhadap resistor 8 , sedangkan pada lintasan DF, resistor 1 tersusun seri

terhadap resistor 2 .

Resistor penganti untuk lintasan AC adalah:

RAC = 4 + 8 = 12

Resistor pengganti untuk lintasan DF adalah:RDF = 1 + 2 = 3

Dengan demikian, kedua resistor pengganti tersebut dapat digambarkan sebagai


69

Besar hambatan antara titik X dan Y dapat dihitung dengan mudah melalui persamaan resistor paralel:

3

1

2

1

111

DFACXY RRR

AtauRXY =12/5

Pemahaman Konsep:Hukum II Kirchoff

Dalam suatu rangkaian tertutup, berlaku Hukum II Kirchoff yang berbunyi:

Jumlah aljabar dari beda potensial pada elemen-elemen listrik dalam rangkaian tertutup sama dengan nol

Dalam bentuk persamaan :

E + i.R = 0

Perhatikan rangkaian berikut ini !

R1 i1 A i2 R2

i3

E1 I R3 II E2

E3

Dengan memberikan arah dan nama arus sesuai dengan kehendak kita, maka pada titik percabangan berlaku hukum IKirchoff, sehingga pada titik percabangan A berlaku:

I1 = I2 + I3

Agar Hukum II Kirchoff dapat diterapkan, maka terlebih dahulu setiap rangkaian tertutup diberikan loop ( boleh searah putaranatau berlawanan arah putaran jarum jam ).

Untuk loop I ( searah putaran jarum jam )


70

R1 i1

i3E1 I

R3

E3 Gambar 8.61

Untuk loop II ( berlawanan arah putaran jarum jam )

i2 R2

i3

R3 II E2

E3

Aturan pemberian tanda Untuk E:

Jika loop bertemu dengan kutub positif (+) baterai, maka E diberi tanda negatif. Sebaliknya, jika putaran loopmenemui kutb negatif () baterai, maka E diberi tanda positif.

Untuk IR

Jika arah arus searah dengan arah putaran loop, maka IR diberi tanda positif, sebaliknya, jika arah arus berlawanandengan arah putaran loop, maka IR diberi tanda negatif.

Pada loop I

R1 i1

i3E1 I

R3 E3

Gambar 8.61

Untuk E:Loop menemui kutub negatif baterai E1 dan kutub negatif baterai E3, sehingga E dapat ditulis sebagai

E = E1 + E3


71

Untuk IR:Arah arus I1 yang melewati R1 searah dengan putaran loop, Begitu pula dengan arus I3 yang melewati R3. denagn demikian,IR dapat ditulis sebagai

IR = I1R1 + I3R3

Dengan demikian, besarnya E + IR pada loop I adalah

E + IR = E1 + E3 + I1R1 + I3 R3

Pada Loop II

i2 R2

i3

Untuk E:Loop menemui kutub negatif baterai E2 dan kutub negatif baterai E3, sehingga E dapat ditulis sebagai

Untuk IR:Arah arus I3 yang melewati R3 searah dengan putaran loop, namun arah arus I2 yang melewati R2 berlawanan dengan arahputaran loop. Dengan demikian, IR dapat ditulis sebagai

Dengan demikian, besarnya E + IR pada loop II adalah

Tugas Siswa:Jawablah pertanyaan berikut !

1. Pada rangkaian di bawah, elemen E = 15 volt, dan r = 1 . Hitung :a. selidiki apakah rangkaiannya jembatan wheatstone,b. kuat arus induk yang keluar dari elemen,c. jika hasil perkalian arus induk dengan hambatan total R adalah merupakan tegangan jepit, hitung tegangan jepit

rangkaian.

E = E2 +E3

IR = I3R3 + (-I2R2)

E + IR = E2 + E3 + I3R3 + (-I2R2)


72

4 8

Gambar 8.66

a. Cek hasil kali R1 dan R3, serta hasil kali R2 dan R4R1 x R3 = 8 2R2 R4 = 4 4

Karena R1 x R3 = R2 R4 , maka rangkaian ini adalah rangkaian jembatan Wheatstone

b. Lepaskan hambatan R5 , kemudian hitung besar hambatan total antara titik A dan titik C !

ADCABCAC RRR

111 =

6

1

12

1

RAC = 4

Menurut Hukum Ohm :

I =rR

E

AC =

14

15

=

5

15= 3 A

c. tegangan jepit = I.RAC = 12 volt

2. Hitunglah besarnya kuat arus listrik masing-masing cabang pada rangkaian berikut ini !

E1 = 12 V

R1=40

I Gambar 8.69i1

R2=20 E2=8 Vi2

i3R3=30

II

E3=2 V

1 2


73

Jawab:

3. Pada rangkaian berikut, hitung besar beda potensial antara titik A dan C !

E1= 25 V R1=8 E2 = 18 VA B

R4=5 R2=6

R3=4 D C

E4 = 16 V E3 = 9 V

Dari rangkaian: I1 + I2 = I3

Loop 1:

204020

04012820

0

12

12

111222

II

II

RIEERI

Loop 2:

163050

16)(3020

163020

0308820

03

12

212

32

32

33222

II

III

II

II

RIEERI

Eliminasi Loop 1&2, mendapatan: I1 = -0,26 A(tanda minus menunjukkan arah), I2 = 0, 477 AI3 = I1 +I2 + 0,477 0,26 = 0, 217 A

Ditanya :VACJawab: E + IR = VAC

Karena rangkaian seri, maka arusnya sama di setiap titik.Dengan hukum II Kirchoff :

051649618825 IIIII01823 I

78,0I A (minus menunjukkan arah berlawanan dengan loop)

Mencari VAC:E + IR = VAC0,78 . 5 + 16 + 0,78 . 4 + 9 = VACVAC = 32,02 V


74

6. Pada rangkaian di bawah , tentukan kuat arus i1,i2, dan i3 . Jika saklar Sa. dibukab. ditutup

11 V 10 V

S

i1 I3 2 i2

5 2

a. Dibuka: I3 =0Hanya ada 1 loop:

5 I1 + 11 + 10 +2 I2 = 0Karena seri, maka I1 = I2

5I1 + 21 +2I1 =07I1 + 21 = 07I1 = -21I1 = -3A(tanda minus menunjukkan arah)I2= 3A

b. Ditutup:I1 + I3 = I2

Loop 1:5I1 + 11 - 2I3 = 05I1 + 11 -2I3 = 05I1 - 2I3 = -11

Loop 2:2I2 + 2I3 +10 = 02I2 + 2I3 = -102(I1 + I3) + 2I3 = -102I1 + 2I3 +2I3 = -102I1 + 4I3 = -10

Dengan eliminasi Loop 1&2, diperoleh: I1 = -8/3 A, I2 = -1,17 A.I2 = I1 + I3 = -8/3 + -1,17 = - 3,84 A


75

Pemahaman Konsep: Energi LitrikEnergi listrik (W) adalah besar muatan (q) dikali dengan beda potensial listrik (V), dinyatakan denganpersamaan :

W = q.V

Arus (I) adalah aliran muatan listrik (q) per satuan waktu (t), sehingga q = I t. Dengan demikian, energi listrik juga dapatdituliskan dalam persamaan

W = V. I . t

Menurut Hukum Ohm, V = I . R, berarti persamaan di atas dapat kita tuliskan pula sebagai

W = I . R . q

Menurut hukum Ohm pula, besarnya I adalah I =R

V, berarti persamaan di atas dapat kembali kita turunkan sebagai

W = tR

V

2

DenganI = kuat arus listrik ,t = waktu ,

Kompetensi Dasar :

5.1 Mengindentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupan sehari-hari


76

R = hambatan listrik , danV = beda potensial listrik.

B. Daya listrik

Daya listrik (Power, disimbolkan dengan P) adalah besarnya usaha listrik tiap satuan waktu , dituliskan dalam bentukpersamaan :

P =t

W= V.i = i2.R =

R

V 2

Satuan dari daya listrik adalah watt, disingkat dengan W.

Selain joule, satuan energi listrik dapat diturunkan dari persamaan W = Pt, yaitu

W = P t1 joule = 1 watt 1 sekon

= 1 Ws

Selain dinyatakan dalam satuan watt sekon, energi juga sering dinyatakan dalam satuan kilowatt hour (kWh), yaitu:

1 kJ = 1 kilowatt sekon = 1 kilowatt 1/3600 hour= 1/3600 kWh

atau1 kwh = 3600 joule

Tugas Siswa: Jawablah pertanyaan berikut !

1. a. Sebuah lampu tertulis 40 watt , 220 Volt. Apa maksud dari tulisan tersebut?Jawab: Daya yang diperlukan untuk menyalakan lampu adalah 40 W dan tegangannya 220 V.b. berapa besar hambatan dalam dari lampu tersebut?Jawab:

1210

22040

2

2

R

R

R

VP

2. Ketika sebuah elemen radiator diberi suplai tegangan 220 V, kuat arus 5 A mengalir melalui elemen tersebut selama jam. Hitung energi listrik yang diberikan pada elemen radiator tersebut :

a. dalam Jouleb. dalam Kwh

a. Diketahui: V = 220 V

I = 5 A

t = 1/3 jam = 1200 sekon

Ditanya : W

Jawab : W = V I t = 220 . 5 . 1200 = 1320 kJ


77

3. Bila harga listrik yang harus di bayar pada PLN adalah Rp. 100, - per kWh , hitunglah tarif listrik yang harus dibayarperbulan jika frekuensi pemakaian suplay pada radiator 4 kali perhari untuk soal nomor 3 di atas !

4. Pada dua lampu masing-masing tertulis 40 W;120 V dan 60 W;120 V. Jika kedua lampu tersebut disusun seri dandihubungkan dengan tegangan 100 V, tentukan daya listrik yang digunakan oleh kedua lampu tersebut !

b.W = 220 . 5 . 1/3 = 366,67 kWh

Biaya = (366,67 x Rp. 100,00) 4

= Rp. 146.688,00

Diketahui:P1 = 40 WV1 = 120 VP2 = 60 WV2 = 120 V

Untuk masing-masing lampu:P

VR

2

36040

1202

1R

24060

1202

2R

Rtot = 360 + 240 = 600 ohm

67,16600

10022

Rtot

VP W


78

5. Pada lima buah lampu L1 , L2 , L3, L4., dan L5, masing-masing tertulis 20 W ; 220 V , 20 W ; 220 V , 40 W ; 220 V , 60 W ;220 V,dan 100 W ; 220 V. Kelima lampu tersebut disusun seri dan dihubungkan pada tegangan 220 V serta digunakan8 jam perhari. Jika harga energi listrik tiap kWh yaitu Rp.150,00, tentukan besarnya biaya yang diperlukan untukmembayar energi kelima lampu tersebut selama satu bulan ( 1 bulan = 30 hari )

W = P. tWtotal = 20 . 8 + 20 . 8 + 40 . 8 + 60 . 8 + 100 . 8

= 160 + 160 + 320 + 480 + 800 = 1.920 kWh

Biaya = (1.920 x Rp. 150,00) 30 = Rp. 8.640.000,00


79

Documents

lisdin udah