LISTRIK DINAMIS

LISTRIK DINAMIS
Listrik mengalir
Menentukan arus listrik dan arus elektron.
Arah arus listrik
Arah elektron
Arus lisrik adalah aliran muatan positif dari potensial
tinggi ke potensial rendah
Arus elektron adalah aliran elektron dari potensial
rendah ke potensial tinggi
Menentukan syarat arus listrik dapat mengalir pada suatu rangkaian
Rangkaian Terbuka
Rangkaian Tertutup
• Lampu mati
• Lampu menyala
• Arus listrik tidak mengalir
• Arus listrik mengalir
Arus listrik dapat mengalir jika dalam rangkaian tertutup
Arus listrik identik dengan arus air
hA
hB
hA > hB
EPA > EPB
hA = hB
EPA = EPB
Potensial A = Potensial B
Arus air dapat mengalir jika ada perbedaan energi potensial
Benda A Potensial tinggi
Benda B Potensial rendah
Arus listrik
Konduktor
Arus elektron
Arus listrik dapat mengalir jika ada beda potensial
Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan
yang mengalir pada penghantar tiap detik.
Q
I
t
I = Kuat arus listrik ( Ampere )
Q = muatan ( Coulomb )
t = waktu ( secon )
Contoh
• Sebuah akumulator pada kutub-kutubnya dihubungkan
pada terminal lampu jika kuat arus yang mengalir pada
lampu 0,5 A dan lampu dinyalakan selama 2 menit
berapakah muatan listrik yang telah melewati lampu ?
Diketahui
I = ……………… A
t = ……………… s
Jawab
Q
= ………… x …………….
= ………….x …………….
= …………………………. C
Pengukuran Kuat arus listrik
Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk
mengukur kuat arus listrik
Pemasangan Amperemeter dalam rangkaian
listrik disusun secara seri
Cara membaca Amperemeter
skala maksimum
skala yang ditunjuk jarum
skala batas ukur
Nilai yang ditunjuk jarum
Nilai yang terukur =
x Batas ukur
Nilai maksimum
34
100
X1
= 0,34 A
Beda Potensial
Energi yang diperlukan untuk memindah muatan listrik tiap satuan muatan
W
V
Q
V = Beda Potensial ( Volt )
W = Energi ( Joule )
Q = Muatan ( Coulomb )
1 Volt = 1J/C
Satu volt adalah untuk memindah muatan listrik sebesar 1 Coulumb
memerlukan energi sebesar 1 Joule.
Contoh
• Sebuah baterai memiliki beda potensial sebesar 1,5 volt
jika baterai digunakan untuk menyalakan lampu maka
sejumlah 50 coulomb muatan listrik yang melewati
lampu. Berapakah besar energi yang dikeluarkan baterai
Diketahui
V = …………………
Jawab
Q = ………………….
W = ………….. X ……………..
Ditanya
= ………….. X ……………..
W=?
= ………………… J
Pengukuran Beda Potensial
• Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur
beda potensial listrik ( tegangan )
• Pemasangan voltmeter dalam rangkaian listrik disusun
secara parallel seperti gambar.
Cara Membaca Voltmeter
Skala yang ditunjuk jarum
Skala maksimum
Batas ukur
Nilai yang terukur = ….
HUKUM OHM
0,40
0,54
0,20
1,2
2,6
4,0
Jml
Batrai
1
2
3
V
V ~ I
Dari tabel data dapat kita ketahui jika beda potensial diperbesar maka kuat
arus listriknya juga turut membesar.
Hubungan yang didapatkan antara beda potensial dengan kuat adalah
Beda potensial sebanding dengan kuat arus listrik
I
Grafik Hubungan Beda potensail (V)
terhadap kuat arus listrik ( I )
V ~ I
V(volt)
5,0
V = IR
4,0
V = Beda potensial ( volt )
3,0
I = Kuat arus listrik ( A )
2,0
R = Hambatan ( Ω )
1,0
R =
I( A)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
V
I
Grafik Hubungan Hambatan (R)
terhadap kuat arus listrik ( I )
Data
R 10
R(Ω)
20
30
40
I 1,0 0,5 0,3 0,25
50
40
Jika V dibuat tetap = 10 V
V
R
V
I2 =
R
V
I3 =
R
V
I4 =
R
I( A)
I1 =
30
20
10
0,25
0,50
0,75
1,0
1,5
10
10
10
I2 =
20
10
I3 =
30
10
I4 =
40
I1 =
I1 = 1,0 A
I2 = 0,5 A
I3 = 0,3 A
I4 = 0,25 A
Tujuan :
Menyelidiki faktor yang mempengaruhi
besar hambatan kawat
1
B
A
Variabel manipulasi
: panjang kawat
Variabel respon
: hambatan kawat
Variabel kontrol
: jenis kawat, luas penampang kawat
IA > IB
RA < RB
lA < lB
Semakin panjang kawat maka hambatan kawat semakin besar
Hambatan kawat sebanding dengan panjang kawat.
R~ℓ
2
A
B
Variabel manipulasi
: jenis kawat
Variabel respon
: Hambatan
Variabel kontrol
: panjang, luas penampang kawat
IA < IB
RA > RB
rA > rB
Semakin besar hambatan jenis kawat maka hambatan kawat semakin besar
Hambatan kawat sebanding dengan hambatan jenis kawat.
R ~ r
3
A
B
IA < IB
Variabel manipulasi
: luas penampang kawat
Variabel respon
: hambatan kawat
Variabel kontrol
: jenis kawat, panjang kawat
RA > RB
AA < AB
Semakin besar luas penampang kawat maka hambatan kawat semakin kecil
Hambatan kawat berbanding terbalik dengan luas penampang kawat.
R~ 1
A
Faktor yang mempengaruhi besar hambatan
pada kawat adalah :
1. Panjang kawat ( l )
2. Luas penampang kawat ( A )
3. Hambatan jenis kawat ( r )

R ρ
A
R
= Hambatan (Ω )
l
= Panjang kawat ( m )
 Luas penampang kawat ( m2 )
A
r
= Hambatan jenis kawat ( Ω m )
Konduktor dan Isolator
Kayu isolator
Plastik isolator
kayu
Alluminium konduktor
plastik
alluminium
Besi konduktor
besi
tembaga
Tembaga konduktor
Hukum I Kirchhoff
Rangkaian seri
L1
L2
Pada rangkaian tidak bercabang ( seri ) kuat arus listrik
dimana-mana sama
Rangkaian Paralel
L2
L1
Pada rangkaian bercabang (Paralel)
Jumlah kuat arus listrik yang masuk pada
titik cabang sama dengan jumlah kuat arus
yang keluar dari titik cabang
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
Contoh
1. Perhatikan rangkaian di bawah
dan tentukan nilai I1, I2, I3 ?
3. Perhatikan rangkaian di bawah
dan tentukan nilai I1 sampai I7 ?
10A
Q I2 S
40 A P
25A
I1
I3
I7
2. Tentukanlah kuat arus I1 sampai dengan I6 ?
50 mA
I1
30mA I
5
I2
I3
I4
I6
15 mA
12 A
I1 I3
I2
23mA
Jika I1 = I2
I3 : I4 = 1 : 2
dan I5 = 2 I6
I5
I4
I6
Susunan seri pada Hambatan
a
R1
b
Vab
a
R2
c
Vbc
Rs
Vad
Vad = Vab +
Vbc + Vcd
I Rs = I R1 + I R2 + I R3
Rs = R1 + R2 + R3
R3
d
Vcd
d
Susunan Paralel pada Hambatan
I1 R1
I
a
I2 R2
I3
I
a
I=
Vab
b
R3
Rp
Vab
b
RP
=
I1 +
Vab
R1
I2 + I3
Vab
Vab
+
+
R3
R2
1
1
1
1
=
+
+
RP
R1
R2
R3
Contoh
• Tentukan hambatan pengganti pada rangkaian di bawah
1
2Ω
3Ω
2
4Ω
5Ω
3Ω
2Ω
4Ω
6Ω
4Ω
4Ω
3Ω
RP: 2 Ω
3Ω
3Ω
Rs = R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7
Rs =2+4+3+2+4+5+3
Rs =23 Ω
1
1
=
+
RP
R1
1 = 1 +
RP
6
1
1
=
+
RP
6
3
1
=
RP
6
RP = 2 Ω
1
R2
1
3
2
6
Rs = R1+RP+R2
Rs = 4+2+3
Rs = 9 Ω
3
2Ω
2Ω
2Ω
4Ω
2Ω
4Ω
2Ω
2Ω
2Ω
4
2Ω
2Ω
2Ω
24Ω
2Ω
8Ω
2Ω
24Ω
2Ω
12Ω
2Ω
6Ω
2Ω
2Ω
5
2Ω
4Ω
8Ω
4Ω
4Ω
Perhatikan gambar di bawah
a
I1 R1
4Ω
a
I
6Ω
b
R3
I2
3Ω
c
R2
V
I R
c
I
18 volt
Vab = 3 x 4
I
3A
Vab = I R3
Vab = 12 V
6Ω
Vbc = I1 R1
b
V = 18 volt
1
1
I1 : I 2 =
:
R1 R2
Tentukan
1
1
a.Kuat arus total
I1 : I 2 =
:
6
3
b.Kuat arus I1 dan I2
c.Tegangan ab dan tegangan bc I : I = 1 : 2
1
2
1
1
1
Rs = R3 + Rp
=
+
1 x I
RP R1 R2
I1 =
Rs = 4 + 2
3
1
1
1
Rs = 6Ω
1 x
RP = 6 + 3
I1 =
3
3
1
3
RP = 2 Ω
I1 = 1 A
=
RP 6
Vbc = 1 x 6
Vbc = 6 V
atau
Vbc = I2 R2
x6 Vbc = 2 x 3
Vbc = 6 V
2 x I
I2 =
3
2 x
I2 =
3
3
I2 = 2 A
Latihan
2
2Ω a 2Ω
1 Tentukan
a. Hambatan pengganti
b. Kuat arus total
c. Kuat arus I1 dan I2
d. Tegangan Vab
b 4Ω c
4Ω
2Ω d
2Ω e
2Ω f 2Ω
2Ω
V = 12 V
a
I
2Ω
I1
I2
3Ω
4Ω
12 V
1Ω
4Ω
5Ω
b
Tentukan
a. Hambatan pengganti
b. Kuat arus tiap hambatan
c. Tegangan tiap hambatan
GAYA GERAK LISTRIK (E)
• Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujungujung sumber tegangan pada saat tidak mengalirkan
arus listrik atau dalam rangkaian terbuka.
Pengukura ggl
V
TEGANGAN JEPIT (V)
• Tegangan jepit adalah beda potensial antara ujung –
ujung sumber tegangan saat mengalirkan arus listrik
atau dalam rangkaian tertutup .
Pengukura Tegangan Jepit
V
Susunan Seri GGL
Susunan Paralel GGL
E
r
E
E
E
r
r
r
E
r
E
r
Etotal = n E
rtotal = n r
E = ggl ( volt)
r = hambatan dalam ( Ω )
n = jumlah baterai
Etotal = E
r
rtotal =
n
Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup
Untuk sebuah ggl
R
p
q
Hubungan ggl dengan tegangan jepit
I
E = Vpq + I r
E,r
Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian
E
I
R r
Tegangan jepit
Vpq = I R
I = Kuat arus ( A )
E = ggl ( volt )
R = hambatan luar ( Ω )
r = hambatan dalam ( Ω )
Vpq = tegangan jepit ( volt )
LATIHAN
Tiga buah elemen yang
dirangkai seri masing –
masing memiliki GGL 4 V
dan hambatan dalam 0,2 Ω,
dirangkai dengan hambatan
luar seperti gambar
Tentukan :
a. Hambatan luar
b. Kuat arus total ( I )
c. Kuat arus I1 dan I2
d. Tegangan Vab, Vbc
e. Tegangan jepit
I1 6 Ω
a 3Ω
I
b
I2
c
4Ω
E
E
E
r
r
r
V=4V
r = 0,2 Ω
Sehingga RAB menjadi :
Hitung Rangkaian
pengganti AB
R1=2Ω
R2=8Ω
Rs1
A
B
Rs2
R1=2Ω
A
R5=24Ω
R3=3Ω
R3=3Ω
R2=8Ω
B
R4=12Ω
Syarat Jembatan dalam keadaan seimbang :
Rs1= R1 + R2
Rs1= 2 + 8
Rs2= R3 + R4
Rs2= 3 + 12
Rs1= 10 Ω
Rs2= 15 Ω
1
=
RAB
R1.R4 = R2.R3
Jika Syarat itu terpenuhi, maka R5 diabaikan
R4=12Ω
1
RAB
1
+
Rs1
=
1
10
+
1
1
Rs2
RAB
1
RAB = 6Ω
15
=
5
30
Sehingga RAB diubah menjadi :
Hitung Rangkaian
pengganti AB
Rb
R1=2Ω
A
R2=8Ω
R5=4Ω
Ra
Rc
R1=2Ω
A
R5=4Ω
R3=4Ω
R3=4Ω
R2=8Ω
R4=12Ω
B
Ra =
Rb =
Syarat Jembatan seimbang tidak terpenuhi :
R1.R4 = R2.R3
Jika Syarat tidak terpenuhi, maka R5 tidak
dapat diabaikan
Rc =
R1.R3
R1+R3+R5
R1.R5
R1+R3+R5
R3.R5
R1+R3+R5
R4=12Ω
B
Ra =
Rb =
Rc =
(2)(4)
2+4+4
(2)(4)
=
=
2+4+4
(4)(4)
2+4+4
Rs1= Rb + R2
Rs1= 0.8 + 10
0.8
Rs1= 10.8 Ω Rs2= 7.6 Ω
0.8
1
=
Rp
Rs1
B
Rs2
Rc
+
Rs1
1
=
+
10.8
1
1
18.4
Rs2
Rp
1
Rp = 4,46Ω
=
82.08
7.6
R2=8Ω
A
Ra
1
=
Rp
1.6
1
Rb
Rs2= Rc + R4
Rs2= 1.6 + 6
Maka :
RAB= Ra + Rp
RAB= 0.8 Ω + 4.46Ω
R4=12Ω
RAB= 5.26 Ω
Hukum II Kirchoff:
Jumlah GGL dan Tegangan Jepit Dalam suatu Rangkaian
Tertutup sama dengan Nol
Tentukan besar arus yang melewati tiap-tiap cabang
penghantar!
R1 =2Ω
R4 =2Ω
R3 =2Ω
E1 =3V
R2 =2Ω
E2 =6V
R5 =2Ω
E3 =3V
Loop I
R1 =2Ω
Loop II
i1
i3
i2
R3 =2Ω
R4 =2Ω
E3 =3V
R3 =2Ω
i2
E1 =3V
I2 = I1 +
I3 = I2 - I1
I3
2 I2 + 4 I3 = 3
2 I2 + 4 (I2 - I1) = 3
E2 =6V
E2 =6V
-4 I1 + 6 I2 = 3
R5 =2Ω
R2 =2Ω
E1 – E2 + I1(R1+R2) + I2R3 = 0
3 – 6 + I1(2+2) + I2(2) = 0
4 I1 + 2 I2 = 3
(1)
E3 – E2 + I3(R4+R5) + I2R3 = 0
SUBTITUSI (1) DAN (3)
4 I1 + 2 I2 = 3
-4 I1 + 6 I2 = 3 +
8 I2 = 6
I2 = ¾ A
3 – 6 + I3(2+2) + I2(2) = 0
2 I2 + 4 I3 = 3
(2)
4 I1 + 2 (¾) = 3
I1 = 3/8 A
I3 = I2 - I1
I3 = I2 - I1
I3 = (¾)- (3/8)
I3 = 3/8 A
(3)
7.4
Energi dan Daya Listrik
a. Energi Listrik
2
V
W  VIt  I 2 Rt 
t
R
b.
Daya Listrik
2
W
V
P
 VI  I 2 R 
t
R
Contoh :
1. Pada sebuah lampu pijar tertera 100 W, 220 V. Tentukan
hambatan lampu tsb !
2. Lampu pijar dari 60 W, 220 V, dipasang pada tegangan
110 V, tentukan daya yg dapakai lampu tsb !
Contoh soal dan Pembahasan