LKM

1
LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA
A. Permasalahan
Pada suatu rangkaian listrik, arus listrik akan mengalir pada rangkaian apabila ada beda
potensial dalam rangkaian itu. Besarnya beda potensial atau tegangan berkaitan erat
dengan besarnya arus listrik yang mengalir. Bagaimana hubungan antara arus dan
tegangan pada suatu rangkaian listrik? Bagaimana juga tegangan dan arus yang
mengalir pada macam-macam rangkaian hambatan, seperti rangkaian seri dan paralel?
B. Tujuan
1. Mengamati hubungan tegangan dengan arus listrik pada rangkaian resistor
murni melalui virtual experiment
2. Menganalisis faktor penyebab terang redupnya lampu
3. Menemukan konsep hambatan total pada rangkaian hambatan seri dan paralel
melalui virtual experiment
C. Kegiatan 1. Tegangan vs Arus
1. Jalankan program simulasi phet berjudul electric circuit, dan rangkailah seperti
pada gambar di bawah ini!
V
ε
2
A
Buatlah langkah-langkah percobaan untuk memperoleh hubungan tegangan
dengan arus listrik:
a. ____________________________________________________________
b. _____________________________________________________________
c. _____________________________________________________________
d. ____________________________________________________________
2
Catat hasil percobaanmu pada tabel berikut ini
No.
V (volt)
I (ampere)
V/I
1
2
3
4
5
3
Gambar grafik hubungan antara tegangan dan arus listrik.
V (Volt)
I (A)
a) Analisislah hubungan antara tegangan dengan arus dari grafik!
b) Tentukan kemiringan grafik di atas berkaitan dengan tegangan dan arus
listrik?
c) Apa kesimpulan yang diperoleh dari hasil percobaan?
D. Kegiatan 2. Terang redupnya lampu
1. Susunlah rangkaian tiga lampu identik, saklar, dan baterai, seperti pada gambar
di bawah ini menggunakan Simulasi Phet
3
2. Pada saat saklar s tertutup, bagaimana nyala ketiga lampu? Analisislah faktor
yang menentukan terang dan redupnya lampu?
3. Pada saat saklar s dibuka, bagaimana nyala ketiga lampu? Analisislah mengapa
hal itu bisa terjadi?
4. Apa kesimpulan yang diperoleh tentang arus yang mengalir pada hambatan dan
arus yang mengalir tanpa hambatan?
E. Kegiatan 3a. Kuat arus dan tegangan pada rangkaian Seri
1. Dengan menggunakan Simulasi Phet, susunlah rangkaian listrik seperti di bawah
ini!
V
V
2
2
2
R2
R3
R1
V
A
A
A
1
2
2
VS
AS
2. Buat langkah percobaan untuk memperoleh hubungan antara tegangan sumber
dengan tegangan pada masing-masing lampu, dan juga hubungan antara kuat
arus yang mengalir pada baterai dengan kuat arus yang mengalir pada lampu R 1,
R2 dan R3!
a. ____________________________________________________________
b. _____________________________________________________________
c. _____________________________________________________________
d. ____________________________________________________________
4
Catat hasil percobaanmu pada tabel berikut ini
Tegangan
Sumber (Vs)
V = ...........
Arus keluar dari
sumber tegangan
(As)
I = ............
V = ...........
I = ............
Arus pada
Lamp (A)
Tegangan pada
Lampu (V)
I1 = …………….
V1 = ......
I2 =…………….
V2 = ......
I3 =…………….
V3 = ......
I1 = …………….
V1 = ......
I2 =…………….
V2 = ......
I3 =…………….
V3 = ......
Berdasarkan data di atas, bagaimana hubungan antara arus yang mengalir pada
sumber tegangan dengan arus yang mengalir pada tiap-tiap lampu, dan
hubungan antara tegangan sumber dengan tegangan pada tiap-tiap lampu?
Berdasarkan data di atas, Dapatkan persamaan hambatan total pada rangkaian
hambatan seri!
Apa kesimpulan anda tentang arus dan tegangan listrik pada rangkaian seri?
E. Kegiatan 3b. Kuat arus dan tegangan pada rangkaian Paralel
1. Dengan cara yang sama pada kegiatan 3a, susunlah rangkaian listrik seperti
gambar di bawah ini!
V
R1
1
A
1
R2
A
2 1
A
1
1
1
V
1
1
V
2
5
3. Buat langkah percobaan untuk memperoleh hubungan antara tegangan sumber
dengan tegangan pada tiap-tiap lampu, dan juga hubungan antara kuat arus yang
mengalir pada sumber dengan kuat arus yang mengalir tiap-tiap lampu!
a. ____________________________________________________________
b. _____________________________________________________________
c. _____________________________________________________________
d. ____________________________________________________________
Catat hasil percobaanmu pada tabel berikut ini
Tegangan
Sumber (Vs)
V = ...........
V = ...........
Arus keluar dari
sumber tegangan
(As)
I = ............
I = ............
Arus pada
Lamp (A)
Tegangan pada
Lampu (V)
I1 = …………….
V1 = ......
I2 =…………….
V2 = ......
I3 =…………….
V3 = ......
I1 = …………….
V1 = ......
I2 =…………….
V2 = ......
I3 =…………….
V3 = ......
Berdasarkan data di atas, bagaimana hubungan antara arus yang mengalir pada
sumber tegangan dengan arus yang mengalir pada tiap-tiap lampu, dan
hubungan antara tegangan sumber dengan tegangan pada tiap-tiap lampu?
Berdasarkan data di atas, Dapatkan persamaan hambatan total pada rangkaian
hambatan paralel!
Apa kesimpulan anda tentang arus dan tegangan listrik pada rangkaian paralel?
Contoh pemecahan masalah
1.
Sebuah resistansi 11Ω dihubungkan ke sebuah baterai yang memiliki ggl 6 V dan
resistansi internal 1Ω. Carilah (a) arus (b) tegangan terminal baterai, (c) daya yang
dihantarkan oleh ggl (d) daya yang dihantarkan ke resistansi eksternal
Sousi:
6
11 
6V, 1 
a)
V = I.R,
R = Rek +r = 11  + 1  = 12 
Arus dalam rangkaian
6V = I. 12 
I = 0,5V/  = 0,5 A
Jadi arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 0,5 A.
b) Tegangan terminal baterai adalah tegangan yang sudah terpakai.
Vjepit = 0,5A. 11  = 5,5V.
Jadi tegangan terminal baterai adalah berkurang 0,5V dari tegangan
sebelum dipakai.
c) Daya yang dihantarkan oleh ggl
P = V. I = 6. 0,5 = 3 watt. Jadi daya yang digerakkan oleh ggl adalah
3 watt
d) Daya yang dihantarkan ke resitance
P = 5,5. 0,5 = 2,75 watt. Jadi daya yang dihantarkan ke resistance
bekurang 0,25 watt akibat adanya hambatan dalam (r) sebesar 1  .
2. Berapakah kecepatan drift (alir) elektron pada suatu kawat tembaga (14 gauge)
berjari-jari 0,815 mm yang dialiri arus 1 A?
Solusi:
Jika kita asumsikan terdapat 1 elektron bebas per atom tembaga, densitas
elektron bebasnya sama dengan densitas atom na, yang dihubungkan terhadap
rapat massa p, bilangan Avogadro NA, dan massa molar M, diketahui bahwa
Masa jenis tembaga ρ = 8.93 g/cm3 dan M = 63,5 g/mol, maka
m N A
(8,93g / cm3 )(6,02.1023 atom / mol )
na 

=
= 8,47.1022 atom/cm3
M
M
63,5 g / mol
Karena diasumsikan bahwa dalam 1 atom terdapat 1 elektron, maka
na = 8,47.1022 elektron/cm3 atau 8,47.1028elektron/m3.
I
1
v

 0,0035m / s
28
3
19
na qA (8,47.10 e / m )(1,6.10 C )(3,14.(8,15.10 4 m) 2
Kita lihat bahwa kecepatan drift berorde 0,001 m/s yang begitu kecil.
3. Empat buah hambatan dipasang seperti pada gambar dibawah. Jika pada
7
ujung a dan b dipasang tegangan sebesar 18 volt.Berapa arus listrik yang
mengalir pada hambatan 4 ohm?
24 
4
a
12 
b
5
Solusi:
a. Menampilkan model
24 
3
5
8
24 
b. Analisis model
Hambatan total adalah 24//8 = 6 ohm. Arus di dalam rangkaian adalah I = V/R
= 18/6 = 3 A. Arus pada hambatan 8 ohm adalah I = 18/8 = 2,25 A
Tegangan pada hambatan 3 ohm adalah 2,25 x 3 = 6,75 volt, berarti tegangan
pada 4 ohm dan 12 ohm adalah 6,75 volt. Jadi arus pada hambatan 4 ohm
adalah I=6,75/4 = 1,68 A.
c. Validasi.
Arus yang mengalir pada hambatan 12 ohm adalah 6,75/12 = 0,56 A, sehingga
arus pada hambatan 5 ohm adalah sama dengan arus pada hambatan 8 ohm
yaitu 2,25 A karena hambatan 3 ohm dan 5 ohm terpasang seri.