listrik dinamis

Listrik
Dinamis
listrik dinamis mempelajari muatan listrik yang bergerak
arus listrik adalah muatan listrik positif yang melalui kawat penghantar
dari potensial listrik tinggi ke potensial listrik rendah dalam rangkaian
tertutup.
Bunyi hukum Ohm "kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu
penghantar berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung
penghantar"
Hambatan listrik:
LISTRIK DINAMIS
Rangkaian seri dan rangkaian paralel
Hukum kirchoff:
Hukum I kirchoff dan Hukum II Kirchoff
Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh muatan listrik
yang mengalir karena adanya beda potensial dalam suatu
rangkaian tertutup.
Daya listrik adalah besarnya energi tiap satuan waktu
Standart Kompetensi
5. Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian masalah dan berbagai
produk teknologi
Kompetensi Dasar
5.1 Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian tertutup sederhana (satu
loop)
5.2 Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupam sehari-hari
5.3 Menggunakan alat ukur listrik
Indikator
1.
Mendefinisikan pengertian listrik dinamis
2. Menjelaskan konsep arus listrik
3. Memformulasikan bunyi hukum Ohm
4. Mendefinisikan hambatan listrik, hukum kirchoff, ggl dan tegangan jepit
5. Mendefisikan energi dan daya listrik, serta menghitung biaya energi listrik yang
digunakan dalam kehidupan sehari-hari
37 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
LISTRIK DINAMIS
 Definisi Listrik Dinamis
Listrik
dinamis
mempelajari
tentang
muatan-muatan
listrik
bergerak,
yang
menyebabkan munculnya arus listrik. Contoh penerapan listrik dinamis banyak dijumpai
dalam kehidupan sehari-hari. Alat-alat elektronik yang biasa kita gunakan, misalnya
radio, televisi, komputer, laptop, dll merupakan penerapan dari listrik dinamis.
 Arus Listrik
Arus listrik adalah muatan listrik positif yang melalui kawat penghantar(konduktor) dari
potensial listrik tinggi ke potensial listrik rendah dalam rangkaian tertutup.

Arah arus listrik searah dengan aliran
muatan listrik positif disebut dengan istilah
arus konvensional, atau berlawanan dengan
arah aliran muatan listrik negatif (elektron)

Kawat
penghantar
konduktor
atau
diantaranya
bahan-bahan
besi,
tembaga,
alumunium, dll

Potensial listrik disebut juga tegangan listrik.
Arus listrik bisa mengalir jika ada beda
potensial listrik pada rangkaian tersebut.
Beda
potensial
dihasilkan
dari
sumber
tegangan listrik, misal baterai atau sumber
tegangan yang lainnya. Sumber tegangan
listrik mempunyai dua kutub, yaitu kutub
positif (+) dan kutub negatif (-). Arus listrik
mengalir dari potensial listrik tinggi ke
potensial listrik rendah.

Rangkaian tertutup adalah suatu rangkaian yang jalannya dimulai dari suatu titik
dan akhirnya kembali lagi ke titik tersebut tanpa terputus.
Besarnya arus listrik disebut denga kuat arus listrik, yang didefinisikan sebagai
banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik.
𝐈=
𝐐
𝐭
I = kuat arus listrik (A)
38 | F i s i k a
SMA
Q = muatan listrik (C)
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
t = waktu (s)
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
Contoh Soal
1. Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 C dalam
waktu 1 menit, maka berapa besarnya arus yang mengalir ? (6 Ampere)
Kaji Soal
1. Pada suatu penghantar setiap menit kuat arus yang mengalir adalah 0,9 A,
berapakah besar muatan dalam penghantar tersebut?
2. Arus listrik sebesar 5 A mengalir melalui seutas kawat penghantar selama 1,5 menit.
Hitunglah banyaknya muatan listrik yang melalui kawat tersebut!
 Hukum Ohm
Hukum Ohm menyatakan “arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar
berbanding lurus dengan beda potensial/tegangan listrik (V)”.
V ~ I
Persamaan hukum Ohm:
V = IR
Keterangan:
V = beda potensial/tegangan listrik (Volt)
R = hambatan (Ohm atau Ω)
Contoh Soal
1. Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda potensial 12 V
diberikan pada ujung-ujungnya. Tentukan hambatan listrik pada kawat tersebut!
(6 ohm)
Kaji Soal
1. Alat pemanas listrik memakai 5 A, apabila dihubungkan dengan sumber 110 V.
Hambatannya adalah?
2. Sebuah bola lampu diberi tegangan 20 V, resistor lampu tersebut 50 ohm. Besar
arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah?
39 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
 Hambatan Listrik
 Setiap bahan, baik itu logam maupun nonlogam mempunyai hambatan tertentu.
Perbedaan hambatan pada masing-masing bahan disebut dengan hambatan jenis.
 Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang
mengalir melalui suatu rangkaian listrik.
Hambatan suatu penghantar dipengaruhi oleh: hambat jenis penghantar, panjang
penghantar, dan luas penampang penghantar.
R=
𝜌
𝐿
𝐴
Keterangan:
𝜌 = hambat jenis penghantar (Ωm)
L = panjang penghantar (m)
A = luas penampang penghantar (m2)

Alat yang digunakan sebagai hambatan listrik pada suatu rangkaian adalah resistor.
Satuan resistor (Ohm atau Ω), dan simbol resistor
 Rangkaian Seri Resistor
Rs = R1 + R2 + R3
Rs = hambatan pengganti seri (Ω)
Kuat arus listrik (I) yang mengalir dalam setiap hambatan sama, I1 = I2 = I3 = I
Vab = V1 + V2 + V3
Keuntungan rangkaian seri adalah hemat kabel, dan rangkaiannya sederhana
sehingga membuatnya pun mudah. Kerugiannya pada saat satu lampu mati,
yang lain juga mati. Begitu juga pada nyala lampunya, tidak terang (redup).
40 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
 Rangkaian Paralel Resistor
1
𝑅𝑃
=
1
𝑅1
+
1
𝑅2
+
1
𝑅3
Beda potensial antara ujung-ujung setiap hambatan sama Vab = V1 = V2 = V3 = V
I = I1 + I2 + I3
Contoh Soal
1. Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah
hambatan dan satu buah baterai 24 Volt
yang memiliki hambatan dalam 1 Ω. Lihat
gambar dibawah dan tentukan:
a) Kuat arus rangkaian
(2,4 Ampere)
b) Kuat arus pada R1 , R2 dan R3
(2,4 Ampere)
c) Beda potensial antara titik A dan B
(4,8 Volt)
d) Beda potensial antara titik B dan C
(7,2 Volt)
e) Beda potensial antara titik C dan D
(9,6 Volt)
f)
(12 Volt)
Beda potensial antara titik A dan C
g) Beda potensial antara titik B dan D
(16,8 Volt)
h) Beda potensial antara titik A dan D
(21,6 Volt)
i)
Beda potensial antara ujung -ujung baterai
(21,6 Volt)
2. Perhatikan gambar susunan beberapa hambatan listrik berikut ini! Tentukan
hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar rangkaian di
atas!
(11 ohm)
41 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
3. Perhatikan gambar susunan tiga hambatan berikut ini!
Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara
titik A dan B dari gambar rangkaian di atas!
(1 ohm)
4. Setiap kawat atau penghantar memiliki sifat menghambat arus listrik, besaranbesaran berikut memengaruhi hambatan setiap penghantar, yaitu:
(1) Massa kawat
(3) warna kawat
(2) Panjang kawat
(4) luas penampang kawat
Pernyataan yang benar adalah...........
a. (1), (2) dan (3)
c. (2) dan (4)
b. (1) dan (3)
d. (4)
e. semua benar
5. Diberikan sebuah rangkaian listrik seperti gambar berikut
Tentukan :
a) Hambatan pengganti
(20 ohm)
b) Kuat arus rangkaian
(1,2 Ampere)
c) Kuat arus yang melalui R4
(1,2 Ampere)
d) Kuat arus yang melalui R1
(0,6 Ampere)
e) Kuat arus yang melalui R2
(0,4 Ampere)
f) Kuat arus yang melalui R3
(0,2 Ampere)
g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R4
(12 Volt)
h) Beda potensial ujung-ujung R1
(12 Volt)
i) Beda potensial ujung-ujung R2
(12 Volt)
Kaji Soal
1. Diketahui kuat arus yang melalui R4 adalah 7, 2 Ampere.
Tentukan nilai tegangan sumber V
42 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
2. Seutas kawat memiliki panjang 100 m, diameter 2 mm, dan hambatan jenis 6,28 x
10-8 Ωm. Tentukan hambatan kawat tersebut!
3. 10
buah
hambatan
identik
masing-masing
sebesar 10 Ω disusun seperti gambar berikut!
Tentukan hambatan pengganti (hambatan total)
antara titik A dan B dari gambar rangkaian di
atas!
4. 10 buah hambatan listrik disusun seperti gambar
berikut! Masing-masing hambatan adalah identik
dan besarnya 120 Ω . Tentukan hambatan
pengganti (hambatan total) antara titik A dan B
dari gambar rangkaian di atas!
5. 8 buah hambatan dengan nilai masing masing :
R1 = 10 Ω
R2 = 2 Ω
R3 = 3 Ω
R4 = 17 Ω
R5 = 20 Ω
R6 = 20 Ω
R7 = 8 Ω
R8 = 10 Ω
Tentukan hambatan pengganti (hambatan total) antara titik A dan B dari gambar
rangkaian di atas!
6. Empat buah resistor masing-masing10
Ω, 4 Ω, 6 Ω dan 5 Ω disusun seri dan
ujung-ujungnya ditutup oleh baterai 75
volt. Tentukan:
a. Kuat arus yang melalui tiap-tiap
resistor
b. Tegangan pada tiap-tiap resistor
 Hukum Kirchoff
 Hukum I Kirchoff
∑ 𝐼𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 = ∑ 𝐼𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟
“jumlah kuat arus yang masuk ke suatu
titik cabang sama dengan jumlah kuat arus
yang keluar dari titik cabang tersebut”
43 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
 Hukum II Kirchoff

Hukum II Kirchoff menyatakan “pada rangkaian listrik tertutup (loop), jumlah
aljabar gaya gerak listrik (∑ 𝜀) dan penurunan tegangan (∑ 𝐼𝑅) sama dengan
nol”.

Gaya gerak listrik (𝜀) dihubungkan seri dengan suatu hambatan. GGL dari
sumber sumber tegangan menyebabkan arus listrik mengalir sepanjang loop.
Arus listrik yang mengalir di dalam loop mendapat hambatan sehingga
tegangan antara kutub-kutubnya berkurang (terjadi penurunan tegangan).

Persamaan hukum II Kirchoff
∑ 𝛆 + ∑ 𝐈𝐑 = 𝟎

Aturan untuk menggunakan hukum II kirchoff
o Tentukan arah loop terlebih dahulu. Pada
dasarnya, pemilihan arah loop bebas.
Untuk lebih mudahnya, diusahakan arah
loop searah dengan arah arus.
o Jika pada suatu cabang, arah loop searah dengan arah arus maka kuat
arus bertanda positif, sedangkan jika ara loop berlawanan arah dengan
arah arus maka kuat arus bertanda negatif.
o Jika saat mengikuti arah loop, dijumpai dahulu kutub positif sumber
tegangan maka ggl bertanda positif. Sebaliknya, jika dijumpai kutub
negatif sumber tegangan maka ggl bertanda negatif.
Contoh Soal
1. Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada
gambar di samping, dengan hukum Kirchhoff
II
hitunglah
arus
yang
mengalir
dalam
rangkaian tersebut.
(1,5 A)
Kaji Soal
1. Suatu rangkaian seperti ditunjukkan pada
gambar
di
samping,
dengan
hukum
II
Kirchhoff, hitunglah arus yang mengalir dalam
rangkaian tersebut!
44 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
2.
Dinamis
Suatu rangkaian seperti pada gambar di
samping, dengan hukum II kirchoff, hitunglah
arus
yang
mengalir
dalam
rangkaian
tersebut!
Rangkaian dengan Dua Loop atau Lebih - Rangkaian yang memiliki dua loop atau
lebih disebut juga rangkaian majemuk.
Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk adalah sebagai berikut:
a. Gambarlah rangkaian listrik majemuk tersebut.
b. Tetapkan arah kuat arus untuk setiap cabang,
c. Tulislah persaman-persarmaan arus untuk tiap titik cabang menggunakan Hukum
I Kirchhoff
d. Tetapkan loop beserta arahnva pada setiap rangkaian tertutup.
e. Tulislah persarnaan-persamaan untuk setiap loop rnenggunakan Hukurn II
Kirchhoff
f.
Hitung besaran-besaran yang ditanyakan menggunakan persarnaan-persamaan
pada langkah e.
Contoh Soal
1. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut:
Tentukan:
a. Kuat arus yang mengalir dalam hambatan
1Ω, 2,5Ω dan 6Ω
b. beda potensial antara titik A dan B
a. kuat arus yang mengalir pada hambatan 1Ω adalah 2/9 A, yang
mengalir pada hambatan 2,5Ω adalah 4/9 A, dan yang mengalir pada
hambatan 6Ω adalah 2/9 A (tanda (–) menunjukan bahwa arah arus
berlawanan arah dengan arah pemisalan.
Kaji Soal
1. Tentukan
kuat
arus
yang
mengalir
melalui E1, E2, R3 !
45 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
2. Diberikan sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah loop dengan data sebagai
berikut
:
E1 = 6 volt, E2 = 9 volt, E3 = 12 volt
Tentukan :
a) Kuat arus yang melalui R1 , R2 dan R3
b) Beda potensial antara titik B dan C
c) Beda potensial antara titik B dan D
 Gaya Gerak Listrik (ggl) dan Tegangan Jepit

Ggl (𝜀) adalah beda potensial antara kedua kutub baterai, sebelum baterai
mengalirkan arus listrik (i = 0)

Tegangan jepit (V) adalah beda potensial antara kedua kutub baterai ketika
baterai mengalirkan arus listrik (i ≠ 0)

Ketika baterai dengan ggl (𝜀) mengalirkan arus listrik pada rangkaian maka terjadi
penurunan tegangan di dalam baterai yang nilainya i.r. penurunan tegangan ini
disebabkan oleh hambatan dalam r pada baterai tersebut.

Persamaan tegangan jepit:
Vab = Vjepit = 𝜀 - i.r = i R
Example:
Sebuah batu baterai AAA (A3) sebelum digunakan, jika diukur menggunakan
voltmeter, tegangan antara kutub positif (+) dan kutub negatif (-) adalah 1,5 volt,
maka nilai inilah yang disebut ggl (𝜺).
Pada saat baterai sedang digunakan untuk menyalakan lampu, jika diukur
menggunakan voltmeter, ternyata tegangan antara kutub positif (+) dan kutub
negatif (-) adalah 1,2 volt, nilai inilah yang disebut tegangan jepit.

Dari persamaan di atas, dapat ditentukan kuat arus listrik yang mengalir dalam
rangkaian tertutup sederhana, yaitu:
Vjepit = IR
ε
𝜀 = Ir +IR =I (r + R) maka 𝐼 = (r+R)
sehingga, 𝐈 =
𝐕𝐣𝐞𝐩𝐢𝐭
𝐑
=
𝛆
(𝐫+𝐑)
Vjepit = tegangan jepit (V)
𝜀 = ggl baterai (V)
R = hambatan luar (ohm)
r = hambatan dalam (ohm)
46 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
Contoh Soal
1. Perhatikan gambar berikut ini !
Jika arus listrik 2 ampere mengalir pada rangkaian yang
dihubungkan dengan hambatan R yang besarnya 5,5 ohm
dan diketahui hambatan dalam sumber tegangan r besarnya
0,5 ohm, maka berapakah besar GGL dan Tegangan Jepit
pada rangkaian tersebut ?
 Energi dan Daya Listrik
 Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh muatan listrik yang mengalir
karena adanya beda potensial dalam suatu rangkaian listrik tertutup.
Besarnya energi listrik (W) yang mengalir pada sebuah penghantar dapat
dirumuskan sebagai berikut:
𝑽𝟐
W=VIt=IRIt=
𝑹
𝒕
Keterangan:
W = energi listrik (Joule)
V = beda potensial / GGL / tegangan (volt)
I = arus listrik (Ampere)
t = waktu (s)
 Daya Listrik
Daya listrik adalah besarnya energi tiap satuan waktu.
P=
𝑾
𝒕
=VI=IRI=
𝑽𝟐
𝑹
P = daya listrik (watt)
1 watt = 1 Volt Ampere = 1 Joule/sekon
 Hitungan pembayaran pemakaian energi listrik dalam rumah tangga
Rekening listrik adalah suatu bentuk surat tagihan atas penggunaan energi listrik
yang kita pakai pada kehidupan sehari-hari dalam rumah tangga.
Rekening listrik dihitung dari penggunaan energi listrik selama satu bulan.
Untuk menghitung besarnya biaya pemakaian listrik digunakan rumus:
Biaya = Energi Listrik x tarif per kWh
Alat untuk mengukur rekening listrik disebut kWhmeter.
Satuan energi listrik yang digunakan PLN adalah kWh (kilo watt hours)
1 kWh = 3.600.000 J
47 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
Contoh Soal
1. Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah hambatan dan satu buah baterai 24 Volt
yang memiliki hambatan dalam 1 Ω. Lihat gambar dibawah dan tentukan:
a) Daya pada hambatan R1
b) Energi listrik yang diserap hambatan R1 dalam 5 menit
c) Daya rangkaian
d) Energi rangkaian dalam 5 menit
2. Diberikan sebuah rangkaian listrik seperti gambar berikut
Tentukan daya yang diserap R1!
3. Sebuah rumah memasang 5 lampu 20 watt dan menyala 12 jam sehari, 2 lampu
60 watt menyala 5 jam sehari, sebuah kulkas 125 watt menyala 24 jam sehari,
pesawat TV 200 watt menyala 6 jam sehari dan sebuah setrika listrik 250 watt
yang dipakai 2 jam sehari. Jika tarif listrik adalah Rp 750 / kwh, perkirakan biaya
listrik rumah tersebut dalam satu bulan (30 hari)!
Kaji Soal
1. Pada rangkaian berikut ini, tentukan:
a. Energi listrik yang diberikan baterai
b. Energi kalor yang muncul pada resistor 4 Ω
dan 2 Ω, selama 2 menit
2. Pada sebuah rumah terdapat 5 lampu masing-masing 10 watt, menyala selama
5 jam sehari, dan TV 50 watt menyala 5 jam sehari. Harga tiap kWh Rp. 100,00.
Biaya yang harus dibayar selama satu bulan (30 hari) adalah ....
3. Suatu pemanas listrik memiliki hambatan 25 Ω dihubungkan dengan sumber
tegangan 250 volt dan bekerja 24 jam, maka:
(1) Arus yang mengalir dalam pemanas 10 A
(2) Daya pemanas sebesar 2,5 kW
(3) Jika tarif listrik Rp 500/kWh, selama waktu tersebut diperlukan biaya Rp
3000
Pernyataan yang benar adalah...
a. 1 dan 2
c. 2 dan 3
b. 1 dan 2
d. 1
48 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
e. 1, 2, dan 3
Triyanti
Mandasari
Listrik
Dinamis
Kaji Soal UN
1. Dari gambar rangkaian di samping besar kuat arus rangkaian adalah…..
c. 3 A
d. 4 A
e. 6 A
f. 8 A
g. 12 A
2. Perhatikan rangkaian di samping ini! Bila hambatan
dalam sumber tegangan masing-masing 0,5 ohm,
besar kuat arus yang melalui rangkaian tersebut
adalah... (UN)
a. 0,5 A
c. 1,8 A
b. 1,5 A
d. 4,5 A
e. 5,4 A
3. Perhatikan gambar di samping! Besar kuat arus yang
melalui rangkaian tersebut adalah.... (UN)
a. 1 A
c. 2 A
b. 1,5 A
d. 2,75 A
e. 4 A
4. Pada rangkaian listrik sederhana seperti pada gambar! Besar kuat arus I 1 adalah
(UN)
a. 0,25 A
d. 0,45 A
b. 0,30 A
e. 0,50 A
c. 0,36 A
Daftar Pustaka
 Banun, Choirul dan Supriyana. 2013. Fresh UpdateTop No 1 Fisika SMA/MA untuk
Kelas 1, 2 & 3. Jakarta: Wahyumedia.
 Kanginan, Marten. 2007. Fisika untuk SMA Kelas X. Jakarta. Erlangga.
 http://fisikamemangasyik.wordpress.com/fisika-1/listrik/rfcfc/hukum-ii-kirchhoff/
 http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/7-rangkaian-listrik-dinamis
 http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/4-hambatan-listrik
 http://ipaedukasi-supena.blogspot.com/2013/08/cara-menghitung-tegangan-jepit-vdan.html
49 | F i s i k a
SMA
X
(2)/MA
Nurul
Huda/BY
Triyanti
Mandasari