BAHAN AJAR LISTRIK STATIS Beda Potensial dan Energi Listrik ILMU PENGETAHUAN ALAM KELAS IX SMP TAKHASSUS AL-QUR’AN AN NIDA’ SELOMERTO Disusun oleh Fatahilah Ibnu Faid Afriyadi, S.Pd. / 20030709710203 PROGRAM PENDIDIKAN PROFESI GURU (PPG) DALAM JABATAN UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR 2020 1 KOMPETENSI DASAR 3.4 Menjelaskan konsep listrik statis dan gejalanya dalam kehidupan sehari-hari, termasuk kelistrikan pada sistem saraf dan hewan yang mengandung listrik. 4.4 Menyajikan hasil pengamatan tentang gejala listrik statis dalam kehidupan sehari-hari. TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah melakukan studi literasi, pengamatan pada vidio pembelajaran dan diskusi kelas, peserta didik dapat : 1. 2. 3. 4. 5. 6. Menyebutkan penyebab terjadinya perpindahan muatan listrik dengan tepat. Menjelaskan proses terjadinya petir dengan benar. Menghitung beda potensial listrik dengan benar Menganalisis beda potensial dua benda bermuatan dengan benar. Menyajikan hasil pengamatan beda potensial listrik dengan benar Mempersentasikan hasil pengamatan beda potensial listrik dengan benar 2 PETA MATERI Listrik Statis dalam Kehidupan Sehari-hari Penerapan Listrik Statis dalam kehidupan sehari-hari Konsep Listrik Statis Muatan Listrik Hukum Coulomb Medan Listrik Beda Potensial dan Energi Listrik Kelistrikan pada Sel Saraf Hewanhewan Penghasil Listrik Penggunaan Listrik Statis dalam Teknologi 3 PENDAHULUAN Cakupan Materi Anak-anak yang berbahagia, semoga kita senantiasa dalam rahmat dan lindungan Allah SWT. Pada modul Listrik Statis : Beda Potensial dan Energi Listrik ini kita dapat bersama-sama mempelajari proses terjadinya petir, penyebab terjadinya perpindahan muatan listrik dan menghitung besar beda potensial dan energi listrik. Modul ini dilengkapi dengan gambar-gambar, link video serta contoh masalah dan penyelesaianya. Sehingga setelah mempelajari modul ini diharapkan kalian akan mencapai tujuan pembelajaran yang diharapkan. Manfaat Setelah mempelajari modul Listrik Statis : Beda Potensial dan Energi Listrik ini kita akan mendapatkan memahami apa itu beda potensial listrik, bagaimana proses terjadinya petir dan bagaimana cara menghitung beda potensial dan energi listrik. Hal ini tentunya sangat penting karena pemahaman tentang beda potensial dan energi listrik akan sering kita gunakan dalam penggunaan berbagai macam alat yang berhubungan dengan listrik. Petunjuk Belajar Agar kalian mampu mencapai tujuan pembelajaran yang diharapkan dalam pembelajaran ini, silahkan pelajari modul ini dengan mengikuti petunjuk berikut ini: 1. Mulailah pembelajaran dengan berdo’a kepada Allah SWT. mengharapkan kemudahan dalam mempelajari modul ini. 2. Baca dengan seksama tujuan pembelajaran yang harus dicapai 3. Pelajari modul ini dengan sungguh-sungguh 4. Simaklah video pembelajaran dengan mengikuti link yang sudah disediakan 5. Tandai hal-hal yang penting pada modul ini 6. Selesaikan latihan soal yang disediakan pada akhir modul 4 URAIAN MATERI Beda Potensial dan Energi Listrik 1. Petir Tahukah kamu, mengapa petir berbahaya? Apa sebenarnya petir itu? Orang yang pertama kali menyatakan bahwa petir terjadi akibat adanya gejala listrik statis adalah Benjamin Franklin (1706 – 1790). Menurutnya, petir adalah kilatan cahaya yang muncul akibat perpindahan muatan negatif (elektron) antara awan dan awan atau antara awan dan bumi. Petir dapat terjadi karena adanya beda potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda atau antara awan dengan bumi. Akibatnya akan terjadi lompatan muatan listrik atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke awan atau dari awan ke bumi. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur, dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya, untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron adalah udara. Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan. 2. Beda potensial listrik Beda potensial atau biasa disebut tegangan listrik adalah perbedaan jumlah elektron yang berada pada suatu arus listrik. Perbedaan jumlah elektron ini dapat disebabkan karena adanya penumpukan elektron pada satu sisi sumber arus listrik dan di sisi lain jumlah elektronnya lebih sedikit. Dua benda yang mempunyai beda potensial dapat menyebabkan terjadinya arus listrik, dengan syarat kedua benda tersebut dihubungkan oleh suatu penghantar. 5 Benda yang muatan listrik positifnya lebih banyak, maka dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi. Sedangkan benda yang muatan listrik negatifnya lebih banyak, dikatakan benda tersebut mempunyai potensial lebih rendah. Gambar 1.1 Dua benda bermuatan Benda A memiliki muatan positif lebih banyak atau mempunyai potensial lebih tinggi daripada benda B. Dengan demikian, arus listrik yang terjadi akan berasal dari benda A menuju ke benda B. Besarnya Beda potensial dapat diukur dari perbedaan atau selisih muatan listrik dua titik. Adanya arus listrik ini sebagai usaha penyeimbangan potensial antara A dan B, sehingga arus listrik seolah-olah berupa arus muatan positif. 3. Penyebab terjadinya beda potensial listrik Beda potensial dapat muncul jika ada gaya magnet yang memengaruhi benda yang memiliki muatan listrik. Beda potensial juga dapat terjadi jika suatu rangkaian listrik disentuh oleh materi yang dapat menghantarkan listrik (konduktor), sehingga elektron akan mengalir melalui materi tersebut. Hal inilah yang menyebabkan mengapa manusia dapat tersengat listrik jika menyentuh benda yang dialiri oleh listrik. Efek dari aliran listrik saat tersengat ini tergantung besar kecilnya perbedaan elektron pada materi tersebut. Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah Voltmeter. Pada saat mengukur beda potensial listrik, voltmeter harus dipasang paralel dengan benda yang akan diukur. Selanjutnya, menghubungkan ujung yang potensialnya lebih tinggi ke kutub positif dan ujung yang potensialnya lebih rendah ke kutub negatif. 6 Gambar 1.2 Voltmeter 4. Menghitung beda potensial dan energi listrik Beda potensial listrik adalah banyaknya energi listrik yang dibutuhkan untuk mengalirkan muatan listrik dari ujung-ujung penghantar. Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan sebagai berikut. 𝑉= 𝑊 𝑄 Keterangan : V = Beda potensial listrik (Volt) W = Energi Listrik (Joule) Q = Muatan Listrik (Coulomb) Agar lebih memahami penerapan rumus diatas, mari kita pelajari contoh soal berikut : Contoh Soal : 1. Berapakah beda potensial kutub-kutub baterai sebuah rangkaian, jika baterai tersebut membutuhkan energi sebesar 60 Joule untuk memindahakan muatan sebesar 20 Coulomb? Diketahui : 𝑊 = 60 𝐽 𝑄 = 20 𝐶 Ditanya : Beda potensial Jawab : 𝑉= 𝑊 60 𝐽 = = 3 𝑉𝑜𝑙𝑡 𝑄 20 𝐶 7 2. Sebuah baterai memiliki beda potensial sebesar 1,5 volt. Berapakah besar energi yang diperlukan baterai jika digunakan untuk memindahkan muatan sebanyak 40 coulomb? Diketahui : 𝑉 = 1,5 𝑉 𝑄 = 40 𝐶 Ditanya : Besar energi untuk memindahkan muatan Jawab : 𝑊 = 𝑉 × 𝑄 = 1,5 𝑉 × 40 𝐶 = 60 𝐽 LATIHAN Untuk memperdalam pemahaman Kalian mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan berikut! 1. Jelaskan proses terjadinya petir! 2. Apa penyebab terjadinya perpindahan muatan listrik ? 3. Jika ada dua benda bermuatan listrik seperti empat gambar berikut, maka benda manakah yang memiliki beda potensial yang lebih besar? 4. Jika selisih potensial antara benda A dan B cukup besar, maka akan terjadi loncatan muatan listrik (elektron). Dari benda mana ke benda manakah loncatan elektron tersebut mengalir? 8 5. Apa yang terjadi apabila benda A dan B memiliki elektron yang sama? Apakah ada perpindahan elektron? 6. Beda potensial antara dua titik pada kawat penghantar sebesar 9 V. Berapakah energi listrik yang digunakan untuk memindahkan muatan sebesar 30 C di antara dua titik tersebut? 7. Jumlah muatan yang dipindahkan pada sebuah rangkaian listrik adalah 15 C. Jika energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan tersebut dari ujung-ujung rangkaian listrik adalah 45 J, berapakah beda potensial antara ujung-ujung rangkaian tersebut? Petunjuk Jawaban Latihan 1. Petir dapat terjadi karena adanya beda potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda atau antara awan dengan bumi. Akibatnya akan terjadi lompatan muatan listrik atau perpindahan elektron secara besar-besaran dari awan ke awan atau dari awan ke bumi 2. Dua benda yang mempunyai beda potensial dapat menyebabkan terjadinya pepindahan muatan listrik. 3. Benda yang memiliki potensial yang lebih besar sebagai berikut. a. Benda yang memiliki beda potensial lebih besar adalah benda A. Muatan A: +2 Muatan B: -2 Sehingga muatan A lebih besar. Beda potensial kedua muatan adalah: Beda potensial = (+2) – (-2) = 4 b. Benda yang memiliki beda potensial lebih besar adalah benda B. Muatan A: +2 Muatan B: +4 Sehingga muatan B lebih besar. Beda potensial kedua muatan adalah: Beda potensial = (+2) – (+4) = 2 c. Benda yang memiliki beda potensial lebih besar adalah benda A. Muatan A: -1 Muatan B: -8 Sehingga muatan A lebih besar. Beda potensial kedua muatan adalah: Beda potensial = (-1) – (-8) = 7 d. Benda A dan benda B memiliki beda potensial yang sama besar. Muatan A: -2 Muatan B: -2 Sehingga muatan A dan B sama besar. Beda potensial kedua muatan adalah: Beda potensial = (-2) – (-2) = 0 9 4. Loncatan elektron terjadi dari benda yang memiliki muatan elektron lebih banyak ke benda yang memiliki muatan elektron lebih sedikit. 5. Tidak ada perpindahan elektron. 6. Diketahui : 𝑉 = 9𝑉 𝑄 = 30 𝐶 Ditanya: besar energi untuk memindahkan muatan (W) Jawab: 𝑊 = 𝑉 × 𝑄 = 9 𝑉 × 30 𝐶 = 270 𝐽 7. Diketahui : 𝑊 = 45 𝐽 𝑄 = 15 𝐶 Ditanya : beda potensial Jawab 𝑊 45 𝐽 𝑉= = = 3 𝑉𝑜𝑙𝑡 𝑄 15 𝐶 10 RANGKUMAN 1. Petir dapat terjadi karena adanya beda potensial yang sangat besar antara dua awan yang berbeda atau antara awan dengan bumi. Akibatnya akan terjadi lompatan muatan listrik atau perpindahan elektron secara besarbesaran dari awan ke awan atau dari awan ke bumi 2. Dua benda yang mempunyai beda potensial dapat menyebabkan terjadinya pepindahan muatan listrik 3. Beda potensial listrik adalah banyaknya energi listrik yang dibutuhkan untuk mengalirkan muatan listrik dari ujung-ujung penghantar 4. Hubungan antara energi listrik, muatan listrik, dan beda potensial listrik secara matematik dirumuskan sebagai berikut. 𝑉= 𝑊 𝑄 1. DAFTAR PUSTAKA a. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018. Buku Guru Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTsKelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. b. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018. Buku Siswa Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTsKelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. c. Gosline, Anna. 2005. “Petir”, https://id.wikipedia.org/wiki/Petir, diakses pada 2 Oktober 2020 pukul 15.00 WIB. d. Riyanto, Agus. 2019. “Beda Potensial Listrik, Rumus, Contoh Soal, dan Penyelesaiannya”, https://www.amongguru.com/beda-potensial-listrik-rumus-contohsoal-dan-penyelesaiannya/, diakses pada 2 Oktober 2020 pukul 15.00 WIB. 11
