LISTRIK DINAMIS_Arus Litrik dan Rangkaian Listrik

LISTRIK DINAMIS
Listrik mengalir
Standar Kompetensi :
Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya
dalam kehidupan sehari-hari.
Kompetensi Dasar :
Menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu
rangkaian serta penerapannya dalam kehidupan
sehari-hari.
Indikator :
1. Menjelaskan konsep arus listrik
2. Mejelaskan konsep Hukum Ohm
3. Menjelaskan konsep hambatan pada penghantar
4. Menghitung nilai hambatan pengganti
5. Menhitung nilai kuat arus percabangan
6. Menghitung nilai kuat arus pada rangkaian tertutup
SKL :
Menentukan besaran fisika pada berbagai bentuk rangkaian listrik
PETA KONSEP
Arus
listrik
Listrik
Dinamis
Hambatan
Jenis
Hukum
Ohm
Kondukti
vitas
Rangkaian
Hambatan
Hukum I
Kirchoff
Paralel
Seri
Rangkaian
listrik
Klik
Menentukan arus listrik dan arus elektron.
Klik
Klik
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 Tertutup
Rangkaian Terbuka
• Mengapa Lampu mati ?
• Mengapa Lampu menyala ?
Dalam rangkaian apa agar Arus listrik dapat mengalir ?
Aliran arus listrik
Benda A Potensial tinggi
Benda B Potensial rendah
Arus listrik
Konduktor
Arus elektron
Apakah ketika
terjadi aliran
muatan listrik dari B
ke A sampai
muatan di B habis ?
Ketika benda A dan B memiliki jumlah dan jenis muatan
muatan yang sama maka kedua benda dapat dikatakan telah
memiliki potensial yang bagaimana ?
Arus listrik dapat mengalir jika ada beda potensial
Umpan Balik:
Dua syarat agar arus listrik dapat mengalir adalah....
Kuat Arus Listrik
P
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan
yang mengalir pada penghantar tiap detik.
Q
I
t
1 A = 1 C/s
I = Kuat arus listrik ( Ampere )
Q = muatan ( Coulomb )
t = waktu ( secon
Hitung berapa banyak
muatan positif yang melewati
titik P dalam 10 sekon
Klik warna hijau ( mulai )
Klik warna merah ( berhenti )
)
Satu Ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar 1 coulomb
yang mengalir dalam penghantar selama satu sekon
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 ( tidak bercabang )
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 Listrik
Benda A
Potensial tinggi
Benda B
Potensial rendah
Konduktor
Arus elektron
Arus listrik
Benda C
Potensial rendah
Benda D
Potensial tinggi
Konduktor
Arus elektron
Arus listrik
W
V
Q
V = Beda Potensial ( Volt )
Q = Muatan ( Coulomb )
Benda D
Potensial tinggi
Konduktor
Arus elektron
Energi yang diperlukan untuk
memindah muatan listrik tiap
satuan muatan
W = Energi ( Joule )
Arus listrik
Benda C
Potensial rendah
Definisi Beda potensial listrik
1 Volt = 1J/C
Satu volt didefinisikan
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.
Klik
Cara Membaca Voltmeter
Skala yang ditunjuk jarum
Skala maksimum
Batas ukur
Nilai yang terukur = ….
HUKUM OHM
0,40
0,20
0,54
1,2
2,6
4,0
Dari tabel data dapat kita
ketahui jika beda potensial
diperbesar maka kuat arus
listriknya juga turut
membesar.
Jml
Baterai
1
2
3
V
I
Hubungan apa yang
didapatkan antara beda
potensial dengan kuat
arus listrik?
Buatlah grafik hubungan
antara beda potensial
dengan kuat arus listrik.
Grafik Hubungan
Beda potensail (V) terhadap
kuat arus listrik ( I )
Data
V
1,2
2,6
4,0
V(volt)
5,0
4,0
I
0,2
0,4
0,54
V ~ I
V = IR
3,0
2,0
1,0
V = Beda potensial ( volt )
I( A) I = Kuat arus listrik ( A )
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
R = Hambatan ( Ω )
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
10
10
10
I2 =
20
10
I3 =
30
10
I4 =
40
V
R
V
I2 =
R
V
I3 =
R
V
I4 =
R
I( A)
30
20
10
0,25
0,50
0,75
1,0
I1 = 1,0 A
I1 =
I1 =
1,5
R
I2 = 0,5 A
I3 = 0,3 A
I4 = 0,25 A
V
=
I
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
Tembaga
Alluminium
Variabel manipulasi
: jenis kawat
Variabel respon
: Hambatan
Variabel kontrol
: panjang, luas penampang kawat
IA < IB
RA > RB
rAℓ > rCu
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
Klik
Plastik isolator
kayu
Alluminium konduktor
plastik
alluminium
Besi konduktor
besi
tembaga
Tembaga konduktor
Hukum I Kirchoff
Rangkaian seri
L1
L2
Berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu 1 dan lampu 2
Pada rangkaian tidak bercabang ( seri ) kuat arus listrik
dimana-mana sama
Rangkaian Paralel
L2
L1
Apakah ketiga amperemeter menunjukkan angka yang sama ?
Pada rangkaian bercabang (Paralel) Jumlah kuat arus
Σ Imasuk
listrik yang masuk pada titik cabang sama dengan
jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang
= Σ Ikeluar
Klik
Contoh
Pada titik cabang Q
1. Perhatikan rangkaian di bawah
dan tentukan nilai I1, I2, I3 ?
10 A + I1 = I2
10A
P
I = 40 A
25A
10 A + 5 A = I2
Q I2 S
I1
Jawab
Pada titik cabang P
I3
15 A = I2
Pada titik cabang S
I = 10 A + I1 + 25 A
I2 + 25 A = I3
40 A = 10 A + I1 + 25 A
15 A + 25 A = I3
40 A = 35 A + I1
I1 = 40 A - 35 A
I1 = 5 A
40 A = I3
1. Tentukanlah kuat arus I1 sampai dengan I6 ? 3. Perhatikan rangkaian di bawah dan
tentukan nilai I1 sampai I7 ?
50 mA I1
I2
I3
I4
30mA I
I6
5
23mA
I
7
15 mA
2.
I2
I = 20 A
I1
I4
I3
12 A
I1 I3
I2
Jika I1 = I2
I3 : I4 = 1 : 2
dan I5 = 2 I6
Jika I1 : I2 = 1 : 4
dan I1 : I2 = 1 : 3
Tentukan I1 sampai I4 ?
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
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