lks listrik dinamis
advertisement
Lembar Kerja Siswa (LKS) Fisika Kelas X Semester 2 Waktu : 48 x 45 menit [Listrik Dinamis] NAMA ANGGOTA : ο IRENE TASYA ANGELIA (3215149632) ο SARAH SALSABILA (3215141709) ο SABILA RAHMA (3215141713) UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA LEMBAR KERJA SISWA (LKS) FISIKA KELAS X SEMESTER II LISTRIK DINAMIS Waktu : 48 x 45 menit Standar 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. Mengidentifik-asi penerapan listrik AC dan DC dalam kehidupan sehari-hari. 5.3. Menggunakan alat ukur listrik. Indikator 1. Memformulasikan besaran kuat arus dalam rangkaian tertutup sederhana 2. Memformulasikan besaran hambatan dalam rangkaian seri dan pararel. 3. Memformulasikan besaran tegangan dalam rangkaian tertutup sederhana dengan menggunakan hukum II Kirchhoff. 4. Mengidentifikasi penerapan arus listrik searah dalam kehidupan sehari-hari. 5. Mengidentifikasi penerapan arus listrik bolak-balik dalam kehidupan seharihari. 6. Menggunakan amperemeter dalam rangkaian. 7. Menggunakan voltmeter dalam rangkaian. 8. Menggunakan ohmmeter dalam rangkaian. A. Arus Listrik Besarnya arus listrik dinamakan kuat arus listrik dan didefinisikan sebagai banyaknya muatan positif yang melalui suatu titik tiap satu satuan waktu. Kuat arus listrik dapat diukur dengan alat yaitu amperemeter. Dan kuat arus listrik dapat di rumuskan sebagai berikut: Keterangan : I = kuat arus listrik (A) π I= οt = waktu (s) βπ‘ Q = muatan listrik yang mengalir (C) Percobaan Kuat Arus Listrik A. Tujuan Anda dapat memahami kuat arus listrik. B. Alat dan Bahan Tiga buah baterai, 1 buah lampu, kabel, papan kayu, paku payung, dan alas bola lampu. C. Langkah Kerja 1. Rangkailah bola lampu dan sebuah baterai dengan menggunakan kabel di atas papan kayu seperti pada gambar di samping! 2. Amatilah nyala bola lampu! 3. Lakukan kegiatan di atas dengan menggunakan 2 baterai dan 3 baterai! 4. Bandingkan nyala bola lampu! 5. Apa kesimpulan Anda? B. Beda Potensial Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial ini berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik disebut voltmeter. Secara matematis beda potensial dapat dituliskan sebagai berikut. Keterangan: π V = beda potensial (V) V= π W = usaha/energi (J) Q = muatan listrik (C) Percobaan Beda Potensial A. Tujuan Anda dapat melakukan pengukuran beda potensial. B. Alat dan Bahan Bola lampu, batu baterai, voltmeter, dan kabel. C. Langkah Kerja 1. Rangkailah alat-alat tersebut seperti gambar di samping! 2. Catatlah beda potensial yang ditunjukkan voltmeter! 3. Ulangi kegiatan di atas dengan menggunakan 2 dan 3 baterai! 4. Apa kesimpulan Anda? C. Hukum OHM Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Arus (I) pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial (V) yang diberikan ke ujung-ujung kawat penghantar tersebut. Besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan (R) yang dimiliki kawat terhadap aliran elektron. Kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Ohm, dan dinyatakan dengan persamaan: Keterangan : V = I R V = beda potensial (volt) I = kuat arus (ampere) R = hambatan kawat penghantar (Ohm) Percobaan Hubungan Kuat Arus Listrik dengan Beda Potensial A. Tujuan Anda dapat mengetahui hubungan antara kuat arus listrik dengan beda potensial. B. Alat dan Bahan Empat buah baterai 1,5 volt, amperemeter, lampu pijar, dan kabel. C. Langkah Kerja 1. Rangkailah sebuah baterai, amperemeter, dan lampu seperti pada gambar di samping dengan menggunakan kabel! 2. Baca dan catat skala yang ditunjukkan oleh amperemeter ke dalam tabel seperti berikut! Tabel Hasil Pengamatan NO 1 2 3 4 Jumlah Baterai 1 baterai 2 baterai 3 baterai 4 baterai Beda Potensial (V) 1.5 V 3V 4.5 V 6V Kuat Arus (I) …. …. …. …. V/I …. …. …. …. 3. Ulangi kegiatan di atas dengan menggunakan 2, 3, dan 4 baterai! 4. Catatlah data yang Anda peroleh! 5. Apa kesimpulan Anda? D. Hambatan Listrik Berdasarkan persamaan hukum Ohm, hambatan listrik dapat didefinisikan sebagai hasil bagi beda potensial antara ujung-ujung penghantar dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. 1. Jenis-jenis hambatan a. Resistor tetap Pada resistor tetap yang biasanya dibuat dari karbon atau kawat nikrom tipis, nilai hambatannya disimbolkan dengan warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya. Simbol warnawarna tersebut mempunyai arti sesuai dengan letaknya. b. Resistor variable Resistor variabel yang kita kenal ada dua, yaitu resistor variabel tipe berputar dan bergeser (rheostat). Pada prinsipnya, cara kerja kedua resistor ini adalah sama, yaitu memutar atau menggeser kontak luncur untuk menambah atau mengurangi nilai hambatan sesuai kebutuhan. Resistor variabel ini dapat kita temui pada sistem volume di radio, tape recorder, dan alat-alat elektronik lainnya. 2. Hambatan pada kawat penghantar Hambatan listrik suatu kawat penghantar dipengaruhi oleh panjang kawat ( l ), hambatan jenis kawat ( ο² ), dan luas penampang kawat (A). Secara matematis, hubungan ketiga faktor tersebut dapat dituliskan sebagai berikut. Keterangan: R : hambatan kawat penghantar (ο) π R=ο² l : panjang kawat penghantar (m) π΄ A : luas penampang kawat penghantar (m2) ο² : hambatan jenis kawat penghantar (οm) E. Arus dan Tegangan AC – DC Apabila sebuah baterai dihubungkan pada suatu rangkaian, arus mengalir dengan tetap pada satu arah yang disebut arus searah atau DC (direct current). Untuk generator listrik pada pusat pembangkit tenaga listrik menghasilkan arus bolak-balik atau AC (alternating current). a) Arus dan tegangan bolak-balik V = Vmaks sin ωt I = Imaks sin ωt Keterangan : V = tegangan yang selalu berubah terhadap waktu (volt) Vmaks = tegangan maksimum (volt) I = arus yang selalu berubah terhadap waktu (ampere) Imaks = arus maksimum (ampere) ω = kecepatan sudut (rad\s) b) Nilai effektif Vefff = πππππ Iefff = √2 πΌππππ √2 c) Induktor dalam rangkaian arus bolak-balik V = Vmaks sin ωt π I = Imaks sin (ωt - ) 2 Reaktansi Induktif (XL) : XL = ω L Imaks = πππππ Xπ d) Kapasitor dalam rangkaian arus bolak-balik V = Vmaks sin ωt π I = Imaks sin (ωt + 2 ) Reaktansi Kapasitas (XC) : XC = 1 ππΆ Imaks = πππππ Xπ e) Rangkaian R, L, C pada tegangan bolak-balik 1. Hubungan tegangan Keterangan : 2 2 V = √ππ + (πL − πC ) V = tengangan total pada rangkaian (volt) VR = tengangan pada hambatan (volt) VL = tengangan pada hambatan (volt) VC = tengangan pada kapasitor (volt) 2. Hubungan hambatan Z = √π 2 + (πL − πC )2 Z = √π 2 (πL − 1 2 ) πC Keterangan : R = hambatan (ohm) Z = impedansi (hambatan total) XC = reaktansi kapasitif (ohm) XL = reaktansi induktif (ohm) F. Hukum Kirchhoff 1. Hukum I Kirchhoff “Arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut.” ∑ πΌπππ π’π = ∑ πΌππππ’ππ Sumber : Fisika Kelas 10 Setya Nugroho Kuat Arus dan Rangkaian Bercabang A. Tujuan Sisw dapat mengetahui kuat arus disetiap titik dalam rangkaian bercabang. B. Alat dan Bahan Baterai, 4 buah amperemeter, 2 lampu pijar, dan kabel. C. Langkah Kerja 1. Buat rangkaian seperti gambar 2. Tutuplah sakelar (s) dan bacalah skala yang ditunjukkan oleh jarus amperemeter 1, 2, 3, dan 4 3. Bandingkan besar kuat arus pada masing-masing amperemeter tersebut 4. Apa kesimpulanmu? 2. Hukum II Kirchhoff “Jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian harus sama dengan nol.” Hukum II Kirchhoff dikenal juga dengan Hukum Loop. Hukum ini di dasarkan pada hukum kekekalan energi. ∑ π + ∑(I x R) = 0 Ketentuan : a. Semua hambatan (R) dihitung positif. b. Pada arah perjalanan atau penelusuran rangkaian tertutup (loop), jika sumber arus berawal dari kutub negatif ke kutub positif atau bertemu dengan kutub positif sumber tegangan, maka gglnya dihitung positif. Jika sebaliknya dari kutub positif ke kutub negatif atau bertemu dengan kutub negatif sumber tegangan, maka ggl nya dihitung negatif. c. Arus yang searah dengan penelusuran loop dihitung positif, sedang yang berlawanan dengan arah penelusuran dihitung negatif. d. Jika hasil akhir perhitungan kuat arus bernilai negatif, maka kuat arus yang sebenarnya merupakan kebalikan dari arah yang ditetapkan. G. GGL dan Rangkaian GGL Komponen sumber tegangan seperti baterai atau generator listrik yang mengubah energi tertentu menjadi energi listrik disebut sumber Gaya Gerak Listrik (GGL). π = π − πΌ. π 1. Rangkaian GGL Seri V = Tegangan di antara kutub baterai (V) π = GGL baterai (V) I = Arus yang mengalir (A) r = Hambatan dalam baterai (Ω) Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun seri, ternyata tegangan total merupakan jumlah aljabar dari tegangan masing-masing sumber ggl. πΌ= ππ = π1 + π2 + π3 + β― + ππ ππ = π1 + π2 + π3 + β― + ππ 2. Rangkaian GGL Paralel Apabila dua atau lebih sumber ggl (misalnya baterai) disusun paralel, ternyata tegangan total besarnya sama dengan tegangan masing-masing sumber ggl dan membangkitkan arus yang lebih besar. π ππ = π + ππ π + ππ I = arus yang mengalir (A) ππ = ggl pengganti seri dari sumber yang sejenis (V) R = hambatan resistor (Ω) rs= hambatan dalam pengganti seri (Ω) n = jumlah sumber ggl yang sejenis ε= ggl sumber/baterai (V) r = hambatan dalam baterai (Ω) ππ = π1 = π2 = π3 = β― = ππ 1 1 1 1 1 = + + + β―+ ππ π1 π2 π3 ππ πΌ= ππ π = π + ππ π + π π H. Rangkaian Hambatan Dalam arus listrik terdapat hambatan listrik yang menentukan besar kecilnya arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya, dan sebaliknya. I ∝ 1/R 1. Rangkaian Hambatan Seri Rangkaian seri berarti sambungan antara ujung komponen satu dengan pangkal komponen lain secara berurutan. Jika terdapat beberapa hambatan dirangkai seri, kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan, maka masing-masing hambatan itu dialiri arus listrik yang sama besar. I1 = I2 = I3 VAC = VAB + VBC Rs = R1 + R2 2. Rangkaian Hambatan Paralel Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Jika hambatan yang dirangkai paralel dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka tegangan pada ujungujung tiap hambatan adalah sama besar. VAC = VAB = VBC π π π 1 × π 2 = π 1 + π 2 I1 = I2 + I3 π π π = + π π π 1 π 2 1 1 1 1 = + + β―+ π π π 1 π 2 π π Tambahan : Jika ada rangkaian hambatan yang sulit, gunakan cara segitiga hambatan I. ENERGI DAN DAYA LISTRIK 1. Energi Listrik Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Menurut Hukum Ohm : π=ππ π = πΌ2 π π π=ππΌπ‘ π= π2 π‘ π Keterangan : P = Daya Listrik (Watt) W = Energi listrik (Joule) Q = Muatan Listrik (coloumb) V = Beda potensial (volt) T = Waktu aliran (sekon) R = Hambatan (β¦) I = Kuat Arus (ampere) 2. Daya Listrik Daya listrik merupakan laju aliran listrik atau besarnya energi yang mengalir atau diserap setiap satuan waktu. π= π π‘ π =π ×πΌ Menurut Hukum Ohm, π = πΌ2 π atau π = π2 π J. Daya Listrik dalam Kehidupan Sehari-hari Pemasangan alat listrik di rumah-rumah dirangkai secara paralel. Hal ini diharapkan agar tegangan yang melalui alat-alat tersebut besarnya sama. Untuk menghitung besar energi listrik yang digunakan pada suatu rumah, PLN memasang alat yang disebut kWh (kilowatt hours) meter (meteran listrik). 1 kWh didefinisikan sebagai daya sebesar 1.000 watt yang digunakan selama 1 jam. Jadi, persamaannya dapat ditulis sebagai berikut. Energi yang digunakan (kWh) = daya (kW) x waktu (h) W=Pxt Biaya yang harus dibayarkan : Biaya = Jumlah energi yang digunakan x biaya per kWh K. Penghematan Energi Listrik Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk menghemat listrik di rumah : 1. Menggunakan lampu neon daripada lampu pijar 2. Menggunakan alat listrik berdaya rendah 3. Mengatur waktu pemakaian dengan baik Berilah tanda silang (x) pada salah satu huruf a,b,c,d, atau e pada jawaban yang paling tepat! 1. Alat untuk mengukur kuat arus listrik yang benar adalah .... a. voltmeter b. amperemeter c. ohmmeter d. galvanometer e. osiloskop 2. Arus listrik dapat mengalir dalam suatu penghantar listrik jika terdapat .... a. potensial listrik pada setiap titik pada penghantar tersebut b. elektron dalam penghantar tersebut c. beda potensial listrik pada ujung-ujung penghantar tersebut d. muatan positif dalam penghantar tersebut e. muatan positif dan negatif dalam penghantar tersebut 3. Apabila suatu penghantar listrik mengalirkan arus 200 mA selama 5 sekon, muatan yang mengalir pada penghantar tersebut adalah .... a. 1 coulomb b. 5 coulomb c. 0,25 coulomb d. 50 coulomb e. 10 coulomb 4. Satuan kuat arus listrik adalah ... a. volt/sekon b. ohm coulomb c. ohm meter d. coulomb/sekon e. joule/sekon 5. Besar hambatan listrik suatu kawat penghantar tergantung pada: (1) panjang kawat (2) luas penampang kawat (3) jenis kawat (4) kuat arus listrik yang mengalir pada kawat Pernyataan yang benar adalah .... a. (1), (2), (3), (4) b. (1), (2), (3) c. (1), (3) d. (2), (4) e. (4) saja 6. Semakin besar beda potensial ujung-ujung kawat penghantar maka semakin: (1) besar muatan listrik yang mengalir melalui penghantar (2) besar kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar (3) besar nilai hambatan jenis penghantar Pernyataan yang benar adalah .... a. (1), (3) b. (2), (3) c. (1), (2) d. (1), (2), (3) e. (3) 7. Seutas kawat dengan panjang 8 m, luas penampang 0,5 mm2 serta memiliki hambatan jenis 2,5.10-6 Ωm. Jika kawat dialiri arus listrik hingga ujung-ujungnya mempunyai beda potensial 8 volt, maka kuat arus listrik yang mengalir melalui penghantar tersebut adalah .... a. 0,2 A b. 0,02 A c. 0,002 A d. 2 A e. 20 A 8. Nilai hambatan jenis dari suatu kawat penghantar tergantung: (1) panjang kawat (2) luas penampang kawat (3) jenis kawat (4) bentuk kawat Pernyataan yang benar adalah .... a. (1), (2), (3) b. (1), (3) c. (2), (4) d. (3) saja e. (4) saja 9. Titik Adan B diberi beda potensial listrik tertentu. Pada saat titik A dan B dihubungkan dengan penghantar yang berhambatan 15 ohm arus listrik yang mengalir 20 mA. Dengan demikian jika titik A dan B dihubungkan dengan penghantar yang berhambatan 10 ohm arus listrik yang mengalir .... a. 15 mA b. 20 mA c. 10 mA d. 30 mA e. 25 mA 10. Tiga buah penghantar masingmasing berhambatan 6 ohm dirangkai. Yang tidak mungkin sebagai nilai penghambat pengganti dari ketiga hambatan tersebut adalah .... a. 10 ohm b. 2 ohm c. 4 ohm d. 9 ohm e. 12 ohm 11. Sebuah resistor diberi beda potensial sebesar 50 volt dan arus yang mengalir pada resistor 120 mA. Supaya arus yang mengalir menjadi 0,6 A, beda potensial sumbernya adalah .... a. 100 V b. 300 V c. 150 V d. 400 V e. 250 V 12. Diketahui tiga buah hambatan masing-masing besarnya 12 ohm. Jika ketiga hambatan tersebut dirangkai dengan berbagai cara, hambatan pengganti yang tidak mungkin adalah .... a. 4 ohm b. 18 ohm c. 6 ohm d. 36 ohm e. 10 ohm 13. Suatu penghantar yang panjangnya L dan luas penampangnya A, memiliki hambatan R. Jika penghantar yang sejenis dengan panjang 2L dan luas penampangnya 0,5A maka besarnya hambatan adalah .... a. 0,25 R b. 2 R c. 0,5 R d. 4 R e. R 14. Suatu penghantar panjangnya 2 m dipasang pada beda potensial 6 V, ternyata arus yang mengalir 3 A. Jika luas penampang kawat 5,5 × 10-2 mm2, maka besar hambatan dan hambatan jenis kawat adalah … . a. 2 Ω dan 2,75 × 10-8 Ωm b. 2 Ω dan 5,5 × 10-8 Ωm c. 2 Ω dan 1,1 × 10-7 Ωm d. 20 Ω dan 5,5 × 10-7 Ωm e. 20 Ω dan 2,75 × 10-7 Ωm 15. Dari percobaan hubungan tegangan (V) dengan kuat arus (I) pada resistor, dihasilkan grafik V–I pada gambar di bawah. Jika V = 5,0 volt, maka besar kuat arus yang mengalir adalah .... a. 5 mA b. 10 mA c. 20 mA d. 40 mA e. 35 mA 16. Berikut adalah langkah-langkah yang harus dilakukan untuk mengurangi pemborosan energi listrik, kecuali .... a. menggunakan lampu neon berdaya rendah b. menggunakan listrik berdaya besar c. mematikan lampu di siang hari d. mengurangi waktu penggunaan alat listrik e. mematikan televisi saat ditinggal pergi 17. Pada sebuah rumah terdapat 2 lampu, masing-masing 25 W. Jika menyala selama 5 jam sehari, televisi 50 W menyala 5 jam sehari dan harga per kWh Rp200,00, maka biaya yang harus dibayar adalah .... a. Rp3.000,00 d. Rp15.000,00 b. Rp4.200,00 e. Rp25.000,00 c. Rp6.200,00 18. Setrika listrik mempunyai daya 200 W. Bila setrika dipakai 1 jam tiap hari selama 30 hari, maka energi listrik yang digunakan sebesar .... a. 6 kWh d. 6.000 kWh b. 360 kWh e. 9.000 kWh c. 130 kWh 19. Arus maksimum yang melalui sekring adalah 3,4 A. Banyaknya lampu yang dapat dipasang paralel dengan tegangan 220 V/110 W agar sekring tidak putus adalah .... a. 8 buah d. 5 buah b. 7 buah e. 4 buah c. 6 buah 20. Sebuah baterai dihubungkan dengan sebuah resistor akan menghasilkan arus 0,6 A. Jika pada rangkaian tersebut ditambahkan sebuah resistor 4Ω yang dihubungkan seri dengan resistor pertama, maka arus akan turun menjadi 0,5 A. Ggl baterai adalah … . a. 10 V d. 13 V b. 11 V e. 14 V c. 12 V Kerjakan soal-soal berikut dengan benar! 1. Jelaskan apa yang Anda ketahui tentang hukum Ohm? Jelaskan! 2. Jelakan secara singkat apa yang dimaksud dari : a. Kuat arus b. Beda potensial c. Hambatan 3. Arus sebesar 2 A mengalir pada kawat penghantar yang memiliki beda potensial 12 V. Besar muatan yang mengalir tiap menit pada kawat penghantar itu adalah …… 4. Pada suatu kawat penghantar yang luas penampangnya 0,2 mm2 mengalir arus listrik sebesar 0,17 A. Untuk waktu selama satu jam, tentukan: a. besar muatan yang mengalir, b. banyaknya elektron yang mengalir, jika muatan elektron 1,6 × 10-19 C! 5. Suatu penghantar panjangnya 2 m dipasang pada beda potensial 6 V, ternyata arus yang mengalir 3 A. Jika luas penampang kawat 5,5 × 10-2 mm2, maka tentukan : a. besar hambatan, dan b. hambatan jenis kawat 6. Sebuah lampu 15 W dan 5 W masing-masing dinyalakan selama 5 dan 12 jam tiap hari. Tentukan energi listrik yang diperlukan oleh kedua lampu tersebut selama 1 bulan! Jika PLN menetapkan tarif Rp100,00/kWh, maka berapa biaya yang harus dibayarkan ke PLN? 7. Berdasarkan gambar rangkaian listrik di samping, tentukanlah : a. hambatan pengganti antara A dan C b. kuat arus yang keluar dari elemen c. Vab, Vbc, dan Vac d. Kuat arus yang melalui R2 dan R5 8. Dari rangkaian listrik di samping, tentukanlah : a. kuat arus pada masing – masing cabang b. beda potensial antara titik E dan F juga antara E dan C 9. Sebuah peralatan listrik memiliki daya 450 W dan tegangan AC 220 V. Hitunglah arus maksimum dan hambatannya! 10. Jelaskan perbedaan sumber arus dan tegangan AC-DC!
