3.2 modul listrik dinamis

BAB II
Listrik Dinamis
Standar Kompetensi : Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam
kehidupan sehari-hari
Kompetensi Dasar : 3.2 Menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu
rangkaian serta penerapannya dalam kehidupan seharihari
Indikator
:
o Menjelaskan konsep arus listrik dan beda potensial listrik
o Membuat rangkaian komponen listrik dengan berbagai
variasi baik seri maupun paralel
o Menggambarkan arus listrik dan beda potensial dalam
bentuk tabel dan grafik.
o Menyelidiki hubungan antara arus listrik dan beda
potensial dalam suatu rangkaian (Hukum Ohm)
o Menemukan perbedaan hambatan beberapa jenis bahan
(konduktor, semi konduktor dan isolator)
o Menggunakan Hukum Kirchoff I untuk menghitung V dan
I dalam rangkaian
o Menghitung hambatan pengganti rangkaian listrik seri dan
paralel
Waktu
: 2 x 4 jam pelajaran
A. Arus Listrik
Untuk memulai pembelajaran listrik dinamis, secara berkelompok lakukanlah
kegiatan berikut.
Kegiatan 1. Sirkuit Sederhana
Alat dan Bahan:
1. Baterai 1 buah
2. Dudukan baterai
3. Kabel penghubung 2 buah
4. Fitting lampu 1 buah
5. Lampu 1 buah
Langkah Kegiatan
1. Secara berkelompok, persiapkanlah alat dan bahan sesuai dengan arahan
guru.
2. Setelah siap, jawablah pertanyaan berikut.
a. Jelaskan dengan rinci mengapa lampu dapat menyala?
b. Apakah yang terjadi apabila baterai diambil?
c. Apakah yang kamu lakukan agar lampu dapat menyala lebih terang?
Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik positif. Arus listrik dapat
terjadi jika terdapat beda potensial listrik. Arus listrik sendiri mengalir dari
potensial tinggi ke potensial rendah. Rangkaian listrik sebagaimana dalam
kegiatan 1 dapat dituliskan kembali sebagai berikut.
Agar arus listrik dapat mengalir, rangkaian listrik harus berupa sirkuit tertutup.
Untuk memahami konsep sirkuit tertutup, perhatikan gambar kegiatan berikut.
Dengan menyusun rangkaian seperti pada gambar diatas, lampu dapat
menyala. Nyala pada lampu menunjukkan terdapat arus listrik pada rangkaian
tersebut. Rangkaian listrik yang dapat memungkinkan arus listrik mengalir
dinamakan rangkaian listrik (sirkuit) tertutup.
Seandainya kabel penghubung ke sumber tegangan dilepas, arus listrik tidak
akan terjadi. Sirkuit demikian dinamakan sirkuit terbuka.
Selanjutnya, arus listrik merupakan kecepatan aliran muatan listrik positif (Q)
per detik. Secara matematis dirumuskan
∆𝑄
𝐼=
∆𝑡
Telah dijelaskan di muka bahwa muatan dapat mengalir apabila terdapat beda
potensial listrik. Nah agar terdapat beda potensial listrik, maka diperlukan
sumber tegangan. Sumber tegangan berasal dari baterai, akumulator, atau dari
pembangkit listrik. Untuk lebih memahami tentang baterai, potonglah baterai
secara melintang, kemudian amati bagian dalam baterai tersebut. Kemudian
bandingkanlah dengan gambar berikut.
Nah, untuk menguji pemahamanmu tentang arus dan tegangan listrik
lengkapilah bagan berikut ini!
Persamaan
Arus
Tegangan
Perbedaan
Alat Ukur
Satuan
Simbol
Cara mengukur
Untuk mengakhiri kegiatan pembelajaran ini, renungkanlah firman Allah SWT
pada Surat AnNur [24] ayat 43.
B. Hukum Ohm dan Hambatan Listrik
Sebelum memulai membahas tentang hukum Ohm, lakukanlah kegiatan 2
berikut.
Kegiatan 2. Konduktor dan isolator.
Sediakanlah bahan-bahan yang akan diuji jenisnya, konduktor atau isolator.
Kemudian ujilah dengan menggunakan rangkaian sebagaimana pada gambar
berikut. Apabila lampu menyala setelah diuji, termasuk konduktor. Sedangkan
apabila lampu mati termasuk isolator. Untuk menguatkan hasil kegiatan ini,
tegangan yang dianjurkan minimal 6 volt.
Kemudian masukkanlah kedalam tabel berikut.
Keadaan Lampu
No. Nama Benda/Bahan
Menyala
Padam
1.
Termasuk
Konduktor Isolator
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Berdasarkan kegiatan ini, manakah yang termasuk konduktor? Bahan apa
sajakah yang termasuk isolator?
Secara prinsip, terdapat dua jenis rangkaian hambatan, yaitu rangkaian
hambatan seri dan rangkaian hambatan paralel. Pada rangkaian seri berlaku R =
1
1
1
1
R1+R2+R3+ ...; sedangkan pada rangkaian paralel berlaku 𝑅 = 𝑅 + 𝑅 + 𝑅 + ⋯.
1
2
3
Namun demikian terkadang dalam rangkaian listrik, peralatan listrik tidak
dirangkai secara seri atau paralel saja, melainkan gabungan diantara keduanya.
Rangkaian seri
Rangkaian Paralel
Gambar. Rangkaian lampu yang disusun seri dan paralel
Kegiatan 3. Hukum Ohm
Alat yang disiapkan
1. Amperemeter
2. Voltmeter
3. Baterai 5 buah
4. Hambatan
5. Kabel penghubung 2 buah
Langkah kegiatan.
1. Dengan bantuan gurumu, secara berkelompok rangkailah alat sesuai dengan
gambar berikut.
2. Ukurlah besar tegangan pada baterai.
3. Ukurlah arus yang mengalir pada rangkaian
4. Ulangi langkah kedua dan ketiga dengan jumlah baterai yang berbeda,
kemudian masukkanlah ke dalam tabel berikut.
No.
Jumlah baterai
1.
1
2.
2
3.
3
4.
4
5.
5
Tegangan Baterai
Kuat arus yang
mengalir
5. Buatlah grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I)
6. Dengan menganalisis grafik hubungan V dan I tentukan besarnya hambatan
yang kamu gunakan!
Dari kegiatan 3 yang telah kamu lakukan, diketahui bahwa grafik hubungan
antara tegangan dan arus berupa garis lurus. Gradien dari garis lurus ini
merupakan nilai dari hambatan penghantar yang dipergunakan dalam
percobaan. Hambatan penghantar ini sama tak perduli berapapun tegangan
yang dipergunakan. Perubahan tegangan akan berkonsekuensi pada perubahan
arus pada rangkaian. Hambatan yang memenuhi kaidah ini merupakan
hambatan yang menuruti hukum Ohm. Pada kenyataannya, banyak penghantar
yang tidak menuruti hukum Ohm (non-ohmic) misalnya termistor. Selanjutnya,
hubungan antara tegangan (V), kuat arus listrik (i) dan hambatan penghantar (R)
dapat dinyatakan sebagai
V=iR
C. Hukum I Kirchoff
Pada saat mempelajari arus listrik, Gustav Robert Kirchhoff (12 Maret 1824-17
Oktober 1887) menemukan bahwa jumlah arus yang masuk titik percabangan
sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan itu. Ini
dinamakan hukum I Kirchhoff.
Berdasarkan hukum I Kirchhoff, maka pada rangkaian listrik di atas dapat
diketahui bahwa i1+i3+i4 = i2+i5.
D. Evaluasi
Petunjuk: Kerjakan semua soal di bawah ini dengan memberi tanda silang (X)
pada huruf di depan jawaban yang Anda anggap paling benar. Setelah selesai,
cocokkan jawaban Anda dengan kunci jawaban yang terdapat di bagai akhir
soal.
1. Pernyataan tentang kelistrikan yang benar adalah ....
A. dimensi energi listrik adalah [MLT-2]
B. arus listrik adalah kecepatan aliran muatan listrik
C. joule adalah satuan daya listrik
D. semakin panjang kawat penghantar hambatannya semakin kecil
2. Untuk memindahkan 10 C muatan listrik dari titik A ke titik B diperlukan energi
40 joule. Beda potensial antara kedua titik tersebut adalah ....
A. 0,25 V
B. 4,0 V
C. 30 V
D. 40 V
3. Perhatikan gambar rangkaian listrik yang dibuat siswa pada praktikum berikut.
Pernyataan yang tepat berdasarkan gambar di atas adalah ....
A. lampu tidak akan dapat menyala bersama-sama
B. lampu dapat menyala jika rangkaian terhubung singkat
C. sirkuit rangkaian merupakan sirkuit terbuka
D. rangkaian lampu merupakan rangkaian paralel
4. Perhatikan gambar berikut!
Lampu pada rangkaian di atas dapat menyala karena ....
A. sumber tegangan pada rangkaian lebih dari 1 volt
B. terdapat aliran muatan yang melalui lampu
C. kabel-kabel pada rangkaian terhubung singkat
D. hanya terdapat 1 lampu pada rangkaian
5. Perhatikan gambar rangkaian listrik tertutup di samping ini!
Jika hambatan dalam baterai diabaikan, maka kuat arus (I) yang mengalir dalam
rangkaian adalah …. (UN 2010)
A. 0,5 A
B. 1 A
C. 2 A
D. 3 A
6. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
1
Jika I2 = 4 I1, maka I3 sebesar …. (UN 2011)
A. 150 mA
B. 300 mA
C. 450 mA
D. 600 mA
7. Perhatikan gambar rangkaian tertutup di bawah ini!
Besarnya kuat arus total dalam rangkaian tersebut adalah …. (UN 2012)
A. 0,40 A
B. 0,24 A
C. 0,16 A
D. 0,10 A
8. Perhatikan rangkaian listrik di samping!
Besar tegangan V adalah …. (UN 2013)
A. 9,6 volt
B. 6,4 volt
C. 4,5 volt
D. 3,2 volt
9. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
Besar beda potensial antara titik P dan Q adalah …. (UN 2013)
A. 2,4 V
B. 4,8 V
C. 7,2 V
D. 12,0 V
10. Perhatikan gambar berikut!
Apabila spesifikasi ketiga lampu sama, ...
A. lampu P menyala lebih terang dibandingkan Q dan R
B. lampu P, Q dan R terhubung paralel
C. lampu Q akan padam jika lampu R padam
D. lampu akan menyala hanya jika dialiri arus DC
11. Perhatikan gambar rangkaian tertutup berikut!
Bila hambatan dalam sumber tegangan E diabaikan, maka besar tegangan
adalah …. (UN 2013)
A. 4 volt
B. 8 volt
C. 10 volt
D. 32 volt
12. Perhatikan gambar rangkaian listrik tertutup berikut ini!
Bila hambatan dalam sumber tegangan E diabaikan, maka voltmeter V
menunjukkan tegangan terukur sebesar …. (UN 2013)
A. 38 volt
B. 24 volt
C. 12 volt
D. 6 volt
13. Perhatikan gambar rangkaian listrik disamping!
Bila hambatan dalam sumber tegangan diabaikan, maka voltmeter V
menunujukkan ntegangan terukur sebesar …. (UN 2013)
A. 4 V
B. 6 V
C. 9 V
D. 10 V
14. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
Besar tegangan jika ampermeter menunjukkan angka 2 A adalah …. (UN 2013)
A. 4 volt
B. 6 volt
C. 7 volt
D. 8 volt
15. Perhatikan gambar berikut!
Jika R1 = 3 Ω, R2 = 4 Ω, R3 = 4 Ω dan kuat arus yang mengalir adalah 0,5 A.
Berapakah tegangan listriknya? (UN 2013)
A. 2, 0 V
B. 2,5 V
C. 4,0 V
D. 4,5 V
16. Perhatikan gambar rangkaian listrik tertutup berikut!
Bila hambatan dalam sumber tegangan E diabaikan, maka voltmeter V
menunjukkan tegangan terukur sebesar …. (UN 2013)
A. 2 volt
B. 4 volt
C. 6 volt
D. 12 volt
17. Perhatikan gambar percabangan arus listrik berikut.
Besar I4 adalah …. (UN 2014)
A. 14 A
B. 8 A
C. 6 A
D. 4 A
18. Perhatikan rangkaian beberapa penghambat pada gambar berikut!
Kuat arus pada cabang I adalah …. (UN 2014)
A. 2 A
B. 2,5 A
C. 3 A
D. 3,5 A
19. Perhatikan gambar percobaan rangkaian listrik berikut.
Berdasarkan gambar diatas, Ahmad menuliskan hasil pengamatan sebagai
berikut.
i) Beda potensial antara titik AD sama dengan beda potensial pada BC
ii) Lampu-lampu pada rangkaian tersusun paralel
iii)Lampu R akan padam jika lampu P dan Q menyala
Pernyataan Ahmad yang benar terdapat pada pernyataan ....
A.
B.
C.
D.
i dan ii saja
i dan iii saja
ii dan iii saja
i, ii, dan iii
20. Jika kuat arus I1 = 2 A, I2 = 1,5 A, I4 = 0,5 A dan I5 = 3,2 A, maka besar arus I3
adalah .... (UN 2015)
A.
B.
C.
D.
0,5 A
1,5 A
3,5 A
7,5 A
21. Perhatikan gambar rangkaian berikut ini!
Bila I1 = 4 A, I2 = 6A, I3 = 6 A, dan I4 = 10 A. Besar kuat arus listrik I5 adalah ....
(UN 2015)
A. 4 A
B. 6 A
C. 10 A
D. 12 A
22. Perhatikan gambar!
Jika I1 = I5 = 1 A dan I2 = I4 = 4 A, besar kuat arus listrik yang mengalir pada I3
adalah .... (UN 2015)
A.
B.
C.
D.
2A
6A
8A
10 A
23. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
Besarnya arus yang mengalir pada hambatan 100 ohm adalah ....
A. 0,75 A
B. 0,50 A
C. 1 A
D. 2 A
24. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
Jika hambatan dalam tegangan diabaikan, besarnya tegangan PQ adalah ....
A. 100 volt
B. 50 volt
C. 25 volt
D. 5 volt
25. Perhatikan gambar berikut!
Jika spesifikasi lampu dan baterai pada kedua gambar diatas sama, maka setelah
saklar dihubungkan ....
A. lampu P akan menyala lebih terang dibandingkan lampu R
B. lampu Q akan tetap menyala sekalipun lampu P padam
C. lampu R akan menyala lebih terang dibandingkan lampu S
D. lampu S akan tetap menyala sekalipun lampu R padam
26. Perhatikan rangkaian listrik berikut!
Kuat arus I yang mengalir pada rangkaian adalah .... (UN 2016)
A. 0,25 A
B. 0,75 A
C. 1,00 A
D. 1,50 A
27. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut ini!
Jika sumber tegangan mempunyai beda potensial 24 volt, kuat arus pada titik
cabang I adalah .... (UN 2016)
A. 1,2 A
B. 2,0 A
C. 2,4 A
D. 3,0 A
28. Perhatikan gambar rangkaian berikut!
Kuat arus yang mengalir melalui rangkaian listrik (I) adalah .... (UN 2016)
A. 1,5 A
B. 1,0 A
C. 0,75 A
D. 0,5 A
29. Fungsi sekering dalam rangkaian listrik adalah ....
A. menahan arus listrik
B. membatasi arus listrik
C. mengurangi listrik
D. mempercepat arus listrik
30. Untuk mendapatkan hambatan total 50 ohm, yang kita lakukan adalah ....
A. merangkai 2 buah hambatan yang besarnya 100 ohm secara seri
B. merangkai 2 buah hambatan yang besarnya 100 ohm secara paralel
C. merangkai 2 buah hambatan yang besarnya 50 ohm secara seri
D. merangkai 2 buah hambatan yang besarnya 50 ohm secara paralel
KUNCI JAWABAN
1. B
2. B
3. D
4. B
5. C
6. C
7. A
8. A
9. D
10. C
11. B
12. C
13. C
14. D
15. B
16. B
17. D
18. C
19. A
20. A
21. B
22. A
23. B
24. B
25. D
26. C
27. C
28. D
29. B
30. B
NORMA PENILAIAN
Nilai = ( jumlah benar/3) x 100