Dokumen tersebut membahas tentang konsep-konsep dasar listrik dinamis seperti hukum Kirchoff, rangkaian seri dan paralel, hukum Ohm, pengukuran kuat arus dan beda potensial, serta jenis-jenis penghantar listrik."
2. Daftar isi
Hukum Kirchoff
Rangkaian Seri
Rangkaian Paralel
Hukum Ohm
Hambatan kawat penghantar
Penghantar listrik
Keluar
Rangkain campuran
Mengukur Kuat Arus dan Beda Potensial Listrik
3. Mengukur Kuat Arus dan Beda
Potensial Listrik
Konsep Arus Listrik dan Beda
Potensial Listrik
Arus listrik adalah aliran elektron-
elektron.
Elektron-elektron ini dapat mengalir
karena adanya beda potensial.
Beda potensial adalah dorongan
yang menyebabkan elektron-
elektron itu mengalir dari satu
tempat ketempat lain
4. Syarat Terjadinya Arus Listrik
Elektron dapat mengalir pada
suatu rangkaian jika ada
beda potensial.
Tapi jika rangkaiannya terbuka
elektron tetap tidak
mengalir walaupun ada
beda potensial.
Jadi arus listrik dapat mengalir
bila:
1. Rangkaian listrik harus
tertutup
2. Harus ada beda potensial
didalam rangkaian.
5. Mana yang berbahaya, potensial atau
arus?
Potensial listrik (tegangan) adalah besaran yang
menyatakan dorongan terhadap elektron-elektron
agar dapat mengalir
Bumi memiliki potensial listrik nol.
Beda potensial adalah beda nilai potensial antara dua
titik berbeda dalam suatu rangkaian
Jadi walaupun antara dua titik didalam suatu rangkaian
ada potensial listrik, arus listrik belum tentu mengalir.
6. Listrik tidak mengalir bila
potensial kedua titik sama
dan listrik baru mengalir
bila di kedua titik terdapat
beda potensial.
Jadi yang berbahaya adalah
arus listrik, bukan
potensial listrik.
7. Membuat Rangkaian Listrik
Dalam membuat rangkaian listrik sederhana
yang diperlukan adalah:
1. Baterai
2. Kabel
3. Lampu
Sekarang cobalah membuat berbagai
rangkaian sederhana!
12. Hk. Ohm
Tegangan sebanding dengan kuat arus
Bila tegangan naik maka kuat arus juga naik
Hasil bagi tegangan dengan kuat arus adalah
tetap ( Hk. Ohm)
2 4 6 8 10
1 2 3 4 5
2 2 2 2 2
V
I
K
V
I = K
13. Persamaan Hk. Ohm
V
I
= R
V = tegangan ( V )
I = Kuat arus (A)
R = Hambatan (Ω)
atau
V = I . R
14. Contoh
Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda
potensial 12 V diberikan pada ujung-ujungnya. Tentukan hambatan
listrik pada kawat tersebut
Diketahui:
I = 2 A
V = 12 V
Ditanya:
R = …
Jawab:
V = I . R
12 = 2 . R
R = 6 Ω
15. 1. Beda potensial 15 V harus diberikan pada
ujung-ujung seutas kawat agar arus 2,5 A
mengalir melalui kawat tersebut. Berapa
hambatan listrik kawat?
2. Arus listrik 4 A mengalir melalui sebuah
resistor 10 ohm. Berapa tegangan listrik yang
dibaca oleh voltmeter yang dihubungkan pada
ujung-ujung resistor?
Latihan.
16. 3. Berapa kuat arus listrik yang mengalir
melalui seutas kawat yang memili hambatan
0,4 ohm jika ujung-ujungnya diberi tegangan
200 mV?
17. Hambatan Kawat Penghantar
Mana yang lebih baik, tembaga, besi atau
perak sebagai kawat penghantar?
Yang paling baik sebagai kawat penghantar
adalah perak karena memiliki hambatan paling
kecil.
Tahukah anda apakah kawat penghantar itu?
Kawat penghantar adalah kawat yang biasa kita
gunakan untuk menghantarkan listrik yang biasa
kita sebut kabel
18. Mengapa Tembaga?
Mengapa kabel sebagai kawat
penghantar listrik terbuat dari
tembaga?
Tembaga banyak digunakan sebagai kawat
penghantar karena memiliki hambatan yang sangat
kecil dan harganya murah daripada perak atau
emas.
Apakah jadinya jika kabel listrik terbuat
dari emas atau perak?
19. Hambatan kawat penghantar
Apa sajakah yang mempengaruhi besarnya hambatan suatu kawat
penghantar?
Bila kita naik mobil, manakah yang lebih banyak hambatannya,
berjalan sejauh 1 Km atau 10 Km?
Tentu saja yang 10 Km, Semakin panjang perjalanan kita maka
makin besar hambatan yang kita alami.
Begitu juga dengan pejalanan listrik, semakin panjang kawat
penghantar yang dilaluinya makin besar hambatan yang ia alami.
Jadi, semakin panjang kawat penghantar
semakin besar hambatannya
20. Panjang kawat dan Hambatannya
Bila kita naik mobil, manakah yang lebih banyak
hambatannya, berjalan sejauh 1 Km atau 10 Km?
Tentu saja yang 10 Km, Semakin panjang perjalanan
kita maka makin besar hambatan yang kita alami.
Begitu juga dengan pejalanan listrik, semakin panjang
kawat penghantar yang dilaluinya makin besar
hambatan yang ia alami.
Jadi, semakin panjang kawat penghantar
semakin besar hambatannya
21. Tebal Kawat dan Hambatannya
Lebih enak manakah, berkendaraan di jalan lebar atau
di jalan yang sempit?
Tentu saja jalan yang lebih lebar, karena semakin lebar
jalan maka hambatannya semakin sedikit.
Begitu juga dengan listrik yang melalui kawat
penghantar, semakin besar kawat penghantar yang ia
lalui, semakin kecil hambatan yang ia alami.
Jadi, semakin besar kawat penghantar
maka makin kecil hambatannya
22. Jenis Kawat dan Hambatannya
Lebih lancar manakah, berkendaraan di jalan pasar,
jalan pemukiman atau jalan tol?
Tentu saja di jalan tol, karena bebas hambatan, jalan
pemukiman kurang lancar karena ada hambatan, sedang
jalan pasar sangat banyak hambatannya.
Hambatan pada jalan tergantung dari jenis jalannya.
Begitu juga dengan kawat penghantar, hambatannya
tergantung dari bahan penyusunnya.
Jadi, hambatan kawat tergantung dari
jenis kawatnya.
23. Hambatan kawat penghantar
Dari pernyataan tersebut, dapat disimpulkan bahwa
hambatan kawat penghantar sebanding dengan
panjang kawat, berbanding terbalik dengan luas
penampang kawat dan tergantung dari jenis kawat
penghantar.
Sehingga dapat dibuat persamaan:
R = ρ
L
A
R = hambatan kawat (Ω)
ρ = hambatan jenis kawat (Ωm)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m²)
24. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas
penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat
elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan
listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?
Diketahui
ρ = 0,000 001 Ωm
A = 0,000 000 25 m²
R = 57,6 Ω
Ditanya
L = …
Jawab
R = ρ L
A
57,6 = 0.000 001 . ____________
L
0,000 000 25
57,6 = ________
L
0,25
L = 57,6 . 0,25
L = 14,4 m
Contoh
25. 1. Seutas kawat memiliki panjang 110 m, diameternya 7
mm, dan hambat jenis 0,000 000 049 Ωm. Tentukan
hambatan listrik kawat tersebut?
2. Sepotong kawat tembaga mula-mula memiliki
hambatan = R. Kemudian Kawat tersebut dipotong
menjadi empat bagian yang sama panjang. Berapa
hambatan masing-masing potongan tembaga
tersebut?
Latihan
26. 3. Seutas kawat memiliki hambatan 40 ohm.
Jika kawat tersebut ditarik sehingga
panjangnya menjadi 1,5 kali panjang semula,
berapa hambatan kawat itu sekarang?
27. Penghantar listrik
Pernahkah anda kesetrum listrik?
Mengapa ketika kita menyentuh kabel
yang terlindung kita tidak kesetrum?
Itu karena kabel terbuat
dari konduktor dan
dilindungi oleh isolator
Apakah kaonduktor dan
isolator itu?
31. Isolator : Penghantar Listrik yang
Buruk
Pada tegangan yang
sangat tinggi, isolator
dapat menghantarkan
listrik dengan baik
Contoh: kayu, plastik,
karet dan kaca
Semua jenis non logam,
kecuali karbon, adalah
isolator
33. Super Konduktor
Selain konduktor dan isolator, ada penghantar yang
sangat baik dalam menghantarkan listrik yaitu Super
konduktor
Super konduktor penghantar tanpa hambatan. Kondisi
ini tercapai pada suhu 0 mutlak (-273 °C).
34. Semi Konduktor
Selain itu ada juga penghantar bukan
konduktor maupun isolator, yaitu Semi
konduktor
Semi konduktor adalah bahan yang
dapat dibuat sebagai konduktor
maupun isolator, contohnya silikon dan
germanium
36. Hukum Kirchoff
I
I1
I2
I3Pada rangkaian bercabang kuat arus
yang masuk ke titik percabangan sama
dengan jumlah kuat arus yang keluar
dari titik percabangan tersebut.
37. 100 mA
40 mA
20 mA
I1 I2 I3
Dari gambar disamping
tentukan kuat arus
pada I1, I2 dan I3.
contoh
Jawab
100 = 40 + I1 + 20
100 = 60 + I1
I1 = 40 mA
I1 + 20 = I2
40 + 20 = I2
I2 = 60 mA
I2 + 40 =I3
40 + 60 = I3
I3 = 100 mA
P Q R
Cabang P Cabang Q Cabang R
38. Rangkaian Seri
Beberapa hambatan bila disusun seri akan
memiliki hambatan lebih besar namun
tegangan pada masing-masing hambatan
menjadi lebih kecil.
39. Hambatan Pengganti
Beberapa hambatan yang disusun seri dapat
diganti dengan hambatan sebesar jumlah
semua hambatan tersebut
R1 R2 R3
R
R = R1 + R2 + R3
40. R1 R2 R3
Bila R1 = 30 Ohm, R2 = 40 ohm dan R3= 10 ohm,
berapakah hambatan pengganti dari rangkaian di atas?
Jawab :
Karena rangkaian seri, maka
R = R1 + R2 + R3
R = 30 + 40 + 10
R = 80 ohm
Contoh
44. Rangkaian Paralel
Bila beberapa hambatan disusun secara
paralel maka hambatan totalnya menjadi
lebihkecil dari masing-masing
hambatan, tetapi tegangannya tetap
51. Rangkaian campuran
= +
10 Ω
30 Ω
15 Ω
5 Ω
5 Ω10 Ω Rp
Berapakah hambatan total dari
rangkaian di samping?
jawab
1
Rp
1
30
1
15
=
1+2
30
= 3
30
Rp =
30
3
Rp = 10Ω
R = 10 + Rp + 5
R= 10 + 10 + 5
R = 25 Ω
52. Berapakah hambatan
total dari rangkaian di
samping?
= +
10 Ω20 Ω
8 Ω 7 Ω
Rs1 = 8 + 7
Rs1 = 15 ohm
Rs2 = 20 + 10
Rs2 = 30 ohm
1
R
1
Rs1
1
Rs2
1 1
15 30
= +
=
2 + 1
30
=
3
30
R =
30
3
R = 10 ohm
Rs2
Rs1
Jawab
53. Latihan
Bila semua resistor dalam rangkaian dibawah ini identik dan masing-masing
memiliki hambatan 90 ohm, berapakah hambatan total pada masing-masing
rangkaian?
1. 2.
3. 4.
54. Energi Listrik
Hukum kekekalan energi
Energi tidak dapat dibuat dan dimusnahkan,
tetapi dapat dirubah bentuknya.
Bentuk Energi:
- Matahari
- Gerak
- Panas
- Kimia
- Listrik
- Nuklir, dll
55. Perubahan Bentuk Energi
Energi dapat dirubah bentuknya dari satu
bentuk ke bentuk yang lain tanpa ada
pengurangan jumlahnya.
Contoh:
Dari kimia ke panas => Lilin, Kompor gas
Dari Gerak ke bunyi => gitar, piano
56. Perubahan Energi Listrik
Energi listrik didapat dari merubah bentuk energi
lainnya, seperti gerak, panas, kimia dan nuklir
PLTA, PLTU, PLTD adalah penghasil listrik dengan
merubah energi gerak menjadi energi listrik. Alat
yang digunakan di sini adalah generator.
Baterai, aki, dan elemen volta adalah penghasil
listrik dari energi kimia
PLTS adalah penghasil listrik dari energi matahari
dengan menggunakan sel surya
59. Penggunaan Energi Listrik
Energi listik dapat digunakan dengan cara
merubahnya menjadi energi lainnya, seperti
gerak, cahaya, bunyi dan panas
Motor listrik, kipas angin adalah pemanfaatan
energi listrik yang dirubah menjadi energi gerak
Lampu pijar dan neon adalah pemanfaatan energi
listrik menjadi energi cahaya
Tape, CD adalah pemanfaatan energi listrik
menjadi energi bunyi
Kompor dan setrika listrik adalah pemanfaatan
energi listrik menjadi energi panas
60. Besarnya Energi Listrik
Pernahkah anda berfikir berapakah energi
listrik yang digunakan anda selama
semalam untuk penerangan anda, untuk
mendengarkan musik, atau uantuk ber-
internet?
Dapatkah anda menghitungnya?
61. Banyaknya energi listrik yang kita gunakan untuk
alat-alat listrik yang kita gunakan adalah
sebanding dengan tegangan dan kuat arus listrik
pada alat listrik tersebut.
Sehingga banyaknya energi listrik yang digunakan
dapat kita hitung dengan persamaan
W = V . I . T
W = I² . R . t atau W = V² . t
R
Dimana W = energi
V = tegangan
I = kuat arus
t = waktu penggunaan
62. Contoh:
Sebuah setrika listrik yang bertegangan 120 V
dilalui oleh arus 2 A. Tentukan energi kalor yang
ditimbulkan setelah setrika dialiri arus listrik
selama 2 menit!
Diket: V = 120 V
I = 2 A
t = 2 menit
= 120 s
Dit. W = …
Jawab.
W = V . I . t
= 120 . 2 . 120
= 28 800 J
63. Latihan
1.Sebuah ketel listrik dihubungkan ke stop
kontak listrik PLN bertegangan 220 V
sehingga kuat arus listrik yang mengalir
melalui elemen pemanasnya 25 A. Tentukan
energi listrik yang digunakan ketel setelah 1
jam.
2. Sebuah lampu pijar dihubungkan ke baterai
bertegangan 12 V sehingga kuat arus 2 A
mengalir melaluinya. Jika energi listrik yang
diserap lampu 7200 J, berapa lama lampu
tersebut menyala?
64. 3. Sebuah elemen pemanas setrika yang
memiliki hambatan listrik 48 ohm
dihubungkan ke sumber tegangan 240 V
selama 2 sekon. Berapakah energi listrik
yang diserap oleh setrika?
4. Energi listrik yang digunakan oleh ketel listrik
yang memiliki hambatan 5 ohm dan dialiri
arus listrik selama 2 menit adalah 9600 J.
Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui
ketel?
65. Perubahan listrik menjadi kalor
Elemen Pemanas
Alat-alat listrik seperti setrika, solder, kompor, hair dryer,
pembakar dan teko listrik memiliki prinsip kerja yang
sama dalam mengubah energi listrik menjadi energi
kalor, yaitu sama-sama menggunakan elemen
pemanas.
Umumnya elemen pemanas terbuat dari kawat nikhrom
yang dililitkan pada suatu isolator tahan panas seperti
mika, kemudian ditutup dengan isolator tahan panas
sehingga aman.
Kenapa digunakan kawat nikhrom?
66. Lampu Pijar
Lampu pijar memiliki filamen yang
terbuat dari kawat tungsten yang
memiliki titik lebur 3400 °C
sehingga dapat menahan pijar
berwarna putih.
Filamen lampu mudah terbakar di
udara, sehingga di dalam bola
lampu diisi dengan gas argon
dan gas nitrogen. Cahaya = 10 %
Panas = 90 %
67. Lampu Neon
Lampu neon atau TL terdiri
dari tabung kaca berisi
uap raksa. Pada ujung-
ujung tabung terdapat
elektroda. Bagian dalam
kaca tabung dilapisi
bahan yang dapat
berpendar ketika terkena
sinar ultraviolet.
Elektroda
Uap
raksa
Tabung
kaca
Zat yang
berpendar
Cahaya = 60 %
Panas = 40 %
68. Konversi energi listrik menjadi energi
kalor
Beberapa alat listrik merubah listrik menjadi kalor,
seperti setrika, solder dan pemanas listrik.
Banyaknya kalor yang dihasilkan sama dengan
banyaknya listrik yang digunakan sehingga
banyaknya kalor yang dihasilkan atau listrik yang
digunakan dapat kita hitung dengan persamaan:
W = Q atau V . I . t = m . C . ΔT
69. Contoh
Sebuah bejana berisi 0,2 kg air dingin. Ketika pemanas celup
listrik dicelupkan dan dihubungkan ke listrik 12 V, kuat arus 4A
mengalir melalui elemen pemanasnya. Jika pemanas listrik
dijalankan selama 210 sekon, tentukan kenaikan suhu air. Kalor
jenis air 4200 J/kg K
Diket. M = 0,2 kg
C = 4200 J/kg K
V = 12 V
I = 4 A
t = 210 s
Dit. ΔT
Jawab. Q = W
m.C.ΔT = V.I.t
0,2 . 4200 . ΔT = 12 . 4 . 210
480 ΔT = 10 080
ΔT = 21 K
70. Latihan
1. Sebuah pemanas celup dicelupkan ke
sebuah bejana yang berisi air 2 kg. Ketika
elemen pemanas dihubungkan ke listrik 12
V, arus 5 A mengalir melaluinya. Jika
pemanas celup dijalankan selama 2 menit
hitung kenaikan suhu air.
71. Daya Listrik
Daya listrik adalah kemampuan suatu alat untuk
mengubah energi listrik menjadi energi lain
persatuan waktu
Daya listrik diberi persamaan:
atau P = V.I
P =
W
t
Ket. P = Daya (watt)
W = energi (joule)
V = tegangan ( volt)
I = kuat arus ( Ampere)
t = waktu (sekon)
72. Contoh
Sebuah setrika listrik 200 W, 125 V dipasang pada tegangan
yang tepat selama 1 menit. Berapa banyak energi listrik yang
digunakannya?
Diket. P = 200 W
V = 125 V
t = 1 menit
= 60 s
Dit. W=.........?
Jawab.
W = P . t
= 200 . 60
= 12 000 J
73. Latihan
1. Hitung daya listrik dari:
a. sebuah lampu pijar 12 V yang dialiri arus 1 A
b. setrika listrik yang memberikan energi 36 000 J selama
2 menit
2. Berapa kuat arus maksimum yang akan melalui
penghambat-penghambat berikut:
a. 100 ohm, 1 W
b. 64 ohm, 4 W
c. 25 ohm, 0,1 W
74. Daya listrik pada alat-alat listrik
Pada setiap alat listrik selalu terdapat data tegangan listrik
dan dayanya, seperti lampu 220 V, 25 W, lampu 220 V,
40 W, lampu 220 V, 60 W. Lampu manakah yang paling
terang?
Lampu 60 W akan menyala paling terang dan lampu 25 W
menyala paling redup. Mengapa?
Data pada alat-alat listrik tersebut ( V dan P) berarti alat
tersebut bila dihubungkan pada tegangan listrik sebesar
V volt, Daya listrik yang diserap oleh alat listrik tersebut
adalah P Watt
75. Pemasangan alat listrik
Jadi Jika sebuah lampu memiliki data 220, 25 W
berarti lampu tersebut menyerap daya sebesar
25 W bila diberi tegangan 220 V.
Bagaimana bila tegangannya bukan 220 V?
76. Bila alat listrik diberi tegangan yang tidak sesuai, maka alat
tersebut akan menyerap daya yang tidak sesuai dengan
data yang ada. Contoh jika sebuah lampu 220 V, 60 W
diberi tegangan 110 V maka lampu tersebut hanya
menyerap daya listrik sebesar 15 W.
Hal ini di karenakan bila sebuah alat listrik memiliki data V,
P, hambatan listriknya adalah R = V² / P
77. Bila tegangan berubah, hambatan pada alat listrik
tidak berubah, yang ikut berubah adalah
dayanya.
Jadi berapakah daya listrik sebuah lampu 220 V,
25 W jika diberi tegangan listrik 110 V atau 440
V?
78. Latihan
Pada sebuah lampu pijar tertulis 220 V, 100 W.
Tentukan daya listrik yang diserap lampu
jika dihubungkan dengan tegangan:
a. 240 V
b. 150 V
79. Ongkos Energi Listrik
Energi listrik yang kita pakai disuplai oleh PLN.
Bagaimanakah PLN menghitung pemakaian energi listrik
di rumah kita? Bagaimanakah cara menghitung ongkos
energi listrik?
Energi listrik yang kita gunakan biasa diukur dengan alat
sejenis joulmeter yakni kWh meter.
KWh meter mengukur energi listrik dalam per seribuan Joule
setiap jamnya.
80. Contoh
Dalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 20 W, 2 lampu 60 W dan
sebuah TV 60 W. Setiap hari dinyalakan selama 4 jam. Berapakah
biaya yang harus dibayar selama 1 bulan jika harga 1 kWh = Rp
75,-?
Daya total alat-alat listrik:
P = 4 . 20 + 2 . 60 + 1 . 60
= 80 + 120 + 60
= 260 W
t = 30 . 4 = 120 jam
Energi listrik:
W = P . T
W = 260 . 120
1000
= 31,2 kWh
Biaya = 31,2 . Rp 75,-
= Rp 2.340,-
81. Latihan
1. Dalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 45 W, 2 lampu 60 W,
dan 6 buah lampu 10 W yang menyala selama 5 jam setiap
harinya. Jika tarif listrik per kWh Rp 100,- Berapa biaya listrik
yang harus di bayar selama 1 bulan?
2. Dalam sebuah rumah terdapat 2 lampu 60 W yang mwnyala
selama 8 jam/hari, 4 lampu 25 W yang menyala 10 jam/hari
dan sebuah TV yang menyala selama 15 jam/hari. Bola harga
listrik Rp 150,-/kWh berapakah biaya listrik yang harus dibayar
tiap bulannya?
82. Hemat Energi
Mengapa kita harus hemat energi?
Bagaimanakah caranya hemat energi?
Sudahkah kita hemat energi?
83. Kita harus hemat energi karena sebagian besar listrik
yang kita gunakan adalah hasil dari mengubah energi
lain dengan alat generator dimana bahan bakar
generator yang kita pakai berasal dari alam yang tidak
dapat diperbaharui.
Bila kita hemat energi berarti kita ikut melestarikan alam
dan menguntungkan PLN. Mengapa?
84. Kita dapat hemat energi listrik dengan cara:
- Menggunakan alat-alat listrik dengan daya yang
sesuai
- Menggunakan alat-alat listrik seperlunya
- Tidak lupa mematikan alat-alat listrik yang tidak kita
gunakan
- Memasang saklar otomatis pada alat-alat lisrik yang
sering kita lupa mematikannya.
- dll