Buku Digital Listrik Dinamis Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas IX

LISTRIK DINAMIS ILMU PENGETAHUAN ALAM

Buku Siswa SMP/MTs Kelas IX

Tim Penyusun: Ismi Daris Salamah Utiy Dewi Zuhriyah Wilda Qurrota A'yuna Dr. Munzil, S.Pd., M.Si Muhammad Fajar Marsuki, S.Pd., M.Sc.

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, sebagai pencipta dan pemelihara alam semesta, karena berkat rahmat dan hidayahNya kami dapat menyusun buku digital IPA untuk siswa SMP/MTs Kelas IX. Buku ini diberi judul "Listrik Dinamis" yang dimaksudkan agar siswa menjadi lebih mengenali dan memahami listrik dinamis beserta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

Buku ini disusun dengan menggunakan bahasa yang mudah dipahami sesuai dengan tingkat perkembangan siswa. Dalam buku ini memuat tentang uraian materi-materi yang berkaitan listrik dinamis. Selain itu untuk memudahkan pemahaman juga terdapat rangkuman. Kami juga menyisipkan video terkait dengan materi listrik dinamis ini serta info-info tentang sains berkaitan dengan materi. Untuk menguji kemampuan siswa, kami menambah aktivitas sains dan berbagai latihan soal. Kami berharap buku digital ini dapat menambah referensi bagi siswa SMP/MTs dalam materi listrik dinamis.

Kami menyadari bahwa dalam penyusunan buku ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan adanya kritik dan saran demi perbaikan dan kesempurnaan buku digital ini. Kepada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan buku digital ini, kami mengucapkan terima kasih.

Semoga buku "Listrik Dinamis" ini bermanfaat bagi siswa.

Penyusun

PETUNJUK PENGGUNAAN BUKU Buku ini kami sajikan dengan bahasan yang runtut dan saling terkait, sehingga memudahkan kamu dalam memahami dan mempelajari konsep yang disampaikan. Selain itu, buku ini di lengkapi dengan berbagai aktivitas untuk memeprkuat pemahaman materi yang telah dipelajari.

Selain itu terdapat vitur virtual lab sebagai pendukung kegiatan praktikum dan video sebagai pelengkap pembelajaran. Untuk pengguna buku ini dianjurkan mendownload aplikasi “QR & Barcode Scanner� yang digunakan untuk menscan code barcode yang ada dalam buku ini.

Peta Konsep Kamu akan menemukan peta konsep setelah bagian daftar isi. Peta konsep merupakan alur materi yang akan kamu pelajari dalam buku ini.

Pretest Kamu akan menemukan aktivitas pretest sebelum bagian materi. Pretest ini berisikan soal yang bersangkutan dengan materi dengan tingkat pengetahuan yang dasar.

i

Tahukah Kamu Pada bagian tahukah kamu, kamu akan mendapatkan suatu informasi baru yang berhubungan dengan materi yang dipelajari.

Contoh Soal Selanjutnya kamu akan menemukan contoh soal yang berisikan soal dan juga pembahasannya

Review Materi Berisi pertanyaan-pertanyaan untuk menguji kompetensi pengetahuan kamu setelah memepelajari konsep tertentu.

Aktivitas Sains

Selanjutnya, kamu akan menemukan aktivitas sains pada beberapa sub maetri dalam buku.

Aktivitas sains berisi aktivitas percobaan yang dapat kamu lakukan secara online untuk meningkatkan kompetensi keterampilan dan berpikir logis

ii

Info Sains Selanjutnya kamu akan menemukan info sains.

Info sains berisikan informasi berupa tokoh ilmuan.

Uji Keterampilan Kemudian, kamu akan emnemukan uji keterampilan. Uji keterampilan mengajak kamu untuk terampil dalam mengaplikasikan pemahaman yang telah kamu pelajari dalam kehidupan sehari-hari.

iii

Main Yuk Selanjutnya kamu akan menemukan fitur main yuk, disini kamu akan bermain dan belajar sesuai dengan materi yang dipelajari.

Rangkuman Diakhir buku, kamu akan menemukan Rangkuman materi dari seluruh materi.

Postest

Di akhir buku, kamu akan menemukan postest sebagai bahan uji pemahaman materi yang telah dipelajari.

iv

DAFTAR ISI Petunjuk Penggunaan Buku .................................................. i Daftar Isi ................................................................................. ii Daftar Gambar ...................................................................... iii Daftar Tabel ............................................................................ v Peta Konsep ........................................................................... 1 A. Arus Listrik ........................................................................ 2 B. Hantaran Listrik ................................................................. 6 1. Konduktor Listrik ............................................................. 7 2. Isolator Listrik ................................................................. 8 3. Semikonduktor Listrik ..................................................... 9 C. Rangkaian Listrik ............................................................ 12 1. Hukum Ohm ................................................................. 12 2. Hukum 1 Kirchoff .......................................................... 16 3. Rangkaian Hambatan ................................................... 18 4. Rangkaian Sumber Tegangan ...................................... 21 D. GGL dan Pengukuran Besaran pada Listrik ................. 24 1. GGL ............................................................................. 24 2. Pengukuran Arus Listrik ............................................... 26 3. Pengukuran Beda Potensial ......................................... 29 E. Transmisi Energi dan Daya Listrik ................................. 31 1. Transmisi Listrik ........................................................... 31 2. Energi Listrik ................................................................ 32 3. Daya Listrik .................................................................. 36 F. Sumber- Sumber Energi Listrik ..................................... 41 1. Sumber Energi dari Elemen .......................................... 41 2. Sumber Energi Listrik Alternatif .................................... 44 G. Upaya Hemat Energi dan Pemanfaatan Energi Listrik . 48 1. Upaya Hemat Energi .................................................... 48 2. Pemanfaatan Energi Listrik .......................................... 50 3. Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik ..................... 51 Rangkuman .......................................................................... 54 Postest ................................................................................. 55 Daftar Pustaka ..................................................................... 56

ii

DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Muatan Listrik Mengalir dari A ke B ............................... 2 Gambar 2 Rangkaian Lampu Terbuka dan Tertutup ...................... 4 Gambar 3 Kabel Listrik dari Tembaga dengan Pelapis Plastik ....... 7 Gambar 4 Integred Circuit (IC) ....................................................... 9 Gambar 5 Penangkal Petir ............................................................. 9 Gambar 6 George Simon Ohm .................................................... 12 Gambar 7 Grafik Hubungan I-V .................................................... 13 Gambar 8 Rangkaian Hambatan Geser ....................................... 14 Gambar 9 Arus Listrik yang Masuk dan Keluar dari Percabangan 16 Gambar 10 Gustav Robert Kirchoff .............................................. 16 Gambar 11 Rangkaian Hambatan Seri ........................................ 19 Gambar 12 Rangkaian Hambatan Paralel .................................... 20 Gambar 13 Rangkaian Hambatan Dalam dan Hambatan Tersusun Seri ............................................................................ 21 Gambar 14 Tiga Buah Baterai dirangkai Seri ............................... 22 Gambar 15 Tiga Buah Baterai dirangkai Paralel .......................... 22 Gambar 16 Rangkaian Tidak Searah ........................................... 23 Gambar 17 Beda Potensial antara Kutub Sumber Arus pada Rangkaian Terbuka disebut GGL ..................... 24 Gambar 18 Susunan Seri Amperemeter dalam Rangkaian .......... 26 Gambar 19 Sekring ...................................................................... 28 Gambar 20 Mengukur Tegangan sebuah Baterai ........................ 29 Gambar 21 Proses Penyaluran Energi ......................................... 32 Gambar 22 Prinsip Kerja Elemen Volta ........................................ 41 Gambar 23 Baterai dan Skemanya .............................................. 43 Gambar 24 Alessandro Volta ........................................................ 43 Gambar 25 Aki (Akumulator) ........................................................ 44 Gambar 26 Bagian-Bagian Aki (Akumulator) ............................... 44 Gambar 27 Pembangkit Listrik Tenaga Angin .............................. 45 Gambar 28 Pembangkit Listrik Tenaga Air ................................... 45

iii

Gambar 29 Pembangkit Listrik Tenaga Matahari ......................... 46 Gambar 30 Pembangkit Listrik Tenaga Sampah .......................... 47 Gambar 31 Solder Listrik ............................................................. 50 Gambar 32 Lampu Pijar ............................................................... 50

iv

DAFTAR TABEL Tabel 1 Hambatan Jenis Bahan .................................................. 11 Tabel 2 Komponen dan Simbol dalam Rangkaian Listrik ............. 30 Tabel 3 Besar Arus dengan Efek Kejutan Listrik pada Tubuh Manusia ........................................................................... 51

v

Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari

PETA KONSEP v

Listrik Dinamis

Hambatan Listrik

Terdiri atas

Isolator

Rangkaian seri

Rangkaian paralel Semi Konduktor

berlaku

Terkait dengan

Terdiri atas

Konduktor

Sumber Energi Listrik

Transmisi Energi dan Daya Listrik

Rangkaian Listrik

Hukum Ohm Penerapan

Arus Listrik

Hukum Kirchoff Sumber Energi dari Elemen Upaya Hemat Energi Listrik Sumber Energi Alternatif

Pemanfaatan Energi Listrik

Pencegahan Bahaya Listrik

1

Pernahkah kamu mendengar istilah “listrik”? Apakah kamu juga pernah mendengar istilah “teknologi”? Apakah kamu mengetahui apa yang dimaksud dengan listrik? Dari manakah asal listrik? Bagaimana penggunaan listrik dalam kehidupan sehari-hari? jawaban dari pertanyaan-pertanyaan itu akan kamu temukan setelah pembelajaran bab ini.

PRETEST Cara Pengerjaan  Scan barcode disamping  Atau masukkan kode Quizziz 32788868  Klik mulai  Selamat mengerjakan

SCAN HERE

A. ARUS LISTRIK Arus listrik ditimbulkan oleh dua benda atau dua tempat yang mempunyai muatan listrik berbeda. Benda atau tempat yang memiliki muatan listrik positif lebih banyak dikatakan mempunyai potensial lebih tinggi. Sedangkan benda atau tempat yang muatan listrik negatifnya lebih banyak maka dikatakan benda atau tempat tersebut mempunyai potensial lebih rendah.Dua tempat atau benda yang mempunyai beda potensial bisa menyebabkan terjadinya arus listrik. Syaratnya, kedua tempat atau benda itu dihubungkan dengan suatu penghantar. Dalam istilah sehari-hari, beda potensial sering dinyatakan pula sebagai tegangan.

Misalkan terdapat dua buah muatan A dan B yang memiliki jumlah muatan berbeda. Jika benda A yang mempunyai lebih banyak muatan positif dihubungkan dengan benda B yang mempunyai lebih sedikit muatan positif, Sumber: Budi, dkk. 2015 muatan positif benda A akan mengalir Gambar 1 Muatan Listrik Mengalir dari A ke B ke benda B sedemikian rupa sehingga

2

jumlah muatan kedua benda menjadi sama (seimbang). Aliran muatan tersebut disebabkan muatan-muatan positif pada benda A mengalami gaya tolak yang lebih besar daripada muatan-muatan positif pada benda B. Hal ini dikatakan potensial listrik benda A lebih besar dari benda B. Aliran muatan positif tersebut didefinisikan sebagai arus listrik. Jadi, arus listrik mengalir dari potensi tinggi ke potensial rendah.

Pada perkembangan selanjutnya, ditemukan bahwa muatan listrik yang dapat mengalir bukan muatan positif, namun muatan negatif yang disebut elektron. Elektron ditemukan oleh J.J. Thomson (1856-1940). Meskipun demikian, anggapan bahwa arus listrik yang ditimbulkan oleh aliran muatan positif tidak menjadi masalah karena aliran elektron menimbulkan arus listrik. Arah arus listrik tersebut berlawanan dengan arah aliran elektron, sedangkan besarnya sebanding dengan besar aliran elektron.

Keberadaan arus listrik dapat diketahui melalui alat ukur listrik atau alat listrik lainnya, misalnya lampu pijar atau bohlam. Jika dialiri arus listrik, lampu pijar dapat menyala. Untuk membuktikannya, kalian dapat melakukan kegiatan berikut.

Aktivitas Sains 1 Menyalakan Lampu dengan Baterai KOMPONEN 1. 2 buah kabel 2. 2 buah baterai 3. 1 buah bola lampu CARA KERJA SCAN HERE 1. Scan barcode disamping 2. Buatlah rangkaian listrik secara bebas menggunakan 1 buah baterai hingga lampu dapat menyala 3. Buatlah rangkaian listrik secara bebas menggunakan 2 buah baterai hingga lampu dapat menyala DISKUSI 1. Rangkaian listrik yang bagaimanakah yang dapat menyalakan lampu dan yang tidak dapat menyalakan lampu? Jelaskanmengapa!

2. Lebih terang mana antara lampu yang menggunakan 1 buah baterai atau menggunakan 2 buah baterai? Jelaskan mengapa?

3

Jika kamu perhatikan sambungan dari baterai, lampu dan kabel pada Aktivitas Sains 1, ternyata sambungan tersebut terhubung satu sama lain sehingga rangkaian tersebut merupakan rangkaian tertutup. Penghantar yang dapat dilalui arus listrik merupakan suatu rangkaian tertutup.

Artinya ujung penghantar harus dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan dan ujung penghantar lainnya harus dihubungkan dengan kutub negatif sumber tegangan.

Jika rangkaian terbuka (terputus), arus listrik tidak dapat mengalir melalui rangkaian itu. Jadi, arus listrik hanya dapat mengalir dalam rangkaian tertutup.

Sumber: Budi, dkk. 2015

Gambar 2 Rangkaian Lampu Terbuka dan Tertutup

Selanjutnya, jika baterai yang digunakan 2 buah, nyala lampu lebih terang. Hal itu disebabkan arus listrik yang melalui lampu lebih besar. Karena terbukti bahwa besar arus listrik yang mengalir listrik sebanding dengan banyaknya elektron yang mengalir. Kuat arus listrik dapat didefinisikan sebagai kecepatan aliran muatan listrik.

Dengan kata lain kuat arus listrik adalah Jumlah muatan listrik yang mengalir melalui penampang suatu penghantar tiap sekon, Besar kuat arus listrik secara matematis dapat ditrumuskan sebagai berikut: dengan đ?‘„ đ??ź= I = kuat arus listrik (ampere) đ?‘Ą Q = muatan listrik (coulomb) atau t = waktu (sekon) đ?‘„=đ??źđ?‘Ą

4

Tahukah Kamu?

Bagaimanakah Cara Baterai Menyalakan Lampu Pijar?

Pada suatu rangkaian listrik sederhana, baterai bertindak sebagai "pompa" elektron. Ia mendorong elektron keluar dari kutub negatif dan potensi energi. Potensi energi yang besar yang diberikan pada potensi kedua kutub baterai. Potensial beda disebut tegangan atau voltase. Selanjutnya, energi yang potensial diberikan itu oleh elektron dibawa pulang dan diserahkan ke lampu. Oleh lampu, energi itu diubah menjadi kalor dan cahaya.

Contoh Soal Soal Jika diketahui kuat arus sebuah sumber arus listrik adalah 10 A, hitunglah muatan yang mengalir selama 1 menit!

Penyelesaian Diketahui: I = 10 A t = 1 menit = 60 s Ditanya: Q =....?

Jawab: Q=Ixt = 10 A x 60 s Q = 600 C Jadi, banyaknya muatan yang mengalir adalah 300C

Review Materi

?

1. Muatan sebesar 60 C dialirkan melalui sebuah penghantar. Jika arus yang mengalir sebesar 1 A, berapa waktu yang diperlukan untuk mengalirkan muatan tersebut?

2. Penghantar dialiri listrik 50 mA selama 5s. Tentukan banyaknya elektron yang mengalir pada penghantar itu. (1 elektron=1,6x10-19C)

5

B. HANTARAN LISTRIK Sering kita mendengar bahwa listrik dapat mengalir pada kabel.

Apa yang mengalir dan bahan apa yang dapat mengalirkan listrik?

Pernyataan bahwa listrik mengalir sebenarnya berkaitan dengan muatan yang berpindah, sebab perpindahan elektron pada bahan akan menghasilkan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan elektron tersebut. Bahan-bahan apakah yang dapat menghantarkan listrik dengan baik dan yang tidak dapat menghantarkan listrik? Agar mengetahui jawabannya, mari kita lakukan aktivitas sains berikut ini!

Aktivitas Sains 2 Mengidentifikasi Jenis Bahan Isolator dan Konduktor KOMPONEN 1.

2.

3.

4.

3 buah kabel 1 buah baterai 1 buah bola lampu 1 buah uang koin

5. 1 buah uang kertas 6. 1 buah clip kertas 7. 1 buah penghapus 8. 1 buah pensil

CARA KERJA 1. Scan barcode disamping 2. Susun komponen seperti pada gambar

SCAN HERE *pada rangkaian yang kosong dihubungkan komponen lain secara bergantian 3. Amati nyala lampu yang terjadi dan catat hasil pengamatanmu dalam bentuk tabel DISKUSI 1. Apakah semua bahan dapat menghantarkan arus listrik?

2. Kelompokkan mana bahan yang termasuk konduktor dan isolator listrik!

6

Sering kita melihat orang menggunakan kabel untuk menghantarkan listrik dari suatu ujung kabel ke ujung lainnya. Mengapa menggunakan kabel? Kabel biasanya terdiri atas bahan tembaga atau perak di bagian dalamnya dan dilapisi bahan plastik atau karet di bagian luarnya. Mengapa demikian?

Hal ini berkaitan dengan kemampuan bahan untuk menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki daya hantar listrik yang berbedabeda. Tembaga dan perak merupakan bahan yang paling baik untuk menghantarkan listrik, sedangkan plastik dan karet merupakan bahan yang tidak dapat menghantarkan listrik. Apakah kamu sudah memahami mengapa logam perak atau tembaga pada kabel dilapisi plastik atau karet? Jika masih belum mengerti, mari kita pelajari materi berikut dengan teliti dan penuh semangat!

a

Tembaga (Konduktor) Plastik (Isolator)

Sumber: freedigitalphotos.net

Gambar 3 Kabel Listrik dari Tembaga dengan Pelapis Plastik

Konduktor Listrik

Mengapa kabel digunakan untuk mengalirkan arus listrik dari sumber listrik ke peralatan elektronik? Agar arus listrik dapat disalurkan dengan baik, maka dibutuhkan bahan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik pula. Pada bahan ini, elektron dapat mengalir dengan mudah. Bahan-bahan yang dapat digunakan untuk menghantarkan listrik dengan baik disebut dengan konduktor listrik.

Bahan konduktor atau yang disebut sebagai konduktor listrik ini memungkinkan arus listrik dapat mengalir dengan mudah karena bahannya yang terbuat dari atom. Di dalam konduktor, elektron terluar dari atomnya dapat bebas bergerak melalui materi ketika dilewati oleh muatan listrik. Contoh dari konduktor listrik adalah perak, emas dan logam (tembaga, timah, alumunium), juga tanah yang basah. Meskipun perak dan emas merupakan konduktor yang

7

sangat baik, tetapi karena harganya yang sangat mahal, kabel rumah tangga biasanya menggunakan bahan dari tembaga.

Tahukah Kamu?

Konduktor Listrik Apakah yang Terbaik?

Secara umum, logam merupakan konduktor listrik yang terbaik karena cenderung memiliki electron pada lapisan luar atomnya yang bergerak bebas. Namun, ada diantara logam tersebut yang memiliki kemampuan paling baik dalam menghantarkan listrik, yakni tembaga dan perak. Karena kemampuannya, tembaga menjadi salah satu logam yang paling banyak digunakan sebagai penghantar listrik.

Tembaga ini lah yang sering diletakkan di dalam kabel sehingga dapat menyalurkan listrik ke aneka benda elektronik di rumah – rumah. Tembaga kini telah digunakan dalam kabel listrik dan sirkuit listrik di seluruh dunia.

b

Isolator Listrik

Mengapa kabel listrik perlu dilapisi dengan plastik atau karet?

Pemberian plastik atau karet sebagai pelapis kabel bertujuan agar kabel lebih aman digunakan. Sifat plastik dan karet tidak dapat menghantarkan arus listrik sehingga kedua bahan tersebut masuk ke dalam kelompok bahan isolator. Bahan isolator ini adalah bahan yang sangat buruk untuk menghantarkan listrik karena di dalam bahan ini elektron sulit mengalir.

Beberapa bahan yang termasuk isolator listrik adalah porselin, karet, kaca, ebonite, plastik, sutera, parafin, marmer, udara kering, kapas dan kapas. Diantaranya, ada juga yang disebut sebagai isolator sempurna yang sama sekali tidak dapat dialiri oleh arus listrik. Isolator sempurna ini contohnya adalah ruang hampa udara (vakum).

8

c

Semikonduktor Listrik

Bahan semikonduktor listrik adalah bahan-bahan yang jika berada pada suhu rendah bersifat sebagai isolator, sementara pada suhu tinggi bersifat sebagai konduktor. Contoh bahan semikonduktor listrik adalah karbon, silikon, dan germanium. Pada bidang elektronika, bahan semikonduktor digunakan untuk membuat transistor yang kemudian dirangkai menjadi integrated circuit (IC) seperti pada Gambar 4.

Sumber: freedigitalphotos.net

Gambar 4 Integred Circuit (IC)

Tahukah Kamu?

Petir dapat menimbulkan korban karena membawa energi yang sangat besar.

Petir cenderung akan menyambar bendabenda yang tinggi seperti pohon, tiang bendera, dan bangunan-bangunan yang tinggi. Oleh sebab itu, pada konstruksi bangunanbangunan tersebut selalu diberi Sumber: penangkal petir yang dipasang di atap. Untuk freedigitalphotos.net menghindari terkena petir, sebaiknya kamu Gambar 5 tidak bermain-main di luar saat hujan yang Penangkal Petir disertai petir. Tahukah kamu bagaimana sistem kerja penangkal petir?

Penangkal petir dibuat runcing dari bahan konduktor (logam) dipasang di atas sebuah bangunan atau gedung yang dihubungkan dengan kabel sampai ke tanah, kemudian kabel tersebut ditanam di dalam tanah dengan tujuan agar arus petir yang sangat besar dapat segera dinetralkan ke dalam tanah (grounding). Masih ingatkah kamu bagaimana sifat konduktor? Coba jelaskan alasan penggunaan bahan konduktor untuk membuat penangkal petir!

9

Tidak hanya benda padat seperti tembaga dan perak, zat cair pun ada yang dapat menghantarkan arus listrik dan ada juga yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, contohnya larutan garam dan larutan gula. Larutan garam merupakan salah satu jenis elektrolit karena dapat menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan gula disebut sebagai nonelektrolit karena tidak dapat menghantarkan arus listrik. Cobalah lakukan aktivitas berikut ini!

Aktivitas Sains 3 Menyalakan Lampu dengan Larutan Gula dan Garam KOMPONEN 1.

2.

3.

4.

1 buah rangkaian lampu Air Gula Garam

CARA KERJA 1.

2.

3.

4.

5.

6.

SCAN HERE Scan barcode disamping Masukkan rangkaian lampu ke dalam air Tambahkan gula ke dalam air Amatilah nyala lampu Ulangi langkah diatas dengan menggunakan garam Tekan “water� pada bagian kiri atas untuk dapat melihat partikel dalam larutan garam dan larutan gula

DISKUSI 1. Bandingkan hasil antara lampu yang menggunakan larutan garam dan larutan gula!

2. Bandingkan hasil lampu dengan menambahkan gula atau garam yang banyak dan sedikit!

10

Tahukah kamu? Setiap bahan memiliki kemampuan yang berbeda dalam menghantarkan listrik.

Kemampuan tersebut tergantung pada nilai hambatan jenis suatu benda atau bahan. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listrik. Tabel 1 menyajikan beberapa nilai hambatan jenis bahan. Berdasarkan Tabe 1, coba pikirkan bahan apakah yang paling baik digunakan sebagai konduktor listrik? Mengapa?

Sumber: Serway dkk., 2004

Tabel 1 Hambatan Jenis Bahan

Besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang disebut hambatan jenis (Ď ). Besar hambatan jenis berbeda-beda untuk setiap jenis kawat (lihat Tabel 5.2), sehingga dapat dituliskan: Coba Buktikan! đ??ż đ?‘…= đ?œŒ đ??´ dengan:

R = hambatan kawat (â„Ś) Ď = hambatan jenis kawat (â„Śm) L = panjang kawat (m) A = luas penampang kawat (m2) SCAN HERE

Review Materi

?

Sebuah kawat aluminium yang memiliki dengan luas penampang 2 x 10-4 m2 memiliki nilai hambatan sebesar 10-4 ℌ. Jika hambatan jenis aluminium adalah 2,82 x 10-8 Ίm. Tentukan berapa panjang kawat aluminium tersebut?

11

C. RANGKAIAN LISTRIK Setelah melihat bagaimana kejadian arus listrik, sekarang kita akan belajar arus listrik dalam sebuah rangkaian. Ada beberapa hukum fisika yang terlibat dalam rangkaian listrik, misalnya hukum Ohm dan hukum Kirchhoff. Untuk itu, kita harus melihat kedua hukum tersebut saat menyelidiki rangkaian listrik. Oleh karena itu, simaklah uraian berikut ini.

a

Hukum Ohm

Arus listrik dihasilkan oleh sumber arus atau sumber tegangan. Bagaimana jika sumber arus itu dipasangkan pada suatu rangkaian listrik? Rangkaian listrik adalah jalan yang harus dilewati arus listrik. Rangkaian listrik terdiri atas sumber arus atau sumber tegangan, alat listrik, dan kabel penghubung. Pada dasarnya alat listrik menghambat arus listrik. Hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dapat dijelaskan pada hukum Ohm. Bunyi Hukum Ohm:

“Besar arus listrik (I) yang mengalir lewat sebuah penghantar atau konduktor akan selalu berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan padanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)�

Info Sains George Simon Ohm (1787-1854)

Sumber: Jendral Iptek, 1990

Gambar 6 George Simon Ohm

George Simon Ohm yaitu fisikawan dari jerman yang melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik pada tahun 1927.

Dari hasil penelitiannya, Ohm membuat suatu grafik beda potensial terhadap arus listrik. Ternyata, grafik tersebut membentuk suatu garis lurus yang condong ke kanan dan lewat titik pusat koordinat (0, 0). Dari grafik tersebut, Ohm menentukan kalau kemiringan grafik sama dengan besar hambatan Rheostat yang dipakai dalam penelitian tersebut.

12

Supaya lebih jelas lagi mengenai Hukum Ohm, kamu bisa melakukan aktitvitas sains berikut: Aktivitas Sains 4 Menyelidiki Hukum Ohm KOMPONEN 1. 3 buah baterai 4. 1 buah amperemeter 2. 1 buah bola lampu 5. 1 buah voltmeter 3. 3 buah kabel penghubung CARA KERJA 1. Scan barcode disamping 2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar

SCAN HERE 3. Catatlah besar arus (I) yang ditunjukkan pada amperemeter dan beda tegangan (V) yang ditunjukkan pada voltmeter 4. Ulangi percobaan dengan baterai sebanyak 2 buah dan 3 buah serta catat besar I dan V. DISKUSI 1. Buatlah grafik hubungan antara I dan V dar hasil percobaan 2. Buatlah kesimpulan dari data yang telah kamu peroleh

Dari data hasil percobaan yang telah kamu lakukan, jika dibuat grafik hubungan kuat arus I dan beda tegangan V diperoleh hubungan seperti pada gafik ohm Gambar 7. Dari grafik tersebut, diperoleh grafik garis miring yang lurus.

Dengan demikian, dapat diperoleh bahwa = C = konstan.

Konstanta ini adalah besaran tetap yang dinamakan hambatan listrik dan diberi simbol R.

Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 7 Grafik Hubungan I-V

13

Dengan demikian, diperoleh hubungan dengan đ?‘‰ =đ?‘… V = beda potensial (volt atau V) đ??ź I = kuat arus (ampere atau A) atau R = hambatan (ohm atau Ί) đ?‘‰=đ??źđ?‘… Perumusan ini dinyatakan sebagai hukum Ohm. Sebuah penghantar dikatakan mempunyai nilai hambatan 1 Ί, jika beda tegangan 1 V di antara kedua ujungnya yang mampu mengalirkan arus sebesar 1 ampere melalui penghantar tersebut.

Jika ada suatu bahan dengan kemiringan besar, bahan tersebut sulit dilewati arus listrik. Hambatan listrik dapat berfungsi sebagai pengatur arus listrik maupun pengatur tegangan dalam suatu rangkaian listrik. Hambatan listrik (R) dapat terbuat dari bermacammacam bahan logam, yaitu nikel, keramik, dan karbon.

Komponen yang khusus dibuat untuk menghambat arus listrik disebut resistor (penghambat).

Sebuah resistor dapat dibuat agar mempunyai nilai hambatan tertentu. Jika dipasang pada rangkaian sederhana, fungsi resistor untuk Sumber: Budi,dkk.2015 mengurangi arus yang kuat. Namun, jika Gambar 8 Rangkaian dipasang pada rangkaian yang rumit, Hambatan Geser seperti radio, televisi, dan komputer, resistor dapat berfungsi sebagai pengatur Coba Buktikan! kuat arus. Nilai hambatan suatu resistor dapat diukur secara langsung dengan ohmmeter. Biasanya, ohmmeter dipasang bersama- sama dengan amperemeter dan voltmeter dalam satu perangkat yang disebut multimeter.

Selain dengan ohmmeter, nilai hambatan resistor dapat diukur secara tidak langsung dengan metode voltmeter amperemeter. Dalam SCAN HERE hal ini, nilai hambatan dihitung dengan rumus

= .

14

Contoh Soal Soal Diketahui hambatan sebuah lampu pijar adalah 25 Ί. Berapakah kuat arus yang melaluinya jika lampu pijar tersebut dipasang pada tegangan 100 V dan 150 V? Penyelesaian Diketahui: R = 25 Ί V1= 100 V V2= 150 V Ditanya: I1 dan I2 =...?

Jawab: a. V1 = 100 V b. V2 = 150 V �

�

đ??ź=đ?‘… I1 =

100 25

đ??ź=đ?‘… = 4đ??´

I2 =

150 25

= 6đ??´

Jadi, arus listrik yang mengalir pada lampu pijar dengan tegangan 100 V dan 150 V adalah 4 A dan 6 A.

Berdasarkan contoh soal diatas, kuat arus yang mengalir melalui lampu akan lebih besar jika dipasang pada tegangan yang lebih besar. Artinya, sebuah lampu pijar akan menyala lebih terang jika dipasang pada tegangan yang lebih tinggi.

Review Materi

?

1. Sebuah hambatan sebesar 10 Ί dialiri arus listrik sebesar 0,5 A. Berapakah beda tegangan antara kedua ujung hambatan tersebut?

2. Dalam suatu percobaan hukum Ohm, semula digunakan tegangan 1,5 V. Kuat arus yang terukur 100 mA. Jika tegangan diperbesar3 kali, berapakah kuat arus yang terukur?

3. Sebuah hambatan apabila dialiri arus sebesar 1 A, tegangan yang terukur sebesar 10 V. Berapakah besar hambatan yang harus ditambahkan agar tegangan yang terukur menjadi 15 V?

15

b

Hukum 1 Kirchoff

Perhatikan Gambar! Mobil yang masuk dari jalur utama akan berpisah di persimpangan jalan dan menuju tujuan masing-masing.

Jumlah mobil yang masuk dan yang keluar jalur akan tetap sama, hal ini juga berlaku pada listrik. Menurut hukum Kirchhoff, besar arus listrik yang masuk ke dalam titik cabang kawat penghantar nilainya sama dengan besar arus listrik yang keluar dari titik cabang kawat penghantar tersebut.

(a)

(b) Sumber: freedigitalphotos.net

Gambar 9 (a) Arus Kendaraan di Bundaran HI, Jakarta (b) Arus Listrik yang Masuk dan Keluar dari Percabagan

Secara matematis, pada setiap titik cabang berlaku: = Jika diketahui besar arus listrik = = = 4 , dan 4 = maka besar arus pada Gambar adalah: = 4 = = 4 = 4 4 = Jadi, besar arus listrik yang mengalir pada adalah 1 ampere.

,

Info Sains Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)

Sumber: Jendral Iptek, 1990

Gambar 10 Gustav Robert Kirchhoff

Hukum Kirchhoff adalah hukum yang ditemukan oleh seorang ilmuwan Fisika asal Jerman, yaitu Gustav Robert Kirchhoff. Fokus penelitian Kirchhoff sebenarnya tidak hanya pada sistem kelistrikan saja, melainkan juga spektroskopi dan termodinamika.

Ilmuwan lulusan Universitas Albertus Konigsberg ini berhasil merumuskan hukum rangkain listrik pada tahun 1845. Hingga saat ini, Hukum Kirchhoff banyak digunakan dalam rekayasa kelistrikan.

16

Aktivitas Sains 5 Menyelidiki Hukum 1 Kirchoff KOMPONEN 1. 1 buah baterai 2. 2 buah bola lampu

3. 3 buah amperemeter 4. 7 buah kabel penghubung

CARA KERJA 1. Scan barcode disamping 2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar

SCAN HERE 3. Bacalah kuat arus yang ditunjukkan oleh ketiga jarum penununjuk pada amperemeter.

DISKUSI Bagaimana besar kuat arus yang masuk dan keluar titik percabangan?

Jelaskan!

Contoh Soal Soal Besarnya arus listrik yang melalui đ??ź = đ??´ đ??ź = đ??´ đ??ź4 = 0 đ??´ tentukan besarnya arus listrik yang melalui I3 dan I5!

Penyelesaian Diketahui:

Ditanya: I3 dan I5 =...?

Jawab: ∑Imasuk = ∑Ikeluar a. I1 = I5 b. I2 + I3 + I4 = I5 I5 = 3A 1 + I3 + 0,5= 3 I3 = 1,5A Jadi, arus listrik yang mengalir pada I3 dan I5 adalah 1,5 A dan 3A

17

c

Rangkaian Hambatan Listrik

Jika kamu diberi seperangkat alat yang terdiri atas dua lampu pijar, baterai, dan beberapa utas kabel, bagaimanakah cara untuk mengatur dua lampu itu secara bersamaan? Samakah terangnya?

Untuk mengetahuinya coba lakukan kegiatan berikut: Aktivitas Sains 6 Rangkaian Lampu Seri dan Paralel KOMPONEN 1. 6 utas kabel 2. 1 buah baterai 3. 2 buah lampu CARA KERJA DAN DISKUSI

SCAN HERE

1. Scan barcode disamping 2. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan 1 baterai sehingga dua lampu menyala terang! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang kamuperoleh tersebut?

3. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan 1 baterai sehingga dua lampu menyala redup! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang kamu peroleh tersebut?

Dari Aktivitas Sains 6 jika kamu dapat menghasilkan dua cara yang nyalanya berbeda, untuk nyala dua lampu yang lebih redup disebut rangkaian seri. Adapun yang lebih terang disebut rangkaian paralel. Hal itu dikarenakan pemasangan hambatan listrik ini memengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik. Tahukah kamu mengapa? Perhatikan penjelasan berikut!

18

1. Rangkaian Seri Gambar 8(a) merupakan skema rangkaian tak bercabang.

Dalam rangkaian tak bercabang, kuat arus di setiap titik pada rangkaian sama. Dalam hal ini, lampu pertama (L1) dan lampu kedua (L2) teraliri arus listrik sama besar meskipun lampu L1 (R1) tidak sama dengan hambatan lampu L2 (R2). Gambar 8(a) dapat disederhanakan menjadi Gambar 8(b). Pada rangkaian seperti Gambar 8(b), kuat arus listrik yang melalui hambatan pertama (R1) sama dengan kuat arus listrik yang melalui hambatan kedua (R2).

Sehingga pada rangkaian seri kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda-beda, dirumuskan: V1 ≠ V2 ≠ ... ≠ Vn Vtotal = V1 + V2 + ...+Vn Menurut hukum Ohm V1 = I ∙ R 1 V2 = I ∙ R 2 Vtotal = IR1+ IR2= I (R1 + R2) Karena : Vs = I ∙ Rs = Vtotal maka, Rs Rs = R1 + R2 Jika ada n buah hambatan yang disusun secara seri maka: Rs = R1 + R2 + .... + Rn

Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 11 Rangkaian Hambatan Seri

Jadi, jika beberapa buah hambatan dirangkai secara seri, nilai hambatannya bertambah besar. Akibatnya, kuat arus yang mengalir semakin deras. Hal inilah yang menyebabkan nyala lampu menjadi kurang terang. Makin banyak lampu yang dirangkai, nyalanya makin redup. Jika satu lampu mati, lampu yang lain padam.

Mengapa demikian?

19

2. Rangkaian Hambatan Listrik Paralel Gambar 9(a) merupakan skema rangkaian bercabang dua.

Dalam hal ini, arus listrik dari baterai terbagi dua. Sebagian digunakan oleh lampu L1 dan sebagian yang lain digunakan oleh lampu L2. Meskipun hambatan lampu L1 (R1) tidak sama dengan hambatan L2 (R2), beda potensial yang digunakan oleh kedua lampu itu sama, yaitu tegangan jepit baterai. Gambar 9(a) dapat disederhanakan menjadi Gambar 9(b). Pada rangkaian paralel, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda, sehingga: I1 ≠I2 ≠... ≠In Menurut hukum Ohm I1 =

1

dan I2 =

2

Itotal = I1 + I2 Itotal =

1

+

2

=V(

1

1

1

)

2

Karena: Itotal = maka, 1

=

1

1

1

2

Sehingga, untuk n buah hambatan paralel: 1

=

1 1

1 2

+.....+

1

, dengan n =

Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 12 Rangkaian Hambatan Paralel

jumlah resistor.

Berdasarkan persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa dalam rangkaian paralel, nilai hambatan total (RP) lebih kecil daripada nilai masing-masing hambatan penyusunnya (R1+R2). Oleh karena itu, beberapa lampu yang disusun secara paralel sama terangnya dengan lampu pada intensitas normal (tidak mengalami penurunan).

Jika salah satu lampu mati (putus), lampu yang lain tetap menyala.

20

Contoh Soal Soal Tiga buah hambatan dipasang secara seri. Masing-masing hambatan bernilai 0,75 Ohm. Tentukan nilai hambatan total rangkaian tersebut.

Penyelesaian Diketahui: R1 = R2 = R3 Ditanya: Rtotal?

Jawab: Rtotal = R1 + R2 + R3 = 0,75 + 0,75 + 0,75 = 2,25 Jadi, nilai hambatan total dari rangkaian tersebut adalah 2,25 Ohm

d

Rangkaian Sumber Tegangan

Pada bagian sebelumnya kita telah mempelajari rangkaian hambatan. Selain rangkaian hambatan, beberapa sumber tegangan juga dapat dirangkai baik secara seri maupun paralel. Dalam setiap sumber tegangan terdapat hambatan yang disebut hambatan dalam, dilambangkan r.

Adanya hambatannya dalam (r) inilah yang menyebabkan GGL sumber tegangan selalu lebih besar dari tegangan jepitnya.

Hambatan dalam (r) selalu tersusun seri dengan hambatan luar (R). Dalam hal ini, hukum Ohm dituliskan: đ??¸=đ??ź đ?‘…

Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 13 Rangkaian hambatan dalam dan hambatan luar tersusun seri

đ?‘&#x;

E = GGL sumber tegangan (volt) I = kuat arus listrik (ampere) R = hambatan luar (ohm) r = hambatan dalam (ohm)

21

1. Rangkaian Seri Tiga buah baterai dapat dirangkai secara seri. Pada rangkaian ini, GGL Sumber: Budi,dkk.2015 Gambar 14 Tiga Buah Baterai total rangkaian merupakan jumlah dirangkai Seri aljabar tiap-tiap baterai.

Berdasarkan Gambar 13, GGL totalnya adalah đ??¸=đ??¸

đ??¸

đ??¸

Jika ada di baterai sejenis yang dirangkai secara seri maka

đ??¸đ?‘Ąđ?‘œđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘™ = đ?‘›đ??¸ Jika baterai dirangkai secara seri, hambatan dalamnya otomatis terangkai secara seri. Jika ada n buah sejenis baterai yang dirangkai seri, hambatan dalam totalnya adalah đ?‘&#x;đ?‘Ąđ?‘œđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘™ = đ?‘›đ?‘&#x; Dengan demikian, kuat arus (I) yang mengalir adalah đ?‘›đ??¸ đ??ź= đ?‘… đ?‘›đ?‘&#x; 2. Rangkaian Paralel Tiga buah baterai dapat dirangkai secara paralel. Pada rangkaian ini, GGL tiap-tiap baterai dengan GGL totalnya. Dari Gambar 6.14, GGL-nya adalah đ??¸

= đ??¸

= đ??¸

= đ??¸đ??´đ??ľ

Jika ada n buah baterai sejenis dirangkai paralel, hambatan dalamnya otomatis juga terangkai secara paralel. Dengan demikian, 1 đ?‘&#x;đ?‘?

=

Sumber: Budi,dkk.2015

1

1

đ?‘&#x;1

đ?‘&#x;2

+.....+

1 đ?‘&#x;đ?‘›

Gambar 15 Tiga Buah Baterai dirangkai Paralel

Sehingga đ?‘&#x;đ?‘? =

1 đ?‘&#x;đ?‘›

22

Beberapa baterai yang dirangkai paralel, GGL-nya tetap.

Akan tetapi, kemampuan untuk menghasilkan arus listrik menjadi lebih besar. Hal itu terjadi karena hambatan dalam totalnya menjadi lebih kecil. Dalam hal ini, kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dirumuskan đ??ź=

đ??¸ đ?‘&#x;đ?‘…+

đ?‘&#x; đ?‘›

3. Rangkaian Baterai Tidak Searah Tiga buah baterai masing-masing mempunyai GGL E. Besar GGL rangkaian pada gambar di samping adalah E1 = E - E + E =E Rangkaian baterai paralel dengan GGL E, tidak searah seperti gambar di samping besar GGL rangkaian adalah EAB = E-E =0

(a) Rangkaian seri

(b) Rangkaian paralel Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 16 Rangkaian tidak searah

Contoh Soal Soal Empat buah baterai yang masing-masing ber-GGL 1,5 V dan berhambatan dalam 1 Ί dirangkai dan dihubungkan dengan sebuah lampu yang berhambatan 10 Ί. Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui rangkaian jika baterai itu dirangkai secara seri.

Penyelesaian Diketahui: n = 4, r = 1Ί, Îľ = V dan R = 0 Ί Ditanya: I jika rangkaian baterai ser? nÎľ Jawab: I =đ?‘…+đ?‘›đ?‘&#x; I=

4�1 5�

10 Ί + 4.1 Ί 6�

I = 14Ί = 0,429 A Jadi, nilai kuat arus listrik yang mengalir adalah 0,429 A

23

C. GGL dan Penghantar Listrik

a

Gaya Gerak Listrik

Menurut kamu, apakah sama pengertian gaya gerak listrik (GGL) dengan pengertian gaya yang telah kamu pelajari pada kelas VII? Istilah gaya gerak listrik tidak tepat karena tidak mewakili “gaya� seperti pada hukum Newton. Sehingga gaya gerak listrik dinyatakan dengan singkatan GGL. Sumber gaya gerak listrik atau GGL merupakan perubahan energi kimia atau energi lainnya menjadi energi listrik, misalnya pada aki, baterai,dll.

Beda potensial antara kutub sumber arus jika tidak ada arus yang mengalir kerangkaian luar disebut GGL dari sumber. Besar GGL disimbulkan dengan đ?œ€. Dalam kehidupan sehari-hari, GGL sering disebut dengan tegangan atau voltase.

Sumber : Budi,dkk.2015

Gambar 17. Beda potensial antara kutub sumber arus pada rangkaian terbuka disebut GGL

Ketika muatan listrik bergerak dalam sumber GGL dari potensial rendah ke potensial tinggi, muatan elektron ini mengalami hambatan. Hambatan pada sumber arus disebut dengan hambatan dalam. Hambatan dalam adalah suatu hambatan yang dipengaruhi oleh massa jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat.

Hambatan dalam biasa di nyatakan dengan simbol r. Ketika muatan listrik mengalir melalui hambatan dalam, terjadi penurunan potensial atau energi potensial listrik berkurang. Tegangan yang lebih kecil dari

24

pada GGL disebut dengan tegangan jepit. Tegangan jepit adalah beda potensial antara kutub-kutub sumber arus listrik ketika sumber arus listrik tersebut terbebani atau mengalirkan arus listrik.

Untuk lebih memahami pengertian GGL dan tegangan jepit, kamu dapat melakukan aktivitas sains berikut.

Aktivitas Sains 7 Menyelidiki GGL dan tegangan jepit

KOMPONEN 1. Lampu pijar 2. Baterai 3. Kabel penghubung

4. Voltmeter 5. Sakelar

CARA KERJA 1. Scan barcode dibawah ini 2. Susunlah alat tersebut seperti pada gambar

3. Bacalah angka yang ditunjuk oleh jarum penunjuk voltmeter ketika saklar dalam keadaan terbuka 4. Bacalah angka yang ditunjuk oleh jarum penunjuk voltmeter ketika saklar dalam keadaan tertutup DISKUSI 1. Jika hasil pengamatan kamu pada keadaan saklar terbuka disebut GGL, tuliskan kesimpulan kamu secara singkat dan jelas!

SCAN HERE

25

Berdasarkan percobaan diatas, dapat kamu ketahui bahwa angka yang ditunjuk voltmeter ketika sakelar terbuka atau ketika baterai tidak mengalirkan arus listrik disebut gaya gerak listrik (GGL).

Sedangkan angka yang ditunjukkan voltmeter ketika sakelar tertutup atau ketika baterai mengalirkan arus disebut tegangan jepit.

Arus listrik yang telah kamu pelajari merupakan arus listrik searah. Dalam rangkaian, arus listrik searah mengalir dari kutub positif ke kutub negatif sumber arus. Adapun di dalam sumber tegangan, arus listrik mengalir dari kutub negatif ke kutub positif.

Aliran arus akan berhenti setelah potensial kedua kutub sama.

Review Materi

?

1. Sebuah baterai 1,5 V digunakan untuk menyalakan sebuah lampu pijar. Rangkaian sederhana itu dilengkapi pula sebuah voltmeter.

Ketika lampu menyala, voltmeter menunjukkan angka 1,4 V. berapakah tegangan jepit rangkaian itu ?

1. Mengapa tegangan jepit suatu rangkaian selalu lebih kecil daripada GGL elemen?

b

Pengukuran Arus Listrik

Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya arus listrik yaitu amperemeter. Untuk mengukur arus listrik ini, amperemeter dipasang secara seri. Hal tersebut bertujuan agar kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat penghantar (kabel) sama dengan kuat arus listrik yang melalui amperemeter.

Sumber : Budi,dkk.2015

Gambar 18. Susunan seri amperemeter dalam rangkaian

26

Pada rangkakaian seperti Gambar 15 kamu dapat mengetahui adanya arus listrik melalui nyala lampu dan gerakan jarum amperemeter. Kuat arus yang mengalir melalui lampu sama dengan kuat arus yang mengalir melalui amperemeter. Sedangkan besar simpangan pada jarum penunjuk amperemeter menunjukkan besar kuat arus yang mengalir.

Ketika rangkaian dibukka (salah satu kabel diputus), lampu pijar akan padam dan jarum penunjuk pada amperemeter menunjukkan angka 0. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada aliran arus listrik yang mengalir pada lampupijar dan amperemeter. Sehingga dapat disimpulkan bahwa arus listrik hanya dapat mengalir pada rangkaian tertutup.

Tahukah kamu bagaimana cara membaca kuat arus yang ditunjukkan oleh amperemeter? Amperemeter mempunyai kemampuan tertentu dalam mengukur kuat arus listrik, karena amperemeter memiliki batas ukur tertentu yang dapat diubah – ubah (diatur). Pada batas ukur tertentu, maka skala maksimumnya juga tertentu. Misalnya, batas ukur amperemeter 1 A dan skala maksimumnya 50. Jika jarum penunjuknya menunjukkan angka 20 pada skala, kuat arus listrik yang melaluinya dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut. đ?‘˜đ?‘˘đ?‘Žđ?‘Ą đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘˘đ?‘ đ?‘ đ?‘˜đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ž đ?‘Śđ?‘Žđ?‘›đ?‘” đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ąđ?‘˘đ?‘›đ?‘—đ?‘˘đ?‘˜ = đ?‘?đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘ đ?‘˘đ?‘˜đ?‘˘đ?‘&#x; đ?‘ đ?‘˜đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ž đ?‘šđ?‘Žđ?‘˜đ?‘ đ?‘–đ?‘šđ?‘˘đ?‘š Dari contoh diatas, kalian memperroleh persamaan đ?‘˜đ?‘˘đ?‘Žđ?‘Ą đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘˘đ?‘ 1đ??´

=

20 50

Kuat arus = 0,4 A

Jadi kuat arus listrik yang melalui amperemeter adalah 0,4 A.

Sakelar dan Sekring Sakelar dan sekring merupakan alat pemutus dan penyambung arus listrik. Tahukah kamu apa perbedaan dari keduanya? Saklar adalah penyambung atau pemutus arus listrik sementara. Dengan sakelar kamu dapat menyambung dan memutus arus listrik tanpa

27

mengubah susunan rangkaian. Sakelar dirangkai secara seri. Dalam kehidupan sehari-hari, sakelar banyak dimanfaatkan untuk menyalakan atau memadamkan lampu. Jika sakelar di on-kan maka lampu nyala, dan jika sakelar di off-kan lampu akan padam.

Pada rangkaian listrik rumah tangga (PLN), arus listrik yang mengalir kadang-kadang melebihi batas yang diperkenankan . Hal itu dapat merusak alat-alat listrik pada rangkaian, bahkan dapat menyebabkan kebakaran. Oleh karena itu, diperlukan suatu alat pengaman atau alat pembatas kuat arus. Alat inilah yang disebur sekring. Bagian pokok sekring berupa kawat. Apabila arus listrik yang melalui kawat tersebut melebihi batas arus yang diperkenankan, kawat tersebut akan hangus terbakar. Akibatnya. rangkaian menjadi terbuka (aliran arus terputus). Biasanya, hal itu terjadi karena adanya hubungan pendek (korsleting) pada rangkaian. Sekring ktidak hanya dipasang pada kotak sekring, tetapi juga dipasang pada kontak tusuk kabel setiap alat listrik, misalnya setrika listrik, Sebagai contoh, jika sebuah setrika listrik memerlukan arus 2 A, nilai sekringnya harus sedikit lehih tinggi dari 2 A. misalnya 3 A. Jika nilai sekring yang digunakan kurang dari 2 A misalnya 1 A. sekring itu akan selalu putus.

Nilai sekring yang dipasang di kotak sekring jauh lebih besar, yaitu sekitar 30 A. Hal itu disebabkan sekring itu harus memiliki beban arus yang besar.

Sumber: physic, 1996

Gambar 19. sekring

28

C

Pengukuran Beda Potensial

Ketika mempelajari tegangan jepit, kamu sudah mengenal alat ukur voltmeter. Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar beda potensial atau tegangan listrik. Voltmeter dirangkai secara paralel dengan sumber tegangan atau peralatan listrik yang akan diukur beda potensialnya (tegangannya).

Maksudnya, kutub positif voltmeter harus dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan atau alat listrik dan kutub negatif voltmeter harus ditempatkan dengan kutub negatif sumber tegangan atau alat listrik.

Sumber: Budi,dkk.2015

Gambar 20. Mengukur tegangan sebuah baterai

Sebagai contoh, kamu akan mengukur tegangan sebuah baterai. Mula-mula kamu harus memutar sakelar, pilih ke arah DC (menunjukkan sumber tegangan arus searah). Kemudian, pilih batas ukur dengan cara memutar sakelar, misalnya 5 V. Dalam hal ini, tegangan maksimum yang dapat diukur dengan voltmeter adalah 5 V. Jika skala yang ditunjuk olch jarum penunjuk adalah 15 dan skala maksimumnya 50, nilai tegangannya dapat dihitung sebagai berikut: đ?‘˜đ?‘˘đ?‘Žđ?‘Ą đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘˘đ?‘ đ?‘?đ?‘Žđ?‘Ąđ?‘Žđ?‘ đ?‘˘đ?‘˜đ?‘˘đ?‘&#x;

=

tegangan =

đ?‘ đ?‘˜đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ž đ?‘Śđ?‘Žđ?‘›đ?‘” đ?‘‘đ?‘–đ?‘Ąđ?‘˘đ?‘›đ?‘—đ?‘˘đ?‘˜ đ?‘ đ?‘˜đ?‘Žđ?‘™đ?‘Ž đ?‘šđ?‘Žđ?‘˜đ?‘ đ?‘–đ?‘šđ?‘˘đ?‘š 15 50

maka

x 5V = 1,5 V

Jadi, tegangan baterai yang diukur adalah 1,5 V.

29

Ketika membaca rangkaian listrik, kalian akan menemukan simbol- simbol komponen listrik. Agar dapat membaca rangkaian tersebut, kalian harus dapat menerjemahkan tiap simbol yang ada.

Oleh karena itu, pelajarilah tabel berikut.

Tabel 2 Komponen dan Simbol dalam Rangkaian Listrik

Sumber: physic, 1996

Gambar sekring

Sumber : Science Adventure, 2003

30

D. Transmisi Energi dan Daya Listrik

a

Transmisi dan Distribusi Listrik

Pada umumnya, pusat tenaga listrik terletak jauh dari pusat bebannya. Energi listrik yang dihasilkan pusat pembangkitan disalurkan melalui jaringan transmisi. Tegangan pembangkit relatif rendah (6 kV- 24 kV). Untuk itu, tegangan dinaikkan dengan menggunakan transformator daya ke tegangan yang lebih tinggi, yaitu antara 150 kV-500 kV. Tujuan peningkat tegangan ini, selain memperbesar daya hantar dari saluran (berbanding lurus dengan kuadrat tegangan), juga untuk memperkecil rugi daya dan susut tegangan pada saluran transmisi.

Penurunan tegangan dari jaringan tegangan tinggi / ekstra tinggi sebelum konsumen dilakukan dua kali. Pertama dilakukan di gardu induk (GI), yaitu menurunkan tegangan dari 500 kV ke 150 kV atau dari 150 kV hingga 70 kV. Kedua dilakukan pada gardu induk distribusi dari 150 kV ke 20 kV atau dari 70 kV ke 20 kV. Saluran listrik dari sumber pembangkit listrik sampai transformator terakhir, sering disebut juga sebagai sa- luran transmisi, sedangkan dari transformator terakhir sampai konsumen terakhir disebut saluran distribusi atau saluran primer.

Ada dua macam saluran transmisi / distribusi PLN, yaitu saluran udara (overhead lines) dan salura n kabel bawah tanah (underground lines).

Kedua cara tersebut masing-masing keuntungan dan kerugian. Dari segi estetika, saluran bawah tanah lebih, juga tidak mudah terganggu oleh cuaca buruk, misalnya hujan, petir, dan angin.

Namun, saluran bawah tanah jauh lebih mahal dari saluran udara.

Saluran bawah tanah tidak cocok untuk daerah rawan banjir karena jika terjadi gangguan akan berbahaya.

Ada tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik, yaitu pembangkitan, penyaluran (transmisi), dan distribusi. Ketiga penyaluran tersebut dapat digambarkan seperti Gambar ....

31

`

Sumber : Budi,dkk.2015

Gambar 21. Proses penyaluran energi

Tegangan sistem distribusi dapat dikelompokkan menjadi dua bagian besar, yaitu distribusi primer (20 kV) distribusi sekunder (380/220 V). Jaringan distribusi 20 kV sering disebut sistem distribusi tegangan menengah dan jaringan distribusi 380/220 V sering disebut jaringan distribusi sekunder atau jaringan tegangan rendah 380/220 V.

b

Energi Listrik

Dalam kehidupan sehari-hari, kamu sering menggunakan setrika listrik untuk merapikan pakaian. Pada malam hari, kamu menggunakan energi listrik untuk penerangan. Jika dipegang, lampu yang kamu gunakan untuk penerangan terasa panas. Hal itu menunjukkan bahwa energi listrik dapat diubah menjadi energi panas. Selain itu, energi listrik juga dapat diubah menjadi berbagai bentuk energi lain, seperti energi gerak, suara, dan cahaya.

32

Tahukah Kamu PEMANAS AIR ELEKTRIK Tahukah kamu jika pemanas elektik atau heater adalah salah satu pemanfaatan perubahan energi listrik menjadi energi kalor. Mengapa heater bisa merubah energi listrik menjadi energi kalor? Karena heater ini dibuat dengan lapisan elemen yang dapat mengahntarkan listrik.

Cara kerja heater ini yaitu dengan jenis tangki terbuka yaitu ketika alat pemanas telah disambungkan ke sumber listrik dan dihidupkan, arus listrik yang telah mengalir akan melewati elemen pemanas. Elemen panas ini akan mengubah energi listrik yang melewatinya untuk menjadi energi panas.

Air yang telah berada di dalam tangki akan dipanaskan dengan energi panas yang dihasilkan elemen tersebut. Air yang memiliki suhu lebih panas akan bergerak ke atas, sedangkan air yang memiliki suhu lebih rendah akan berada di bawah karena massa jenisnya yang lebih tinggi dari air panas.

Jika air panas mengalir ke luar, maka air dingin pada bagian bawah tangki akan masuk dan mulai dipanaskan kembali. Jadi proses pemanasan dengan water heater listrik jenis terbuka dapat dikatakan sederhana, yaitu air dengan suhu yang lebih panas akan naik di dalam tangki dan memisahkan air dengan suhu yang dingin.

Ketika kamu melakukan suatu percobaan untuk menyelidiki adanya perubahan energi listrik menjadi kalor, maka angka yang ditunjukkan oleh termometer mengalami kenaikan setaiap menitnya.

Sesuatu yang dapat menyebabkan kenaikan suhu yaitu kalor. Kalor ini berasal dari energi listrik. Jadi, energi listrik berubah menjadi energi kalor. Kamu telah mempelajari bahwa kalor digunakan untuk menaikkan suhu benda yang dirumuskan Q = m.c.ΔT.

33

Berdasarkan rumus tersebut, dapat diketahui bahwa besar energi listrik yang berubah menjadi kalor sebanding dengan kenaikan suhu.

Jika energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C adalah Q, dari kegiatan di atas dapat diperoleh hubungan Q1 - V1 I1 t1 dan Q2 – V2 I2 t2 (Indeks 1 mengacu penggunaan pemanas 12 volt dan indeks 2 mengacu penggunaan pemanas 6 volt) Karena Q1 = Q2 , maka đ?‘‰2 đ??ź2 đ?‘Ą2 =1 đ?‘‰1 đ??ź1 đ?‘Ą1 V2 I2t2 = V1I1t1 Dapatkah kamu membuktikannya?

Persamaan V2 I2t2 = V1I1t1 menunjukkan bahwa hasil perkalian antara tegangan (V), arus listrik (I), dan waktu(t) merupakan kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu air. Dalam hal ini, kaloor itu berasal dari energy listrik. Selanjutnya, secara umum dapat disimpulkan bahwa energy listrik yang timbul dalam rangkaian sebanding dengan beda potensial atau tegangan (V), kuat arus (I), dan waktu (t), yang secara matematis dapat dituliskan:

W= V I t Dengan : W = energy listrik (joule) V = tegangan (volt) I = kuat arus (ampere) t = waktu (sekon) Berdasarkan hukum Ohm, V= I R, persamaan energy listrik juga dapat ditulis W = I2 R t atau W =

đ?‘˝đ?&#x;? đ?‘š

đ?’•

Menurut tatra kalor mekanis, 1 joule = 0,24 kal atau 1 kal = 4,2 J.

34

Contoh Soal Sebuah pemanas listrik digunakan untuk memanaskan 1 kg air mula-mula bersuhu 0℃ sehinngga mendidih. Jika pemanas listrik tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 200V dan kuat arus yang mengalir 10 A, berapa lama waktu yang diperlukan untuk mendiidhkan air tersebut?

Penyelesaian : Diketahui : đ?‘šđ?‘Žđ?‘–đ?‘&#x; = 1đ?‘˜đ?‘” đ??śđ?‘Žđ?‘–đ?‘&#x; = 4.200 J/Kg ℃ đ?‘‡1 = 0℃ đ?‘‡2 = 100℃ (mendidih) ΔT = (đ?‘‡2 - đ?‘‡1 ) = (100-0) ℃ = 100℃ V = 200V I = 10A t = ‌‌?

Jawab : Besar energy listrik pada pemanas W=VIt Energy ini diberikan ke air dan digunakan untuk menaikkan suhu. Besar energy yang digunakan air ntuki menaikkan suhuh Q = m c ΔT Karena semua energy listrik digunakan untuk menaikkan suhu air, berlaku pemanasan W=Q VIt =

đ?‘š đ?‘? đ?›Ľđ?‘‡ đ?‘‰đ??ź

=

1 đ?‘Ľ 4.200 đ?‘Ľ 100 200 đ?‘Ľ 10

t = 210 sekon = 3, 5 menit Jadi, waktu yang diperlukan untuk mendidihkan air adalah 3,5 menit

Review Materi

?

1. Sebuah lampu 10â„Ś dialiri aarus listrik 200 mA selaama 2 menit.

Berapakah energy yang terserap lampu ?

2. Sebuah kumparan dari kawaat nikelin mempunyai hambatan sebesar 10â„Ś dimasukkan dalam 100 gram air. Jika kumparan diberi beda potensial sebesar 12 volt,l berapakah waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu saatu derajat celcius (đ??śđ?‘Žđ?‘–đ?‘&#x; = 1.000 J/Kg℃).

3. Energy yang ditimbulkan pada hambatan R yang diberi beda tegangan V dalam waktu t adalah sebesar W. berapakah besar energy yang timbul apabila hambatan, tegangan, dan waktu hanya

35

c

Daya Listrik

Daya didefinisikan sebagai kecepatan melakukan kerja atau usahan setiap satuan waktu. Secara matematis pernyataan itu dapat ditulis sebagai berikut Dengan : P = daya (watt) đ?‘ž P= đ?’• W = usaha (joule) t = waktu (sekon) satuan daya adalah koule/sekon atau sering disebut watt (W). satu watt adalah energy yang diperlukan setiap satu sekon sebesar ssaatu joule. Satuan lainnya adalah kilowatt(kW) dan megawatt(MW). 1kW= 103 watt dan 1MW = 106 watt. Untuk mesin-mesinn yang mempunyai daya besar, biasanya digunakan satuan daya kuda (horse power = hp) dengan perbandingan 1 daya kuda = 746 watt.

Namun, berkaitan dengan perubahan perubahan bentuk ebergi listrik, daya listrik dapat didefinisikan sebagai kecepatan perubahan energy listrik menjadi energy bentuk lain. Berdasarkan persamaan energy listrik W= V I t dan definisi daya P = P=VI

đ?‘Š đ?‘Ą

diperoleh persamaan

dengan : P = daya listrik, dalam watt (W) V = tegangan listrik, dalam volt (V) I = kuat arus listrik, dalam ampere (A)

Jika dihubungkan dengan hukumOhm = V = I R, persaaam daya listrik juga dapat dirumuskan đ?&#x;?

P = đ?‘° R atau P=

đ?‘˝đ?&#x;? đ?‘š

36

Pada alat-alat listrik, biasanya tertulis besar daya listrik dan tegangan yang harus digunakan. Misalnya, pada sebuah lampu tertulis 220 V/25 w. Artinya, lampu tersebut mempunyai daya 25 W jika dipasang pada tegangan 220 V. Jika dipasang pada tegangan kurang dari 220 V, lampu tersebut akan menyala redup; jika dipasang pada tegangan lebih dari 220 V, lampu tersebut akan menyala lebih terang. Namun, filamennya akan lebih cepat putus. Daya dan tegangan pada suatu alat listrik dapat bervariasi nilainya, teti besar hambatan yang terdapat dalam alat tersebut tetap.

Penerapan konsep energi dan daya listrik dapat kalian lihat pada penarikan rekening sewa listrik. Pada dasarnya, rekening listrik dihitung berdasarkan jumlah energi yang terpakai selama satu bulan.

Namun, dalam hal ini satuan yang digunakan adalah kilowatt jam (kWh). Satuan kWh ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

Persamaan daya listrik P =

đ?‘Š đ?‘Ą

dapat ditulis dalam bentuk W=

Pt. Pada persamaan ini, satuan Padalah kilowatt (kW), sedangkan satuan t adalah jam atau hour (h). Dengan demikian, satuan W (energi listrik) adalah kilowatt jam (kWh). Tahukah kalian berapa joulekah 1 kWh? Berdasarkan penjelasan tersebut harga sewa rekening listrik adalah: Sewa = energi terpakai sebulan x harga tiap kWh

Dalam sebuah rumah terdapat 4 buah bolham 60 W dan 3 buah neon 20 W yang menyala rata-rata 5 jam setiap hari. Jika tariff listrik per kWh (kilowatt jam) Rp 500,00, tentukan biaya listrik yang harus dibayar selama sebulan (30 hari).

Penyelesaian: Diketahui :  bohlam 60 W 4 buah  neon 20 W 3 buah  t = 5 jam tiap hari selama 1 bulan  harga sewa ‌?

37

Jawab : W=Pt đ?‘Šđ?‘?đ?‘œâ„Žđ?‘™đ?‘Žđ?‘š = 4 x 60 W x 5 jam x 30 = 36.000 Wjam đ?‘Šđ?‘?đ?‘œâ„Žđ?‘™đ?‘Žđ?‘š = 36kWh đ?‘Šđ?‘›đ?‘’đ?‘œđ?‘› = 3 x 20 x 5 Jam x 30 = 9.000 Wjam đ?‘Šđ?‘›đ?‘’đ?‘œđ?‘› = 9 kWh besar energy total selama 1 bulan adalah 36 kWh + 9kWh = 45 kWh Jika setiap 1 kWh tarifnya Rp 500,00 maka 45 kWh tarifnya 45 kWh x Rp 500,00/kWh= Rp 22.500,00. jadi, rekening yang harus dibayar selama sebulan adalah Rp 22.500,00.

Berdasarkan contoh penyelesaian soal nomor 2, dapat disimpulkan bahwa besar rekening listrik sebanding dengan besar kWh yang ditunjukkan oleh meteran listrik. oleh karena itu, agar rekening listrik tidak terlalu besar, kalian harus menggunakan alat alat listrik yang berdaya rendah. sebagai contoh, untuk penerangan rumah, lebih baik menggunakan neon 10 watt daripada bohlam

Review Materi

?

1. Sebuah lampu bertuliskan W/220V. tentukan hambatan lampu itu!

2. sebuah setrika 300W/220V. Berapakah besar dayanya jika jika dipasang pada tegangan 110 V? Tentukan pula arus yang mengalir pada setrika itu!

3. seorang pelanggan listrik menyalakan televises setiap hari selama 12 jam. Jika daya televises itu 100 watt dan harga sewa setiap kWh Rp 500,00, tentukan sewa energy televise untuk satu bulan!

38

(lampu pijar) 60 watt. hal itu perlu dilakukan karena tinmgkat terang kedua alat itu hampir sama. akan tetapi, ruangan di sekitar bohlam lebih panass. tahukah kalian, mengapa demikian?

Uji Keterampilan Menghitung Biaya Penggunaan Listrik Datalah peralatan rumah tanggga di tempat kalian yang dalam penggunaannya memanfaatkan energy listrik. Di dalam peralatan tersebut terdapat tulisan daya dan voltasenya. catatlah daya pada setiap peralatan tersebut. Catat pula waktu yang diperlukan saat alat-alat tersebut digunakan.

Lakukan pendataan ini selama satu bulan (30 hari). pada saat awal pencatatan, lihat dan tulis angka yang tertera pada kWh meter di tempat kalian. Kalian dapat membuat catatan seperti dalam tabel berikut :

Hari Ke1

2

Nama Alat

Daya

Lampu 1 Lampu 2 …. dan seterusnnya ……..

40 W 200 W

Waktu Penggunaan 5 jam 5 jam

………..

……..

Setelah satu bulan, hitung jumlah energy listrik yang digunakaan dan catat angka yang tertera dalam kWh meter. Selisih antara pencatatan akhir dan awal merupakan jumlah energy yang diunakan dalam satu bulan. apakah sama jumlah energy listrik dari hasil perhitungan dan pada kWh meter? sekarang, kalian hitunng biaya penggunaan energy listrik.

Lihatlaah slip rekening listrik dan caari informaassi harga per-kWh -nya.

Bagaimana hasil perhitungan biaya tagihaan listrik yang kamu buaat, apakah sama dengaan tagihaan yang ada dalam rekening listrik?

39

A. SUMBER-SUMBER ENERGI LISTRIK

aa Sumber Energi dari Elemen Sumber energi listrik dari elemen memiliki kemampuan yang terbatas dalam pemakaiannya, karena tidak dapat diperbarui dan energi yang tersimpan akan habis jika dipakai secara terusmenerus. Elemen volta, baterai, dan Akumulator (Aki) merupakan contoh sumber energi dari elemen yang dihasilkan dari reaksi kimia.

Baterai dan elemen volta termasuk sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang ketika energinya habis, sedangkan Akumulator (Aki) termasuk sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika energinya habis.

01

Elemen Volta

Elemen volta adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan arus listrik. Susunan elemen volta terdiri atas tabung kaca yang berisi larutan asam sulfat (H2SO4) sebagai larutan elektrolit, lempang tembaga sebagai kutub positif dan lempeng seng sebagai kutub negatif. Misalkan elektroda seng dan tembaga dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat, maka terjadi reaksi kimia yang menyebabkan lempeng tembaga Sumber: Budi, dkk. 2015 Gambar 22 Prinsip bermuatan listrik positif dan lempeng Kerja Elemen Volta seng bermuatan negatif. Hal ini menunjukkan bahwa lempeng tembaga memiliki beda potensial yang lebih tinggi daripada lempeng seng. Jika kutub elemen volta dirangkai dengan lampu, arus listrik akan mengalir dari elektroda tembaga ke elektroda seng dan lampu akan menyala.

41

Apakah nyala lampu akan bertahan lama? Beda potensial yang dihasilkan oleh elemen volta tidak bertahan lama dan lampu akan padam. Hal ini disebabkan oleh gelembung gas hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi kimia larutan asam sulfat akan melekat pada keping tembaga sehingga menghambat aliran elektron. Prinsip elemen volta ini digunakan untuk membuat baterai dan Aki yang dapat bekerja dalam waktu yang lebih lama.

Aktivitas Sains 8 Menyelidiki GGL pada buah-buahan ALAT DAN BAHAN 1.

2.

3.

4.

Pelat tembaga Seng Galvanometer Buah jeruk dan tomat

CARA KERJA 1.

2.

3.

4.

5.

Tancapkan pelat tembaga dan seng pada buah jeruk Hubungkan kedua pelat dengan galvanometer Amati jarum galvanometer Ulangi langkah 1-3 untuk buah tomat Beri kesimpulan dari percobaanmu

02 Baterai atau Elemen Kering Tahukah kamu ternyata baterai merupakan salah satu sumber arus listrik yang sering kita jumpai? Biasanya kita jumpai pada lampu senter, jam dinding, dan mainan elektronik. Bagaimana untuk susunan baterainya? Perhatikan Gambar 23, susunan baterai terdiri atas batang karbon, pembungkus batang karbon yang terbuat dari seng, larutan amonium klorida, dan campuran mangan dioksida dengan karbon.

42

Ketika baterai dipakai, terjadi reaksi antara elektrode positif dan elektrode negatif. Di elektrode negatif terjadi pelepasan elektron oleh seng, sehingga terbentuk ion yang bermuatan positif.

Selama digunakan, seng bereaksi dengan amonium klorida dan batu kawi sehingga terbentuk seng, klorida, gas hidrogen, amonia, mangan trioksida.

Jumlah amonium klorida akan berangsur-angsur berkurang dan tidak dapat diisi lagi jika muatannya habis. Jika sering digunakan akan membuat perbedaan potensial antara keuda elektrode menjadi sama dengan nol. Hal ini menandakan baterai tidak dapat dipakai lagi.

Review Materi Materi

Sumber: Nenden, dkk. 2009

Gambar 23 Baterai dan skemanya

?

1. Carilah sebuah baterai bekas, buka, amati, dan diskusikanlah bagian-bagian dalam baterai itu!

2. Carilah informasi tentang baterai yang digunakan pada Handphone (HP) , bagaimana prosesnya sehingga bisa diisi kembali? .

Info Sains Alessandro Volta Alessandro Volta yaitu fisikawan Italia yang menemukanbaterai pada tahun 1800. Untuk mengenang jasanya, nama volta diabadikan menjadi satuan potensial listrik yaitu volt.

Sumber: Jendral Iptek, 1998

Gambar 24 Alessandro Volta

.

43

03

Akumulator (Aki)

Aki tersusun atas pelat timbel sebagai elektrode negatif, pelat timbel dioksida sebagai elektrode positif, dan larutan elektrolit asam sulfat.

Jika kedua elektrode tersebut bersentuhan akan terjadi korsleting dan Aki menjadi rusak. Maka dari itu, kedua elektrode tersebut dibatasi bahan isolator agar tidak Sumber: Budi, dkk.

2015 bersentuhan.

Gambar 25 Aki Pada saat Aki dipakai, kedua elektrode berubah menjadi timbel sulfat karena kedua elektrode bereaksi dengan larutan asam sulfat. Pada reaksi tersebut, elektrode timbel melepaskan banyak elektron sehingga terjadi aliran arus listrik. Jika Aki terlalu lama dipakai, elektrode akan tertutup timbel sulfat dan menyebabkan tidak ada beda potensial atau bisa dikatakan Aki sudah habis.

Aki bisa dipakai kembali jika dilakukan pengisian Aki. Kedua elektrode yang sudah menjadi timbel sulfat dikembalikan seperti semula, yaitu dengan cara kutub positif Aki dihubungkan dengan kutub positif sumber arus DC dan kutub negatif Aki dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus DC. Akibatnya, elektron-elektron Aki tertekan kembali masuk ke elemen. Dalam pengisian Aki, beda potensial sumber arus DC harus lebih besar daripada beda potensial Aki yang diisi.

Sumber: Ensiklopedia Iptek, 2007

Gambar 26 Bagianbagian Aki

a

Sumber Energi Listrik Alternatif

Tahukah kamu darimana asal energi listrik yang biasa kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari? Apa hanya dari minyak bumi dan batu bara saja? Karena keterbatasan energi tambang, listrik

44

tidak hanya dihasilkan dari batu bara atau minyak bumi, tetapi juga dari energi lain.

Lalu apa itu energi alternatif? Energi alternatif adalah energi yang digunakan untuk mengggantikan energi dari minyak atau bahan bakar fosil. Sumber energi listrik alternatif diperoleh dari sumber energi yang berlimpah di alam, misalnya energi matahari, energi angin, energi air, bioenergi, dan nuklir. energi alternatif tersebut tidak memiliki keterbatasan, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik.

01

Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik.

Pembangkit ini merubah energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin. Angin dapat dimanfaatkan sebagai Sumber: Budi, dkk. 2015 sumber energi listrik Gambar 27 Pembangkit Listrik Tenaga Angin alternatif, mengingat angin merupakan salah satu energi yang tidak terbatas. Untuk tahu lebih lanjut, mari simak video disamping ini.

SCAN HERE

02

Pembangkit Listrik Tenaga Air

Pembangkit listrik tenaga air adalah suatu pembangkit yang memanfaatkan aliran air untuk menjadi energi listrik. Pembangkit ini bekerja dengan cara mengubah energi air yang mengalir dari bendungan atau air terjun menjadi energi mekanik dengan bantuan turbin air kemudian menjadi energi listrik dengan bantuan generator. Energi listrik

Sumber: Dok Kemendikbud, 2018

Gambar 28 Pembangkit Listrik Tenaga Air

45

tersebut akan dialirkan sampai ke rumah-rumah.

Untuk tahu lebih lanjut, mari simak video disamping ini.

SCAN HERE

03

Pembangkit Listrik Tenaga Matahari

Pembangkit listrik tenaga surya atau matahari adalah pembangkit listrik yang memanfaatkan sumber energi dari sinar matahari. Energi matahari adalah sumber energi terbesar dan paling besar ketersediaannya. Melalui panel surya, energi matahari dapat diubah Sumber: freedigitalphotos.net menjadi energi listrik. Pembangkit ini Gambar 29 Pembangkit Listrik Tenaga Matahari memiliki kelemahan yaitu saat cuaca mendung energi listrik yang diperoleh tidak dihasilkan secara maksimal. Oleh karena itu, saat matahari bersinar terang, energinya akan disimpan dalam baterai dan dapat digunakan saat cuaca mendung atau di malam hari. Untuk tahu lebih lanjut, mari simak video disamping ini.

SCAN HERE

04

Pembangkit Listrik Tenaga Sampah Pembangkit listrik tenaga sampah adalah pembangkit yang memanfaatkan sampah sebagai sumber energi listrik. Pembangkit listrik ini yang paling inovatif. Dengan menggunakan sumber energi listrik ini secara otomatis masalah sampah dan krisis listrik di Indonesia dapat diatasi, karena Indonesia adalah ladangnya sampah khususnya kota-kota besar. Salah satu pembangkit listrik

SCAN HERE

46

tenaga sampah di Indonesia yaitu berada di kota Surabaya.

Perhatikan skema pembangkit listrik pada Gambar 30.

Sumber: senter.ee.uinsgd.ac.id

Gambar 30 Pembangkit Listrik Tenaga Sampah

Tahukah Kamu?

Pernahkah kamu berfikir tanaman dapat menghasilkan arus listrik?

Berdasarkan penelitian Marjolein Helder dari Universitas Wegeningen Belanda, tanaman memperoleh listrik dari interaksi antara akar tanaman dengan bakteri tanaman ketika proses tumbuh. Akar tanaman mengeluarkan cairan dan gas ke tanah dan bakteri yang ada di sekitar akar mengurai bahan organik sehingga membentuk sumber energi listrik. Helder menguji penelitiannya dengan meletakkan sebuah elektrode anode dan katode ke dalam tanah. Hasilnya, mikroba pada tanaman dapat menghasilkan arus 0,4 watt per meter persegi.

Main Yuk

Cara bermain: 1. Scan barkode disamping 2. Klik kotak yang ingin dikerjakan 3. ketik jawabanmu

47

B. UPAYA HEMAT ENERGI DAN PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK

a

Upaya Hemat Energi

Mengapa kita perlu menghemat energi listrik? Bukankah energi listrik tidak pernah habis meskipun telah digunakan dari kita kecil hingga sekarang? Ayo pikirkan dan diskusikan bersama temanmu.

Penghematan energi atau konservasi energi adalah tindakan mengurangi jumlah penggunaan energi, salah satunya energi listrik.

Energi listrik sangat besar manfaatnya bagi kebutuhan hidup manusia saat ini. Banyaknya peralatan yang menggunakan listrik berdampak pada penggunaan listrik yang mengakibatkan tagihan listrik semakin mahal. Namun, pengguna terkadang tidak menyadari mereka sering melakukan pemborosan dalam menggunakan listrik. Jika hal ini tidak diperhatikan, akan terjadi krisis energi listrik. Untuk itu, kamu harus berhemat dalam menggunakan energi listrik.

Tahukah kamu bagaimana cara menghemat energi listrik? Untuk tahu lebih lanjut, mari simak video disamping.

SCAN HERE Sesungguhnya menghemat penggunaan listrik tidak sulit dilakukan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut beberapa upaya yang harus dilakukan dalam menghemat listrik :

1

Matikan lampu bila ruangan tidak digunakan. Agar tidak lupa tempel stiker pengingat di dekat saklar lampu.

2

Matikan AC bila ruangan tidak dipergunakan

48

3

Matikan komputer (CPU) bila tidak digunakan dalam waktu yang lama

4

Manfaatkan cahaya alami Buka tirai jendela di siang hari agar sinar matahari bisa menerangi hingga ke dalam rumah

Tahukah Kamu? •

• •

Semakin dingin suhu AC maka semakin besar konsumsi listriknya.

Setiap penurunan 1 ℃ akan menaikkan tagihan listrik sebesar 6 persen.

Memperbesar volume speaker TV atau radio secara tidak langsung akan memperbesar konsumsi listrik.

Meninggalkan alat elektronik dalam keadaan stand by karena masih tetap mengonsumsi listrik sebesar 20 persen dari total pemakaian listrik.

Main Yuk Cara bermain: 1. Scan barkode disamping 2. Cari kata yang tersembunyi 3. Selamat mencoba

49

b

Pemanfaatan Energi Listrik

Pemanfaatan energi listrik dalam kehidupan sehari-hari tertuang pada alat-alat listrik. Prinsip kerja alat-alat listrik adalah merubah energi listrik menjadi bentuk energi lain. Alat listrik apa saja yang ada di rumah kalian? Alat-alat listrik itu antara lain sebagai berikut: 01

Solder Listrik

Sumber: Budi,dkk. 2015

Gambar 31 Solder Listrik

Prinsip kerja alat ini yaitu mengubah energi listrik menjadi energi panas. Bagian-bagian utama solder listrik diantaranya elemen pemanas, ujung solder berupa logam tembaga, pemegang yang terbuat dari bahan isolator, dan kabel.

02

Lampu Pijar

Sumber: Budi,dkk. 2015

Gambar 32 Lampu Pijar

50

Prinsip kerja alat ini yaitu mengubah energi listrik menjadi energi cahaya bagian-bagian utama lampu pijar diantaranya elemen pemanas, gas argon, dan nitrogen.

Review Materi

?

Banyak sekali peralatan-peralatan dalam kehidupan sehari-hari yang memanfaatkan energi listrik. Selain yang dijelaskan di atas, coba jelaskan contoh pemanfaatan energi listrik di lingkungan sekitar rumahmu?

a

Pencegahan Bahaya Penggunaan Listrik

Pernahkah kamu tersengat listrik? Jika pernah, mungkin kamu merasakan adanya sensasi kejut. Salah satu bahaya jika kita ceroboh dalam menggunakan listrik akan mengakibatkan korsleting dan bisa menyebabkan kebakaran. Umumnya, korsleting disebabkan oleh konduktor kabel yang tidak tertutup oleh isolator dengan baik dan konduktor dalam kabel yang saling terhubung satu sama lain. Bagaimana cara kita agar aman dalam menggunakan listrik? Mari simak video di samping.

SCAN HERE

Tahukah Kamu?

Efek kejutan listrik yang dirasakan tubuh tergantung pada banyaknya arus yang masuk

Tabel 3. Besar Arus dengan Efek Kejutan Kuat arus listrik (A) 0,0005 0,001 0,01-0,025 0,05-0,25 0,50-1,00

Efek Geli Terasa nyeri Kesulitan bergerak Kesulitan bernapas Serangan jantung

51

Main Yuk Cara bermain: 1. Scan barcode disamping 2. Klik "Hint" 3. Urutkan huruf menjadi jawaban yang benar

Review Materi

?

Listrik saat ini merupakan salah satu sumber energi terbesar yang dipakai oleh hampir seluruh di dunia. Listrik menjadi kebutuhan utama di rumah tangga, kantor-kantor, gedung, sekolah, dan berbagai macam industri.

Bahkan listrik juga me di dalam tubuh kita. Listrik akan terus bergerak dari satu neuron ke neuron yang ketika otak aktif bekeja. Beberapa jenis hewan juga memiliki kemampuan untuk menghasilkan listrik yang berperan sebagai alat petunak dan berfungsi sebagai sistem pertahanan terhadap musuh. Manfaat listrik yang begitu besar, bukan berarti kita kita dapat menggunakan sesuka hati. Sebagian besar energi yang digunakan untuk pembangkit listrik saat ini adalah berasal dari sumber daya alam. Dengan demikian, penggunaan listrik yang bijaksana akan sangat bermanfaat bagi pelestarian alam sekitar agar sumber energi listrik tidak cepat habis.

Bagaimana caramu untuk menghemat penggunaan listrik?

52

RANGKUMAN • Arus listrik mengalir akibat adanya beda potensial listrik dari sumber tegangan. • Besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian tertutup sebanding dengan besarnya muatan listrik yang mengalir pada setiap detik. • Besar arus listrik dapat dihitung dengan membagi muatan listrik tiap satuan waktu dan satuan arus listrik adalah ampere. • Berdasarkan kemampuan bahan untuk menghantarkan arus listrik, bahan digolongkan menjadi konduktor, semikonduktor, dan isolator. • Hambatan jenis merupakan besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listrik • Besar hambatan listrik suatu kawat dipengaruhi oleh hambat jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. • Rangkaian listrik terdiri atas dua jenis, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel. Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel. • Besarnya energi listrik dapat dirumuskan W= V I t atau W = I2 R t atau W =

�2 �

đ?‘Ą

• Energi listrik dapat diubah menjadi energi kalor (pemanas).

Dalam konversi energi tersebut, berlaku persamaan : W=Q V I t = m c ∆đ?‘‡

53

• Daya listrik adalah kecepatan perubahan energi listrik menjadi energi lain, dirumuskan P=VI • Alat-alat listrik dengan spesifikasi tegangan (V) dan daya (P) tertentu mempunyai nilai hambatan tetap, dirumuskan R=

đ?‘‰2 đ?‘ƒ

• Aliran arus listrik ditimbulkan oleh aliran elektron. Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi, sedangkan arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. • Untuk mengukur kuat arus listrik, amperemeter di rangkai secara seri dengan kawat penghantar. • Sesuatu yang dapat menyebabkan terjadinya arus listrik disebut sumber tegangan listrik. • Dalam mengukur beda potensial sumber tegangan, voltmeter dirangkai secara pararel dengan sumber tegangan atau alat arus listrik yang akan diukur tegangannya. • Sumber energi listrik dari elemen memiliki kemampuan yang terbatas dalam pemakaiannya, karena tidak dapat diperbarui dan energi yang tersimpan akan habis jika dipakai secara terusmenerus, contohnya elemen volta, baterai, dan Akumulator. • Sumber energi listrik alternatif diperoleh dari sumber energi yang berlimpah di alam, misalnya berasal dari energi matahari, energi angin, energi air, bioenergi, dan nuklir yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik. • Upaya hemat energi listrik yaitu dengan menggunakan energi listrik seperlunya agar krisis energi listrik tidak akan terjadi. • Pemanfaatan energi listrik banyak ditemukan pada alat-alat listrik di lingkungan sekitar yang dapat merubah energi listrik menjadi energi lain.

54

POSTEST Cara Pengerjaan • • • •

Scan barcode di samping Atau masukkan kode Quizziz 32788868 Klik Mulai Selamat mengerjakan

SCAN HERE

55

DAFTAR PUSTAKA Budi, dkk. 2015. Buku Paket Kelas IX. Solo : PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri Fauziah, Nenden. 2009. Ilmu Pengetahuan Alam Untuk Siswa SMP/MTs Kelas IX. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional.

Karim, Saeful dkk. 2008. Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar Untuk Kelas IX SMP/MTs. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional.

Serway , Raymond. 2004. Fisika Untuk Sains Dan Teknik. Jakarta : Salemba Teknika.

Karim, Saeful dkk. 2008. Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar Untuk Kelas IX SMP/MTs. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional.

Kemendikbud. 2018. Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas IX Semester 1. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.

56

LISTRIK DINAMIS ILMU PENGETAHUAN ALAM

Buku dengan judul Listrik Dinamis disusun oleh Ismi Daris, Utiy Dewi,

Wilda

Qurrota

A'yuna

Mahasiswa

Program

Studi

Pendidikan IPA Universitas Negeri Malang. Dibimbing oleh bapak Dr. Munzil, S.Pd., M.Si dan bapak Muhammad Fajar Marsuki, S.Pd.,

M.Sc.

Dosen

Program

Studi

Pendidikan

IPA

Universitas

Negeri Malang.

Listrik Dinamis menjadi salah satu materi pelajaran IPA yang harus

dikuasai

siswa.

Buku

ini

berisi

kumpulan

materi

listrik

dinamis dalam kehidupan sehari-hari yang dilengkapi soal-soal beserta pembahasannya.

Keunggulan buku ini dilengkapi dengan virtual lab, Kuis Online dan

video

penjelasan

sesuai

dengan

materi

yang

disajikan.

Sehingga buku ini sangat cocok sebagai teman belajar untuk memperdalam materi listrik dinamis dan mempersiapkan ujian sekolah.