Karya : Nanda Putra Saragi Sidabutar
T
erpaku dan termenung aku,dikursi sudut rumahku.Terpana aku melihat sebuah lukisan tepat disebelah utara dinding rumahku. Aku terfokus melihat 1 warna yang mendominasi lukisan yang baru kupandangi itu,yaitu warna hijau yang memikat hati . Segar dan tenang sekali aku melihat lukisan tua itu. Rasa ingin tahuku pun memuncak ,kudatangi lukisan itu tanpa hilang sedikitpun fokusku padanya.Ternyata kekagumanku itu berasal dari lukisan tua yang sudah lama senantiasa menghiasi sudut ruang tamu mungil,tanpa debu yang menari nari diatas bingkai jati lukisan itu .
Lukisan itu bak nyata dan permai . Lukisan ini sudah sangat lama dan seakan tak jenuh melekat didinding. Namun tak sadar aku bahwa aku salah tak merawatnya .Lukisan itu adalah sebuah pemandangan pedesaan yang dihiasi pepohonan yang kokoh berdiri,ditemani riak riuh deraian air sungai yang biru jernih mengalir dihadapannya,kerumunan bunga yang pwnuh warna bagaikan taman surga yang elok.Sepasang burung merpati putih bertengger dipohon yang rindang,seakan ramah dan gemulai mengajak burung berteduh di dahannya yang kokoh itu.Kulihat di lukisan itu matahari yang dengan hangatnya memberi warna dan kehidupan.Dedaunan yang didominasi warna hijau yang kupandang itu seakan akan melambai lembut padaku,hendak menyiratkan sebuah pesan kepada siapa saja yang melihatnya.Tapi aku tersadar dalam khayalku itu hanyalah lukisan pemandangan pedesaan tua yang tak akan pernah berbicara.
Sekejap semua itu lenyap,sirna entah kemana hilang dari pikiranku.Hatiku kini tak lagi sejuk dan tentram ,kini sejuk itu tergantikan oleh sesak yang bersangkar di dadaku.”Ada apa ini ”Sekilas terlintas dalam pikiranku ternyata lukisan itu sekarang hanya tinggal lukisan semata.Melayang seketika pikiranku membayangkan lukisan itu sekarang ini tak ada lagi kulihat pemandangan itu.Apalagi dikota metropolitan seperti kataku ini.Kota Medan.
Kujajaki koridor rumah ,menuju beranda depan. Kembali aku duduk manis melihat halaman,langit, dan lalu lalang kendaraan tepat dijalan di hadapan rumah.Aku merasakan rasa yang berbeda saat aku melihat lukisan di sudut rumah .Rasa ini sungguh jauh berbeda,sangatlah berbeda. Pikiranku belum lagi hilang dari bayangan lukisan tua yang tadi kupandang.Semuanya sungguh sangat berbeda jika saaat itu kupandang langit di angkasa yang kecoklatan.Semua itu karena asap yang mengepul dan menari nari di langit pertiwi. Kupandangi pohon-pohon di depan rumahku yang sepertinya lelah pada semua debu-debu asap yang betah menempel di setiap helaian daun nya.Pengap,sesak,berisik,hanya itu yang kurasakan saat ini.Aku sadar penyebab ini semua,semua ini keluar dari knalpot-knalpot mesin kendaraan pemakai energi fosil ini,kuda besi perusak lingkungan,itulah sebutanku untuk kendaraan yang padat merayap berlalu lalang dengan ketidakpedulian pada alam.Kupalingkan tatapan ku ke sebelah timur,makin sesak terasa dada ini dan mata ini serasa lelah,enggan melirik,ketika melihat corong corong raksasa,menghempaskan gumpalan asap yang berwarna hitam yang membumbung tinggi di langit diatas kotaku .Kutatap kanan dan kiriku penuh dengan gedung gedung pencakar langit membumbung tinggi bagaikan pohon yang tumbuh dengan suburnya.Sejenak aku bertanya dalam hati”Inikah tempat tinggalku sekarang ya Tuhan?”.Mengapa aku baru sadar betapa memprihatin tak ada yang mauannya lingkungan ku ini . Mungkin aku baru tersadar dari kesibuanku selama ini,juga ketidakpedulianku pada lingkungan dan alam sekitar.Kutatap sanak tetangga di kanan,dan kiri rumahku,sama halnya dengan aku,tak ada satupun yang peduli pada semua ini.Kuberanjak dari kursi depan di beranda rumah,kumasuki pintu rumah,kurebahkan badanku di sofa ruang televisi.Kutanya ayah,dan ibuku”Kenapa udara diluar begitu terik,panas dan sesak Pa,Ma? Kenapa tetangga kita tak ada yang enggan turut membersihkan semua ini?”Namun,jawaban yang kudapat sama dengan pemikiranku sebelumnya,mereka sama halnya dengan kami,sibuk dengan pekerjaan mereka,tidak ada waktu lain,kecuali mencari kertas kehidupan itu,yang tak lain adalah helai demi helai rupiah.
Aku,papa,mama,bertiga tiba-tiba hening di ruang TV,kami pandangi layar bening televisi.Beritalah yang sedang berkumandang dihadapan kami saat ini.Isi berita itu tak lain adalah masalah banjir di wilayah Indonesia.Kukutip1 kalimat dari nyaringnya suara pembawa berita,”Mengapa ada banjir dan longsor didaerah asri seperti itu pemirsa?”.”Boasa adong Banjir dohot Tanah Longsor,alai na permai do tano dohot lingkungan na?”tanya mamaku pada Papa,dengan style berbahasa bataknya itu.Itu mungkin teguran dari Tuhan,dulu memang wilayah asri itu sejuk,asri,namun pada saat ini semua itu berubah,semua sudah diulap sekejap oleh penjahat berdasi yang hanya mementingkan kantong-kantong tebal mereka,tanpa tahu apa efek yang akan terjadi akibat kelakuan biadab mereka.Daerah itu dulunya hutan rindang,yang sekarang sudah berubah drastis,pohon-pohon itu diganti gedung-gedung pencakar langit,yng merusak drainase,dan struktur tanah.Yah itulah yang disebut surga dunia sesaat.
Aku membayangkan lukisan tua tadi,aku masih penasaran dengan gambar dedaunan tadi,seakan memang sengaja dilukis untuk menyiratkan sebuah pesan rahasia.Hari demi hari,bulan demi bulan,semakin tak bergairah untuk keluar dari pintu,dan untuk sekedar duduk saja aku di halaman tak ada niat sedikitpun,sangkin malasnya aku melihat banyaknya polusi menari-nari di udara.Akhirnya aku sendiri membuat gebrakan,setiap minggu pagi kami sekeluarga membersihkan lingkungan sekitar sebelum pergi ibadah ke rumah Bapa yang teduh.Kami tanamkan satu per satu batang pohon jatipendek yang baru berusia 6 minggu ini,tubuhnya begitu mungil,daunnya begitu lembut,bak seorang bayi baru lahir didunia yang fana ini,pohon-pohon balita ini sengaja dibeli ayahku untuk ditanam dimuka rumah dan disepanjang jalan trotoar jalanan,196 batang banyaknya.Selama setahun kami sudah kerja bakti seperti ini dan pohon-pohon balita itu pun sudah beranjak besar.Kami rawat dengan yang namanya kasih sayang.Ternyata suatu hari,keajaiban datang di haari Minggu pagi yang begitu sejuk.Tetesan air embun pagi,menyegarkan aku yang merebahkan tangan dihalaman rumah.Namun ketika kubuka mata ini,aku terkejut,aku merasa takut karena tetangga sudah lama menunggu didepan rumahku.Mereka begitu ramai puluhan banyaknya.Yang aku herankan,mereka membawa cangkul,parang,dan pengais rumput.”Ya Tuhan”seruku dalam hati.”Ada apa ini?Apakah kami pernah berbuat salah sehingga mereka marah kepada keluarga kami?”Down drastis aku keringat dingin,kubanguni ayah dan Ibuku,tanpa menghiraukan lagi panggilan mereka.Ayah dan ibuku langsung panik,melompat dari ranjang empuknya,kuceritakan apa yangkulihat itu dengan nafas yang terengah-engah.Lalu ayah keluar untuk menanyakan apa yang terjadi.Aku hanya dapat bersembunyi di balik gorden rumah sangkin takutnya.Tetapi aku menjadi sangat bingung,setelah ada 15 menit,mereka berbincang ria.Mereka semua bergelak tawa termasuk,Ayah,Ibu,dan kakak,abangku.Baru aku tau maksud dari kedatangan mereka dengan membawa cangkul,parang,dan lainnya tadi.Aku pikir mereka akan membunuh dan menggorok leherku.Ternyata mereka bermaksud meminta maaaf dengan keluarga kami,mereka sadar dengan apa yang kami perbuat.Sudah lebih dari setengah tahun mereka memperhatikan kami,mengurus lingkungan tanpa mengharap pujian,dan imbalan.Tampak diraut wajah mereka mimik malu yang begitu dalam.Oleh karena itu tepat jam 05.15 WIB.Mereka ingin bergotong royong dengan kami.
Ternyata itu maksud mereka membawa cangkul,parang,dan pengais rumput,untuk merawat pohon-pohon balita yang kami rawat selama setahun itu.Aku menunduk malu pada ayah dan ibuku,yang telah membuat ,mereka panik,dan lompat dari ranjangnya.Hingga pukul 08.16 WIB kami terus bergotong royong dan diakhiri dengan minum,dan makan lapet(makanan khas batak)yang kami makan dengan bersenda tawa.
Mereka pulang ke rumah masing-masing,dan kami sekeluarga bersiap berangkat ke Gereja.Namun,satu hal yang takkan pernah kulupakan,ketika aku akan berangkat bersama,kulewati sudut rumahku.Tapi terasa ada yang tertinggal,kumundurkan langkahku tanpa menoleh,ternyata lukisan tua itu yang kulihat,bersinar.Entah aku yang sedang berkhayal,atau memang lukisan itu yang memiliki kekuatan gaib.Begitu jelas dan terang warna demi warna.Kutatap kedua helaian daun menyatu seperti mengucap terimakasih.Aku tersenyum simpul dan sumringah,akibat aku melihat lukisan Tua yang umurnya 18 tahun ini telah mengubah semua.
Lukisan tua itu bukan hanya menyadarkanku,bahkan keluarga dan lingkunganku.Kembali hijau walaupun masih ada asap yang menari tapi tak pengap kurasa.Semua itu karena 196 pohon balita itu sudah menjadi serdadu hijau pahlawanku yang menghalangi polusi itu agar tak kuhirup.Ternyata pesan itu,adalah “Tolong selamatkan alamku”mungkin itu pesan yang akan disampaikan kepadaku.Sungguh itu suatu keajaiban,sebuah lukisan tua menyadarkan aku.
Karya : Nanda Putra Saragi Sidabutar
SMA NEGERI 3 MEDAN
Komunitas Menulis dan Penelitian Ilmiah SMANTIG.
Selasa, 31 Mei 2011
LISTRIK DINAMIS FISIKA-ELEKTRONIKA SMA
Kuat Arus Listrik
Lampu akan menyala, yang disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus searah. Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah:
I = Q/t
I : kuat arus listrik (coulomb /sekon = ampere, A)
I = Q : muatan listrik (coulomb)
t : waktu (sekon)
Makin banyak jumlah muatan listrik yang bergerak, makin besar pula kuat arusnya.
Contoh soal:
Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb dalam waktu 1 menit, kita dapat menentukan kuat arus listrik yang melintasi kawat penghantar tersebut. Caranya seperti berikut:
Diketahui:
Q = 360 coulomb
t = 1 menit = 60 sekon
Maka kuat arus listrik (I) adalah ….
I = Q/t
= 360/60
I = 6 A.
Jadi kuat arus listrik (I) itu adalah 6 A.
Beda Potensial atau Tegangan Listrik (V)
Setelah Saudara mempelajari kuat arus listrik, selanjutnya kita akan mempelajari beda potensial atau tegangan listrik. Untuk mempelajari beda potensial atau tegangan listrik, coba kita perhatikan sebuah baterai; yang Saudara pasti sudah tahu, pada baterai itu terdapat 2 (dua) kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Bila kutub positif dan kutub negatif kita hubungkan dengan kawat penghantar listrik, maka akan mengalir electron dari kutub negatif melalui penghubung ke kutub positif.
Para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron.
Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.
Jadi arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.
Hubungan antara Tegangan Listrik (V) dan Kuat Arus Listrik (I)
Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum Ohm yang berbunyi: Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.
Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm (Ω).
Hambatan dalam rangkaian listrik diberi simbol:
atau gambar sebenarnya adalah
Maka persamaannya dapat ditulis:
Keterangan:
R = hambatan listrik (ohm = Ω)
V = beda potensial atau tegangan (volt = V)
I = kuat arus listrik (ampere = A)
Contoh Soal:
Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial antara ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut!
Diketahui:
I = 400 mA = 0,4 A
V = 40 V
Ditanyakan: R = ….
Jawaban:
R = I V = 0,4 40
R = 100 Ω
Penerapan Hukum Ohm dalam Kehidupan Sehari-hari
Coba Saudara perhatikan bola lampu di rumah! Bila bola lampu diberi tegangan (V), apa yang terjadi? Yang terjadi adalah arus mengalir melalui filamen, sehingga bola lampu menyala. Tegangan yang diberikan pada suatu alat listrik seperti bola lampu harus disesuaikan dengan tegangan yang seharusnya diperuntukkan bagi alat tersebut.
Jika lampu 220 V diberi tegangan 110 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang lebih kecil dari yang seharusnya sehingga lampu 220 V tersebut, menyala redup. Sebaliknya jika lampu 110 V diberi tegangan 220 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang terlalu besar dari yang seharusnya sehingga lampu 110 V filamennya terbakar.
Jadi Saudara harus memahami, bila Saudara mempunyai sesuatu alat listrik harus dengan tegangan yang ada di rumah dan tegangan yang tercantum di alat listrik tersebut.
Hubungan antara Hambatan Kawat dengan Jenis Kawat dan Ukuran Kawat
Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik. Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:
dengan ketentuan:
R = hambatan (Ω)
ρ = hambatan jenis penghantar (Ω m)
l = panjang penghantar (m)
A = Ω r2 = luas penampang penghantar (m2) untuk kawat berbentuk lingkaran
r = jari-jari lingkaran kawat.
Untuk mempermudah Saudara mengenal berbagai macam jenis logam dan hambatan jenisnya, Saudara perhatikan tabel di bawah ini!
Tabel 4.3 hambatan Jenis beberapa bahan
Bahan Hambatan Jenis pada 200C (Ωm)
Konduktor
aluminium 2,82 x 10-8
Tembaga 1,72 x 10-8
Emas 2,44 x 10-8
Besi 9,71 x 10-8
Nikhrom 100 x 10-8
Platina 10,6 x 10-8
Perak 1,59 x 10-8
Tungsten 5,65 x 10-8
Semikonduktor
Karbon 3,5 x 10-5
Germanium 5 x 10-1
Silicon 6,4 x 102
Isolator
Kaca 1010 – 1014
Kuarsa 7,5 x 1017
Contoh soal:
Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas penampangnya 1 mm2, mempunyai hambatan jenis 10-7 ohmmeter. Jika antara ujung-ujung kawat dipasang beda potensial 60 volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat!
Diketahui:
l = 20 m
A = 1 mm2 = 1 x 10–6 m2
V = 60 V
ρ = 10–7 ohm-meter
Ditanyakan: I = .…
Jawaban:
Langkah pertama, selidiki dahulu nilai hambatannya.
R = ρ A I
= 10–7 . 1 x 10 6 20
R = 2 ohm
Berdasarkan hukum Ohm:
I = R/V = 2. 60
I = 30 A
Rangkaian Komponen Listrik
Bentuk/jenis rangkaian komponen listrik bergantung pada susunan hambatan/tahanan, maka untuk menentukan rangkaian komponen listrik dilihat dahulu bagaimana hambatan/tahanan disusun. Beberapa hambatan/tahanan dapat disusun secara:
Seri
Paralel
Kombinasi seri dan paralel
Berikut ini dijelaskan beberapa bentuk rangkaian listrik:
Susunan seri komponen-komponen listrik
Gambar 2.4 rangkaian listrik seri
KOMPONEN-komponen listrik disebut disusun seri jika komponen-komponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sama besarnya. Pada gambar ditunjukkan dua lampu pijar disusun seri sedang gambar rangkaian listriknya ditunjukkan pada gambar atas. Tegangan pada ujung-ujung R1 dan R2 adalah
Vab = IR1 dan Vbc = IR2, sehingga Vac = Vab + Vbc
Vac = IR1 + IR2 = I (R1 + R2) Kedua hambatan seri R1 dan R2 dapat diganti oleh sebuah hambatan pengganti seri R, sehingga: Vac = IRs
Ruas kiri dan adalah sama sehingga kita peroleh
Rs = R1 + R2
Dari hasil di atas dapat kita nyatakan tentang hambatan pengganti susunan seri sebagai berikut: untuk komponen-komponen listrik yang disusun seri, hambatan penggantinya sama dengan jumlah hambatan tiap-tiap komponen (hambatan pengganti seri).
R_s=∑_(i=1)^n▒R_i =R_1+ R_2+ R_3+ …
Persamaan di atas dengan jelas meyatakan bahwa sususnan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam rangkaian komponen listrik dengan susunan seri. Kita sebut hal tersebut sebagai Empat prinsip susunan seri, yaitu:
Susunan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian.
Kuat arus melalui tipa-tiap komponen sama, yaitu sama dengan kuat arus yang melalui hambatan pengganti serinya.
I1 = I2 = I3 = … = Iseri
Tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti seri sama dengan jumlah tegangan pada ujung-ujung tiap komponen.
Vseri= V1+ V2 + V3+ …
Susunan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan di mana tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sebanding dengan hambatannya.
V1: V2 : V3: …= R1: R2: R3: …
Kelemahan susunan seri diantaranya adalah jika salah satu komponen rusak (putus), maka sangat sulit menemukan letak yang rusak, sehingga memerlukan ewaktu untuk memeriksanya.
Rangkaian seri sangat bermanfaat meskipun mempunyai kelemahan, seperti sekering sengaja dipasang seri dengan komponen-konponen lain untuk tujuan pengamanan. Konduktor pada sekering didesain untuk melebur dan membuka rangkaian pada arus maksimum tertentu yang tergantung pada batas arus yang boleh melalui komponen yang dirangkai seri dengan sekering. Jika sekering tidak digunakan, arus yang melebihi batas dapat merusak komponen-komponen pada rangkaian, mengakibatkan pemanasan lebih pada kawat atau kabel penghantar yang dapat memungkinkan terjadinya kebakaran. Dalam instalasi listrik rumah, pemutus daya (circuit breaker) digunakan sebagai pengganti sekering. Ketika kuat arus dalam rangkaian secara otomatis.
Bila tahanan-tahanan: R1, R2, R3, … disusun secara seri, maka:
Kuat arus (I) yang lewat masing-masing tahanan sama besar:
i = i1 = i2 = i3 = ….
VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + …
RS = R1 + R2 + R3 + …
Gambar 2.5 Rangkaian listrik paralel
Komponen-komponen listrik disebut paralel jika komponen-komponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga tegangan pada ujung tiap-tiap komponen sama besarnya. Susunan rangkaian listriknya ditunjukkan pada gambar 2.5.
Kuat arus melalui R1 adalah I1 dan R2 adalah I2, sedang kuat arus yang keluar dari baterai adalah I. pada titik cabang A, kuat arus yang masuk adalah I dan kuat arus yang keluar adalah I1 + I2, sehingga sesuai hokum I Kirchhoff I = I2 + I2. Oleh karena tegangan pada tiap komponen sama, maka:
I= V/R_1 +V/R_2 =V [1/R_1 +1/R_2 ] (*)
Susunan paralel kedua lampu ini dapat diganti dengan sebuah hambatan pengganti paralel Rp , sehingga:
I = V/R_p
V/R_p =V [1/R_1 + 1/R_2 ]
1/R_p =1/R_1 + 1/R_2 =(R_1+ R_2)/(R_(1 ) x R_2 )
R_p=(R_1 x R_2)/(R_(1 )+ R_2 )= (hasil kali)/jumlah
Untuk dua komponen R1 dan R2 yang disusun paralel, hambatan pengganti paralel dapat dihitung lebih cepat dengan persamaan khusus:
Persamaan hambatan pengganti dua komponen yang disusun paralel:
R_p=(R_1 x R_2)/(R_(1 )+ R_2 )= (hasil kali)/jumlah
Secara umum, untuk komponen-komponen yang disusun paralel, kebalikan hambatan pengganti paralel sama dengan julah dari kebalikan tiap-tiap hambatan. Persamaan hambatan pengganti paralel:
1/R_p =∑_(i=I)^n▒〖1/R_i =〗 1/R_1 + 1/R_2 + …
Persamaan di atas dengan jelas menyatakan bahwa susunan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian.
Prinsip susunan paralel:
Susunan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian.
Tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sama, yaitu sama dengan tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti paralelnya.
V1 = V2 = V3 = … = Vparalel
Kuat arus yang melalui hambatan pengganti paralel sama dengan jumlah kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen.
Iparalel = I1 + I2 + I3 + … (4-21)
Susunan paralel berfungsi sebagai pembagi arus di mana kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sebanding dengan kebalikan hambatannya.
Manfaat Susunan Paralel:
Komponen-komponen listrik di rumah biasanya disusun secara paralel, seperti ditunjukkan pada gambar . dalam susunan paralel, jika salah satu komponen rusak atau gagal (misalnya filamen lampu pijar putus), komponen-komponen lain dalam rangkaian masih tetap bekerja.
Susunan seri-paralel komponen listrik
Sesuai dengan kebutuhan, komponen-komponen listrik seperti resistor, lampu dan baterai dapat disusun seri saja, atau gabungan seri-paralel. Pada gambar 4. Diperlihatkan susunan seri dan susunan paralel beberapa lampu hias.
Jembatan Wheatstone
Jembatan wheatstone dipakai untuk mengukur besar tahanan suatu penghantar.
Gambar 2.6. Jembatan wheastone
Jembatan wheatstone terdiri dari empat tahanan disusun segi empat dan Galvanometer.
R1 dan R2 biasanya diketahui besarnya.
R3 tahanan yang dapat diatur besarnya sehingga tidak ada arus yang mengalir lewat rangkaian B-C-G (Galvanometer).
RX tahanan yang akan diukur besarnya.
Bila arus yang lewat G = 0, maka :
RX . R2 = R1 . R3
VAB = VAD dan VBC = VDC
I1R1 = I2R3 I1R2 = I2R4
I_1/I_2 =R_3/R_1 …….(*) I_1/I_2 =R_4/R_2 ………….(**)
Ruas kiri Persamaan (*) dan (**) adalah sama sehingga,
R_3/R_1 =R_4/R_2
R1 x R4 = R2 x R3
Prinsip jembatan Wheatstone, yaitu: hasil kali dua hambatan yang saling berhadapan sama besar
Bentuk praktis jembatan Wheatstone adalah seperti pada gambar. Panjang kawat AC satu meter atau setengah meter. Jika saklar S dihubungkan, maka jembatan dapat dibuat seimbang dengan menggeser-geser kontak D sepanjang kawat AC. Pada keadaan seimbang, sesuai dengan persamaan (4-29). Dengan
R_2=ρ L_2/A dan R_( 1)= ρ L_1/A ,maka,
XR2 = RR1
Xρ L_2/A= R_ ρ L_1/A
XL2= RL1
Dengan X adalah hambatan yang tak diketahui, dan R adalah hambatan baku (hambatan yang diketahui nilainya).
Susunan Seri-Paralel Sumber Tegangan
Pengertian Gaya Gerak listrik dan Tegangan Jepit
Gaya gerak listrik dibangkitkan oleh reaksi kimia dalam baterai. Tetapi, baterai adalah suatu peralatan yang kompleks sehingga muatan yang bergerak melaluinya akan mengalami hambatan, disebut hambatan dalam baterai. Dengan demikian, sebuah baterai dapat ditampilkan dalam diagram rangkaian sebagai suatu sumber tegangan dengan ggl ε dan hambatan dalam R.
Pengertian ggl dan tegangan jepit dapat dijelaskan dengan menggunakan rangkaian seperti pada gambar, dnegan diagram rangkaiannya ditunjukkan pada gambar. Ketika saklar terbuka, tidak ada arus yang mengalir, sehingga tidak ada beda tegangan pada hambatan dalam r, dan tegangan yang diukur oleh voltmeter sama dengan ggl ε. Ketika saklar ditutup, kuat arus I mengalir dari baterai, sehingga ada beda tegangan Ir pada hambatan dalam r. tegangan yang diukur oleh voltmeter sama dengan tegangan jepit Vab, dengan: Vab = ε –Ir
Tegangan jepit Vab juga dapat dihitung dari hambatan luar lampu R dengan menggunakan hukum Ohm: Vab = IR
Gaya gerak listrik ε adalah tegangan pada ujung-ujung baterai saat baterai tidak dihubungkan ke beban, sedang tegangan jepit Vab adalah tegangan pada ujung-ujung baterai saat baterai mencatu arus ke beban.
Sumber tegangan disusun seri
Dua atau lebih sumber tegangan yang disusun sedemikian sehingga kuat arus melalui tiap baterai sama besarnya dikatakan disusun seri.
Tegangan ekivalen = ε1 + ε2 + ε3 Tegangan = εs
hambatan ekivalen = r1 + r2 + r3 + R hambatan = rs
kuat arus:
I=(ε_1+ε_2+ε_3)/((r_1+r_2+r_3 )+ R) (*) I= ε_s/(r_s+ R) (**)
Ruas kiri (*) dan (**) adalah sama sehingga diperoleh:
εs = ε1 + ε2 + ε3 dan rs = r1 + r2 + r3
Konsep ggl dan hambatan dalam pengganti seri sumber tegangan:
N buah sumber tegangan yang disusun seri dapat diganti dengan sebuah sumber tegangan pengganti seri di mana:
ggl pengganti εs = jumlah ggl tiap-tiap sumber tegangan.
Hambatan dalam pengganti rs = jumlah hambatna dalam tiap-tiap sumber tegangan.
ggl pengganti seri:
hambatan dalam pengganti seri:
untuk n sumber tegangan identik dengan ggl dan hambatan dalam tiap sumber tegangan adalah ε dan r, dari kedua persamaan di atas diperoleh;
ggl pengganti seri:
hambatan dalam pengganti seri:
Sumber Tegangan Disusun Paralel
Dua atau lebih sumber tegangan dikatakan disusun paralel jika disusun sdemikian rupa sehingga tegangan jepit tiap baterai sama besar. Pada rangkaian berlaku Vab = ε1 – I1 r1 = ε2 – I2r2, tetapi sangat sukar untuk menentukan hubungan antara ggl pengganti paralel εp dengan ggl tiap baterai ε1 atau ε2 . Hubungan ini hanya dapat diperoleh dengan menerapkan hokum II Kirchhoff yang akan kita pelajari dalam subbab berikutnya.
Hubungan ggl εp dengan ε1 hanya mudah diperoleh jika sumber tegangan identik dengan ggl dan hambatan dalam tiap sumber tegangan adalah ε dan r diperoleh:
ggl pengganti paralel :
hambatan dalam pengganti paralel:
kuat arus dalam rangkaian I dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm pada rangkaian.
Jika pada susunan seri sumber tegangan, tegangan total rangkaian diperbesar, maka pada susunan paralel sumber tegangan, tegangan total tidak berubah. Pada susunan paralel, hambatan total rangkaian diperkecil dan ini berarti kemampuan memasok arusnya diperbesar.
RANGKUMAN
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir di dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Satuan kuat arus listrik adalah ampere.
Besar arus listrik dihitung dengan persamaan: I = Q/t
Hubungan antara Tegangan listrik (V) dan Kuat arus listrik (I) = R = I V atau V = I . R
Arah arus listrik mengalir dari potensial tinggi (+) menuju ke potensial rendah (–). Arah arus elektron dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi.
Besar kuat arus di dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial. Hal ini dikenal sebagai hukum ohm, dengan persamaan: I = R V
Hambatan suatu penghantar pada suhu tertentu ditentukan oleh panjang (l), hambatan jenis penghantar (r) dan luas penampang kawat penghantar (A), dirumuskan: R = ρ A l
Beberapa sumber tegangan searah yang dirangkai paralel tidak akan mengubah besar tegangan total, namun hanya meningkatkan kemampuannya memasok arus.
Susunan seri: i = i1 = i2 = i3 = ….
VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + …
RS = R1 + R2 + R3 + ..
Susunan paralel:
Prinsip jembatan Wheatstone, yaitu: hasil kali dua hambatan yang saling berhadapan sama besar
LATIHAN/TUGAS
Seutas kawat yang panjangnya 50 cm, luas penampangnya 2 mm2, ternyata hambatannya 100 ohm. Dengan demikian, berapakah besar hambatan jenis kawat tersebut?
Lakukan percobaaan merangkai rangkaian listrik seri dan paralel dan menghitung besarnya hambatan masing-masing rangkaian tersebut. Masukkan datanya ke dalam tabel!
TES MANDIRI
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
Saudara harus ingat! Jangan dulu melihat kunci jawaban yang terletak di akhir modul.
Jumlah muatan yang mengalir melalui penampang penghantar setiap satuan waktu dinamakan .…
hambatan
kuat arus
tegangan
muatan
kapasitor
Untuk mencari kuat arus digunakan persamaan ….
I = Q . t
I = Q.t
I = t .Q
I = t .Q2
I = Q2 . t
Besarnya kuat arus listrik dalam suatu penghantar menurut hukum Ohm berbanding ….
lurus dengan kuadrat tegangan
terbalik dengan tegangan
lurus dengan tegangan
lurus dengan muatan
terbalik dengan kuadrat
Hubungan antara besar kuat arus listrik dan besaran lainnya adalah sebagai berikut, kecuali ….
sebanding dengan besar muatan
berbanding terbalik dengan waktu
berbanding lurus dengan beda potensial
berbanding terbalik dengan hambatan
sebanding dengan hambatan
Penulisan hukum Ohm dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan ….
I = V2.R
I = V R
I = R V
I = Q . t
I = R2 V
Alat ukur kuat arus listrik adalah ….
ampere meter
hidrometer
voltmeter
barometer
ohmmeter
Jika sebuah hambatan 150 ohm dipasang pada beda potensial 6 volt. Maka kuat arus yang dihasilkan ….
1200 mA
900 mA
150 mA
80 mA
40 mA
Dari percobaan pengukuran hambatan suatu penghantar didapat grafik seperti di samping ini. Besar hambatan penghantar tersebut adalah .…
0,02 ohm
0,2 ohm
2 ohm
20 ohm
200 ohm
Besar hambatan suatu penghantar sebanding dengan ….
luas penampangnya
panjangnya
luas penampang dan hambat jenisnya
panjang dan hambat jenisnya
luas penmpang, panjang dan jenisnya
Seutas kawat panjangnya 100 cm dan luas penampangnya 5 mm2, jika hambatan kawat tersebut 100 ohm, maka hambatan jenisnya adalah ….
1 x 10–4 ohmmeter
5 x 10–4 ohmmeter
5 x 10–5 ohmmeter
2 x 10–6 ohmmeter
2 x 10–5 ohmmeter
BAB III
KEGIATAN BELAJAR 2
HUKUM KIRCHHOFF
KOMPTENSI DASAR
Mendeskripsikan tentang konsep hukum Kirchhoff dan aplikasinya.
MATERI POKOK
Hukum I Kirchhoff
Hukum II Kirchhoff
URAIAN MATERI
Hukum I Kirchhoff
Bahasan ini merupakan kelanjutan materi pada modul kegiatan-1 dan 2 sebelumnya. Arus listrik yang telah Saudara kenal bahkan pahami itu, bila mengalir bak aliran air yaitu dari dataran lebih tinggi ke dataran lebih rendah atau arus listrik itu merupakan aliran arus dari potensial tinggi disebut kutub positif melalui kabel (rangkaian luar) menuju potensial rendah disebut kutub negatif.
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.
Selanjutnya hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik percabangan/simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan akan diselidiki dengan percobaan pada lembar percobaan dan diharapkan Saudara mencobanya. Dari percobaan akan didapatkan bahwa penunjukkan ampere meter A1 sama dengan penjumlahan penunjukkan A2 dan A3 (lihat gambar 3.1).
Hal tersebut dikenal sebagai hukum I Kirchhoff yang berbunyi:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Gambar 3.1 skema diagram Hukum I Kierchhoff dan rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari stu tiitk simpul
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak dalam analogi pada gambar 3.1 berikut. Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah.
Bila Saudara telah menyimak uraian di atas, dan telah memahaminya, silakan Saudara coba selesaikan/kerjakan soal berikut. Bila Saudara belum memahami dengan baik, silakan Saudara ulangi lagi sampai Saudara dapat memahaminya dengan baik.
Contoh soal:
Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada gambar!
Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A.
Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A Berapakah besar dan arah kuat arus I4?
Penyelesaian: menurut Hukum I Kirchhoff = Σ Imasuk = Σ Ikeluar
Selanjutnya Σ Imasuk = I1 + I2 = 10 + 5 = 15 ampere.
I3 = 8 A arahnya keluar dari titik A berarti I4 pastilah berarah keluar sehingga:
Σ Ikeluar = I3 + I4 = 8 + I4
Akhirnya:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 + I4
I5 = 8 + I4
I4 = 15 – 8 = 7 A
I4 = 7 ampere arahnya keluar dari titik A
Percobaan 2:
Menyelidiki Kuat Arus Listrik pada titik simpul
Alat dan bahan yang diperlukan:
bola lampu 3 buah masing-masing 1,5 V (L1, L2, L3)
amperemeter 3 buah (A1, A2, A3)
Baterai 1,5 volt 3 buah
Power supply DC untuk 1,5 volt, 3 volt dan 4,5 volt
kabel penghubung
saklar penghubung (S)
Cara pelaksanaan percobaan:
Rangkaian alat-alat seperti pada gambar di bawah ini:
Apakah semua lampu menyala?
Jika semua lampu menyala, bacalah angka yang ditunjukkan oleh alat A1, A2 dan A3.
Catatlah angka yang ditunjukkan oleh A2 dan A3 dengan titik P merupakan titik cabang rangkaian.
Tuliskan kesimpulan Saudara dari hasil percobaan ini!
Hukum II Kirchhoff
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel. Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Dirumuskan: Σ ε + Σ IR = 0
Selanjutnya ada beberapa tahap yang diperkenalkan pada Saudara melalui kegiatan 3 ini yaitu pertama rangkaian dengan satu loop (loop adalah rangkaian tertutup) serta selanjutnya rangkaian dengan dua loop atau lebih. Nah … selanjutnya silahkan Saudara simak yang berikut:
Rangkaian dengan satu loop:
Mula-mula dengan rangkaian listrik yang terdiri dari satu loop!
Perhatikanlah soal rangkaian tertutup yang terdiri dari satu loop pada gambar di samping ini! Pada gambar 3.2 berikut menunjukkan rangkaian sederhana dengan satu loop. Pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir adalah sama, yaitu I (karena pada rangkaian tertutup).
gambar 3.2. Rangkaian dengan satu loop
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!
Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika berlawanan dengan arah loop.
GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.
Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a. Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Kirchhoff:
Σ ε + Σ IR = 0
– ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0
Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya!
Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk. Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.3. Rangkaian dengan dua loop
Gambarlah rangkaian listrik dari rangkaian majemuk tersebut!
Tetapkan arah kuat arus untuk tiap cabang.
Tulislah persamaan-persamaan arus untuk tiap titik cabang dengan menggunakan Hukum I Kirchhoff!
Tetapkan loop beserta arahnya pada setiap rangkaian tertutup!
Tuliskan persamaan-persamaan untuk setiap loop dengan menggunakan persaman Hukum II Kirchhoff!
Hitunglah besaran-besaran yang ditanyakan dengan menggunakan persamaan huruf e di atas!
Contoh Soal:
ε = ggl baterai
r = hambatan dalam baterai
R = hambatan luar
ε = 24 V r1 = 1 Ω R1 = 20 Ω
ε = 12 V r2 = 1 Ω R2 = 15 Ω
ε = 6 V r3 = 0,5 Ω R3 = 12 Ω
ε = 12 V r4 = 0,5 Ω R4 = 10 Ω
Hitunglah:
Kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian di atas!
Tegangan listrik antara titik B dengan D (VBD)
Penyelesaian: → Perhatikanlah oleh Saudara arah loop, arah arus listrik (I) dan teliti akan harga-harga komponen listrik yang diketahui!
Menurut Hukum II Kirchhoff, di dalam rangkaian tertutup tersebut berlaku persamaan:
Σ ε + Σ IR = 0 (arah loop dan arah arus listrik misalkan searah) maka:
– ε1 – ε2 – ε3 + ε4 + I (r1 + R1 + r2 + R2 + r3 + R3 + r4 + R4) = 0
– 24 – 12 – 6 + 12 + I (1 + 20 + 1 + 15 + 0,5 + 12 + 0,5 + 10) = 0
– 30 + I (60) = 0
60.I = 30
I = 30/60 = 0,5 A
Jadi, kuat arus listrik (I) yang mengalir yaitu 0,5 ampere. Kini kita telah mengetahui besar kuat arus listrik yang mengalir kawat rangkaian di atas! Selanjutnya kita akan tentukan besar tegangan listrik antara dua titik!
Kita dapat menghitung besar tegangan antara A dan D (VBD) untuk lintasan yang menempuh B-A-D atau B-C-D. Untuk Jalan B-A-D [Perhatikan harga I negatif (–)]
VBD = Σ ε + Σ I.R
= + ε2 + ε1 – I (r2 + R1 + r1 + R4)
= + 12 + 24 – 0,5 (1 + 20 + 1 + 10)
= + 36 – 0,5 (32)
= + 36 – 16
VBD = + 20 Volt
Jalan lainnya untuk menentukan besar VBD (jalan kedua), yaitu: Untuk jalan B – C – D:
VBD = Σ ε + Σ I.R [perhatikanlah harga I disini positip (+), Saudara tahu mengapa?]
= – ε3 + ε4 + I (R2 + r3 + R3 + r4)
= – 6 + 12 + 0,5 (15 + 0,5 + 12 + 0,5)
= + 6 + 0,5 (28)
= + 6 + 14
VBD = + 20 Volt
Jadi besar tegangan antara titik B dengan titik D yaitu VBD adalah + 20 volt, dengan cara yang serupa Saudara dapat menentukan bahwa besar VDB = – 20 volt, silahkan mencoba.
Kini Saudara akan ditunjukkan contoh soal berikut untuk loop (rangkaian tertutup) dengan 2 (dua) loop disertai beberapa komponen listrik.
Contoh soal:
Perhatikanlah gambar rangkaian listrik berikut:
Diketahui:
ε1 = 10 volt
ε2 = 10 volt
R1 = 5 Ω
R2 = 5 Ω
R3 = 2 Ω
r1 = 1 Ω
r2 = 1 Ω
Ditanyakan:
Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian (I1, I2, dan I3).
Beda potensial antara A dan B (VAB).
Penyelesaian:
Berdasarkan Hukum I Kirchhoff, di titik simpul A:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 atau I1 = I3 – I2 atau I2 = I3 – I1 (1)
Berdasarkan Hukum II Kirchhoff untuk loop I atau loop C-A-B-D-C:
Σ ε + Σ IR = 0
ε1 + (r1 + R1) + I3.R3 = 0
–10 +I1 (1 + 5) + I3 . 2 = 0
–10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 (2)
Berdasarkan hukum II kirchhoff untuk loop II atau loop F-E-A-B-F:
Σ ε + Σ IR = 0
ε2 + I2 (r2 + R2) + I3 . R3 = 0
– 10 + I2 (1 + 5) + I3.2 = 0
– 10 + 6 I2 + 2 . I3 = 0 (3)
Selanjutnya subtitusikan (menyamakan dengan memasukkan nilai) persamaan (1) dan (2) sehingga persamaan (2) menjadi:
– 10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 → I1 = I3 – I2
– 10 + 6 (I3 – I2) + 2 I3 = 0
– 10 + 6 I3 – 6 I2 + 2 I3 = 0
– 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0 (4)
Selanjutnya eliminasikan/menghilangkan persamaan (3) dan (4) sehingga:
– persamaan (3) : – 10 + 6 I2 + 2 I3 = 0
– persamaan (4) : – 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0
–––––––––––––––––– +
– 20 + 10 I3 = 0
10 I3 = 20
I3 = 2 Ampere.
– Masukkan/subtitusikan I3 = 2 A ke persamaan (2), sehingga:
– 10 + 6 I1 + 2 (2) = 0 ……..
6 I1 = 6 …….
I1 = 1 Ampere
dan I2 = I3 – I1 = 2 – 1 = 1 Ampere.
Jadi arus listrik pada cabang rangkaian B-D-C-A yaitu I1 = 1 A.
Arus listrik pada cabang rangkaian B-F-E-A yaitu I2 = 1A.
Arus listrik pada cabang rangkaian A-B yaitu I3 = 2 A.
[Semua harga I1, I2 dan I3 bertanda positif (+), berarti arah pemisalan yang telah kita tentukan yaitu arah I sesuai].
Kita dapat menghitung besar beda potensial antara A dan B (VAB) untuk lintasan yang menempuh jalan A – B (langsung), jalan A-C-D-B dan jalan AE- F-B (Nah!….. ada tiga cara menentukan VAB! ….) Untuk jalan A-B (langsung)
VAB = Σ ε + Σ I.R
= 0 + I3 (R3)
= 0 + 2 (2)
VAB = + 4 Volt
Untuk Jalan A-C –D-B yaitu:
VAB = Σ ε + Σ I.R
= + ε1 – I1 (R1 + r1)
= + 10 – 1 (5 + 1)
= + 10 – 6 = + 4
Jadi VAB = + 4 Volt
Untuk jalan A-E-F-B yaitu:
VAB = Σ ε + Σ I.R
= + ε2 – I2 (R2 + r2)
= + 10 – 1 (5 + 1)
= + 10 – 6 = + 4
VAB = + 4 volt
Jadi besar beda potensial antara titik A dan B yaitu VAB = + 4 volt, dengan cara yang serupa Saudara dapat menentukan bahwa besar BBA = – 4 volt.
RANGKUMAN
Bunyi hukum I Kirchhoff yaitu kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Persamaan Hukum I Kirchhoff yaitu: Σ Imasuk = Σ Ikeluar Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah
Imasuk = arus listrik masuk titik percabangan/simpul
Ikeluar = arus listrik keluar titik percabangan/simpul
Bunyi Hukum II Kirchhoff yaitu di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Dirumuskan: Σε + ΣIR = 0
Σ ε = jumlah GGL atau sumber arus listrik (baterai)
I = arus listrik
R = hambatan listrik
ENERGI DAN DAYA LISTRIK
Energi Listrik
Sebuah baterai dengan tegangan V, selama waktu t mengalirkan muatan elektron sebanyak q melalui hambatan R. Untuk itu baterai melakukan usaha W yang besarnya sama dengan perubahan energi potensial ΔEp = V.q kita tuliskan: W = ΔE p = V . q karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha yang dilakukan adalah: W = V . I . t , karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik.
Di mana:
W = energi listrik dalam Joule
I = arus listrik dalam Ampere
R = hambatan dalam Ohm
V = beda potensial dalam Volt
t = waktu dalam sekon (S)
q = muatan (C)
Contoh:
Berdasarkan rangkaian di bawah hitunglah:
Energi listrik yang dibangkitkan oleh baterai selama 1 menit.
Energi listrik yang berubah menjadi panas pada R = 4 Ω selama 1 menit.
Diketahui:
V = 12 V
R1 = 4 Ω
R2 = 2 Ω
t = 1 menit = 60 sekon
I= V/R
I= V/((R_1+R_2 ) )
I= 12/6=2A
Ditanyakan:
energi yang dibangkitkan baterai W = ….
energi yang menjadi panas pada R1 = 4 Ω, W1 = ….
Jawab:
W = V.I.t
= 12 . 2 . 60
W = 1440 Joule
W1 = (I2) . R1 . t = (2)2 . (4) . (60)
W1 = 960 Joule
Daya Listrik
Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan:
P = W/t → W = P . t
dengan satuan P adalah Joule.s-1 atau watt. Jika nilai W pada persamaan di atas kita substitusikan pada persamaan , maka kita dapatkan nilai daya listrik P besarnya adalah: P = V.I= I2.R = V2/R
Contoh:
Daya listrik yang dibangkitkan oleh baterai
Daya disipasi (daya yang berubah jadi panas) pada hambatan 11Ω
Diketahui:
Ε = 6 V,
r = 1 Ω,
R = 11 Ω
Ditanyakan:
Daya yang di bangkitkan baterai, Pε = ….
Daya pada hambatan 11Ω, Pr = ….
Jawab:
I= V/R
I_ε= V/((r+R) )
I_ε= 6/((1+11) )=6A
Pε = (I)2 (r + R) = (0,5)2 (1+11) = 3 watt
Pr = (I)2 (R) = (0,5)2 (11) = 2,75 watt
Hubungan antara Joule dengan KWh.
Penggunaan energi listrik di rumah tangga diukur dengan menggunakan satuan kilowatt jam atau kilowatt hour disingkat KWh dimana 1 KWh = 3,6 . 106 J
Contoh:
Jika kita mempunyai kulkas yang memiliki spesifikasi 200 watt/220 Volt, menyala satu hari penuh (24 jam) maka energi listrik yang terpakai selama sebulan (30 hari) dapat kita hitung. Bagaimana caranya?
Diketahui:
P = 200 watt = 0,2 kW
T = 24 h x 30 = 720 h
Ditanyakan: W dalam KWh
Jawab:
P = W/t → W = P . t
W = (0,2 kW) (720 h)
W = 144 KWh
Hubungan Energi Listrik dengan Kalor
Pernahkah Saudara melihat teko listrik? Yaitu suatu alat yang dipergunakan untuk memasak air. Teko listrik ini merupakan salah satu contoh alat yang mengubah energi listrik menjadi kalor. Jika m massa air yang dipanaskan dan c kalor jenis air serta ΔT perubahan suhu: maka energi listrik sebesar W = P . t akan berubah menjadi kalor Q = m . c . ΔT (dalam hal ini kita mengabaikan kapasitas kalor teko). Hubungan antara W dan Q tersebut kita tuliskan:
W = Q
P.t = m.c.T
V.I.t = m.c.ΔT
Contoh:
Sebuah teko listrik 400 watt/220 Volt digunakan untuk memanaskan 1 kg air yang kalor jenisnya 4200 J/kg 0C pada suhu 20 0C. Berapakah suhu air setelah dipanaskan selama 2 menit?
Diketahui:
P = 400 W, V = 220 V
t = 2 menit = 120 s
m = 1 kg
c = 4200 J/kg 0C
To = 20 0C
Ditanyakan: suhu akhir air, T = …….
Jawab:
P . t = m . c . ΔT
∆T= (P . t)/(m . c)
∆T= (400 . 120)/(1 . 4200)
ΔT = 11,43 oC
Suhu akhir T adalah:
T = To + ΔT
= 20 oC + 11, 43 oC
T = 31,43 oC
Contoh:
Lampu pijar memiliki spesifikasi 40 watt/220 Volt. Berapakah daya yang terpakai pada lampu jika dipasang pada tegangan 110 Volt?
Diketahui:
P1 = 40 W
V1 = 220 V
V2 = 110 V
Ditanyakan: P2
Jawab:
Contoh:
Sebuah pembersih vakum memiliki spesifikasi 440 W/220 V. Jika nilai sekering yang ada 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A. Sekering mana yang harus dipilih?
Diketahui: P = 440 W, V = 220 V
Nilai sekering 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A
Ditanyakan: Sekering mana yang dipilih?
Jawab:
P = V I
I = P/V = 440 W/220V
I = 2 A
Sekering yang digunakan adalah 3 A.
Penerapan Listrik AC dan DC dalam Kehidupan Sehari-hari
Pengertian listrik DC dan AC
Arus DC (direct current) atau disebut arus searah adalah arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. Ketika Saudara memasang amperemeter DC atau voltmeter DC pada suatu rangkaian DC untuk mengukur kuat arus atau tegangan pada suatu bagian rangkaian, maka Saudara harus memperhatikan polaritas ujung-ujung rangkaian yang hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter. Hubungan polaritas yang benar adalah titik yang berpotensial lebih besar (positif) harus dihubungkan ke kutub positif meter, dan titik yang berpotensial lebih kecil (negatif) harus dihubungkan ke kutub negatif meter. Jika hubungan polaritas terbalik menyebabkan meter analog tidak dapat menunjukkan bacaan kuat arus atau tegangan, bahkan meter analog dapat rusak.
Arus AC (alternating current atau arus bolak balik) adalah Arus listrik yang arahnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodik). Dalam selang waktu tertentu, bagian atas sumber AC berpolaritas positif, sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif, sehingga menyebabkan arus listrik mengalir searah jarum jam. Pada selang waktu tertentu lainnya polaritas AC berbalik, bagian atas berpolaritas negatif, sementara bagian bawah berpolaritas positif, sehingga arus listrik AC mengalir searah jarum jam.
Karena arus AC selalu berubah arah, maka untuk memasang meter (amperemeter AC atau voltmeter AC) dalam rangkaian AC, Saudara tidak perlu memperhatikan polaritas titik (ujung) mana yang positif atau negatif.
Aplikasi listrik DC dan AC dalam kehidupan sehari-hari
Telah Saudara ketahui bahwa listrik DC dapat dihasilkan oleh adanya reaksi kimia seperti pada elemen basah (misalnya aki) ataupun elemen kering (popular dengan sebutan batu baterai). Listrik DC juga dapat dihasilkan oleh dinamo DC (dinamo juga dilengkapi dengan komutator). Salah satu keuntungan DC atas AC adalah sumber arusnya, seperti aki dan batu baterai, mudah dibawa ke mana-mana. Itulah sebabnya sumber listrik DC banyak digunakan pada peralatan elektronika.
Karena sifat listrik DC yang hanya mengalir dalam satu arah, maka hanya listrik DC yang dapat digunakan untuk mengisi muatan aki (menyetrum aki). Demikian juga untuk pekerjaan melapisi logam dengan logam lain secara kimia (misalnya melapisi piala dengan emas) hanya dapat dilakukan oleh listrik DC. Sejumlah motor listrik yang digunakan untuk mengatur kecepatan menunjukkan unjuk kerja yang lebih baik bila mendapat arus DC. Itulah sebabnya hampir semua mainan anak yang menggunakan motor. Jadi penggunaan DC terbatas hanya pada sedikit pemakain, yaitu mengisi aki mobil, melapisi logam dengan logam lain yang lebih mulia (electroplating) dengan motor listrik pengatur kecepatan.
Pada listrik AC lebih banyak memberikan keuntungan daripada listrik DC. Sehingga saat ini energi listrik hampir semua dibangkitkan, ditransmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC. Semua peralaran lisrik di rumah Saudara (kulkas, pemanas air, ketel listrik, pemanas nasi, microwave, pendingan ruangan, dan lampu-lampu penerang) menggunakan listrik AC yang disuplai oleh PLN ke rumah Saudara. Bahkan ketika energi DC diperlukan, seperti pada televise, DVD, VCD, tape, dan radio, suplai listriknya tetaplah AC, yang kemudian iubah menjadi DC oleh convereter atau rectifier yang terdapat di dalam peralatan itu sendiri.
Ada tiga keuntungan utama sistem AC yang mengungguli sistem DC. Pertama, tegangan AC dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh sebuah trafo. Ini memungkinkan energi listrik pada tegangan tinggi untuk memenuhi syarat ekonomi dan mendistribusikan daya listrik sesuai dengan tegangan dikehendaki. Kedua, motor AC (motor induksi) berharga lebih murah dan lebih sederhana konstruksinya daripada motor DC. Ketiga, switchgear misalnya, saklar-saklar, pemutus daya (circuit breaker) untuk sistem AC lebih sederhana daripada sistem DC.
RANGKUMAN
Besar energi W yang terjadi pada hambatan R yang dialiri arus I selama t adalah: W = V I t = I2 Rt =
Besar daya listrik P = V I = I2 R =
Satuan energin listrik dalam rumah tangga menggunakan satuan KWh (KiloWatt hour). 1 kWh = 3,6 x 106 J
Energi listrik W = P . t = mc ΔΤ pada proses pemanasan akan berubah menjadi kalor , Q = mc ΔΤ ditulis:
W = Q
P.t = mc ΔΤ
V I t = mc ΔΤ
Spesifikasi alat listrik dinyatakan dalam daya P dan tegangan V. Jika alat listrik memiliki spesifikasi P1/V1 dipasang pada tegangan V2, daya yang dipakai P2 = . P1
Arus DC (direct current) atau disebut arus searah adalah arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. penggunaan DC terbatas hanya pada sedikit pemakain, yaitu mengisi aki mobil, melapisi logam dengan logam lain yang lebih mulia (electroplating) dengan motor listrik pengatur kecepatan.
Arus AC (alternating current atau arus bolak balik) adalah Arus listrik yang arahnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodik). Energi listrik hampir semua dibangkitkan, ditransmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC.
LATIHAN/TUGAS
Untuk menguji pemahaman Saudara, coba Saudara kerjakan latihan berikut ini! Kerjakanlah terlebih dahulu jangan langsung melihat kunci jawabannya!
Sebuah kumparan memiliki hambatan 1000 Ω dialiri arus sebesar 2 A selama 10 menit. Berapakah energi yang dipakai pada komponen?
Sebuah alat listrik memiliki hambatan 25 Ω ketika dialiri arus selama 10 menit menyerap energi sebesar 60 kilo Joule. Berapakah besar arus yang mengalir?
Hambatan 50 Ω dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan?
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 W/220 V. Berapakah hambatan lampu tersebut?
Setrika listrik 350 Watt/220 Volt dipakai selama 4 jam. Berapa KWh energi listrik yang terpakai?
Air terjun sebuah bendungan tingginya 100 meter memiliki debit aliran 50 m3s–1. Air terjun digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms–2 dan massa jenis air 100 kgm-3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan?
Sebuah kumparan water heater 100 Watt/220 Volt memanaskan 5 liter air selama 20 menit dari suhu 30 0C, kalor jenis air 4200 J/kg 0C. Berapakah suhu akhir air?
Tiga buah lampu masing-masing 36 W/12V, 24W/12 V dan 12 W/12 V disusun paralel kemudian dihubungkan ke baterai 12 Volt. Berapakah daya disipasi pada seluruh lampu?
TES MANDIRI
Hambatan 50 Ω dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan?
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 W/220 V. Berapakah hambatan lampu tersebut?
Setrika listrik 350 Watt/220 Volt dipakai selama 4 jam. Berapa KWh energi listrik yang terpakai?
Air terjun sebuah bendungan tingginya 100 meter memiliki debit aliran 50 m3/s. Air terjun digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms–2 dan massa jenis air 100 kgm-3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan?
Sebuah kumparan water heater 100 Watt/220 Volt memanaskan 5 liter air selama 20 menit dari suhu 30 0C, kalor jenis air 4200 J/kg 0C. Berapakah suhu akhir air?
ALAT UKUR LISTRIK
KOMPETENSI DASAR
Menggunakan alat ukur listrik.
MATERI POKOK
Amperemeter
Voltmeter
Besaran yang ada pada listrik antara lain kuat arus disebut Ampermeter, sedangkan alat untuk mengukur tegangan atau beda potensial antara dua titik disebut Voltmeter. Alat ukur yang akan kita pelajari pada kegiatan ini adalah alat ukur listrik digital. Alat ukur listrik analog mempunyai ketidaktelitian sekitar 3% sampai 4%. Alat inilah yang biasa tersedia di laboratorium-laboratorium IPA di sekolah.
Ampermeter
Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus. Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer. Cara kerja galvanometer ini akan dibahas lebih lanjut pada saat Saudara mempelajari medan magnetik.
Amperemeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada amperemeter.
Bagaimana cara menggunakan Amperemeter? Misalkan Saudara akan mengukur kuat arus yang melewati rangkaian pada gambar 1. Misalkan R adalah lampu, maka:
a. gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc. b. rangkaian sebenarnya
Saudara harus memasang secara seri ampermeter dengan lampu. Sehingga harus memutus salah satu ujung (lampu menjadi padam). Selanjutnya hubungkan kedua ujung dengan kabel pada ampermeter, seperti gambar 2.
Gambar 5.3. Multimeter yang dapat digunakan sebagai Ampermeter
Hati-hati saat Saudara membaca skala yang digunakan, karena Saudara harus memperhatikan batas ukur yang digunakan. Misalnya Saudara menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Ini berarti saat jarum ampermeter menunjuk angka 10 kuat arus yang mengalir hanya 1 A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus yang mengalir 0,5 A. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat dituliskan:
Skala yang ditunjuk jarum Ampermeter Hasil pengamatan = x Batas ukur Ampermeter Skala maksimal Bagaimana jika saat Saudara mengukur kuat arus jarum menyimpang melewati batas ukur maksimal? Ini berarti kuat arus yang Saudara ukur lebih besar dari batas ukur alat. Saudara harus memperbesar batas ukur dengan menggeser batas ukur jika masih memungkinkan. Jika tidak Saudara harus memasang hambatan shunt secara paralel pada Ampermeter seperti pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 5.4. Rangkaian hambatan Shunt (Rsh) Ampermeter untuk memperbesar batas ukurnya.
Besar hambatan shunt yang dipasang pada Ampermeter tersebut adalah:
dengan Rsh = Hambatan shunt satuannya Ω (dibaca Ohm)
n = IA
I = Kelipatan batas ukur
I = Batas ukur sesudah dipasang hambatan shunt (A)
IA = Batas ukur sebelum di pasang hambatan shunt (A)
RA = Hambatan dalam Ampermeter (Ω)
Untuk lebih memahami uraian di atas pelajari contoh soal berikut ini:
Berapa kuat arus yang mengalir pada rangkaian berikut ini?
Gambar 5.5. mengukur kuat arus
Diketahui: Skala maksimal = 10 Batas ukur = 5A
Ditanya: Hasil pengamatan?
Jawab:
Hasil pengamatan = 4/10 x 5 A
= 2 A
Suatu Ampermeter mempunyai hambatan dalam 4 Ω , hanya mampu mengukur sampai 5 MA. Ampermeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang besarnya mencapai 10 A. Tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang secara paralel pada Ampermeter.
Voltmeter
Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik. Voltmeter juga menggunakan galvanometer yang dihubungkan seri dengan resistor. Coba Saudara bedakan dengan Ampermeter! Beda antara Voltmeter dengan Ampermeter adalah sebagai berikut:
Ampermeter merupakan galvanometer yang dirangkai dengan hambatan shunt secara seri, sedangkan Voltmeter secara paralel.
Hambatan Shunt yang dipasang pada Ampermeter nilainya kecil sedangkan pada Voltmeter sangat besar.
Bagaimana menggunakan Voltmeter? Menggunakan Voltmeter berbeda dengan menggunakan Ampermeter. Dalam menggunakan Voltmeter, rangkaian harus dipasang paralel pada kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya. Misalkan Saudara akan mengukur beda tegangan antara ujung-ujung lampu.
Seperti pada saat Saudara menggunakan Ampermeter, jika jarum pada voltmeter melewati batas skala maksimal, berarti beda potensial yang Saudara ukur lebih besar dari kemampuan alat ukur. Sehingga Saudara harus memperbesar batas ukur. Caranya dengan memasang resistor (hambatan muka) secara seri pada voltmeter.
Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:
Rm = (n – 1) Rv
dengan,
Rm = hambatan muka ()
n = kelipatan batas ukur Voltmeter
Vv = batas ukur Voltmeter sebelum dipasang hambatan muka (Volt)
V = batas ukur Voltmeter setelah dipasang hambatan muka (Volt)
Rv = hambatan dalam Voltmeter (Ω)
Contoh:
Sebuah Voltmeter mempunyai hambatan dalam 3 k , dapat mengukur tegangan maksimal 5 Volt. Jika ingin memperbesar batas ukur Voltmeter menjadi 100 Volt, tentukan hambatan muka yang harus dipasang secara seri pada Voltmeter.
Diketahui:
Rv = 3 k
Vv = 5 Volt
V = 100 Volt
Ditanya: Rm?
Jawab:
n = 20
Rm = (n – 1) . Rv
= (20 – 1) . 3 k Ω
= 57 k
Alat ukur yang Saudara pelajari di atas adalah untuk arus searah (DC). Jika ingin digunakan pada arus bolak-balik harus disesuaikan dengan menambahkan diode. Tetapi Saudara tidak akan mempelajarinya. Biasanya alat yang tersedia di sekolah-sekolah adalah Basic meter. Basic meter dapat berfungsi sebagai Ampermeter ataupun Voltmeter dengan menggeser ‘colokan’ yang ada.
Agar Saudara terampil menggunakan Ampermeter atau Voltmeter Saudara harus melakukan percobaan yang ada pada kegiatan 1 dan kegiatan 2 nanti. Apabila dalam melakukan percobaan Saudara menemui kesulitan atau masalah alat, Saudara lakukan percobaan di sekolah dan mintalah bantuan rekan-rekan guru MGMP di tempat Saudara.
EKSPERIMEN:Pengukuran kuat arus listrik.
Alat dan bahan yang diperlukan:
bola lampu senter 1 buah
amperemeter
1 buah batu baterai 1,5 V
kabel penghubung kira-kira 30 cm
Caranya:
Rangkaian alat seperti pada gambar di bawah ini.
v= 1,5 v
Perhatikan oleh Saudara, apakah lampu menyala? Dan apakah jarum amperemeter bergerak menyimpang.
Coba Saudara lepaskan salah satu kabel penghubung pada lampu, apa yang Saudara lihat?
Sambungkan lagi kabel yang Saudara lepaskan dan perhatikan alat ukur kuat arus (amperemeter), apa yang terjadi?
RANGKUMAN
Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik.
Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus.
Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer.
Alat ukur tegangan/beda potensial adalah voltmeter.
Kuat arus adalah jumlah muatan yang mengalir tiap satuan waktu, dirumuskan: I = Q/t
I = kuat arus listrik (coulomb /sekon = ampere)
Q = muatan listrik (coulomb)
t = waktu (sekon)
Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik.
Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:
Rm = (n – 1) Rv
SOAL LISAN
1.Untuk memperbesar batas ukur Voltmeter harus dipasang ….
a.hambatan shunt secara paralel
b.hambatan shunt secara seri dan paralel
c.hambatan muka secara seri
d.hambatan muka secara paralel
e.hambatan shunt dan hambatan muka.
2.Karena pengaruh panjang penghantar, pada rangkaian listrik timbul arus sebesar 400 mA. Upaya yang dilakukan agar kuat arusnya menjadi 800 mA adalah …
a.panjang penghantar ditambah menjadi 2x nya.
b.diganti penghantar sejenis yang berdiameter setengahnya.
c.diganti penghantar sejenis yang berdiamter 2x nya.
d.panjang penghantar dikurangi menjadi setengahnya.
e.diganti penghantar lain yang lebih kecil hambatan jenisnya
KUNCI JAWABAN
Kegiatan belajar 1
Latihan 1
Kuat arus lsitrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir di dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Ampremeter atau coulomb /sekon
Diketahui; I = 2 A
t = 15 menit = 900 sekon
ditanyakan: Q = …
jawab:
I = Q/t
Q = I.t
= 2 . 900 = 1800 C
Diketahuti: l = 50 cm = 0,5 m
A = 2 mm2 = 2 x 10-6 m2
R = 100 Ω
Ditanyakan: 𝝆 =
Jawab:
R = 𝝆 l/A
𝝆 = R.A/l
= 100 . 2 x 10-6/ 0,5 = 4 x 10-4 ohmeter
Kegiatan Belajar 2
Latihan 2
1. Arah arus listrik pada rangkaian listrik yaitu arah arus keluar dari kutub positif melalui rangkaian luar menuju kutub negatif.
2. Amperemeter
3. Disusun secara seri
4. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
5. Penyelesaian: Σ Imasuk = I2 + I2 = 10 + 5 = 15A
I3 + I4 = 5 + 7 = 12A arahnya keluar dari titik B berarti I5 pastilah berarah keluar dari titik b sehingga: Σ Imasuk = I3 + I4 + I5 = 12 + I5
Akhirnya = Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 + I4 + I5
15 = 12 + I5
I5 = 15 – 12 = 3 A
I5 = 3 ampere arahnya keluar dari titik B
Latihan 3
1. Diketahui : R = 1000 Ω ;
I = 2 A ;
t = 600 S
Ditanya : W = ……
Jawab : W = I2 R t = (2 A) 2 (1000 S) (600 S)
= 2,4 x 106 J
2. Diketahui : R = 25 Ω;
t = 600 S;
W = 6 x 104 J
Ditanya : I =……
Jawab : W = I2 R t
I2 = W/Rt
I2 = 6 x 104 J
25 x 600
I2 = 4
I = 2 A
Tes Mandiri 3
Diketahui : R = 50 Ω; V = 12 V
Ditanya : Daya P = …….
Jawab : P = 2,88 Watt
Diketahui : P = 100 Watt ;
V = 220 V
Ditanya : R = ……
Jawab : P = → R = 484 Ω
Diketahui : P = 350 W ;
V = 220 V ;
t = 4 h
Ditanya : energi dalam KWh, W = ……..
Jawab : W = P . t = (350) (4)
W = 1400 kWh
W = 1,4 kWh
Diketahui : h = 100 m, = 50 m3s–1
g = 10 ms–2 ,
P = 1000 kg m–3
= 8090 = 0,8
Ditanya : daya listrik P = ?
Jawab : P = h = g h
P = (0,8) (1000) (50) (10) (100)
P = 40 . 106 W
P = 40 MW
Diketahui : P = 100 W, V = 220 V,
t = 1200 s, m = 5 liter
T0 = 30 oC,
c = 4200 J/kg 0C
Ditanya : Suhu akhir, T = ……..
Jawab : P. t = m c ΔΤ
ΔΤ = 5,7 oC
Suhu akhir, T = To + ΔΤ
T = 30 0C + 5,7 oC
T = 35,7 Oc
5. Diketahui: R = 10 ohm
V = 1,2 kV = 1.200 volt
Ditanyakan: I = .…
Jawaban: V = I.R
I = V/R = 10 1.200
I = 100 Ampere
GLOSSARIUM
Amperemeter. Alat untuk mengukur arus listrik
Alternating current (AC) atau arus bolak balik. Arus listrik yang arhnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodic).
Arus listrik. aliran partikel-partikel bermuatan positif yang melalui konduktor (walau sesungguhnya elektro-elektron bermuatan negatiflah yang mengalir melalui konduktor. Arus listrik hanya mengalir dalam suatu rangkaian tertutup.
Direct current (DC), atau arus searah. Arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah.
Daya listrik. Energi listrik per satuan waktu.
Energi listrik. Kemampuan untuk melakukan usaha yang sumbernya berasal dari listrik.
Galvanometer. Alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik lemah dan mendeteksinya
GGL (gaya gerak listrik). Tegangan antarkedua kutub sumber tegangan jika sumber tegangan tak berbeban (tidak mensuplai arus)
Hambatan listrik. diberi lambang R. perbandingan beda potensial pada sebuah komponen listrik terhadap arus yang melintas melaluinya. Jadi, hambatan (resistansi) merupakan ukuran perlawanan komponen terhadap aliran muatan listrik.
Hukum I Kirchhoff. Dua hukum yang berhubungan dengan rangkaian lsitrik, pertama kali dirumuskan oleh G.R Kirchhoff (1824-1887). Bunyi: pada rangkaian lsitrik yang bercabang, jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik cabang dengan jumlah kuat arus yang keluar pada titik cabang.
Hukum II Kirchhoff. Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Joule. Satuan untuk energi lsitrik
KWH (Kilo watt hour). Satuan yang menunjukkan besarnya energi yang dipakai
Kalor. Panas yang dikandung oleh suatu zat
Kuat arus. Berasnya arus yang mengalir dalam suatu rangkaian
Multimeter. Alat untuk mengukur
Paralel. Bentuk rangkaian listrik yang saling terhubung dengan sumber listrik langsung tanpa percabangan
Seri. Bentuk rangkaian listrik yang saling terhubung dengan sumber listrik dengan percabangan
Tegangan/beda potensial jepit. Tegangan antar kedua kutub sumber tegangan jika sumber tegangan berbeban.
Voltmeter. Alat untuk mengukur
Watt. Satuan untuk daya listrik..
Lampu akan menyala, yang disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus searah. Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah:
I = Q/t
I : kuat arus listrik (coulomb /sekon = ampere, A)
I = Q : muatan listrik (coulomb)
t : waktu (sekon)
Makin banyak jumlah muatan listrik yang bergerak, makin besar pula kuat arusnya.
Contoh soal:
Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb dalam waktu 1 menit, kita dapat menentukan kuat arus listrik yang melintasi kawat penghantar tersebut. Caranya seperti berikut:
Diketahui:
Q = 360 coulomb
t = 1 menit = 60 sekon
Maka kuat arus listrik (I) adalah ….
I = Q/t
= 360/60
I = 6 A.
Jadi kuat arus listrik (I) itu adalah 6 A.
Beda Potensial atau Tegangan Listrik (V)
Setelah Saudara mempelajari kuat arus listrik, selanjutnya kita akan mempelajari beda potensial atau tegangan listrik. Untuk mempelajari beda potensial atau tegangan listrik, coba kita perhatikan sebuah baterai; yang Saudara pasti sudah tahu, pada baterai itu terdapat 2 (dua) kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Bila kutub positif dan kutub negatif kita hubungkan dengan kawat penghantar listrik, maka akan mengalir electron dari kutub negatif melalui penghubung ke kutub positif.
Para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron.
Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.
Jadi arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.
Hubungan antara Tegangan Listrik (V) dan Kuat Arus Listrik (I)
Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum Ohm yang berbunyi: Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.
Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm (Ω).
Hambatan dalam rangkaian listrik diberi simbol:
atau gambar sebenarnya adalah
Maka persamaannya dapat ditulis:
Keterangan:
R = hambatan listrik (ohm = Ω)
V = beda potensial atau tegangan (volt = V)
I = kuat arus listrik (ampere = A)
Contoh Soal:
Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial antara ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut!
Diketahui:
I = 400 mA = 0,4 A
V = 40 V
Ditanyakan: R = ….
Jawaban:
R = I V = 0,4 40
R = 100 Ω
Penerapan Hukum Ohm dalam Kehidupan Sehari-hari
Coba Saudara perhatikan bola lampu di rumah! Bila bola lampu diberi tegangan (V), apa yang terjadi? Yang terjadi adalah arus mengalir melalui filamen, sehingga bola lampu menyala. Tegangan yang diberikan pada suatu alat listrik seperti bola lampu harus disesuaikan dengan tegangan yang seharusnya diperuntukkan bagi alat tersebut.
Jika lampu 220 V diberi tegangan 110 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang lebih kecil dari yang seharusnya sehingga lampu 220 V tersebut, menyala redup. Sebaliknya jika lampu 110 V diberi tegangan 220 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus yang terlalu besar dari yang seharusnya sehingga lampu 110 V filamennya terbakar.
Jadi Saudara harus memahami, bila Saudara mempunyai sesuatu alat listrik harus dengan tegangan yang ada di rumah dan tegangan yang tercantum di alat listrik tersebut.
Hubungan antara Hambatan Kawat dengan Jenis Kawat dan Ukuran Kawat
Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik. Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:
dengan ketentuan:
R = hambatan (Ω)
ρ = hambatan jenis penghantar (Ω m)
l = panjang penghantar (m)
A = Ω r2 = luas penampang penghantar (m2) untuk kawat berbentuk lingkaran
r = jari-jari lingkaran kawat.
Untuk mempermudah Saudara mengenal berbagai macam jenis logam dan hambatan jenisnya, Saudara perhatikan tabel di bawah ini!
Tabel 4.3 hambatan Jenis beberapa bahan
Bahan Hambatan Jenis pada 200C (Ωm)
Konduktor
aluminium 2,82 x 10-8
Tembaga 1,72 x 10-8
Emas 2,44 x 10-8
Besi 9,71 x 10-8
Nikhrom 100 x 10-8
Platina 10,6 x 10-8
Perak 1,59 x 10-8
Tungsten 5,65 x 10-8
Semikonduktor
Karbon 3,5 x 10-5
Germanium 5 x 10-1
Silicon 6,4 x 102
Isolator
Kaca 1010 – 1014
Kuarsa 7,5 x 1017
Contoh soal:
Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas penampangnya 1 mm2, mempunyai hambatan jenis 10-7 ohmmeter. Jika antara ujung-ujung kawat dipasang beda potensial 60 volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat!
Diketahui:
l = 20 m
A = 1 mm2 = 1 x 10–6 m2
V = 60 V
ρ = 10–7 ohm-meter
Ditanyakan: I = .…
Jawaban:
Langkah pertama, selidiki dahulu nilai hambatannya.
R = ρ A I
= 10–7 . 1 x 10 6 20
R = 2 ohm
Berdasarkan hukum Ohm:
I = R/V = 2. 60
I = 30 A
Rangkaian Komponen Listrik
Bentuk/jenis rangkaian komponen listrik bergantung pada susunan hambatan/tahanan, maka untuk menentukan rangkaian komponen listrik dilihat dahulu bagaimana hambatan/tahanan disusun. Beberapa hambatan/tahanan dapat disusun secara:
Seri
Paralel
Kombinasi seri dan paralel
Berikut ini dijelaskan beberapa bentuk rangkaian listrik:
Susunan seri komponen-komponen listrik
Gambar 2.4 rangkaian listrik seri
KOMPONEN-komponen listrik disebut disusun seri jika komponen-komponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sama besarnya. Pada gambar ditunjukkan dua lampu pijar disusun seri sedang gambar rangkaian listriknya ditunjukkan pada gambar atas. Tegangan pada ujung-ujung R1 dan R2 adalah
Vab = IR1 dan Vbc = IR2, sehingga Vac = Vab + Vbc
Vac = IR1 + IR2 = I (R1 + R2) Kedua hambatan seri R1 dan R2 dapat diganti oleh sebuah hambatan pengganti seri R, sehingga: Vac = IRs
Ruas kiri dan adalah sama sehingga kita peroleh
Rs = R1 + R2
Dari hasil di atas dapat kita nyatakan tentang hambatan pengganti susunan seri sebagai berikut: untuk komponen-komponen listrik yang disusun seri, hambatan penggantinya sama dengan jumlah hambatan tiap-tiap komponen (hambatan pengganti seri).
R_s=∑_(i=1)^n▒R_i =R_1+ R_2+ R_3+ …
Persamaan di atas dengan jelas meyatakan bahwa sususnan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam rangkaian komponen listrik dengan susunan seri. Kita sebut hal tersebut sebagai Empat prinsip susunan seri, yaitu:
Susunan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian.
Kuat arus melalui tipa-tiap komponen sama, yaitu sama dengan kuat arus yang melalui hambatan pengganti serinya.
I1 = I2 = I3 = … = Iseri
Tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti seri sama dengan jumlah tegangan pada ujung-ujung tiap komponen.
Vseri= V1+ V2 + V3+ …
Susunan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan di mana tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sebanding dengan hambatannya.
V1: V2 : V3: …= R1: R2: R3: …
Kelemahan susunan seri diantaranya adalah jika salah satu komponen rusak (putus), maka sangat sulit menemukan letak yang rusak, sehingga memerlukan ewaktu untuk memeriksanya.
Rangkaian seri sangat bermanfaat meskipun mempunyai kelemahan, seperti sekering sengaja dipasang seri dengan komponen-konponen lain untuk tujuan pengamanan. Konduktor pada sekering didesain untuk melebur dan membuka rangkaian pada arus maksimum tertentu yang tergantung pada batas arus yang boleh melalui komponen yang dirangkai seri dengan sekering. Jika sekering tidak digunakan, arus yang melebihi batas dapat merusak komponen-komponen pada rangkaian, mengakibatkan pemanasan lebih pada kawat atau kabel penghantar yang dapat memungkinkan terjadinya kebakaran. Dalam instalasi listrik rumah, pemutus daya (circuit breaker) digunakan sebagai pengganti sekering. Ketika kuat arus dalam rangkaian secara otomatis.
Bila tahanan-tahanan: R1, R2, R3, … disusun secara seri, maka:
Kuat arus (I) yang lewat masing-masing tahanan sama besar:
i = i1 = i2 = i3 = ….
VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + …
RS = R1 + R2 + R3 + …
Gambar 2.5 Rangkaian listrik paralel
Komponen-komponen listrik disebut paralel jika komponen-komponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga tegangan pada ujung tiap-tiap komponen sama besarnya. Susunan rangkaian listriknya ditunjukkan pada gambar 2.5.
Kuat arus melalui R1 adalah I1 dan R2 adalah I2, sedang kuat arus yang keluar dari baterai adalah I. pada titik cabang A, kuat arus yang masuk adalah I dan kuat arus yang keluar adalah I1 + I2, sehingga sesuai hokum I Kirchhoff I = I2 + I2. Oleh karena tegangan pada tiap komponen sama, maka:
I= V/R_1 +V/R_2 =V [1/R_1 +1/R_2 ] (*)
Susunan paralel kedua lampu ini dapat diganti dengan sebuah hambatan pengganti paralel Rp , sehingga:
I = V/R_p
V/R_p =V [1/R_1 + 1/R_2 ]
1/R_p =1/R_1 + 1/R_2 =(R_1+ R_2)/(R_(1 ) x R_2 )
R_p=(R_1 x R_2)/(R_(1 )+ R_2 )= (hasil kali)/jumlah
Untuk dua komponen R1 dan R2 yang disusun paralel, hambatan pengganti paralel dapat dihitung lebih cepat dengan persamaan khusus:
Persamaan hambatan pengganti dua komponen yang disusun paralel:
R_p=(R_1 x R_2)/(R_(1 )+ R_2 )= (hasil kali)/jumlah
Secara umum, untuk komponen-komponen yang disusun paralel, kebalikan hambatan pengganti paralel sama dengan julah dari kebalikan tiap-tiap hambatan. Persamaan hambatan pengganti paralel:
1/R_p =∑_(i=I)^n▒〖1/R_i =〗 1/R_1 + 1/R_2 + …
Persamaan di atas dengan jelas menyatakan bahwa susunan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian.
Prinsip susunan paralel:
Susunan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian.
Tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sama, yaitu sama dengan tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti paralelnya.
V1 = V2 = V3 = … = Vparalel
Kuat arus yang melalui hambatan pengganti paralel sama dengan jumlah kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen.
Iparalel = I1 + I2 + I3 + … (4-21)
Susunan paralel berfungsi sebagai pembagi arus di mana kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sebanding dengan kebalikan hambatannya.
Manfaat Susunan Paralel:
Komponen-komponen listrik di rumah biasanya disusun secara paralel, seperti ditunjukkan pada gambar . dalam susunan paralel, jika salah satu komponen rusak atau gagal (misalnya filamen lampu pijar putus), komponen-komponen lain dalam rangkaian masih tetap bekerja.
Susunan seri-paralel komponen listrik
Sesuai dengan kebutuhan, komponen-komponen listrik seperti resistor, lampu dan baterai dapat disusun seri saja, atau gabungan seri-paralel. Pada gambar 4. Diperlihatkan susunan seri dan susunan paralel beberapa lampu hias.
Jembatan Wheatstone
Jembatan wheatstone dipakai untuk mengukur besar tahanan suatu penghantar.
Gambar 2.6. Jembatan wheastone
Jembatan wheatstone terdiri dari empat tahanan disusun segi empat dan Galvanometer.
R1 dan R2 biasanya diketahui besarnya.
R3 tahanan yang dapat diatur besarnya sehingga tidak ada arus yang mengalir lewat rangkaian B-C-G (Galvanometer).
RX tahanan yang akan diukur besarnya.
Bila arus yang lewat G = 0, maka :
RX . R2 = R1 . R3
VAB = VAD dan VBC = VDC
I1R1 = I2R3 I1R2 = I2R4
I_1/I_2 =R_3/R_1 …….(*) I_1/I_2 =R_4/R_2 ………….(**)
Ruas kiri Persamaan (*) dan (**) adalah sama sehingga,
R_3/R_1 =R_4/R_2
R1 x R4 = R2 x R3
Prinsip jembatan Wheatstone, yaitu: hasil kali dua hambatan yang saling berhadapan sama besar
Bentuk praktis jembatan Wheatstone adalah seperti pada gambar. Panjang kawat AC satu meter atau setengah meter. Jika saklar S dihubungkan, maka jembatan dapat dibuat seimbang dengan menggeser-geser kontak D sepanjang kawat AC. Pada keadaan seimbang, sesuai dengan persamaan (4-29). Dengan
R_2=ρ L_2/A dan R_( 1)= ρ L_1/A ,maka,
XR2 = RR1
Xρ L_2/A= R_ ρ L_1/A
XL2= RL1
Dengan X adalah hambatan yang tak diketahui, dan R adalah hambatan baku (hambatan yang diketahui nilainya).
Susunan Seri-Paralel Sumber Tegangan
Pengertian Gaya Gerak listrik dan Tegangan Jepit
Gaya gerak listrik dibangkitkan oleh reaksi kimia dalam baterai. Tetapi, baterai adalah suatu peralatan yang kompleks sehingga muatan yang bergerak melaluinya akan mengalami hambatan, disebut hambatan dalam baterai. Dengan demikian, sebuah baterai dapat ditampilkan dalam diagram rangkaian sebagai suatu sumber tegangan dengan ggl ε dan hambatan dalam R.
Pengertian ggl dan tegangan jepit dapat dijelaskan dengan menggunakan rangkaian seperti pada gambar, dnegan diagram rangkaiannya ditunjukkan pada gambar. Ketika saklar terbuka, tidak ada arus yang mengalir, sehingga tidak ada beda tegangan pada hambatan dalam r, dan tegangan yang diukur oleh voltmeter sama dengan ggl ε. Ketika saklar ditutup, kuat arus I mengalir dari baterai, sehingga ada beda tegangan Ir pada hambatan dalam r. tegangan yang diukur oleh voltmeter sama dengan tegangan jepit Vab, dengan: Vab = ε –Ir
Tegangan jepit Vab juga dapat dihitung dari hambatan luar lampu R dengan menggunakan hukum Ohm: Vab = IR
Gaya gerak listrik ε adalah tegangan pada ujung-ujung baterai saat baterai tidak dihubungkan ke beban, sedang tegangan jepit Vab adalah tegangan pada ujung-ujung baterai saat baterai mencatu arus ke beban.
Sumber tegangan disusun seri
Dua atau lebih sumber tegangan yang disusun sedemikian sehingga kuat arus melalui tiap baterai sama besarnya dikatakan disusun seri.
Tegangan ekivalen = ε1 + ε2 + ε3 Tegangan = εs
hambatan ekivalen = r1 + r2 + r3 + R hambatan = rs
kuat arus:
I=(ε_1+ε_2+ε_3)/((r_1+r_2+r_3 )+ R) (*) I= ε_s/(r_s+ R) (**)
Ruas kiri (*) dan (**) adalah sama sehingga diperoleh:
εs = ε1 + ε2 + ε3 dan rs = r1 + r2 + r3
Konsep ggl dan hambatan dalam pengganti seri sumber tegangan:
N buah sumber tegangan yang disusun seri dapat diganti dengan sebuah sumber tegangan pengganti seri di mana:
ggl pengganti εs = jumlah ggl tiap-tiap sumber tegangan.
Hambatan dalam pengganti rs = jumlah hambatna dalam tiap-tiap sumber tegangan.
ggl pengganti seri:
hambatan dalam pengganti seri:
untuk n sumber tegangan identik dengan ggl dan hambatan dalam tiap sumber tegangan adalah ε dan r, dari kedua persamaan di atas diperoleh;
ggl pengganti seri:
hambatan dalam pengganti seri:
Sumber Tegangan Disusun Paralel
Dua atau lebih sumber tegangan dikatakan disusun paralel jika disusun sdemikian rupa sehingga tegangan jepit tiap baterai sama besar. Pada rangkaian berlaku Vab = ε1 – I1 r1 = ε2 – I2r2, tetapi sangat sukar untuk menentukan hubungan antara ggl pengganti paralel εp dengan ggl tiap baterai ε1 atau ε2 . Hubungan ini hanya dapat diperoleh dengan menerapkan hokum II Kirchhoff yang akan kita pelajari dalam subbab berikutnya.
Hubungan ggl εp dengan ε1 hanya mudah diperoleh jika sumber tegangan identik dengan ggl dan hambatan dalam tiap sumber tegangan adalah ε dan r diperoleh:
ggl pengganti paralel :
hambatan dalam pengganti paralel:
kuat arus dalam rangkaian I dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm pada rangkaian.
Jika pada susunan seri sumber tegangan, tegangan total rangkaian diperbesar, maka pada susunan paralel sumber tegangan, tegangan total tidak berubah. Pada susunan paralel, hambatan total rangkaian diperkecil dan ini berarti kemampuan memasok arusnya diperbesar.
RANGKUMAN
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir di dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Satuan kuat arus listrik adalah ampere.
Besar arus listrik dihitung dengan persamaan: I = Q/t
Hubungan antara Tegangan listrik (V) dan Kuat arus listrik (I) = R = I V atau V = I . R
Arah arus listrik mengalir dari potensial tinggi (+) menuju ke potensial rendah (–). Arah arus elektron dari potensial rendah menuju ke potensial tinggi.
Besar kuat arus di dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial. Hal ini dikenal sebagai hukum ohm, dengan persamaan: I = R V
Hambatan suatu penghantar pada suhu tertentu ditentukan oleh panjang (l), hambatan jenis penghantar (r) dan luas penampang kawat penghantar (A), dirumuskan: R = ρ A l
Beberapa sumber tegangan searah yang dirangkai paralel tidak akan mengubah besar tegangan total, namun hanya meningkatkan kemampuannya memasok arus.
Susunan seri: i = i1 = i2 = i3 = ….
VS = Vad = Vab + Vbc + Vcd + …
RS = R1 + R2 + R3 + ..
Susunan paralel:
Prinsip jembatan Wheatstone, yaitu: hasil kali dua hambatan yang saling berhadapan sama besar
LATIHAN/TUGAS
Seutas kawat yang panjangnya 50 cm, luas penampangnya 2 mm2, ternyata hambatannya 100 ohm. Dengan demikian, berapakah besar hambatan jenis kawat tersebut?
Lakukan percobaaan merangkai rangkaian listrik seri dan paralel dan menghitung besarnya hambatan masing-masing rangkaian tersebut. Masukkan datanya ke dalam tabel!
TES MANDIRI
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!
Saudara harus ingat! Jangan dulu melihat kunci jawaban yang terletak di akhir modul.
Jumlah muatan yang mengalir melalui penampang penghantar setiap satuan waktu dinamakan .…
hambatan
kuat arus
tegangan
muatan
kapasitor
Untuk mencari kuat arus digunakan persamaan ….
I = Q . t
I = Q.t
I = t .Q
I = t .Q2
I = Q2 . t
Besarnya kuat arus listrik dalam suatu penghantar menurut hukum Ohm berbanding ….
lurus dengan kuadrat tegangan
terbalik dengan tegangan
lurus dengan tegangan
lurus dengan muatan
terbalik dengan kuadrat
Hubungan antara besar kuat arus listrik dan besaran lainnya adalah sebagai berikut, kecuali ….
sebanding dengan besar muatan
berbanding terbalik dengan waktu
berbanding lurus dengan beda potensial
berbanding terbalik dengan hambatan
sebanding dengan hambatan
Penulisan hukum Ohm dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan ….
I = V2.R
I = V R
I = R V
I = Q . t
I = R2 V
Alat ukur kuat arus listrik adalah ….
ampere meter
hidrometer
voltmeter
barometer
ohmmeter
Jika sebuah hambatan 150 ohm dipasang pada beda potensial 6 volt. Maka kuat arus yang dihasilkan ….
1200 mA
900 mA
150 mA
80 mA
40 mA
Dari percobaan pengukuran hambatan suatu penghantar didapat grafik seperti di samping ini. Besar hambatan penghantar tersebut adalah .…
0,02 ohm
0,2 ohm
2 ohm
20 ohm
200 ohm
Besar hambatan suatu penghantar sebanding dengan ….
luas penampangnya
panjangnya
luas penampang dan hambat jenisnya
panjang dan hambat jenisnya
luas penmpang, panjang dan jenisnya
Seutas kawat panjangnya 100 cm dan luas penampangnya 5 mm2, jika hambatan kawat tersebut 100 ohm, maka hambatan jenisnya adalah ….
1 x 10–4 ohmmeter
5 x 10–4 ohmmeter
5 x 10–5 ohmmeter
2 x 10–6 ohmmeter
2 x 10–5 ohmmeter
BAB III
KEGIATAN BELAJAR 2
HUKUM KIRCHHOFF
KOMPTENSI DASAR
Mendeskripsikan tentang konsep hukum Kirchhoff dan aplikasinya.
MATERI POKOK
Hukum I Kirchhoff
Hukum II Kirchhoff
URAIAN MATERI
Hukum I Kirchhoff
Bahasan ini merupakan kelanjutan materi pada modul kegiatan-1 dan 2 sebelumnya. Arus listrik yang telah Saudara kenal bahkan pahami itu, bila mengalir bak aliran air yaitu dari dataran lebih tinggi ke dataran lebih rendah atau arus listrik itu merupakan aliran arus dari potensial tinggi disebut kutub positif melalui kabel (rangkaian luar) menuju potensial rendah disebut kutub negatif.
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.
Selanjutnya hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik percabangan/simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan akan diselidiki dengan percobaan pada lembar percobaan dan diharapkan Saudara mencobanya. Dari percobaan akan didapatkan bahwa penunjukkan ampere meter A1 sama dengan penjumlahan penunjukkan A2 dan A3 (lihat gambar 3.1).
Hal tersebut dikenal sebagai hukum I Kirchhoff yang berbunyi:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Gambar 3.1 skema diagram Hukum I Kierchhoff dan rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari stu tiitk simpul
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak dalam analogi pada gambar 3.1 berikut. Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah.
Bila Saudara telah menyimak uraian di atas, dan telah memahaminya, silakan Saudara coba selesaikan/kerjakan soal berikut. Bila Saudara belum memahami dengan baik, silakan Saudara ulangi lagi sampai Saudara dapat memahaminya dengan baik.
Contoh soal:
Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada gambar!
Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A.
Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A Berapakah besar dan arah kuat arus I4?
Penyelesaian: menurut Hukum I Kirchhoff = Σ Imasuk = Σ Ikeluar
Selanjutnya Σ Imasuk = I1 + I2 = 10 + 5 = 15 ampere.
I3 = 8 A arahnya keluar dari titik A berarti I4 pastilah berarah keluar sehingga:
Σ Ikeluar = I3 + I4 = 8 + I4
Akhirnya:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 + I4
I5 = 8 + I4
I4 = 15 – 8 = 7 A
I4 = 7 ampere arahnya keluar dari titik A
Percobaan 2:
Menyelidiki Kuat Arus Listrik pada titik simpul
Alat dan bahan yang diperlukan:
bola lampu 3 buah masing-masing 1,5 V (L1, L2, L3)
amperemeter 3 buah (A1, A2, A3)
Baterai 1,5 volt 3 buah
Power supply DC untuk 1,5 volt, 3 volt dan 4,5 volt
kabel penghubung
saklar penghubung (S)
Cara pelaksanaan percobaan:
Rangkaian alat-alat seperti pada gambar di bawah ini:
Apakah semua lampu menyala?
Jika semua lampu menyala, bacalah angka yang ditunjukkan oleh alat A1, A2 dan A3.
Catatlah angka yang ditunjukkan oleh A2 dan A3 dengan titik P merupakan titik cabang rangkaian.
Tuliskan kesimpulan Saudara dari hasil percobaan ini!
Hukum II Kirchhoff
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel. Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Dirumuskan: Σ ε + Σ IR = 0
Selanjutnya ada beberapa tahap yang diperkenalkan pada Saudara melalui kegiatan 3 ini yaitu pertama rangkaian dengan satu loop (loop adalah rangkaian tertutup) serta selanjutnya rangkaian dengan dua loop atau lebih. Nah … selanjutnya silahkan Saudara simak yang berikut:
Rangkaian dengan satu loop:
Mula-mula dengan rangkaian listrik yang terdiri dari satu loop!
Perhatikanlah soal rangkaian tertutup yang terdiri dari satu loop pada gambar di samping ini! Pada gambar 3.2 berikut menunjukkan rangkaian sederhana dengan satu loop. Pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir adalah sama, yaitu I (karena pada rangkaian tertutup).
gambar 3.2. Rangkaian dengan satu loop
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!
Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika berlawanan dengan arah loop.
GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.
Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a. Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II Kirchhoff:
Σ ε + Σ IR = 0
– ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0
Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya!
Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk. Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.3. Rangkaian dengan dua loop
Gambarlah rangkaian listrik dari rangkaian majemuk tersebut!
Tetapkan arah kuat arus untuk tiap cabang.
Tulislah persamaan-persamaan arus untuk tiap titik cabang dengan menggunakan Hukum I Kirchhoff!
Tetapkan loop beserta arahnya pada setiap rangkaian tertutup!
Tuliskan persamaan-persamaan untuk setiap loop dengan menggunakan persaman Hukum II Kirchhoff!
Hitunglah besaran-besaran yang ditanyakan dengan menggunakan persamaan huruf e di atas!
Contoh Soal:
ε = ggl baterai
r = hambatan dalam baterai
R = hambatan luar
ε = 24 V r1 = 1 Ω R1 = 20 Ω
ε = 12 V r2 = 1 Ω R2 = 15 Ω
ε = 6 V r3 = 0,5 Ω R3 = 12 Ω
ε = 12 V r4 = 0,5 Ω R4 = 10 Ω
Hitunglah:
Kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian di atas!
Tegangan listrik antara titik B dengan D (VBD)
Penyelesaian: → Perhatikanlah oleh Saudara arah loop, arah arus listrik (I) dan teliti akan harga-harga komponen listrik yang diketahui!
Menurut Hukum II Kirchhoff, di dalam rangkaian tertutup tersebut berlaku persamaan:
Σ ε + Σ IR = 0 (arah loop dan arah arus listrik misalkan searah) maka:
– ε1 – ε2 – ε3 + ε4 + I (r1 + R1 + r2 + R2 + r3 + R3 + r4 + R4) = 0
– 24 – 12 – 6 + 12 + I (1 + 20 + 1 + 15 + 0,5 + 12 + 0,5 + 10) = 0
– 30 + I (60) = 0
60.I = 30
I = 30/60 = 0,5 A
Jadi, kuat arus listrik (I) yang mengalir yaitu 0,5 ampere. Kini kita telah mengetahui besar kuat arus listrik yang mengalir kawat rangkaian di atas! Selanjutnya kita akan tentukan besar tegangan listrik antara dua titik!
Kita dapat menghitung besar tegangan antara A dan D (VBD) untuk lintasan yang menempuh B-A-D atau B-C-D. Untuk Jalan B-A-D [Perhatikan harga I negatif (–)]
VBD = Σ ε + Σ I.R
= + ε2 + ε1 – I (r2 + R1 + r1 + R4)
= + 12 + 24 – 0,5 (1 + 20 + 1 + 10)
= + 36 – 0,5 (32)
= + 36 – 16
VBD = + 20 Volt
Jalan lainnya untuk menentukan besar VBD (jalan kedua), yaitu: Untuk jalan B – C – D:
VBD = Σ ε + Σ I.R [perhatikanlah harga I disini positip (+), Saudara tahu mengapa?]
= – ε3 + ε4 + I (R2 + r3 + R3 + r4)
= – 6 + 12 + 0,5 (15 + 0,5 + 12 + 0,5)
= + 6 + 0,5 (28)
= + 6 + 14
VBD = + 20 Volt
Jadi besar tegangan antara titik B dengan titik D yaitu VBD adalah + 20 volt, dengan cara yang serupa Saudara dapat menentukan bahwa besar VDB = – 20 volt, silahkan mencoba.
Kini Saudara akan ditunjukkan contoh soal berikut untuk loop (rangkaian tertutup) dengan 2 (dua) loop disertai beberapa komponen listrik.
Contoh soal:
Perhatikanlah gambar rangkaian listrik berikut:
Diketahui:
ε1 = 10 volt
ε2 = 10 volt
R1 = 5 Ω
R2 = 5 Ω
R3 = 2 Ω
r1 = 1 Ω
r2 = 1 Ω
Ditanyakan:
Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian (I1, I2, dan I3).
Beda potensial antara A dan B (VAB).
Penyelesaian:
Berdasarkan Hukum I Kirchhoff, di titik simpul A:
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 atau I1 = I3 – I2 atau I2 = I3 – I1 (1)
Berdasarkan Hukum II Kirchhoff untuk loop I atau loop C-A-B-D-C:
Σ ε + Σ IR = 0
ε1 + (r1 + R1) + I3.R3 = 0
–10 +I1 (1 + 5) + I3 . 2 = 0
–10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 (2)
Berdasarkan hukum II kirchhoff untuk loop II atau loop F-E-A-B-F:
Σ ε + Σ IR = 0
ε2 + I2 (r2 + R2) + I3 . R3 = 0
– 10 + I2 (1 + 5) + I3.2 = 0
– 10 + 6 I2 + 2 . I3 = 0 (3)
Selanjutnya subtitusikan (menyamakan dengan memasukkan nilai) persamaan (1) dan (2) sehingga persamaan (2) menjadi:
– 10 + 6 I1 + 2 I3 = 0 → I1 = I3 – I2
– 10 + 6 (I3 – I2) + 2 I3 = 0
– 10 + 6 I3 – 6 I2 + 2 I3 = 0
– 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0 (4)
Selanjutnya eliminasikan/menghilangkan persamaan (3) dan (4) sehingga:
– persamaan (3) : – 10 + 6 I2 + 2 I3 = 0
– persamaan (4) : – 10 – 6 I2 + 8 I3 = 0
–––––––––––––––––– +
– 20 + 10 I3 = 0
10 I3 = 20
I3 = 2 Ampere.
– Masukkan/subtitusikan I3 = 2 A ke persamaan (2), sehingga:
– 10 + 6 I1 + 2 (2) = 0 ……..
6 I1 = 6 …….
I1 = 1 Ampere
dan I2 = I3 – I1 = 2 – 1 = 1 Ampere.
Jadi arus listrik pada cabang rangkaian B-D-C-A yaitu I1 = 1 A.
Arus listrik pada cabang rangkaian B-F-E-A yaitu I2 = 1A.
Arus listrik pada cabang rangkaian A-B yaitu I3 = 2 A.
[Semua harga I1, I2 dan I3 bertanda positif (+), berarti arah pemisalan yang telah kita tentukan yaitu arah I sesuai].
Kita dapat menghitung besar beda potensial antara A dan B (VAB) untuk lintasan yang menempuh jalan A – B (langsung), jalan A-C-D-B dan jalan AE- F-B (Nah!….. ada tiga cara menentukan VAB! ….) Untuk jalan A-B (langsung)
VAB = Σ ε + Σ I.R
= 0 + I3 (R3)
= 0 + 2 (2)
VAB = + 4 Volt
Untuk Jalan A-C –D-B yaitu:
VAB = Σ ε + Σ I.R
= + ε1 – I1 (R1 + r1)
= + 10 – 1 (5 + 1)
= + 10 – 6 = + 4
Jadi VAB = + 4 Volt
Untuk jalan A-E-F-B yaitu:
VAB = Σ ε + Σ I.R
= + ε2 – I2 (R2 + r2)
= + 10 – 1 (5 + 1)
= + 10 – 6 = + 4
VAB = + 4 volt
Jadi besar beda potensial antara titik A dan B yaitu VAB = + 4 volt, dengan cara yang serupa Saudara dapat menentukan bahwa besar BBA = – 4 volt.
RANGKUMAN
Bunyi hukum I Kirchhoff yaitu kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Persamaan Hukum I Kirchhoff yaitu: Σ Imasuk = Σ Ikeluar Σ dibaca ‘sigma’ artinya jumlah
Imasuk = arus listrik masuk titik percabangan/simpul
Ikeluar = arus listrik keluar titik percabangan/simpul
Bunyi Hukum II Kirchhoff yaitu di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Dirumuskan: Σε + ΣIR = 0
Σ ε = jumlah GGL atau sumber arus listrik (baterai)
I = arus listrik
R = hambatan listrik
ENERGI DAN DAYA LISTRIK
Energi Listrik
Sebuah baterai dengan tegangan V, selama waktu t mengalirkan muatan elektron sebanyak q melalui hambatan R. Untuk itu baterai melakukan usaha W yang besarnya sama dengan perubahan energi potensial ΔEp = V.q kita tuliskan: W = ΔE p = V . q karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha yang dilakukan adalah: W = V . I . t , karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik.
Di mana:
W = energi listrik dalam Joule
I = arus listrik dalam Ampere
R = hambatan dalam Ohm
V = beda potensial dalam Volt
t = waktu dalam sekon (S)
q = muatan (C)
Contoh:
Berdasarkan rangkaian di bawah hitunglah:
Energi listrik yang dibangkitkan oleh baterai selama 1 menit.
Energi listrik yang berubah menjadi panas pada R = 4 Ω selama 1 menit.
Diketahui:
V = 12 V
R1 = 4 Ω
R2 = 2 Ω
t = 1 menit = 60 sekon
I= V/R
I= V/((R_1+R_2 ) )
I= 12/6=2A
Ditanyakan:
energi yang dibangkitkan baterai W = ….
energi yang menjadi panas pada R1 = 4 Ω, W1 = ….
Jawab:
W = V.I.t
= 12 . 2 . 60
W = 1440 Joule
W1 = (I2) . R1 . t = (2)2 . (4) . (60)
W1 = 960 Joule
Daya Listrik
Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan:
P = W/t → W = P . t
dengan satuan P adalah Joule.s-1 atau watt. Jika nilai W pada persamaan di atas kita substitusikan pada persamaan , maka kita dapatkan nilai daya listrik P besarnya adalah: P = V.I= I2.R = V2/R
Contoh:
Daya listrik yang dibangkitkan oleh baterai
Daya disipasi (daya yang berubah jadi panas) pada hambatan 11Ω
Diketahui:
Ε = 6 V,
r = 1 Ω,
R = 11 Ω
Ditanyakan:
Daya yang di bangkitkan baterai, Pε = ….
Daya pada hambatan 11Ω, Pr = ….
Jawab:
I= V/R
I_ε= V/((r+R) )
I_ε= 6/((1+11) )=6A
Pε = (I)2 (r + R) = (0,5)2 (1+11) = 3 watt
Pr = (I)2 (R) = (0,5)2 (11) = 2,75 watt
Hubungan antara Joule dengan KWh.
Penggunaan energi listrik di rumah tangga diukur dengan menggunakan satuan kilowatt jam atau kilowatt hour disingkat KWh dimana 1 KWh = 3,6 . 106 J
Contoh:
Jika kita mempunyai kulkas yang memiliki spesifikasi 200 watt/220 Volt, menyala satu hari penuh (24 jam) maka energi listrik yang terpakai selama sebulan (30 hari) dapat kita hitung. Bagaimana caranya?
Diketahui:
P = 200 watt = 0,2 kW
T = 24 h x 30 = 720 h
Ditanyakan: W dalam KWh
Jawab:
P = W/t → W = P . t
W = (0,2 kW) (720 h)
W = 144 KWh
Hubungan Energi Listrik dengan Kalor
Pernahkah Saudara melihat teko listrik? Yaitu suatu alat yang dipergunakan untuk memasak air. Teko listrik ini merupakan salah satu contoh alat yang mengubah energi listrik menjadi kalor. Jika m massa air yang dipanaskan dan c kalor jenis air serta ΔT perubahan suhu: maka energi listrik sebesar W = P . t akan berubah menjadi kalor Q = m . c . ΔT (dalam hal ini kita mengabaikan kapasitas kalor teko). Hubungan antara W dan Q tersebut kita tuliskan:
W = Q
P.t = m.c.T
V.I.t = m.c.ΔT
Contoh:
Sebuah teko listrik 400 watt/220 Volt digunakan untuk memanaskan 1 kg air yang kalor jenisnya 4200 J/kg 0C pada suhu 20 0C. Berapakah suhu air setelah dipanaskan selama 2 menit?
Diketahui:
P = 400 W, V = 220 V
t = 2 menit = 120 s
m = 1 kg
c = 4200 J/kg 0C
To = 20 0C
Ditanyakan: suhu akhir air, T = …….
Jawab:
P . t = m . c . ΔT
∆T= (P . t)/(m . c)
∆T= (400 . 120)/(1 . 4200)
ΔT = 11,43 oC
Suhu akhir T adalah:
T = To + ΔT
= 20 oC + 11, 43 oC
T = 31,43 oC
Contoh:
Lampu pijar memiliki spesifikasi 40 watt/220 Volt. Berapakah daya yang terpakai pada lampu jika dipasang pada tegangan 110 Volt?
Diketahui:
P1 = 40 W
V1 = 220 V
V2 = 110 V
Ditanyakan: P2
Jawab:
Contoh:
Sebuah pembersih vakum memiliki spesifikasi 440 W/220 V. Jika nilai sekering yang ada 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A. Sekering mana yang harus dipilih?
Diketahui: P = 440 W, V = 220 V
Nilai sekering 3 A, 5 A, 13 A dan 15 A
Ditanyakan: Sekering mana yang dipilih?
Jawab:
P = V I
I = P/V = 440 W/220V
I = 2 A
Sekering yang digunakan adalah 3 A.
Penerapan Listrik AC dan DC dalam Kehidupan Sehari-hari
Pengertian listrik DC dan AC
Arus DC (direct current) atau disebut arus searah adalah arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. Ketika Saudara memasang amperemeter DC atau voltmeter DC pada suatu rangkaian DC untuk mengukur kuat arus atau tegangan pada suatu bagian rangkaian, maka Saudara harus memperhatikan polaritas ujung-ujung rangkaian yang hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter. Hubungan polaritas yang benar adalah titik yang berpotensial lebih besar (positif) harus dihubungkan ke kutub positif meter, dan titik yang berpotensial lebih kecil (negatif) harus dihubungkan ke kutub negatif meter. Jika hubungan polaritas terbalik menyebabkan meter analog tidak dapat menunjukkan bacaan kuat arus atau tegangan, bahkan meter analog dapat rusak.
Arus AC (alternating current atau arus bolak balik) adalah Arus listrik yang arahnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodik). Dalam selang waktu tertentu, bagian atas sumber AC berpolaritas positif, sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif, sehingga menyebabkan arus listrik mengalir searah jarum jam. Pada selang waktu tertentu lainnya polaritas AC berbalik, bagian atas berpolaritas negatif, sementara bagian bawah berpolaritas positif, sehingga arus listrik AC mengalir searah jarum jam.
Karena arus AC selalu berubah arah, maka untuk memasang meter (amperemeter AC atau voltmeter AC) dalam rangkaian AC, Saudara tidak perlu memperhatikan polaritas titik (ujung) mana yang positif atau negatif.
Aplikasi listrik DC dan AC dalam kehidupan sehari-hari
Telah Saudara ketahui bahwa listrik DC dapat dihasilkan oleh adanya reaksi kimia seperti pada elemen basah (misalnya aki) ataupun elemen kering (popular dengan sebutan batu baterai). Listrik DC juga dapat dihasilkan oleh dinamo DC (dinamo juga dilengkapi dengan komutator). Salah satu keuntungan DC atas AC adalah sumber arusnya, seperti aki dan batu baterai, mudah dibawa ke mana-mana. Itulah sebabnya sumber listrik DC banyak digunakan pada peralatan elektronika.
Karena sifat listrik DC yang hanya mengalir dalam satu arah, maka hanya listrik DC yang dapat digunakan untuk mengisi muatan aki (menyetrum aki). Demikian juga untuk pekerjaan melapisi logam dengan logam lain secara kimia (misalnya melapisi piala dengan emas) hanya dapat dilakukan oleh listrik DC. Sejumlah motor listrik yang digunakan untuk mengatur kecepatan menunjukkan unjuk kerja yang lebih baik bila mendapat arus DC. Itulah sebabnya hampir semua mainan anak yang menggunakan motor. Jadi penggunaan DC terbatas hanya pada sedikit pemakain, yaitu mengisi aki mobil, melapisi logam dengan logam lain yang lebih mulia (electroplating) dengan motor listrik pengatur kecepatan.
Pada listrik AC lebih banyak memberikan keuntungan daripada listrik DC. Sehingga saat ini energi listrik hampir semua dibangkitkan, ditransmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC. Semua peralaran lisrik di rumah Saudara (kulkas, pemanas air, ketel listrik, pemanas nasi, microwave, pendingan ruangan, dan lampu-lampu penerang) menggunakan listrik AC yang disuplai oleh PLN ke rumah Saudara. Bahkan ketika energi DC diperlukan, seperti pada televise, DVD, VCD, tape, dan radio, suplai listriknya tetaplah AC, yang kemudian iubah menjadi DC oleh convereter atau rectifier yang terdapat di dalam peralatan itu sendiri.
Ada tiga keuntungan utama sistem AC yang mengungguli sistem DC. Pertama, tegangan AC dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh sebuah trafo. Ini memungkinkan energi listrik pada tegangan tinggi untuk memenuhi syarat ekonomi dan mendistribusikan daya listrik sesuai dengan tegangan dikehendaki. Kedua, motor AC (motor induksi) berharga lebih murah dan lebih sederhana konstruksinya daripada motor DC. Ketiga, switchgear misalnya, saklar-saklar, pemutus daya (circuit breaker) untuk sistem AC lebih sederhana daripada sistem DC.
RANGKUMAN
Besar energi W yang terjadi pada hambatan R yang dialiri arus I selama t adalah: W = V I t = I2 Rt =
Besar daya listrik P = V I = I2 R =
Satuan energin listrik dalam rumah tangga menggunakan satuan KWh (KiloWatt hour). 1 kWh = 3,6 x 106 J
Energi listrik W = P . t = mc ΔΤ pada proses pemanasan akan berubah menjadi kalor , Q = mc ΔΤ ditulis:
W = Q
P.t = mc ΔΤ
V I t = mc ΔΤ
Spesifikasi alat listrik dinyatakan dalam daya P dan tegangan V. Jika alat listrik memiliki spesifikasi P1/V1 dipasang pada tegangan V2, daya yang dipakai P2 = . P1
Arus DC (direct current) atau disebut arus searah adalah arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. penggunaan DC terbatas hanya pada sedikit pemakain, yaitu mengisi aki mobil, melapisi logam dengan logam lain yang lebih mulia (electroplating) dengan motor listrik pengatur kecepatan.
Arus AC (alternating current atau arus bolak balik) adalah Arus listrik yang arahnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodik). Energi listrik hampir semua dibangkitkan, ditransmisikan, dan digunakan dalam bentuk AC.
LATIHAN/TUGAS
Untuk menguji pemahaman Saudara, coba Saudara kerjakan latihan berikut ini! Kerjakanlah terlebih dahulu jangan langsung melihat kunci jawabannya!
Sebuah kumparan memiliki hambatan 1000 Ω dialiri arus sebesar 2 A selama 10 menit. Berapakah energi yang dipakai pada komponen?
Sebuah alat listrik memiliki hambatan 25 Ω ketika dialiri arus selama 10 menit menyerap energi sebesar 60 kilo Joule. Berapakah besar arus yang mengalir?
Hambatan 50 Ω dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan?
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 W/220 V. Berapakah hambatan lampu tersebut?
Setrika listrik 350 Watt/220 Volt dipakai selama 4 jam. Berapa KWh energi listrik yang terpakai?
Air terjun sebuah bendungan tingginya 100 meter memiliki debit aliran 50 m3s–1. Air terjun digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms–2 dan massa jenis air 100 kgm-3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan?
Sebuah kumparan water heater 100 Watt/220 Volt memanaskan 5 liter air selama 20 menit dari suhu 30 0C, kalor jenis air 4200 J/kg 0C. Berapakah suhu akhir air?
Tiga buah lampu masing-masing 36 W/12V, 24W/12 V dan 12 W/12 V disusun paralel kemudian dihubungkan ke baterai 12 Volt. Berapakah daya disipasi pada seluruh lampu?
TES MANDIRI
Hambatan 50 Ω dihubungkan pada baterai 12 V. berapakah daya disipasi pada hambatan?
Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 W/220 V. Berapakah hambatan lampu tersebut?
Setrika listrik 350 Watt/220 Volt dipakai selama 4 jam. Berapa KWh energi listrik yang terpakai?
Air terjun sebuah bendungan tingginya 100 meter memiliki debit aliran 50 m3/s. Air terjun digunakan untuk memutar generator. Jika percepatan gravitasi 10 ms–2 dan massa jenis air 100 kgm-3 serta 80 energi air terjun kembali menjadi energi listrik. Berapakah daya listrik yang dihasilkan?
Sebuah kumparan water heater 100 Watt/220 Volt memanaskan 5 liter air selama 20 menit dari suhu 30 0C, kalor jenis air 4200 J/kg 0C. Berapakah suhu akhir air?
ALAT UKUR LISTRIK
KOMPETENSI DASAR
Menggunakan alat ukur listrik.
MATERI POKOK
Amperemeter
Voltmeter
Besaran yang ada pada listrik antara lain kuat arus disebut Ampermeter, sedangkan alat untuk mengukur tegangan atau beda potensial antara dua titik disebut Voltmeter. Alat ukur yang akan kita pelajari pada kegiatan ini adalah alat ukur listrik digital. Alat ukur listrik analog mempunyai ketidaktelitian sekitar 3% sampai 4%. Alat inilah yang biasa tersedia di laboratorium-laboratorium IPA di sekolah.
Ampermeter
Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus. Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer. Cara kerja galvanometer ini akan dibahas lebih lanjut pada saat Saudara mempelajari medan magnetik.
Amperemeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada amperemeter.
Bagaimana cara menggunakan Amperemeter? Misalkan Saudara akan mengukur kuat arus yang melewati rangkaian pada gambar 1. Misalkan R adalah lampu, maka:
a. gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc. b. rangkaian sebenarnya
Saudara harus memasang secara seri ampermeter dengan lampu. Sehingga harus memutus salah satu ujung (lampu menjadi padam). Selanjutnya hubungkan kedua ujung dengan kabel pada ampermeter, seperti gambar 2.
Gambar 5.3. Multimeter yang dapat digunakan sebagai Ampermeter
Hati-hati saat Saudara membaca skala yang digunakan, karena Saudara harus memperhatikan batas ukur yang digunakan. Misalnya Saudara menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Ini berarti saat jarum ampermeter menunjuk angka 10 kuat arus yang mengalir hanya 1 A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus yang mengalir 0,5 A. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat dituliskan:
Skala yang ditunjuk jarum Ampermeter Hasil pengamatan = x Batas ukur Ampermeter Skala maksimal Bagaimana jika saat Saudara mengukur kuat arus jarum menyimpang melewati batas ukur maksimal? Ini berarti kuat arus yang Saudara ukur lebih besar dari batas ukur alat. Saudara harus memperbesar batas ukur dengan menggeser batas ukur jika masih memungkinkan. Jika tidak Saudara harus memasang hambatan shunt secara paralel pada Ampermeter seperti pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 5.4. Rangkaian hambatan Shunt (Rsh) Ampermeter untuk memperbesar batas ukurnya.
Besar hambatan shunt yang dipasang pada Ampermeter tersebut adalah:
dengan Rsh = Hambatan shunt satuannya Ω (dibaca Ohm)
n = IA
I = Kelipatan batas ukur
I = Batas ukur sesudah dipasang hambatan shunt (A)
IA = Batas ukur sebelum di pasang hambatan shunt (A)
RA = Hambatan dalam Ampermeter (Ω)
Untuk lebih memahami uraian di atas pelajari contoh soal berikut ini:
Berapa kuat arus yang mengalir pada rangkaian berikut ini?
Gambar 5.5. mengukur kuat arus
Diketahui: Skala maksimal = 10 Batas ukur = 5A
Ditanya: Hasil pengamatan?
Jawab:
Hasil pengamatan = 4/10 x 5 A
= 2 A
Suatu Ampermeter mempunyai hambatan dalam 4 Ω , hanya mampu mengukur sampai 5 MA. Ampermeter tersebut akan digunakan untuk mengukur arus listrik yang besarnya mencapai 10 A. Tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang secara paralel pada Ampermeter.
Voltmeter
Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik. Voltmeter juga menggunakan galvanometer yang dihubungkan seri dengan resistor. Coba Saudara bedakan dengan Ampermeter! Beda antara Voltmeter dengan Ampermeter adalah sebagai berikut:
Ampermeter merupakan galvanometer yang dirangkai dengan hambatan shunt secara seri, sedangkan Voltmeter secara paralel.
Hambatan Shunt yang dipasang pada Ampermeter nilainya kecil sedangkan pada Voltmeter sangat besar.
Bagaimana menggunakan Voltmeter? Menggunakan Voltmeter berbeda dengan menggunakan Ampermeter. Dalam menggunakan Voltmeter, rangkaian harus dipasang paralel pada kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya. Misalkan Saudara akan mengukur beda tegangan antara ujung-ujung lampu.
Seperti pada saat Saudara menggunakan Ampermeter, jika jarum pada voltmeter melewati batas skala maksimal, berarti beda potensial yang Saudara ukur lebih besar dari kemampuan alat ukur. Sehingga Saudara harus memperbesar batas ukur. Caranya dengan memasang resistor (hambatan muka) secara seri pada voltmeter.
Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:
Rm = (n – 1) Rv
dengan,
Rm = hambatan muka ()
n = kelipatan batas ukur Voltmeter
Vv = batas ukur Voltmeter sebelum dipasang hambatan muka (Volt)
V = batas ukur Voltmeter setelah dipasang hambatan muka (Volt)
Rv = hambatan dalam Voltmeter (Ω)
Contoh:
Sebuah Voltmeter mempunyai hambatan dalam 3 k , dapat mengukur tegangan maksimal 5 Volt. Jika ingin memperbesar batas ukur Voltmeter menjadi 100 Volt, tentukan hambatan muka yang harus dipasang secara seri pada Voltmeter.
Diketahui:
Rv = 3 k
Vv = 5 Volt
V = 100 Volt
Ditanya: Rm?
Jawab:
n = 20
Rm = (n – 1) . Rv
= (20 – 1) . 3 k Ω
= 57 k
Alat ukur yang Saudara pelajari di atas adalah untuk arus searah (DC). Jika ingin digunakan pada arus bolak-balik harus disesuaikan dengan menambahkan diode. Tetapi Saudara tidak akan mempelajarinya. Biasanya alat yang tersedia di sekolah-sekolah adalah Basic meter. Basic meter dapat berfungsi sebagai Ampermeter ataupun Voltmeter dengan menggeser ‘colokan’ yang ada.
Agar Saudara terampil menggunakan Ampermeter atau Voltmeter Saudara harus melakukan percobaan yang ada pada kegiatan 1 dan kegiatan 2 nanti. Apabila dalam melakukan percobaan Saudara menemui kesulitan atau masalah alat, Saudara lakukan percobaan di sekolah dan mintalah bantuan rekan-rekan guru MGMP di tempat Saudara.
EKSPERIMEN:Pengukuran kuat arus listrik.
Alat dan bahan yang diperlukan:
bola lampu senter 1 buah
amperemeter
1 buah batu baterai 1,5 V
kabel penghubung kira-kira 30 cm
Caranya:
Rangkaian alat seperti pada gambar di bawah ini.
v= 1,5 v
Perhatikan oleh Saudara, apakah lampu menyala? Dan apakah jarum amperemeter bergerak menyimpang.
Coba Saudara lepaskan salah satu kabel penghubung pada lampu, apa yang Saudara lihat?
Sambungkan lagi kabel yang Saudara lepaskan dan perhatikan alat ukur kuat arus (amperemeter), apa yang terjadi?
RANGKUMAN
Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik.
Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus.
Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer.
Alat ukur tegangan/beda potensial adalah voltmeter.
Kuat arus adalah jumlah muatan yang mengalir tiap satuan waktu, dirumuskan: I = Q/t
I = kuat arus listrik (coulomb /sekon = ampere)
Q = muatan listrik (coulomb)
t = waktu (sekon)
Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik.
Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:
Rm = (n – 1) Rv
SOAL LISAN
1.Untuk memperbesar batas ukur Voltmeter harus dipasang ….
a.hambatan shunt secara paralel
b.hambatan shunt secara seri dan paralel
c.hambatan muka secara seri
d.hambatan muka secara paralel
e.hambatan shunt dan hambatan muka.
2.Karena pengaruh panjang penghantar, pada rangkaian listrik timbul arus sebesar 400 mA. Upaya yang dilakukan agar kuat arusnya menjadi 800 mA adalah …
a.panjang penghantar ditambah menjadi 2x nya.
b.diganti penghantar sejenis yang berdiameter setengahnya.
c.diganti penghantar sejenis yang berdiamter 2x nya.
d.panjang penghantar dikurangi menjadi setengahnya.
e.diganti penghantar lain yang lebih kecil hambatan jenisnya
KUNCI JAWABAN
Kegiatan belajar 1
Latihan 1
Kuat arus lsitrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir di dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Ampremeter atau coulomb /sekon
Diketahui; I = 2 A
t = 15 menit = 900 sekon
ditanyakan: Q = …
jawab:
I = Q/t
Q = I.t
= 2 . 900 = 1800 C
Diketahuti: l = 50 cm = 0,5 m
A = 2 mm2 = 2 x 10-6 m2
R = 100 Ω
Ditanyakan: 𝝆 =
Jawab:
R = 𝝆 l/A
𝝆 = R.A/l
= 100 . 2 x 10-6/ 0,5 = 4 x 10-4 ohmeter
Kegiatan Belajar 2
Latihan 2
1. Arah arus listrik pada rangkaian listrik yaitu arah arus keluar dari kutub positif melalui rangkaian luar menuju kutub negatif.
2. Amperemeter
3. Disusun secara seri
4. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
5. Penyelesaian: Σ Imasuk = I2 + I2 = 10 + 5 = 15A
I3 + I4 = 5 + 7 = 12A arahnya keluar dari titik B berarti I5 pastilah berarah keluar dari titik b sehingga: Σ Imasuk = I3 + I4 + I5 = 12 + I5
Akhirnya = Σ Imasuk = Σ Ikeluar
I1 + I2 = I3 + I4 + I5
15 = 12 + I5
I5 = 15 – 12 = 3 A
I5 = 3 ampere arahnya keluar dari titik B
Latihan 3
1. Diketahui : R = 1000 Ω ;
I = 2 A ;
t = 600 S
Ditanya : W = ……
Jawab : W = I2 R t = (2 A) 2 (1000 S) (600 S)
= 2,4 x 106 J
2. Diketahui : R = 25 Ω;
t = 600 S;
W = 6 x 104 J
Ditanya : I =……
Jawab : W = I2 R t
I2 = W/Rt
I2 = 6 x 104 J
25 x 600
I2 = 4
I = 2 A
Tes Mandiri 3
Diketahui : R = 50 Ω; V = 12 V
Ditanya : Daya P = …….
Jawab : P = 2,88 Watt
Diketahui : P = 100 Watt ;
V = 220 V
Ditanya : R = ……
Jawab : P = → R = 484 Ω
Diketahui : P = 350 W ;
V = 220 V ;
t = 4 h
Ditanya : energi dalam KWh, W = ……..
Jawab : W = P . t = (350) (4)
W = 1400 kWh
W = 1,4 kWh
Diketahui : h = 100 m, = 50 m3s–1
g = 10 ms–2 ,
P = 1000 kg m–3
= 8090 = 0,8
Ditanya : daya listrik P = ?
Jawab : P = h = g h
P = (0,8) (1000) (50) (10) (100)
P = 40 . 106 W
P = 40 MW
Diketahui : P = 100 W, V = 220 V,
t = 1200 s, m = 5 liter
T0 = 30 oC,
c = 4200 J/kg 0C
Ditanya : Suhu akhir, T = ……..
Jawab : P. t = m c ΔΤ
ΔΤ = 5,7 oC
Suhu akhir, T = To + ΔΤ
T = 30 0C + 5,7 oC
T = 35,7 Oc
5. Diketahui: R = 10 ohm
V = 1,2 kV = 1.200 volt
Ditanyakan: I = .…
Jawaban: V = I.R
I = V/R = 10 1.200
I = 100 Ampere
GLOSSARIUM
Amperemeter. Alat untuk mengukur arus listrik
Alternating current (AC) atau arus bolak balik. Arus listrik yang arhnya senantiasa berbalik arah secara teratur (periodic).
Arus listrik. aliran partikel-partikel bermuatan positif yang melalui konduktor (walau sesungguhnya elektro-elektron bermuatan negatiflah yang mengalir melalui konduktor. Arus listrik hanya mengalir dalam suatu rangkaian tertutup.
Direct current (DC), atau arus searah. Arus yang listrik yang selalu mengalir dalam satu arah.
Daya listrik. Energi listrik per satuan waktu.
Energi listrik. Kemampuan untuk melakukan usaha yang sumbernya berasal dari listrik.
Galvanometer. Alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik lemah dan mendeteksinya
GGL (gaya gerak listrik). Tegangan antarkedua kutub sumber tegangan jika sumber tegangan tak berbeban (tidak mensuplai arus)
Hambatan listrik. diberi lambang R. perbandingan beda potensial pada sebuah komponen listrik terhadap arus yang melintas melaluinya. Jadi, hambatan (resistansi) merupakan ukuran perlawanan komponen terhadap aliran muatan listrik.
Hukum I Kirchhoff. Dua hukum yang berhubungan dengan rangkaian lsitrik, pertama kali dirumuskan oleh G.R Kirchhoff (1824-1887). Bunyi: pada rangkaian lsitrik yang bercabang, jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik cabang dengan jumlah kuat arus yang keluar pada titik cabang.
Hukum II Kirchhoff. Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Joule. Satuan untuk energi lsitrik
KWH (Kilo watt hour). Satuan yang menunjukkan besarnya energi yang dipakai
Kalor. Panas yang dikandung oleh suatu zat
Kuat arus. Berasnya arus yang mengalir dalam suatu rangkaian
Multimeter. Alat untuk mengukur
Paralel. Bentuk rangkaian listrik yang saling terhubung dengan sumber listrik langsung tanpa percabangan
Seri. Bentuk rangkaian listrik yang saling terhubung dengan sumber listrik dengan percabangan
Tegangan/beda potensial jepit. Tegangan antar kedua kutub sumber tegangan jika sumber tegangan berbeban.
Voltmeter. Alat untuk mengukur
Watt. Satuan untuk daya listrik..
ELEKTROMAGNETIK
Name : Nanda Putra Saragi Sidabutar
Level : X-4 SMAN 3 MEDAN
Tittle of Paper : Electromagnetic Physic Bilingual
Teacher : Miss Sri S.Pd
Lesson : Exact Program
Di kehidupan sehari-hari kita banyak sekali kita jumpain reaksi elektromagnetik,seperti gelombang radio,gelombang TV,gelombang satelit,gelombang infrared,dan bluetoth.Masih banyak sekali proses proses elektromagnetik yang kita jumpa di Lingkungan kita sehari-hari,hanya saja kita belum tahu betul apa yang dimaksud dengan Gelombang Elektromagnetik tersebut.
Oleh karena itu saya Nanda Putra Saragi siswa kelas X4 sangat bangga saat guru Fisika saya Ibu Sri SPd memberi tanggung jawab saya menjelaskan apa sebenarnya yang dimaksud dengan Elektromagnetik itu sendiri.
Di dalam makalah saya ini saya menjelaskan apa yang dimaksud dengan elektromagnetik,bagimana elektromagnetik itu terjadi,dan apa contoh-contoh proses elektromagnetik tersebut.Agar lebih memudahkan pembaca dalam memahami apa itu elektromagnetik dan sejarah-sejarah elektromagnetik,saya menambahkan gambar dan ilustrasi didalamnya.
Akhirnya dengan berakhirnya kata pengantar saya ini,saya mengucapkan terimakasih buat semua pihak yang sudah membantu saya membuat dan menyusun makalah saya ini unntuk menambahkan nilai saya dalam Ujian Semester kenaikan kelas SMAN 3 Model Medan,agar dapat naik ke kelas XI.
SELAMAT MEMBACA SEMOGA BERMANFAAT.
Medan, 31 maret 2011
Nanda Putra Saragi Sidabutar
Gelombang Elektromagnetik
Siapakah Cristiano Ronaldo? Atau, siapakah vokalis band Peter Pan? Jika kamu dihadapkan pada pertanyaan semacam itu dapat dipastikan kamu bisa menjawabnya, bukan? Siapa yang tidak kenal CR7 (sebutan buat Cristiano Ronaldo) atau Ariel Peter Pan? Walaupun kamu tidak pernah bertemu secara langsung dengan keduanya, kamu pasti kenal dengan mereka, ya kan? Kok bisa ya! Walaupun kamu tidak pernah bertemu dengan mereka kamu pasti sering melihat mereka melalui TV, bukan begitu? Sekarang, apa yang membuat kamu bisa menonton TV untuk melihat pertandingan sepak bola yang sedang berlangsung di tempat lain yang sangat jauh? Tahukah kamu prinsip dan konsep apa yang melandasi teknologi dan fenomena ini?
Saat ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan, sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik.
Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromgnetik
Ramalan Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti. Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima. Antena pemancar dan penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.
diagram skematik eksperimen Hertz
Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Penelitian teoritis tentang radiasi elektromagnetik disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.
Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.
Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J•s — dan f adalah frekuensi gelombang.
Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hf.
Spektrum elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik
Yang termasuk gelombang elektromagnetik
Gelombang Panjang gelombang λ
gelombang radio
1 mm-10.000 km
infra merah
0,001-1 mm
cahaya tampak
400-720 nm
ultra violet
10-400nm
sinar X
0,01-10 nm
sinar gamma
0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.
Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel dan awalan SI):
• Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi, hasilnya kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
• Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz
• Panjang gelombang dikalikan dengan energi per foton adalah 1.24 μeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm)[1].
1.1. GENERATOR ARUS SEARAH
Sebuah generator arus searah (DC) sederhana yang terdiri dari satu gelung dengan satu lilitan dan hanya memiliki satu cincin yang terbelah ditengahnya disebut cincin belah atau komutator. Salah satu belahan komutator selalu berpolaritas positif, dan belahan komutator lainnya berpolaritas negatif. Ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir melalui rangkaian luar (lampu) selalu hanya memiliki satu arah, yaitu dari komutator berpolaritas positif melalui lampu ke komutator berpolaritas negatif. Arus listrik ini disebut arus searah.
Generator arus searah dapat menghasilkan ggl ke satu arah.
1.Cincin kolektor diputus dan disekat.
2.Ujung-ujung kumparan dipatrikan pada sebuah segmen kolektor.
, selama putaran itu berlangsung terjadi ggl induksi yang arahnya tetap.3.Apabila kumparan telah berputar sebesar
, sikat-sikat bersinggungan dengan isolator dan dalam rangkaian luar tidak ada arus listrik.4.Pada saat mencapai sudut
5.Dengan demikian, arus induksi yang dihasilkan pada rangkaian luar merupakan arus induksi searah.
Grafik ggl induksi yang dihasilkan oleh generator arus searah akan tampak seperti pada gambar berikut ini :
1.2. GENERATOR ARUS BOLAK BALIK
Sebuah generator arus bolak-balik (AC) sederhana yang hanya terdiri dari sebuah gelung. Sisi gelung CD yang ujungnya U1 selalu menempel pada cincin C1, dan sisi gelung EF yang ujungnya U2 selalu menempel pada cincin C2. Cincin U1 selalu bersentuhan dengan sikat S1 dan cincin C2 selalu bersentuhan dengan sikat S2.
Prinsip kerja generator arus bolak-balik ini adalah memutar gelung diantara pasangan kutub utara-selatan sebuah magnet sehingga timbul ggl induksi pada ujung-ujung gelung. Supaya gelung berputar searah jarum jam, maka pada sisi gelung yang dekat dengan kutub utara (gelung CD) harus mengalami gaya F keatas. Sesuai dengan kaidah tangan kanan kedua, maka arus induksi yang timbul pada sisi gelung CD haruslah dari C ke D. Dengan demikian arus induksi yang timbul pada gelung EF haruslah dari E ke F. Jadi, perjalanan arus listrik induksi pada rangkaian sehingga lampu pijar kecil menyala adalah dari gelung CDEF, ke ujung U2 ke sikat S2 melalui lampu pijar, ke sikat S1 ke ujung U1. Jika kita hanya memperhatikan rangkaian luar. Sikat S2 ke sikat S1, maka arus listrik mengalir melalui lampu dari sikat S2 ke sikat S1. Ini berarti sikat S2 lebih positif daripada sikat S1 atau sikat S2 berpolaritas positif dan sikat S1 berpolaritas negatif.
Karena setiap setengah putaran gelung, polaritas S1 dan S2 bergantian, maka arus listrik yang dihasilkan generator selalu berlawanan tanda setiap setengah putaran. Untuk membuat generator yang dapat menghasilkan arus listrik / induksi yang besar, dapat dilakukan empat cara sebagai berikut :
1.Memakai kumparan yang terdiri dari banyak lilitan.
2.Memakai magnet yang lebih kuat.
3.Melilit kumparan pada inti besi lunak (elektromagnet).
4.Memutar kumparan lebih cepat.
1.2. SINAR KATODE
Pada awal tahun 1800, para ahli meneliti partikel-partikel terkandung dalam sebuah atom, melalui :
TABUNG PELUCUTAN GAS
Adalah sebuah tabung kaca yang memiliki dua buah elektroda pada kedua kutubnya, yang kedua ujungnya dihubungkan pada tegangan (tegangan searah 30.000 V – 50.000 V).
Pakar fisika tahun 1870 disimpulkan bahwa cahaya kehijau-hijauan adalah hasil radiasi sinar yang bergerak dari katode menuja anode. Dan disebut sinar katode.
Dan William Crookes (1832 – 1919) melakukan percobaan dengan menggunakan sinar katode dan menunjukkan bahwa sinar katode merambat menuju garis lurus.
Sifat-sifat katode :
Partikel dapat dibelokkan oleh medan listrik dan magnet, jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan.
Crookes dan Jean Perrin (1895) menunjukkan sinar katode menumbuk anode maka anode diberi muatan negatif. Jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif (elektron). Thomson adalah orang pertama yang menemukan elektron. Jadi sinar katode adalah aliran elektron-elektron yang keluar dari katode dan masuk ke anode. Aliran ini terjadi kalau anode dan katode punya beda potensial sama / lebih besar dari beda tertentu.
Apabila beda potensial lebih kecil, sinar katode tidak terjadi / elektron tidak lepas dari katode.
Dari percobaan-percobaan yang dilakukan pakar-pakar lainnya dapatlah dirangkum sifat sinar katode :
Sinar katode merambat menurut garis lurus.
Dapat memendar sulfida seng dan barium platinasianida.
Terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan ( - ) (elektron).
Dapat menghasilkan panas.
Menghitamkan pada foto.
Menyimpang didalam medan megnetik.
Menyimpang didalam medan listrik.
TABUNG SINAR KATODE
Tabung sinar katode dijumpai dalam Osiloskop tabung layar TV, dan display komputer. Pemancaran elektron-elektron dari permukaan zat karena permukaan tersebut dipanasi secara langsung / tidak langsung disebut emisi termionik. Fungsi kisi kontrol adalah untuk mengatur jumlah elektron dalam berkas sinar katode yang menuju sinar anode. Berarti mengatur kecermelangan bintik pada layar. Anode pemfokus berfungsi memfokuskan berkas sinar katode. Gabungan katode (kisi kontrol, anode pemercepat, anode pemfokus) dinamakan pemucu elektron (elektrogun).
Penggunaan tabung sinar katode pada Osiloskop
Untuk alat ukur yang dapat mendisplay grafik tegangan / arus listrik.
Sinar-X
Ditemukan oleh Wilhelm K. Rontgen (1845 – 1923) bulan November tahun 1895 dengan menggunakan elektron-elektron dikeluarkan dari katode dengan cara memanaskan katode (emisi termionik). Sinar ini oleh Rontgen disebut Sinar-X karena pada saat itu Rontgen belum mengetahui sifat sinar tersebut.
Tabung Sinar-X
Digunakan Rontgen untuk menemukan Sinar-X yang digunakan untuk memproduksi Sinar-X diciptakan oleh W.D. Coolige dari Lab General Electric tahun 1913.
Level : X-4 SMAN 3 MEDAN
Tittle of Paper : Electromagnetic Physic Bilingual
Teacher : Miss Sri S.Pd
Lesson : Exact Program
Di kehidupan sehari-hari kita banyak sekali kita jumpain reaksi elektromagnetik,seperti gelombang radio,gelombang TV,gelombang satelit,gelombang infrared,dan bluetoth.Masih banyak sekali proses proses elektromagnetik yang kita jumpa di Lingkungan kita sehari-hari,hanya saja kita belum tahu betul apa yang dimaksud dengan Gelombang Elektromagnetik tersebut.
Oleh karena itu saya Nanda Putra Saragi siswa kelas X4 sangat bangga saat guru Fisika saya Ibu Sri SPd memberi tanggung jawab saya menjelaskan apa sebenarnya yang dimaksud dengan Elektromagnetik itu sendiri.
Di dalam makalah saya ini saya menjelaskan apa yang dimaksud dengan elektromagnetik,bagimana elektromagnetik itu terjadi,dan apa contoh-contoh proses elektromagnetik tersebut.Agar lebih memudahkan pembaca dalam memahami apa itu elektromagnetik dan sejarah-sejarah elektromagnetik,saya menambahkan gambar dan ilustrasi didalamnya.
Akhirnya dengan berakhirnya kata pengantar saya ini,saya mengucapkan terimakasih buat semua pihak yang sudah membantu saya membuat dan menyusun makalah saya ini unntuk menambahkan nilai saya dalam Ujian Semester kenaikan kelas SMAN 3 Model Medan,agar dapat naik ke kelas XI.
SELAMAT MEMBACA SEMOGA BERMANFAAT.
Medan, 31 maret 2011
Nanda Putra Saragi Sidabutar
Gelombang Elektromagnetik
Siapakah Cristiano Ronaldo? Atau, siapakah vokalis band Peter Pan? Jika kamu dihadapkan pada pertanyaan semacam itu dapat dipastikan kamu bisa menjawabnya, bukan? Siapa yang tidak kenal CR7 (sebutan buat Cristiano Ronaldo) atau Ariel Peter Pan? Walaupun kamu tidak pernah bertemu secara langsung dengan keduanya, kamu pasti kenal dengan mereka, ya kan? Kok bisa ya! Walaupun kamu tidak pernah bertemu dengan mereka kamu pasti sering melihat mereka melalui TV, bukan begitu? Sekarang, apa yang membuat kamu bisa menonton TV untuk melihat pertandingan sepak bola yang sedang berlangsung di tempat lain yang sangat jauh? Tahukah kamu prinsip dan konsep apa yang melandasi teknologi dan fenomena ini?
Saat ini hampir semua orang memiliki peralatan yang satu ini. Dia begitu kecil yang bisa dengan nyaman diletakkan di dalam saku, namun dianggap memiliki fungsi yang sangat besar terutama untuk berkomunikasi. Ya, benda itu adalah sebuah ponsel (telepon seluler). Saat ini ponsel tidak hanya digunakan untuk menelpon saja tetapi juga untuk fungsi lain seperti mengirim dan menerima pesan singkat (sms), mendengarkan musik, atau mengambil foto. Bagaimana perangkat ponsel dapat terhubung dengan perangkat ponsel yang lain padahal mereka saling berjauhan?
Konsep yang bisa menjelaskan fenomena ini adalah konsep gelombang elektromagnetik. Dan, konsep gelombang elektromagnetik ternyata sangat luas tidak hanya berkaitan dengan TV atau ponsel saja, melainkan banyak aplikasi lain yang bisa sering kita temukan sehari-hari di sekitar kita. Aplikasi tersebut meliputi microwave, radio, radar, atau sinar-x.
Sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya bahwa ada dua hukum dasar yang menghubungkan gejala kelistrikan dan kemagnetan.
Pertama, arus listrik dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Ini dikenal sebagai gejala induksi magnet. Peletak dasar konsep ini adalah Oersted yang telah menemukan gejala ini secara eksperimen dan dirumuskan secara lengkap oleh Ampere. Gejala induksi magnet dikenal sebagai Hukum Ampere.
Michael Faraday, penemu induksi elektromagnetik
Kedua, medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan listrik dalam bentuk arus listrik. Gejala ini dikenal sebagai gejala induksi elektromagnet. Konsep induksi elektromagnet ditemukan secara eksperimen oleh Michael Faraday dan dirumuskan secara lengkap oleh Joseph Henry. Hukum induksi elektromagnet sendiri kemudian dikenal sebagai Hukum Faraday-Henry.
Dari kedua prinsip dasar listrik magnet di atas dan dengan mempertimbangkan konsep simetri yang berlaku dalam hukum alam, James Clerk Maxwell mengajukan suatu usulan. Usulan yang dikemukakan Maxwell, yaitu bahwa jika medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan listrik maka hal sebaliknya boleh jadi dapat terjadi. Dengan demikian Maxwell mengusulkan bahwa medan listrik yang berubah terhadap waktu dapat menghasilkan (menginduksi) medan magnet. Usulan Maxwell ini kemudian menjadi hukum ketiga yang menghubungkan antara kelistrikan dan kemagnetan.
James Clerk Maxwell peletak dasar teori gelombang elektromagnetik
Jadi, prinsip ketiga adalah medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu dapat menghasilkan medan magnet. Prinsip ketiga ini yang dikemukakan oleh Maxwell pada dasarnya merupakan pengembangan dari rumusan hukum Ampere. Oleh karena itu, prinsip ini dikenal dengan nama Hukum Ampere-Maxwell.
Dari ketiga prinsip dasar kelistrikan dan kemagnetan di atas, Maxwell melihat adanya suatu pola dasar. Medan magnet yang berubah terhadap waktu dapat membangkitkan medan listrik yang juga berubah-ubah terhadap waktu, dan medan listrik yang berubah terhadap waktu juga dapat menghasilkan medan magnet. Jika proses ini berlangsung secara kontinu maka akan dihasilkan medan magnet dan medan listrik secara kontinu. Jika medan magnet dan medan listrik ini secara serempak merambat (menyebar) di dalam ruang ke segala arah maka ini merupakan gejala gelombang. Gelombang semacam ini disebut gelombang elektromagnetik karena terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang merambat dalam ruang.
Pada mulanya gelombang elektromagnetik masih berupa ramalan dari Maxwell yang dengan intuisinya mampu melihat adanya pola dasar dalam kelistrikan dan kemagnetan, sebagaimana telah dibahas di atas. Kenyataan ini menjadikan J C Maxwell dianggap sebagai penemu dan perumus dasar-dasar gelombang elektromagnetik.
Teori Maxwell tentang listrik dan magnet meramalkan adanya gelombang elektromgnetik
Ramalan Maxwell tentang gelombang elektromagnetik ternyata benar-benar terbukti. Adalah Heinrich Hertz yang membuktikan adanya gelombang elektromagnetik melalui eksperimennya. Eksperimen Hertz sendiri berupa pembangkitan gelombang elektromagnetik dari sebuah dipol listrik (dua kutub bermuatan listrik dengan muatan yang berbeda, positif dan negatif yang berdekatan) sebagai pemancar dan dipol listrik lain sebagai penerima. Antena pemancar dan penerima yang ada saat ini menggunakan prinsip seperti ini.
diagram skematik eksperimen Hertz
Melalui eksperimennya ini Hertz berhasil membangkitkan gelombang elektromagnetik dan terdeteksi oleh bagian penerimanya. Eksperimen ini berhasil membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik yang awalnya hanya berupa rumusan teoritis dari Maxwell, benar-benar ada sekaligus mengukuhkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Penelitian teoritis tentang radiasi elektromagnetik disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.
Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh Heinrich Hertz. Gelombang elektromagnetik termasuk gelombang transversal.
Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hf, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J•s — dan f adalah frekuensi gelombang.
Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hf.
Spektrum elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik
Yang termasuk gelombang elektromagnetik
Gelombang Panjang gelombang λ
gelombang radio
1 mm-10.000 km
infra merah
0,001-1 mm
cahaya tampak
400-720 nm
ultra violet
10-400nm
sinar X
0,01-10 nm
sinar gamma
0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.
Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.
Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel dan awalan SI):
• Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi, hasilnya kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
• Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz
• Panjang gelombang dikalikan dengan energi per foton adalah 1.24 μeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm)[1].
1.1. GENERATOR ARUS SEARAH
Sebuah generator arus searah (DC) sederhana yang terdiri dari satu gelung dengan satu lilitan dan hanya memiliki satu cincin yang terbelah ditengahnya disebut cincin belah atau komutator. Salah satu belahan komutator selalu berpolaritas positif, dan belahan komutator lainnya berpolaritas negatif. Ini menyebabkan arus listrik induksi yang mengalir melalui rangkaian luar (lampu) selalu hanya memiliki satu arah, yaitu dari komutator berpolaritas positif melalui lampu ke komutator berpolaritas negatif. Arus listrik ini disebut arus searah.
Generator arus searah dapat menghasilkan ggl ke satu arah.
1.Cincin kolektor diputus dan disekat.
2.Ujung-ujung kumparan dipatrikan pada sebuah segmen kolektor.
, selama putaran itu berlangsung terjadi ggl induksi yang arahnya tetap.3.Apabila kumparan telah berputar sebesar
, sikat-sikat bersinggungan dengan isolator dan dalam rangkaian luar tidak ada arus listrik.4.Pada saat mencapai sudut
5.Dengan demikian, arus induksi yang dihasilkan pada rangkaian luar merupakan arus induksi searah.
Grafik ggl induksi yang dihasilkan oleh generator arus searah akan tampak seperti pada gambar berikut ini :
1.2. GENERATOR ARUS BOLAK BALIK
Sebuah generator arus bolak-balik (AC) sederhana yang hanya terdiri dari sebuah gelung. Sisi gelung CD yang ujungnya U1 selalu menempel pada cincin C1, dan sisi gelung EF yang ujungnya U2 selalu menempel pada cincin C2. Cincin U1 selalu bersentuhan dengan sikat S1 dan cincin C2 selalu bersentuhan dengan sikat S2.
Prinsip kerja generator arus bolak-balik ini adalah memutar gelung diantara pasangan kutub utara-selatan sebuah magnet sehingga timbul ggl induksi pada ujung-ujung gelung. Supaya gelung berputar searah jarum jam, maka pada sisi gelung yang dekat dengan kutub utara (gelung CD) harus mengalami gaya F keatas. Sesuai dengan kaidah tangan kanan kedua, maka arus induksi yang timbul pada sisi gelung CD haruslah dari C ke D. Dengan demikian arus induksi yang timbul pada gelung EF haruslah dari E ke F. Jadi, perjalanan arus listrik induksi pada rangkaian sehingga lampu pijar kecil menyala adalah dari gelung CDEF, ke ujung U2 ke sikat S2 melalui lampu pijar, ke sikat S1 ke ujung U1. Jika kita hanya memperhatikan rangkaian luar. Sikat S2 ke sikat S1, maka arus listrik mengalir melalui lampu dari sikat S2 ke sikat S1. Ini berarti sikat S2 lebih positif daripada sikat S1 atau sikat S2 berpolaritas positif dan sikat S1 berpolaritas negatif.
Karena setiap setengah putaran gelung, polaritas S1 dan S2 bergantian, maka arus listrik yang dihasilkan generator selalu berlawanan tanda setiap setengah putaran. Untuk membuat generator yang dapat menghasilkan arus listrik / induksi yang besar, dapat dilakukan empat cara sebagai berikut :
1.Memakai kumparan yang terdiri dari banyak lilitan.
2.Memakai magnet yang lebih kuat.
3.Melilit kumparan pada inti besi lunak (elektromagnet).
4.Memutar kumparan lebih cepat.
1.2. SINAR KATODE
Pada awal tahun 1800, para ahli meneliti partikel-partikel terkandung dalam sebuah atom, melalui :
TABUNG PELUCUTAN GAS
Adalah sebuah tabung kaca yang memiliki dua buah elektroda pada kedua kutubnya, yang kedua ujungnya dihubungkan pada tegangan (tegangan searah 30.000 V – 50.000 V).
Pakar fisika tahun 1870 disimpulkan bahwa cahaya kehijau-hijauan adalah hasil radiasi sinar yang bergerak dari katode menuja anode. Dan disebut sinar katode.
Dan William Crookes (1832 – 1919) melakukan percobaan dengan menggunakan sinar katode dan menunjukkan bahwa sinar katode merambat menuju garis lurus.
Sifat-sifat katode :
Partikel dapat dibelokkan oleh medan listrik dan magnet, jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan.
Crookes dan Jean Perrin (1895) menunjukkan sinar katode menumbuk anode maka anode diberi muatan negatif. Jadi sinar katode terdiri atas partikel-partikel bermuatan negatif (elektron). Thomson adalah orang pertama yang menemukan elektron. Jadi sinar katode adalah aliran elektron-elektron yang keluar dari katode dan masuk ke anode. Aliran ini terjadi kalau anode dan katode punya beda potensial sama / lebih besar dari beda tertentu.
Apabila beda potensial lebih kecil, sinar katode tidak terjadi / elektron tidak lepas dari katode.
Dari percobaan-percobaan yang dilakukan pakar-pakar lainnya dapatlah dirangkum sifat sinar katode :
Sinar katode merambat menurut garis lurus.
Dapat memendar sulfida seng dan barium platinasianida.
Terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan ( - ) (elektron).
Dapat menghasilkan panas.
Menghitamkan pada foto.
Menyimpang didalam medan megnetik.
Menyimpang didalam medan listrik.
TABUNG SINAR KATODE
Tabung sinar katode dijumpai dalam Osiloskop tabung layar TV, dan display komputer. Pemancaran elektron-elektron dari permukaan zat karena permukaan tersebut dipanasi secara langsung / tidak langsung disebut emisi termionik. Fungsi kisi kontrol adalah untuk mengatur jumlah elektron dalam berkas sinar katode yang menuju sinar anode. Berarti mengatur kecermelangan bintik pada layar. Anode pemfokus berfungsi memfokuskan berkas sinar katode. Gabungan katode (kisi kontrol, anode pemercepat, anode pemfokus) dinamakan pemucu elektron (elektrogun).
Penggunaan tabung sinar katode pada Osiloskop
Untuk alat ukur yang dapat mendisplay grafik tegangan / arus listrik.
Sinar-X
Ditemukan oleh Wilhelm K. Rontgen (1845 – 1923) bulan November tahun 1895 dengan menggunakan elektron-elektron dikeluarkan dari katode dengan cara memanaskan katode (emisi termionik). Sinar ini oleh Rontgen disebut Sinar-X karena pada saat itu Rontgen belum mengetahui sifat sinar tersebut.
Tabung Sinar-X
Digunakan Rontgen untuk menemukan Sinar-X yang digunakan untuk memproduksi Sinar-X diciptakan oleh W.D. Coolige dari Lab General Electric tahun 1913.
Kamis, 05 Mei 2011
Cobaan itu Guru yang Membuat Kita Tegar
Siapa manusia yang tak pernah mengalami masalah,tak ada satupun manusia yang ku rasa disunia ini tak punya masalah.Sedangkan anak bayi yang baru lahir saja sudah pasti terkena masalah.Walaupun memang masalah itu tak seberat yang kita alami sebagai manusia yang sudah bisa melihat dunia dengan akal yang terbuka.Terkadang manusia itu ditimpah masalah yang kecil,bahkan sering juga ditimpah masalah yang besar,bahkan terkadang terlalu besar hingga diluar pikiran manusia.Memang manusia manapun memang takmau terlilit dengan namanya masalah.Atau disingkat dengan MATA MATMA atau MAnusia TAk MAu Terlibat MAsalah.Contoh masalah yang paling menyakitkan hati ketika seseorang akan membuka suatu Perusaerjalan sukses dan memiliki Perusahaan,banyak orang tahu Perusahaan ini akan beralan sukses dan memanen banyak sekali keuntungan dalam bidang financial.Sehingga banyak sekali orang yang iri pada perusahaan ini.Lalu dengan berbagai cara kotor orang yang sirik ini berusaha bagaimana perusahaan ini tidak maju samasekali hingga masalah ini hanpir diluar daya sanggup orang yang melihatnya.Namun jika kamu sebagai manusia yang beriman dan percaya pada Tuhan dan kepercayaan kita masing massing pasti ada jalan keluar yang kita terima dari Tuhan bahkan lebih manis di luar perkiraan kita.Terkadang masalah datang disaat masalah sebelumnya juga belum selesai atau sering disebut masalah yang bertubi-tubi,namun apa? Tanpa kita sadari kita itu dalam proses penempahan jati diri kita dalam segala cobaan yang sedang diberikan kepada kita.Mengapa risalah ini saya beri judul dengan "Cobaaan itu Guru yang membuat Kita tegar"? Setiap ada masalah yang terjadi dihidup saya baik masalah itu kecil ataupun besar,saya berusaha mencoba meminta ketegaran pada Tuhan,dan tak tahu kapan jalan keluar itu diberikan pada saya.Sering saya menarik kesimpulan setiap masalah yang terjadi bahkan masalah itu datang dengan cara yang sama,sehingga karena kita sudah sering mengalami masalah iitu kita sudah terbiasa dengan masalah yang datang pada kita,bahkan tak mungkin kalau masalah yang lebih besar pun bisa kita hadapi dengan santai.Sehingga masalah yang sudah biasa kita hadapi membuat indah pada akhirnya kelak.Jangan takut pada Masalah.Masalah itu bagaikan Soal Matematika yang diberikan guru pada kita agar diselesaikan dengan sempurna dan terlatih.Masalah itu dihadapkan Tuhan pada kita agar kita bisa terlatih dan dapat memecahkan masalah itu dengan sempurna.Jadikan setiap masalah kalau bisa jadi teman kita.Trouble is Friend.
TIPS :
Setiap kamu merasa penat tiap ada masalah,cobalah tarik nafasmu yang dalam sebanyak 3 kali keluarkan dengan perlahan.Dan ucapkan doa.Tuhan aku percaya Masalah ini dapat aku selesaikan dengan baik dengan bantuanMu Tuhan.
Coming Soon:
-Belanda terpilih sebagai 10 Negara terbaik ddunia dalam segala Hal.
-Cerpen Gagasan Tertulis tentang Alam dan Lingkungan Hidup.
-Tips untuk jadi Bintang Kelas dlm bidang Pelajaran
TIPS :
Setiap kamu merasa penat tiap ada masalah,cobalah tarik nafasmu yang dalam sebanyak 3 kali keluarkan dengan perlahan.Dan ucapkan doa.Tuhan aku percaya Masalah ini dapat aku selesaikan dengan baik dengan bantuanMu Tuhan.
Coming Soon:
-Belanda terpilih sebagai 10 Negara terbaik ddunia dalam segala Hal.
-Cerpen Gagasan Tertulis tentang Alam dan Lingkungan Hidup.
-Tips untuk jadi Bintang Kelas dlm bidang Pelajaran
Langganan:
Postingan (Atom)