modul kelistrikan sma
DESCRIPTION
modul interaktif kelistrikan SMA kelas X (bahan skripsi S1 pendidikan fisika)TRANSCRIPT
-
M Modul Tutorial
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas
2013
Wahyu Cahya Kumala
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Lampung
Wahyu Cahya Kumala
Listrik Dinamis
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kata PengantarKata PengantarKata PengantarKata Pengantar
Modul tutorial listrik dinamis merupakan salah satu diantara modul pembelajaran
di SMA dan sederajat. Modul ini diharapkan dapat menjadi sumber belajar serta
dapat dijadikan pedoman dalam melakukan kegiatan belajar.
Bagi Sekolah Menengah Atas modul tutorial dapat dianggap sebagai media
informasi yang sangat efektif, karena berisi materi konsep berbasis kontekstual,
singkat dan diusahakan cukup mudah dipahami oleh siswa, sehingga dapat
menunjang proses pembelajaran yang tepat guna dan dapat mencapai tujuan yang
diharapkan. Modul tutorial ini digunakan sebagai sumber belajar dirumah dengan
tujuan meningkatkan kemampuan awal dan konsep dasar tentang listrik dinamis.
Dalam modul ini akan dipelajari konsep besaran-besaran dalam arus listrik, Hukum
Ohm, Rangkaian Listrik, Hukum Kirchhoff I dan II, Listrik AC dan DC, alat-alat ukur
listrik, daya listrik serta energi listrik
Penulis menyadari bahwa penyajian materi dalam modul ini masih jauh
dari sempurna, baik dari segi kualitas isi dan tampilannya. Oleh karenanya penulis
berharap masukan-masukan yang konstruktif dari para pembaca demi
kesempurnaan modul ini. Atas perhatiannya saya ucapkan terimakasih. Semoga
kedepannya tulisan ini bermanfaat.
PenulisPenulisPenulisPenulis
Wahyu Cahya KumalaWahyu Cahya KumalaWahyu Cahya KumalaWahyu Cahya Kumala
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
DAFTAR ISIDAFTAR ISIDAFTAR ISIDAFTAR ISI
Halaman
Kata Pengantar ................................................................................................................................... i
Daftar Isi...... .......................................................................................................................................... ii
Tinjauan Umum Modul ........................................................................................................................ iii
Kerangka Topik/Peta Konsep...... ................................................................................................. iv
I. PENDAHULUAN
1. Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar ............................................................ 1
2. Deskripsi ................................................................................................................................... 1
3. Waktu ................................................................................................................................ ........1
4. Prasyarat..... .......................................................................................................................... 1
5. Petunjuk Penggunaan Modul ........................................................................................... 1
6. Tujuan Akhir .......................................................................................................................... 2
II. ISI MODUL
Kegiatan Pembelajaran 1 (Besaran Listrik dan Hukum Ohm)
1. Tujuan ...................................................................................................................................... 3
2. Uraian Materi ......................................................................................................................... 3
3. Rangkuman ............................................................................................................................... 7
4. Tes Formatif .......................................................................................................................... 7
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ........................................................................................... 8
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ..................................................................................... 8
Kegiatan Pembelajaran 2 (Rangkaian Seri-Paralel)
1. Tujuan ...................................................................................................................................... 9
2. Uraian Materi ......................................................................................................................... 9
3. Rangkuman ............................................................................................................................. 13
4. Tes Formatif ........................................................................................................................ 13
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ......................................................................................... 15
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut ................................................................................... 16
Kegiatan Pembelajaran 3 (Hukum Kirchhoff)
1. Tujuan .................................................................................................................................... 17
2. Uraian Materi ....................................................................................................................... 17
3. Rangkuman ............................................................................................................................. 19
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
4. Tes Formatif ....................................................................................................................... 20
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ......................................................................................... 21
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................................................. 22
Kegiatan Pembelajaran 4 (Alat Ukur Listrik)
1. Tujuan ................................................................................................................................... 23
2. Uraian Materi ...................................................................................................................... 23
3. Rangkuman ............................................................................................................................ 26
4. Tes Formatif ....................................................................................................................... 26
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ........................................................................................ 28
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................................................. 29
Kegiatan Pembelajaran 5 (Sumber Tegangan AC dan DC)
1. Tujuan ................................................................................................................................... 30
2. Uraian Materi ...................................................................................................................... 30
3. Rangkuman ............................................................................................................................. 31
4. Tes Formatif ....................................................................................................................... 32
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ........................................................................................ 33
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................................................. 33
Kegiatan Pembelajaran 6 (Daya dan Energi Listrik)
1. Tujuan ................................................................................................................................... 34
2. Uraian Materi ...................................................................................................................... 34
3. Rangkuman ............................................................................................................................ 36
4. Tes Formatif ....................................................................................................................... 36
5. Kunci Jawaban Tes Formatif ........................................................................................ 38
6. Umpan Balik dan Tindak Lanjut .................................................................................. 39
III. DAFTAR PUSTAKA
Glosarium
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Tinjauan Umum ModulTinjauan Umum ModulTinjauan Umum ModulTinjauan Umum Modul
Modul Tutorial Listrik Dinamis membahas permasalahan-permasalahan yang
berkaitan dengan karakteristik listrik pada berbagai komponen yaitu meliputi :
besaran-besaran pada listrik dinamis, hukum I Ohm, Hukum Kirchhoff, tegangan
dan arus listrik searah (listrik DC), tegangan dan arus listrik bolak-balik (listrik
AC), serta Energi dan Daya Listrik.
Pembahasan modul dilengkapi dengan tujuan pembelajaran, uraian materi
(didalamnya terdapat beberapa isian), rangkuman, tes formatif dengan kunci
jawaban serta umpan balik. Uraian materi dalam modul tidak hanya berisi rumus
saja tetapi ada uraian berbentuk kontekstual yang memudahkan siswa memahami
konsep dasar Listrik Dinamis.
Modul ini merupakan media yang digunakan sebagai tambahan sumber belajar
dirumah selain buku paket atau sejenisnya.
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kerangka Topik
dihambat oleh
Resistor
Kuat Arus
Rangkaian Listrik Rangkaian Listrik Rangkaian Listrik Rangkaian Listrik
Arus SearahArus SearahArus SearahArus Searah
Tegangan Daya
Amperemeter Voltmeter
Tegangan pada Tiap
Komponen Sama
Hukum Ohm Hukum I
Kirchhoff
Hukum II
Kirchhoff
Kuat Arus yang
Melalui Komponen
Sama
Paralel Seri
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
I.I.I.I. PPPPENDAHULUANENDAHULUANENDAHULUANENDAHULUAN
1.1.1.1. Standar Kompetensi dan Kompetensi DasarStandar Kompetensi dan Kompetensi DasarStandar Kompetensi dan Kompetensi DasarStandar Kompetensi dan Kompetensi Dasar
Standar KompetensiStandar KompetensiStandar KompetensiStandar Kompetensi: 5. Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai
penyelesaian masalah dan berbagai produk teknologi
Kompetensi DasarKompetensi DasarKompetensi DasarKompetensi Dasar : 5.1. Memformulasikan besaran-besaran listrik rangkaian
tertutup sederhana (satu loop).
5.2. Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam
kehidupan sehari-hari.
5.3. Menggunakan alat ukur listrik.
2.2.2.2. DeskripsiDeskripsiDeskripsiDeskripsi
Pada materi ini kita mempelajari tentang listrik dinamis yang membahas
permasalahan-permasalahan yang berkaitan dengan konsep besaran-besaran
dalam arus listrik, Hukum Ohm, Rangkaian Listrik, Hukum Kirchhoff I dan II,
alat-alat ukur listrik, Listrik AC dan DC, daya listrik serta energi listrik.
3.3.3.3. WaktuWaktuWaktuWaktu
Untuk mempelajari materi listrik dinamis ini membutuhkan waktu 14 x 45
Menit.
4.4.4.4. PrasyaratPrasyaratPrasyaratPrasyarat
Untuk mempelajari materi listrik dinamis SMA, kalian paling tidak harus
mengingat kembali materi listrik dinamis pada kelas IX.
5.5.5.5. Petunjuk Penggunaan ModulPetunjuk Penggunaan ModulPetunjuk Penggunaan ModulPetunjuk Penggunaan Modul
Adapun langkah-langkah untuk mempelajari modul ini adalah:
1. Pahami tujuan pembelajaran disetiap kegiatan
2. Baca dan pahami uraian materi yang telah tersedia
3. Dengan memahami uraian kontekstual tersebut, cobalah jawab pada bagian
titik (jika ada)
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
4. Bacalah rangkuman untuk menambah pemahaman tujuan pembelajaran.
5. Untuk menguji pemahaman anda, kerjakan tes formatif yang tersedia.
6. Untuk mengecek kebenaran jawaban anda, lihat kunci jawaban tes
formatif.
6.6.6.6. Tujuan AkhirTujuan AkhirTujuan AkhirTujuan Akhir
Adapun tujuan akhir dari pembelajaran ini adalah:
1. Siswa dapat menjelaskan konsep besaran-besaran pokok listrik.
2. Siswa dapat memformulasikan hukum I Ohm.
3. Siswa dapat menjelaskan sifat-sifat besaran listrik pada rangkaian
listrik seri dan paralel.
4. Siswa dapat memformulasikan hukum I dan hukum II Kirchhoff
5. Siswa dapat membedakan jenis dan fungsi alat ukur listrik
6. Siswa dapat menggunakan ampermeter dan voltmeter pada rangkaian.
7. Siswa dapat menjelaskan cara membaca alat ukur kuat arus dan
tegangan.
8. Siswa dapat mengidentifikasi penerapan listrik AC dalam kehidupan
sehari-hari.
9. Siswa dapat mengidentifikasi penerapan listrik DC dalam kehidupan
sehari-hari.
10. Siswa dapat menjelaskan pengertian energi dan daya listrik
11. Siswa dapat menentukan energi listrik pada suatu hambatan listrik.
12. Siswa dapat menghitung daya listrik yang dipakai pada suatu alat listrik.
2
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
II.II.II.II. ISI MODULISI MODULISI MODULISI MODUL
Pembelajaran (Skenario) IPembelajaran (Skenario) IPembelajaran (Skenario) IPembelajaran (Skenario) I
Hukum Ohm dan BHukum Ohm dan BHukum Ohm dan BHukum Ohm dan Besaran Pokok Listrikesaran Pokok Listrikesaran Pokok Listrikesaran Pokok Listrik
Kasus Kasus Kasus Kasus I I I I ----> Arus Listrik, Hambatan dan Sumber Tegangan> Arus Listrik, Hambatan dan Sumber Tegangan> Arus Listrik, Hambatan dan Sumber Tegangan> Arus Listrik, Hambatan dan Sumber Tegangan
1.1.1.1. Arus ListrikArus ListrikArus ListrikArus Listrik
Perhatikanlah Gambar 1! Gambar
tersebut memperlihatkan sebuah
bejana berhubungan yang diisi dengan
air. Permukaan air pada bejana di
sebelah kiri lebih tinggi dibandingkan
dengan yang di sebelah kanan.
Secara alami, air akan mengalir pada bagian P dari kiri ke kanan. Aliran ini
akan berhenti pada saat ketinggian permukaan air di sebelah kiri sama
dengan ketinggian permukaan air di sebelah kanan. Selama masih ada
perbedaan ketinggian permukaan air di kedua tempat tersebut, air akan
mengalir pada daerah P.
Jadi, perbedaan ketinggian permukaan di kedua tempat tersebut
dibutuhkan agar terjadi aliran air dari kiri ke kanan pada P. Perbedaan
ketinggian permukaan air berarti penumpukan air di bagian bejana sebelah
kiri. Penumpukan ini mengakibatkan tekanan air di titik A lebih tinggi
dibandingkan dengan tekanan air di titik B. Perbedaan tekanan inilah yang
mengakibatkan air mengalir dari A menuju ke B.
Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:
1. Siswa dapat menjelaskan konsep besaran-besaran pokok listrik.
2. Siswa dapat memformulasikan hukum I Ohm.
Gambar 1Gambar 1Gambar 1Gambar 1 Bejana Berhubungan
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Gambar 2Gambar 2Gambar 2Gambar 2 Arah arus listrik
Dari gambar tersebut, dapat disimpulkan bahwa arah aliran arus listrarah aliran arus listrarah aliran arus listrarah aliran arus listrik ik ik ik
potensial tinggi ke potensial rendah. potensial tinggi ke potensial rendah. potensial tinggi ke potensial rendah. potensial tinggi ke potensial rendah. Arus listrik akan mengalir pada
suatu penghantar jika ada perbedaan 'tekanan' listrik pada kedua ujung
penghantar tersebut. 'Tekanan' listrik ini disebut potensial listrikpotensial listrikpotensial listrikpotensial listrik. Beda
potensial listrik disebut pula sebagai beda tegangan listrik.
Sebagaimana pada aliran air, perbedaan 'tekanan' listrik di ujung A dan di
ujung B diakibatkan oleh perbedaan penumpukan muatan muatan muatan muatan listrik positiflistrik positiflistrik positiflistrik positif
pada kedua ujung penghantar. Penumpukan muatan listrik positif yang
lebih banyak di ujung A mengakibatkan potensial di ujung A lebih tinggi
dibandingkan dengan potensial di ujung B (perhatikan Gambar 2).
Jika dalam bejana berhubungan debit air merupakan jumlah volume air
persatuan waktu, dimana besar debit air sebagai besar kuat arus yang
mengalir pada rangkaian dan volume air sebagai muatan listrik maka dapat
disimpulkan bahwa besar kuat arus adalah besar kuat arus adalah besar kuat arus adalah besar kuat arus adalah ............................................................
.....................................................................................................................................................
2.2.2.2. HambatanHambatanHambatanHambatan
Hambatan merupakan sifat penghantar yang membatasi pergerakan elektron
bebas didalamnya. Untuk mengetahui karakteristik hambatan, perhatikan
dan pahami ilustrasi dibawah ini!
Dengan meninjau dua gambar diatas, Untuk sampai ke B, masing-masing
orang tersebut harus melewati lorong, Jika lorong tersebut diibaratkan
sebagai hambatan, hambatan manakah yang paling besar? Apa yang
mempengaruhi nya? ...........................................................................................................
Dari ilustrasi gambar tersebut, dengan ukuran luas lorong yang sama,
manakah orang yang mengalami hambatan besar untuk sampai ke ujung B?
A B A B
A B A B
4
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Apa alasannya?
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
Jenis atau bahan penghantar juga berperan dalam menentukan besar
kecilnya hambatan listrik suatu penghantar. Dari ilustrasi-ilustrasi
hambatan, dapat disimpulkan bahwa hambatan sebuah kawat penghantar
dipengaruhi oleh
= dengan:
R = hambatan suatu penghantar
= hambatan jenis dari bahan penghantar = ....................................... = .......................................
3.3.3.3. Sumber teganganSumber teganganSumber teganganSumber tegangan
Kembali kita perhatikan bejana
berhubungan yang diisi air sebagaimana
diperlihatkan oleh Gambar 1.
Sebagaimana telah dikatakan, aliran air
pada pipa P akan berhenti ketika
perbedaan tekanan antara ujung A dan
ujung B sudah tidak ada. Hal ini sama
artinya dengan tiadanya kelebihan
penumpukan air di bagian bejana sebelah
kiri.
Aliran air pada pipa P akan dapat terus berlangsung jika kelebihan
penumpukan air di bagian bejana sebelah kiri tetap terjaga. Hal ini dapat
dilakukan misalnya dengar memasang pompa air sebagaimana diperlihatkan
dalam Gambar 3. Jadi, dengan pompa air tersehi orang dapat menjaga tetap
adanya perbedaan tekanan antara ujung A dan ujung B pada pipa P.
Demikian pula halnya dalam aliran
listrik (Gambar 4). Diperlukan 'pompa'
untuk menjaga kelebihan penumpukan
muatan listrik positif pada ujung A
sehingga perbedaan potensial listrik
terjaga. Peranti yang berperan sebagai
'pompa' ini disebut sumber tegangan.
Gambar 3Gambar 3Gambar 3Gambar 3 Perbedaan tekanan A dan B
dijaga dengan adanya pompa
Gambar 4Gambar 4Gambar 4Gambar 4 aliran listrik pada penghantar
AB dapat diperoleh dengan
menghubungkan sumber tegangan
5
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Banyak sekali jenis sumber tegangan. Contoh sumber tegangan yang
populer adalah baterai ataupun aki. Sumber tegangan listrik semacam
baterai dan aki dalam rangkaian dilambangkan dengan simbol
Kasus IIKasus IIKasus IIKasus II ----> Hukum Ohm> Hukum Ohm> Hukum Ohm> Hukum Ohm
Perhatikan gambar dibawah ini!
Dari gambar tersebut dapat kita lihat
adanya arus listrik, tegangan
(baterai) dan hambatan (lampu). Jika
kalian bingung menggambarkan prinsip
dari masing-masing besaran tersebut,
coba perhatikan gambar 6 dibawah ini!
Jika kita lihat prinsip dari pompa air yang ada pada gambar 6, ketika pompa air
tersebut memiliki kekuatan yang besar maka kotoran yang ada dalam pipa akan
mudah dihempas oleh aliran air, karena aliran air akan besar ketika pompa air
memiliki kekuatan yang besar. Dan sebaliknya ketika pompa air memiliki
kekuatan yang kecil maka aliran air pun kecil sehingga kotoran yang ada
didalam nya akan sulit terhempas oleh aliran air.
Dari pengertian tersebut, dapat kita simpulkan bahwa sumber tegangan
berbanding lurus dengan kuat arus. Semakin besar sumber tegangan semakin
besar pula kuat arus dengan hambatan tetap.
V= IRV= IRV= IRV= IR
Pompa air
Aliran air
Kotoran
Gambar 5Gambar 5Gambar 5Gambar 5 Rangkaian listrik
Gambar 6Gambar 6Gambar 6Gambar 6 Sistem air
AnalogiAnalogiAnalogiAnalogi gambar 5 dengan
gambar 6:
Kuat arus = aliran air
Hambatan = kotoran
Sumber tegangan
(Baterai) = pompa air
6
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Akan berbeda keadaan ketika pompa air memiliki tekanan yang besarnya tetap
dan kotoran yang ada dalam pipa ditambah atau dikurangi, maka yang
berpengaruh adalah aliran air tersebut, sehingga
I=V/RI=V/RI=V/RI=V/R
Dari persamaan diatas maka dapat disimpulkan bahwa ketika suatu sumber
tegangan tetap dan hambatan diperbesar maka kuat arus akan kecil dan ketika
hambatan diperkecil maka arus akan besar.
RangkumanRangkumanRangkumanRangkuman
1. Arus listrik mengalir karena ada perbedaan potensial listrik antara dua titik.
2. Arah arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.
3. Secara matematis kuat arus listrik dapat dirumuskan
= 4. Hambatan merupakan sifat penghantar yang membatasi pergerakan elektron
bebas didalamnya.
5. Besarnya hambatan R sebuah penghantar dipengaruhi oleh luas penampang
(lingkaran = 2r), panjang kawat, hambatan jenis dari bahan penghantar.
6. Sumber tegangan berperan sebagai pompa untuk menjaga perbedaan dikedua
ujung (titik).
7. Hukum I Ohm: Kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding lurus
dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar asalkan hambatannya
tetap
=
Tes FormatifTes FormatifTes FormatifTes Formatif
1. Berapa jumlah muatan yang mengalir melalui penampang kawat penghantar
dengan kuat arus listrik 2 ampere selama 15 menit?
2. Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial
antara ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut!
3.3.3.3. Berapa besar hambatan yang dihasilkan ketika Jaya membuat sebuah
hambatan dari seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas
penampangnya 1 mm2, mempunyai hambatan jenis 10-7 ohmmeter? Dengan
panjang dan hambatan jenis yang sama dia ingin membuat dengan luas
penampang 2 mm2, Manakah yang menghasilkan nilai hambatan lebih besar?
Buatlah pernyataan dari hasil tersebut!
7
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. I = Q.t
Q = I . t
= 2 x 900
Q = 1.800 coulomb
2. Diketahui: I = 400 mA = 0,4 A
V= 40 V
Ditanyakan: R = .
Jawaban: R = V/I = 40/4
R = 100
3. Diketahui: = 20 m A
1 = 1 mm2 = 1 x 106 m2
= 107 ohmmeter
A2= 2 mm2 = 2 x 106 m2
Ditanyakan: R1 = .
Lebih besar R1 atau R
2?
Jawaban: Langkah pertama, selidiki dahulu nilai hambatan yang pertama.
=
= 10 2010 R = 2 ohm
Nilai hambatan kedua
=
= 10 202.10 R = 1 ohm
Setelah dilakukan perhitungan ternyata R1 > R
2, dapat disimpulkan bahwa
semakin besar luas penampang maka hambatannya semakin kecil.
Umpan Balik dan Tindak Umpan Balik dan Tindak Umpan Balik dan Tindak Umpan Balik dan Tindak LanjutLanjutLanjutLanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
8
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario) IIIIIIII
Rangkaian SeriRangkaian SeriRangkaian SeriRangkaian Seri----ParalelParalelParalelParalel
Kasus I Kasus I Kasus I Kasus I ----> > > > Rangkaian SeriRangkaian SeriRangkaian SeriRangkaian Seri
Perhatikan gambar rangkaian seri di bawah ini!
Gambar 7Gambar 7Gambar 7Gambar 7 Rangkaian Seri
Gambar diatas dapat kita ilustrasikan dalam kejadian seperti gambar berikut
ini!
Gambar 8 Gambar 8 Gambar 8 Gambar 8 Hambatan yang disusun sejajar
Untuk sampai ke ruangan D , keempat orang anak harus melewati beberapa
ruangan seperti pada Gambar 8. Keempat anak tersebut harus mengantri dari
ruangan A dan masing-masing anak harus melewati ketiga pintu terlebih
dahulu untuk dapat sampai ke ruangan D. Dapat diartikan bahwa jumlah arus
yang melewati tiap hambatan sama.
Itot = I
1 = I
2 = I
3 = I
n
V = TeganganV = TeganganV = TeganganV = Tegangan
I I I I = Kuat Arus= Kuat Arus= Kuat Arus= Kuat Arus
R = HambatanR = HambatanR = HambatanR = Hambatan
Tujuan Tujuan Tujuan Tujuan Pembelajaran:Pembelajaran:Pembelajaran:Pembelajaran:
1. Siswa dapat menjelaskan sifat-sifat besaran listrik pada rangkaian
listrik seri dan paralel.
Analogi:Analogi:Analogi:Analogi:
Pintu = Hambatan
Anak = Kuat arus
Tegangan(total)= Waktu
yang dibutuhkan sampai
ruang D
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Jika pintu sebagai hambatan dan keempat anak harus melewati semua pintu,
maka bagaimana dengan prinsip hambatan pada rangkaian paralel?
Rtot = .........................................
Dan waktu yang dibutuhkan untuk keempat anak itu sampai diruangan D
adalah jumlah dari waktu yang diperlukan setiap anak hingga semua anak
berada di ruang D. (Waktu = Tegangan)
Vtot = V
1 + V
2 + V
3 + ...
Gambar 9 Gambar 9 Gambar 9 Gambar 9 Keadaan salah satu hambatan ditutup
Gambar diatas menggambarkan jika pintu itu ditutup, maka keempat anak
tersebut tidak dapat masuk ruangan selanjutnya. Jika pintu yang ditutup Jika pintu yang ditutup Jika pintu yang ditutup Jika pintu yang ditutup
diibaratkan hambatan yang diputus. Maka arus pada rangkaian diibaratkan hambatan yang diputus. Maka arus pada rangkaian diibaratkan hambatan yang diputus. Maka arus pada rangkaian diibaratkan hambatan yang diputus. Maka arus pada rangkaian hambatan seri hambatan seri hambatan seri hambatan seri
tersebut tidak dapat mengalir hingga ujung rangkaian.tersebut tidak dapat mengalir hingga ujung rangkaian.tersebut tidak dapat mengalir hingga ujung rangkaian.tersebut tidak dapat mengalir hingga ujung rangkaian.
Kasus II Kasus II Kasus II Kasus II ----> > > > Rangkaian ParalelRangkaian ParalelRangkaian ParalelRangkaian Paralel
Gambar 10Gambar 10Gambar 10Gambar 10 Rangkaian Paralel
Gambar diatas dapat kita ilustrasikan dalam kejadian seperti gambar berikut
ini!
10
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Gambar 11 Gambar 11 Gambar 11 Gambar 11 Hambatan (pintu) disusun berderet
Untuk sampai ke ruangan B , keempat orang anak harus melewati salah satu
pintu seperti pada Gambar 11. Jika pintu tersebut dianggap sebagai hambatan,
bagaimana perbedaan dari hambatan pada kasus rangkaian seri (gambar 8)
dengan rangkaian paralel (gambar 11)?
.................................................................................................................................................................
.........................................................................................
Sehingga R dapat dirumuskan menjadi 1
R =
1
1 +1
2 +1
3
Semua anak membutuhkan waktu yang sama untuk sampai ke ruangan B, jika
waktu tersebut dianalogikan sebagai tegangan maka
Vtot =.............................................
Perhatikan gambar berikut ini!
Keadaan 1
Keadaan 2
11
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pada ilustrasi diatas, terlihat bahwa jumlah anak pada keadaan 1 (di ruangan
A) sebanyak 4 orang. Pada keadaan 2 anak-anak tersebut berpencar
memasuki tiga buah pintu sehingga melewati pintu satu sebanyak satu orang,
pintu 2 sebanyak satu orang, dan pintu ketiga sebanyak dua orang. Di dalam
ruangan B (Perhatikan keadaan 3), anak-anak tersebut berkumpul kembali
sama dengan jumlah anak yang melewati pintu-pintu tersebut. Jika anak
tersebut dianalogikan sebagai kuat arus maka dapat disimpulkan bahwa kuat
arus adalah................................................................................................................
............................................................................................................................
Sehingga persamaan matematisnya adalah
Itot = I
1 + I
2 + I
3 + ...
Gambar 12Gambar 12Gambar 12Gambar 12 Susunan paralel yang salah satu hambatannya ditutup
Jika salah satu pintu, misalnya pintu nomor 2 ditutup seperti pada gambar 12
(sebagai hambatan yang diputus) maka 4 anak tersebut masih dapat masuk
melewati pintu yang lain. Jika anak tersebut diibaratkan sebagai kuat arus,
maka kuat arus masih dapat mengalir meskipun salah satu hambatan diputus.kuat arus masih dapat mengalir meskipun salah satu hambatan diputus.kuat arus masih dapat mengalir meskipun salah satu hambatan diputus.kuat arus masih dapat mengalir meskipun salah satu hambatan diputus.
Keadaan 3
12
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Rangkuman:Rangkuman:Rangkuman:Rangkuman:
1. Rangkaian seri merupakan rangkaian listrik yang hambatannya terdapat dua
atau lebih yang disusun sejajar. Sehingga jumlah hambatan pengganti
(totalnya) adalah jumlah dari nilai hambatan pada masing-masing resistor.
2. Pada rangkaian seri sifat kuat arus yang melalui komponen (hambatan) sama
3. Rangkaian paralel merupakan rangkaian listrik yang terdiri dari dua hambatan
atau lenih yang disusun berderet. Sehingga satu per hambatan penggantinya
adalah jumlah dari satu per hambatan pada masing-masing resistor.
4. Pada rangkaian paralel sifat tegangan pada setiap komponen (hambatan) sama
5. Kelebihan rangkaian paralel dibandingkan rangkaian seri adalah sebagai
berikut:
a. Rangkaian pengganti paralel bernilai lebih kecil dibandingkan dengan seri
sehingga dapat menghemat daya pada pemakaian listrik.
b. Ketika lampu dipasang secara paralel dan jika salah satunya putus/rusak
maka lampu lain tidak ikut padam karena arus dapat mengalir sampai
ujung penghantar. Lain dengan rangkain seri, jika salah satu putus maka
lampu lain ikut padam karena arus tidak dapat mengalir sampai ujung
penghantar.
Tes FormatifTes FormatifTes FormatifTes Formatif
1. Perhatikan gambar berikut!
Jika saklar ditutup, manakah lampu yang menyala jika:
a. Lampu 1 mati? Jelaskan!
b. Lampu 2 mati? Jelaskan!
13
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
c. Lampu 3 mati? Jelaskan!
2. Perhatikan gambar dibawah ini!
Berapa besar arus i ?
3. Perhatikan gambar dibawah ini!
Jika R bernilai 3 berapa besar R
tot?
14
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. Jawaban:
a. Lampu 2 dan 3 menyala karena arus dapat mengalir sampai ujung
penghantar.
b. Lampu 1 dan 3 menyala karena arus dapat melewati lampu 1 dan 3
sampai ujung penghantar.
c. Tidak ada lampu yang menyala karena arus terputus di lampu 3.
2. Dari gambar tersebut diketahui bahwa:
= + = 1 R
1= 12
R2= 6
Ditanya: i =....?
Jawab:
Langkah pertama, perhatikan rangkaian tersebut seri atau paralel. Karena
rangkaian tersebut paralel, ingat sifatnya bahwa tegangan disetiap
hambatan nilainya sama.
V1 =V
2
I1x R
1 = I
2 x R
2
1 x 12 = I2 x 6
I2 =2
= + = 1 + 2 = 3 ampere
Jadi besar arus i adalah 3 ampere.
3. Diketahui: R = 3
Ditanya: R
tot = .....?
Jawab: Karena rangkaian tersebut merupakan rangkaian campuran (seri-
paralel), sederhanakan pada bagian dilingkar yang merupakan rangkaian
paralel. Jadi cari hambatan penggantinya.
1
R =
1
1 +1
2
15
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
1
Rp =1
3+
1
3
1
Rp =2
3
Selanjutnya Rtot
dapat dihitung
Rtot = R
p +R
3
= 23 + 3 R
tot =
Umpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
16
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario) IIIIIIIIIIII
Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff
Kasus I Kasus I Kasus I Kasus I ----> Hukum I Kirchhoff> Hukum I Kirchhoff> Hukum I Kirchhoff> Hukum I Kirchhoff
Perhatikan gambar dibawah ini!
Gambar 13Gambar 13Gambar 13Gambar 13 Ilustrasi Hukum I Kirchhoff
Pada posisi jalan A terdapat 5 mobil yang kemudian terdapat 2 cabang jalan
dimana diujung jalan mereka bertemu kembali dengan jumlah yang sama
meskipun terdapat jumlah mobil yang berbeda pada jalan 1 dan jalan 2. Dalam
kuat arus juga menggunakan prinsip gambar diatas, dimana jumlah kuat arus
yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar dari
titik cabang tersebut. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut
=
Tujuan Pembelajaran: 1. Siswa dapat memformulasikan hukum I dan hukum II Kirchhoff
" #
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kasus II Kasus II Kasus II Kasus II ----> Hukum II Kirchhoff> Hukum II Kirchhoff> Hukum II Kirchhoff> Hukum II Kirchhoff
Perhatikan gambar dibawah ini!
Gambar 14Gambar 14Gambar 14Gambar 14 Roller Coaster
Kalian pasti tau permainan diatas meski belum pernah mencobanya. Permainan
roller coaster merupakan permainan yang dimulai dari suatu titik (titik awal =
titik 0) yang kemudian melewati lintasan dengan perbedaan ketinggian
(potensial) namun akhirnya kembali ketitik semula (titik awal).
Permainan tersebut mempunyai prinsip yang sama dengan hukum II Kirchhoff.
Kenapa bisa dibilang sama? Karena meskipun terjadi perubahan tegangan yang
berbeda-beda disetiap titik tetapi tetap kembali pada tegangan semula yang
sama dengan nol.
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada
beberapa rangkaian yang tidak dapat disederhanakan hanya menggunakan
kombinasi seri dan paralel. Umumnya ini terjadi ketika terdapat dua atau lebih
ggl di dalam rangkaian dihubungkan dengan cara yang rumit, sehingga
penyederhanaan rangkaiannya memerlukan teknik khusus agar dapat
= 0
$ + %& = 0
Hukum II Kirchhoff tentang tegangan menyatakan bahwa jumlah
aljabar perubahan tegangan yang mengelilingi suatu rangkaian
tertutup (loop) sama dengan nol.
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak
listrik ($) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
18
0
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut.
Pada Hukum II Kirchhoff ada perjanjian tanda yang harus digunakan saat
perhitungannya, yaitu:
1. Kuat arus bertanda positif jika searah dengan arah loop dan
betanda negatif jika berlawanan dengan arah loop.
2. Apabila saat mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan
dijumpai lebih dahulu daripada kutub negatifnya, maka ggl e
bertanda positif, bertanda negatif apabila sebaliknya.
Perhatikan rangkaian berikut!
Dari rangkaian tersebut Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan
dengan menggunakan Hukum II Kirchhoff:
+ IR = 0
1 +
2 + I (r
1 + r
2 + R) = 0
Jika harga 1,
2, r
1, r
2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-
nya.
RangkumanRangkumanRangkumanRangkuman
1. Hukum I Kirchhoff dinyatakan bahwa jumlah kuat arus listrik yang masuk
ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari
titik percabangannya tersebut.
19
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
2. Hukum II Kirchhoff dinyatakan bahwa didalam sebuah rangkaian tertutup,
jumlah aljabar gaya gerak listrik ($) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Tes Formatif
1. Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak
pada gambar!
Kuat arus I1 = 10 A, I
2 = 5 A arah menuju titik A. Kuat arus I
3 = 8 A arah
keluar dari titik A. Berapakah besar dan arah kuat arus I4?
2. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!
Diketahui:
1 =
2= 10 dan r
1 = r
2= 1
R1 = 5 ohm
R2 = 5 ohm
R3 = 2 ohm
Dari gambar tersebut, tentukan:
a. Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian (I1, I2, dan I3).
b. Beda potensial antara A dan B (VAB).
A
20
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. Penyelesaian: menurut Hukum I Kirchhoff = Imasuk
= Ikeluar
Selanjutnya Imasuk
= I1 + I
2 = 10 + 5 = 15 ampere.
I3 = 8 A arahnya keluar dari titik A berarti I
4 pastilah berarah keluar
sehingga:
Ikeluar
= I3 + I
4 = 8 + I
4
Akhirnya: Imasuk
= Ikeluar
I1 + I
2 = I
3 + I
4
I5 = 8 + I4
I4 = 15 8 = 7 A
I4 = 7 ampere arahnya keluar dari titik A
2. Penyelesaian:
a. Berdasarkan Hukum I Kirchhoff, di titik simpul A:
Imasuk = 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:
+ IR = 0
1 + ( r
1 + R
1) + I
3.R
3 = 0
10 +I1 ( 1 + 5 ) + I
3 . 2 = 0
10 + 6 I1 + 2 I
3 = 0 (persamaan 2)
Berdasarkan hukum II kirchhoff untuk loop II atau loop F-E-A-B-F:
+ IR = 0
2 + I
2 (r
2 + R
2) + I
3 . R
3 = 0
10 + I2 ( 1 + 5 ) + I
3.2 = 0
10 + 6 I2 + 2 . I
3 = 0 .(persamaan 3)
Selanjutnya subtitusikan (menyamakan dengan memasukkan nilai)
persamaan (1) dan (2) sehingga persamaan (2) menjadi:
10 + 6 I1 + 2 I
3 = 0 .. I
1 = I
3 I
2
10 + 6 ( I3 I
2 ) + 2 I
3 = 0
10 + 6 I3 6 I
2 + 2 I
3 = 0
10 6 I2 + 8 I
3 = 0 ..(persamaan 4)
Selanjutnya eliminasikan (menghilangkan) persamaan 3 dan 4 sehingga:
persamaan (3) : 10 + 6 I2 + 2 I
3 = 0
persamaan (4) : 10 6 I2 + 8 I
3 = 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 = I
3 I
1 = 2 1 = 1 Ampere.
21
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
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, I
2 dan I
3 bertanda positif (+), berarti arah pemisalan
yang telah kita tentukan yaitu arah I sesuai}.
b. 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 = + I.R
= 0 + I3 (R3)
= 0 + 2 (2)
VAB = + 4 Volt
Untuk Jalan A-C D-B yaitu:
VAB = + I.R
= + 1 I1 (R1 + r
1)
= + 10 1 (5 + 1)
= + 10 6 = + 4
Jadi VAB = + 4 Volt
Untuk jalan A-E-F-B yaitu:
VAB = + I.R
= + 2 I
2 (R
2 + r
2)
= + 10 1 (5 + 1)
= + 10 6 = + 4
VAB = + 4 volt
Umpan Balik Umpan Balik Umpan Balik Umpan Balik dan Tindak Lanjutdan Tindak Lanjutdan Tindak Lanjutdan Tindak Lanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
22
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario) IIIIVVVV
Alat Ukur ListrikAlat Ukur ListrikAlat Ukur ListrikAlat Ukur Listrik
Kasus I Kasus I Kasus I Kasus I ----> > > > VoltmeterVoltmeterVoltmeterVoltmeter
Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial
antara dua titik. Dalam menggunakan voltmeter harus dipasang paralel pada
kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya.
Gambar 1Gambar 1Gambar 1Gambar 15555 Dua diagram skematis yang menunjukkan dua cara berbeda menghubungkan sebuah
voltmeter pada rangkaian yang berisi baterai dan sebuah hambatan. (A) Pemasangan
voltmeter yang benar, dan (B) Pemasangan voltmeter yang salah
Kalian pasti bertanya mengapa pemasangan seperti gambar B salah? Untuk
mengetahui bagaimana prinsip kerja voltmeter perhatikan gambar dibawah ini.
Gambar 1Gambar 1Gambar 1Gambar 16666 Diameter pipa sangat kecil didalam sistem air dianalogikan dengan voltmeter
didalam rangkaian listrik.
Pompa air menghasilkan tekanan terhadap air untuk bergerak. Serupa
dengan baterai yang menghasilkan beda potensial atau tegangan yang
Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:
1. Siswa dapat membedakan jenis dan fungsi alat ukur listrik
2. Siswa dapat menggunakan ampermeter dan voltmeter dalam rangkaian.
3. Siswa dapat menjelaskan cara membaca alat ukur listrik
A B
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
menyebabkan arus listrik mengalir. Pipa besar pada pada gambar 16 mewakili
kawat karena pipa tersebut dapat membawa banyak air begitu pula kawat
yang dapat membawa banyak arus listrik.
Pipa kecil (R) yang ditunjukkan pada gambar 16 mewakili lampu pada gambar
15. Pipa kecil (R) tidak mengijinkan air mengalir terlalu banyak. Serupa
dengan hambatan yang tidak membolehkan arus listrik mengalir terlalu
banyak didalam rangkaian.
Voltmeter pada gambar 15 diwakili oleh pipa yang sangat kecil pada gambar
16. Pipa kecil tersebut membolehkan air mengalir sangat kecil. Karena
voltmeter membolehkan arus mengalir sangat sedikit. Oleh karena itu pipa
sangat kecil itu ditempatkan seperti yang ditunjukkan gambar 16, karena
pipa tersebut tidak akan mempengaruhi aliran air. Begitupun pada sistem
rangkaian, voltmeter (gambar 15) tidak akan terlalu mempengaruhi aliran
arus pada rangkaian.
Lain hal nya ketika pipa yang sangat kecil tersebut dipasang seperti yang
ditunjukkan B pada gambar 16. Sangat sedikit air yang dapat mengalir
melewati sistem karena pipa tersebut membatasi alirannya. Serupa dengan
voltmeter pada rangkaian akan membatasi aliran listrik cukup besar.
Untuk membaca skala, hal yang harus diperhatikan adalah batas ukur yang
digunakan. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter
dapat dituliskan:
)*+ ,-./*0**. = 12** 3*./ 45.652 6*750 12** 0*2+0* 8 9**+ 5257
Jika jarum menyimpang lebih dari batasnya maka atur kembali batas ukur
yang dipakai dengan batas ukur yang lebih besar. Sebaliknya jika ketika
jarum tidak bergerak maka atur batas ukur dengan batas ukur yang lebih
kecil.
Kasus II Kasus II Kasus II Kasus II ---->>>>AmperemeterAmperemeterAmperemeterAmperemeter
Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Perhatikan gambar
berikut ini!
Gambar 1Gambar 1Gambar 1Gambar 17777 (a) gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc.
(b) rangkaian sebenarnya
24
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Anda 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 18.
Gambar Gambar Gambar Gambar 18181818 Rangkaian cara menggunakan Ampermeter
Mengapa pemasangan amperemeter berbeda dengan voltmeter? Untuk
mengetahui prinsip amperemeter, perhatikan gambar berikut ini.
Gambar Gambar Gambar Gambar 19191919 Diameter pipa besar didalam sistem air dapat dianalogikan dengan amperemeter
didalam rangkaian listrik.
Pada gambar tersebut pipa yang sangat besar (A) dapat mewakili
amperemeter pada rangkaian (gambar 19). Pada gambar 19 bagian B,
kebanyakan air akan mengalir melewati pipa yang sangat besar dan sedikit
bahkan tidak ada air yang melewati pipa kecil (R) karena air menemukan jalur
yang lebih mudah untuk melewati sistem. Dalam hal ini, jika aliran air melewati
pipa sangat besar diukur, maka jumlah air yang mengalir melalui pipa kecil
tidak terukur akurat.
Pada gambar 19 bagian A, pipa tersebut akan membolehkan air mengalir ke
sistem dalam jumlah besar. Pipa besar tersebut mewakili amperemeter yang
membolehkan arus listrk mengalir secara mudah pada rangkaian.
Untuk membaca skala, hal yang harus diperhatikan adalah batas ukur yang
digunakan. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat
dituliskan:
)*+ ,-./*0**. = :;
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Dari gambar 18 diatas berapa kuat arus yang terbaca??
I = ...................................
Bagaimana jika saat Anda mengukur kuat arus jarum menyimpang melewati
batas ukur maksimal? Ini berarti kuat arus yang Anda ukur lebih besar dari
batas ukur alat. Anda harus memperbesar batas ukur dengan menggeser
batas ukur jika masih memungkinkan.
RangkumanRangkumanRangkumanRangkuman
1. Voltmeter merupakan alat untuk mengukur tegangan pada rangkaian
(hambatan) yang dipasang secara paralel terhadap rangkaian.
2. Amperemeter merupakan alat untuk mengukur kuat arus pada suatu
rangkaian (hambatan) yang dipasang secara seri terhadap rangkaian.
3. Untuk menentukan hasil pengukuran pada voltmeter atau amperemeter
adalah
)*+ ,-./*0**. = 12** 3*./ 45.652 6*750 12** 0*2+0* 8 9**+ 5257
Tes Tes Tes Tes FormatifFormatifFormatifFormatif
1. Perhatikan 4 gambar berikut ini!
AV
V
A
(a) (c)
V
A
V
A
(b) (d)
Analisis satu-persatu pemasangan voltmeter dan amperemeter pada keempat
gambar tersebut. Dan tentukan diantara keempat pemasangan voltmeter dan
ampermeter, manakah yang paling tepat? Jelaskan!
2. Sebuah rangkaian yang kemudian diukur dengan amperemeter dan pada
amperemeter tertunjuk seperti berikut! Berapa kuat arus pada rangkaian
tersebut?
26
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
3. Hasil pengukuran yang ditunjukkan Voltmeter adalah sebagai berikut
Berapa besar tegangan yang terukur?
27
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. Gambar (a) amperemeter dan volt meter dipasang secara seri terhadap
rangkaian.
AV
Gambar (b) amperemeter dipasang secara paralel terhadap rangkaian dan
volt meter dipasang secara seri terhadap rangkaian (hambatan).
V
A
Gambar (c) amperemeter dipasang secara seri terhadap rangkaian dan volt
meter dipasang secara seri terhadap rangkaian (hambatan).
V
A
Gambar (d) amperemeter dipasang secara seri terhadap rangkaian dan volt
meter dipasang secara paralel terhadap rangkaian (hambatan).
V
A
Jadi pemasangan amperemeter dan voltmeter yang benar adalah gambar (d)
2. Diketahui: Skala yang ditunjuk jarum = 30
Skala maksimum = 50
Batas Ukur = 100 mA
Ditanya: I = ...?
Jawab:
= 12** 3*./ 45.652 6*750 12** 0*2+0* 8 9**+ 5257
= 3050 x 100 mA = 60 0
28
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
3. Diketahui: Skala yang ditunjuk jarum = 6
Skala maksimum = 10
Batas Ukur = 50 V
Ditanya: V = ...?
Jawab:
= 12** 3*./ 45.652 6*750 12** 0*2+0* 8 9**+ 5257
= 610 50 = 30 MN
Umpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
29
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario) VVVV
Tegangan AC dan DCTegangan AC dan DCTegangan AC dan DCTegangan AC dan DC
Kasus I Kasus I Kasus I Kasus I ----> Tegangan DC> Tegangan DC> Tegangan DC> Tegangan DC
Arus DC (Direct Current = arus searah)
adalah arus listrik yang arahnya selalu
mengalir dalam satu arah. Arus DC hanya
mengalir dalam satu arah, sehingga ketika
ingin mengukur arus atau tegangan dengan
memasang amperemeter DC atau voltmeter DC
pada suatu rangkaian DC harus
memperhatikan ujung-ujung rangkaian yang
hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter
(Seperti gambar 21).
Hubungan polaritas yang benar adalah titik positif harus dihubungkan ke
kutub positif meter dan begitu pula sebaliknya. Jika hubungan polaritas
terbalik menyebabkan meter analog tidak dapat menunjukkan bacaan kuat
arus atau tegangan bahkan meter analog dapat rusak.
Gambar Gambar Gambar Gambar 22221111 Rangkaian Listrik DC
Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:
1. Siswa dapat mengidentifikasi penerapan listrik AC dalam kehidupan
sehari-hari.
2. Siswa dapat mengidentifikasi penerapan listrik DC dalam kehidupan
sehari-hari.
Gambar 20Gambar 20Gambar 20Gambar 20 Rangkaian arus
searah (DC)
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Listrik DC pada umumnya ditemukan pada peralatan bertegangan rendah,
khususnya yang menggunakan sumber listrik baterai atau aki. Selain baterai
dan aki, listrik DC juga dapat dihasilkan oleh dinamo DC seperti yang
diterapkan pada lampu sepeda. Beberapa peralatan elektronik yang portable
(mudah dibawa) seperti mainan anak-anak, lampu senter, radio mini.
Kasus II Kasus II Kasus II Kasus II ----> Tegangan AC> Tegangan AC> Tegangan AC> Tegangan AC
Arus AC ( Alternating Current = arus
bolak-balik) sesuai dengan namanya 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. Dalam selang waktu lainnya
polaritas sumber AC berbalik, bagian atas
berpolaritas negatif sementara bagian
bawah positif (perhatikan gambar 22).
Karena arus AC selalu berubah arahnya
maka untuk memasang amperemeter atau
voltmeter dalam rangkaian AC tidak perlu
memperhatikan polaritas titik (ujung)
postif atau negatif.
Dalam kehidupan sehari-hari dapat kita jumpai alat-alat yang menggunakan
suplai listrik AC seperti kulkas, kipas angin, setrika listrik, pemanas nasi,
blender, lampu penerangan dan masih banyak lagi. Bahkan peralatan
elektronik yang membutuhkan tegangan DC seperti pemutar DVD, VCD, tape
dan radio tetap menggunakan suplai AC yang kemudian disearahkan menjadi
DC dengan menggunakan rangkaian penyearah atau rectifier yang terdapat
didalamnya.
RangkumanRangkumanRangkumanRangkuman
1. Tegangan DC (Direct Current = Arus Searah) merupakan sumber tegangan
yang memiliki polaritas tetap. Contohnya adalah baterai dan aki.
2. Ciri dari tegangan DC adalah terlihat mana kutub positif dan kutub
negatifnya sehingga ketika pemasangan terhadap hambatan harus
memperhatikan elemen positif dan negarifnya.
Gambar 22Gambar 22Gambar 22Gambar 22 Rangkaian arus
bolak-balik
31
Gambar 23Gambar 23Gambar 23Gambar 23 Rangkaian Listrik
AC
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
3. Tegangan AC (Alternating Current = Arus Bolak-balik) merupakan sumber
tegangan yang memiliki polaritas yang berubah-ubah secara periodik.
Contohnya adalah sumber tegangan listrik di perumahan (PLN)
4. Ciri dari tegangan AC adalah tidak terlihat mana kutub positif dan kutub
negatifnya sehingga ketika pemasangan terhadap hambatan tidak perlu
memperhatikan kutub positif dan negatifnya karena kutub postif dan
negatif akan berubah secara periodik.
Tes Formatif Tes Formatif Tes Formatif Tes Formatif
1. Mengapa kita lebih banyak menggunakan listrik arus bolak-balik (AC)
daripada arus searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari?
32
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. Karena arus AC mempunyai keunggulan dibandingkan dengan DC
diantaranya:
a. Generator AC lebih sederhana, lebih murah dan lebih dapat diandalkan
daripada generator DC.
b. Tegangan AC dapat diperbesar atau diperkecil secara efisien oleh
sebuah trafo.
c. Motor dan peralatan listrik lain yang didesain bekerja dengan AC lebih
murah dan lebih sederhana kontruksinya.
d. Saklar-saklar atau pemutus daya pada sistem AC lebih sederhana
dibandingkan DC.
Umpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
33
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario)Pembelajaran (Skenario) VIVIVIVI
Daya dan Energi ListrikDaya dan Energi ListrikDaya dan Energi ListrikDaya dan Energi Listrik
Kasus I Kasus I Kasus I Kasus I ----> Energi Listrik> Energi Listrik> Energi Listrik> Energi Listrik
Gambar 2Gambar 2Gambar 2Gambar 24444 Energi seorang pelari
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa seorang pelari membutuhkan energi
untuk bisa lari hingga sampai diatas. Energi adalah kemampuan untuk
melakukan usaha atau kerja dari suatu tempat/keadaan ke tempat/keadaan
yang lain. Dalam bahasan listrik juga terdapat pokok bahasan tentang energi
dan daya.
Untuk memulai mempelajari energi listrik, coba Anda perhatikan gambar 24!
Gambar 24Gambar 24Gambar 24Gambar 24 Usaha sumber tegangan memindahkan muatan
Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:Tujuan Pembelajaran:
1. Siswa dapat menjelaskan pengertian energi dan daya listrik
2. Siswa dapat menentukan energi listrik pada suatu hambatan listrik.
3. Siswa dapat menghitung daya listrik yang dipakai pada suatu alat
listrik.
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
EEEEnergi listriknergi listriknergi listriknergi listrik didefinisikan dengan usaha yang dilakukan sumber tegangan (V)
untuk memidahkan muatan (q) dalam interval waktu akibat beda potensial.
Sehingga rumus matematisnya adalah
O = P . Q = P . R . S = R . . R . S = RT. . S
Energi listrik berguna untuk kita karena dapat diubah menjadi bentuk energi
lain. Contohnya pada alat-alat listrik seperti pemanas listrik, kompor listrik,
dan pengering rambut. Energi listrik kebayakan diubah menjadi energi panas
pada hambatan kawat yang dikenal dengan nama elemen pemanas.
Gambar 2Gambar 2Gambar 2Gambar 25555 Filamen kawat pada lampu
Contohnya, pada banyak lampu (Gambar 25), filamen kawat yang kecil menjadi
sedemikian panas sehingga bersinar. Hanya beberapa persen energi listrik
yang diubah menjadi cahaya tampak, dan sisanya lebih dari 90% menjadi energi
panas.
Kasus IKasus IKasus IKasus IIIII ----> Daya> Daya> Daya> Daya
Daya yang diubah oleh peralatan listrik merupakan energi yang diubah bila
muatan Q bergerak melintasi beda potensial sebesar V. Daya listrikDaya listrikDaya listrikDaya listrik
merupakan energi listrik yang dilepaskan muatan listrik tiap satuan waktu,
dirumuskan:
U = VWXW = Y . P S = R . P = R
T Sehingga hubungan daya dengan energi adalah
Z = ,. , = Z
Pada alat listrik rumah tangga umumnya tertulis spesifikasi daya dan
tegangannya. Sebagai contoh pada lampu pijar tertulis 60 W/220 V, apa yang
terjadi ketika sumber tegangan yang dihubungkan ke lampu tersebut 10 volt,
30 volt, 110 volt dan 220 volt? Mana lampu yang menyala paling terang? Mari
kita teliti apa perbedaan disetiap penggunaan sumber tegangan dengan ketika
dipakai oleh hambatan (lampu) dengan kriteria 60 W/220 V!
35
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui daya sesungguhnya yang
digunakan oleh suatu alat plistrik:
, 2 = [ 2 1 \
2
, 1
Setiap alat listrik mempunyai karakteristik yang berbeda. Lampu dengan
kriteria 60 W/220 V, untuk melihat daya yang dipakai sesungguhnya kalian
dapat memperhatikan tabel berikut:
P1 V
1 V
2 P
2
60 220 10 0,124
60 220 30 1.115
60 220 110 15
60 220 220 60
Dari tabel tersebut artinya lampu pijar tersebut akan memiliki daya 60 Watt
jika terpasang pada tegangan 220 Volt, dikatakan lampu menyala normal, jika
lampu pijar terpasang pada tegangan lebih kecil dari 220 Volt lampu akan
meredup, sebaliknya jika lampu terpasang pada tegangan lebih besar dari 220
Volt, maka lampu akan menyala lebih terang. Tegangan 220 V pada alat
listrik tersebut merupakan tegangan efektif.
RangkumanRangkumanRangkumanRangkuman
1. Besar energi listrik didefinisikan dengan usaha yang dilakukan sumber
tegangan untuk memindahkan muatan q dalam interval waktu akibat beda
potensial.
2. Daya listrik merupakan energi listrik yang dilepaskan muatan listrik tiap
satuan waktu.
Tes FormatifTes FormatifTes FormatifTes Formatif
1. Perhatikan gambar berikut!
Berdasarkan rangkaian di atas, tentukan energi listrik yang dibangkitkan
oleh baterai selama 1 menit!
36
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
2. Lampu pijar memiliki spesifikasi 40 watt/220 Volt. Berapakah daya yang
terpakai pada lampu jika dipasang pada tegangan 110 Volt?
3. Perhatikan gambar dibawah ini!
Pada gambar diatas A, B dan C adalah lampu yang identik 24 W/12 V.
Berapakah daya yang terdisipasi pada seluruh lampu?
37
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Kunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes FormatifKunci Jawaban Tes Formatif
1. Diketahui: V = 12 V
R1 = 4
R2 = 2
t = 1 menit = 60 sekon
Ditanyakan: a. W = ....?
Jawab: Langkah pertama perhatikan besaran yang diketahui maka akan
tahu rumus mana yang akan dipakai.
Z = ] . = . . = .
. =
2
.
Karena terdapat 2 hambatan yang tersusun seri maka hambatan
penggantinya adalah
Rtot = R
1 + R
2
Rtot = 4 + 2 = 6
Sehingga
Z = 2
. = 12
2
6. 60 = 1440 ^N5-
2. Diketahui: P1 = 40 W
V1 = 220 V
V2 = 110 V
Ditanyakan: P2=...?
Jawab:
, 2 = [ 2 1 \
2
, 1
, 2 = [ 110220
\2
40 = 10 _*
3. Diketahui : Lampu A, B dan C sejenis 24 W/12 V
Ditanya : Daya yang terdisipasi pada seluruh lampu (P)?
Jawab :
Hambatan tiap lampu adalah
= 2
, =12
2
24= 6 N0
Karena terdapat 3 lampu dipasang seri maka hambatan penggantinya
Rtot = R
1 + R
2 + R
3
Rtot = 6 + 6 + 6 = 18
Arus yang mengalir
= abcdc
= 12
18= 2
3
38
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
Daya pada seluruh lampu
, = 2.
, = [23
\2
. 18 = 49
. 18 = 8 _*
Umpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak LanjutUmpan Balik dan Tindak Lanjut
Setelah mempelajari materi dalam sub bab ini, adakah materi yang sulit anda
pahami? Jika ada, buatlah daftarnya kemudian cari referensi dibuku lain atau
diskusikan dengan teman sekelasmu.
39
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
III.III.III.III. DAFTAR PUSTAKADAFTAR PUSTAKADAFTAR PUSTAKADAFTAR PUSTAKA
Budi, Kartika. 2008. Fisika untuk SMA dan MA kelas X. Jakarta: Widya Utama
Handayani, Sri. 2009. Fisika. Jakarta: CV. Adi Perkasa
Karyono. 2009. Fisika. Jakarta: CV. Sahabat
Resmiyanto, Rachmad dkk. 2008. Kajian Konsep Fisika 1. Solo: Platinum
Winduono, Yamin. 2010. Listrik Dinamis. Jakarta: PPPPTKIPA
-
M Modul Tutorial Listrik Dinamis
GlosariumGlosariumGlosariumGlosarium
Amperemeter merupakan alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur
besar arus yang melewati suatu rangkaian dan disusun secara seri terhadap
rangkaian.
Arus Listrik mengalir karena adanya perbedaan potensial listrik (tinggi ke
rendah) dan besarnya adalah muatan persatuan waktu.
Daya Listrik merupakan energi yang dilepaskan muatan listrik persatuan waktu
Energi Listrik merupakan usaha yang dilakukan sumber tegangan untuk
memindahkan muatan dalam interval waktu akibat beda potensial.
Hambatan Listrik merupakan sifat penghantar yang membatasi pergerakan
elektron bebas.
Hukum I Ohm dapat dinyatakan sebagai kuat arus listrik dalam suatu
penghantar berbanding lurus dengan beda potensial antara ujung-ujung
penghantar asalkan hambatannya tetap
Hukum I Kirchhoff dinyatakan bahwa jumlah kuat arus yang masuk ke suatu
titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik
percabangan.
Hukum II Kirchhoff dinyatakan bahwa didalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah
aljabar gaya gerak listrik %& dengan penurunan tegangan (I.R) sama dengan nol.
Potensial Listrik meruapakan tekanan pada kedua ujung penghantar
Rangkaian Listrik terdiri dari rangkaian seri dan paralel yang keduanya
mempunyai sifat yang berbeda.
Sumber Tegangan berperan sebagai pompa untuk menjaga perbedaan potensial
dikedua ujung (titik).
Voltmeter merupakan alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur
tegangan pada sebuah rangkaian listrik yang disusun paralel terhadap
rangkaian.