Bab 9 Listrik Dinamis
SMA
MATERI 9 LISTRIK DINAMIS Standar Kompetensi : Menerapkan Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian penyelesaian masalah dan berbagai berbagai produk teknologi. A. Ar Arus us Lis isttri rik k Kuat arus (i) : Jumlah muatan yang menembus penampang suatu penghantar tiap satuan waktu.
I =
Σq
t
n = jumlah elektron e = muatan elektron = 1,6 x 10-19 C t = waktu (sekon)
n .e
=
t
B. Ha Hamb mbat atan an Lis Listr trik ik Hambatan kawat penghantar (R)
R = ρ
R
= hambatan kawat (ohm) = panjang kawat (meter) A = luas penampang kawat (m2) ρ = hambatan jenis (ohm.meter)
A
Pengaruh suhu terhadap hambatan kawat penghantar :
R
o =R
(1
+ α. ∆t
)
Rt = hambatan pada suhu t Ro = hambatan mula-mula ∆t = selisih suhu
α Konduktivitas ( σ ) =
= koefisien suhu
1 ρ
Konduktor mudah dilalui arus artinya ρ- nya kecil
σ
besar.
C. Ran Rangka gkaian ian Lis Listri trik k Sede Sederha rhana na 1. Hukum Oh Ohm Hubungan antara tegangan, kuat arus dan hambatan dari suatu konduktor dapat diterangkan berdasarkan hukum OHM. “Dalam “ Dalam suatu rantai aliran listrik, kuat arus berbanding lurus dengan beda potensial antara kedua ujung-ujungnya dan berban berbandin ding g terbal terbalik ik dengan dengan besarn besarnya ya hambat hambatan an kawat kawat konduk konduktor tor tersebut” Hambatan kawat konduktor biasanya dituliskan sebagai “R”.
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
i=
VA
−
VB
R
I = kuat arus VA - VB = beda potensial titik A dan titik B R = hambatan 2. Rang Rangka kaia ian n hamb hambat atan an a. Seri
Bila tahanan-tahanan disusun secara seri, maka :
b.
•
I total = ia = ib = ic = ....
•
V total = Vab + Vbc + Vcd + ...
•
RS = R1 + R2 + R3 + ...
Paralel
Bila disusun secar paralel, maka : •
Beda potensial pada masing-masing ujung sama besar
•
I total = i1 + i2 + i3 + ....
•
1 1 1 1 = + + + ... Rp R1 R 2 R 3
3. Alat ukur a. Jemb Jembat atan an whea wheats tsto tone ne Dipakai untuk mengukur besar tahanan suatu penghantar.
RX . R2 = R1 . R3
Bila arus yang lewat G = 0, maka :
RX
FISIKA SMA / MA / SMK
=
R1.R3 R2 Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Bab 9 Listrik Dinamis
SMA
b. Amperemeter / galvanometer •
Dipakai untuk mengukur kuat arus.
•
Mempunyai hambatan yang sangat kecil.
•
Dipasang seri dengan alat yang akan diukur.
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
“Untuk mengukur kuat arus yang sangat besar (melebihi batas ukurnya) dipasang tahanan SHUNT paralel dengan Amperemeter”
RS c.
=
1 n −1
R d Ohm
Voltmeter Dipakai untuk mengukur beda potensial.
• •
Mempunyai Mempunyai tahanan dalam yang sangat besar.
•
Dipasang paralel dengan alat yang hendak diukur potensialnya. potensialnya.
“Unt “Untuk uk meng menguk ukur ur beda beda pote potens nsia iall yang yang mele melebi bihi hi dipasang tahanan depan seri dengan Voltmeter” Rv = ( n - 1 ) Rd
bata batas s
ukur ukurny nya, a,
Ohm
4. Rang Rangka kaia ian n sed seder erha hana na a. Rang Rangka kaia ian n ter terbu buka ka
i
E . r
a
b
Vab = E − I r
E = sumber tegangan r = hambatan dalam i = kuat arus
b. Rang Rangka kaia ian n tertu tertutu tup p Arus yang mengalir R
Tegangan jepit (Vj)
i = E . r
E R + r
V( j) = E − ir = i . R
i Tega Tegang ngan an jepi jepitt (V ) adal adalah ah tega tegang ngan an j dihubungkan ke rangkaian tertutup.
diuj diujun ungg-uj ujun ung g
bate batere re
saat saat
D. Ran Rangka gkaian ian Lis Listri trik k Majem Majemuk uk a. Huku Hukum m Kir Kirch chof offf I : Kuat arus listrik listrik yang masuk kedalam kedalam titik cabang, cabang, sama dengan dengan jumlah arus listrik yang keluar I1
Ia
imasuk = ikeluar
I b I2
Ic
I1 + I 2 = I a +I b
b. Huku Hukum m Kirc Kircho hoff ff II Dalam rangkaian tertutup : Jumlah beda potensial besarnya nol.
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Bab 9 Listrik Dinamis
SMA
Penjelasan :
R a
1
b E
c
r1
1
E +ΣI Σ
R
=0
E1 – E2 + i (R1 + r1 + R2 + r2 ) =0
E
2
r2 d
R
2
E. En Ener ergi gi dan dan Day Daya a List Listri rik k Dalam hambatan yang dialiri arus, energi listrik berubah menjadi kalor (panas). Panas yang terjadi pada hambatan selama t detik atau energi listrik yang dipakai adalah :
W = V . I . t Joule
W = Energi listrik ( Joule )
Daya listrik yang berubah menjadi panas/detik pada hambatan adalah :
2 P = V . I = I . R =
V2
P = daya listrik ( W )
R
F. Aru Arus s dan dan Tega Teganga ngan n Bolak Bolak Bal Balik ik Arus Arus atau atau tegang tegangan an bolakbolak-bal balik ik yaitu yaitu arus arus atau atau tegang tegangan an yang yang nilain nilainya ya berub berubah ah terhadap waktu dan dapat mengalir dua arah. Arus dan tegangan bolak-balik mempunyai harga maksimum harga efektif dan harga rata-rata. Arus dan tegangan listrik bolak-balik berbentuk berbentuk sinusoida. Vm = tegangan maksimum im = arus maksimum im Vm V = tegangan efektif i = arus efektif ef ef Vef = i ef = V = tegangan rata-rata i = arus rata-rata r r 2 2
Vr
=
2 Vm π
2im
i r =
π
A. Tr Tran ansf sfor orma mato tor r (t (tra rafo fo))
I p
Is R
~
V
p
FISIKA SMA / MA / SMK
V
s
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Jika pada kumparan primer mengalir arus yang berubah-ubah (misal arus bolak-balik), maka fluks magnet yang terjadi juga berubah, sehingga pada kumparan sekunde sekunderr timbul tegangan (ggl induksi).
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Bab 9 Listrik Dinamis
SMA
Rumus-rumus :
•
V p : Vs = N p : N s η= η=
Ps P p
x 100%
Vs I s
x 100%
V p I p
•
1. 2. 3. 4.
Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Pp = daya primer PS = daya sekunder η = efisiensi trafo
Rugi-rugi Daya pada trafo disebabkan oleh : Taha Tahana nan n ku kumpar mparan an Arus Arus pusar pusar (“edd (“eddy”) y”) pada pada inti inti trafo trafo Fluk Fluks s magn magne et boco bocorr Hite Hiteri risa sasi si magn magnet etis is Trafo ideal : η = 100%
•
S I pt :=I s = NAB p : N s = Vs : Vp vA + vB Contoh soal : 1.
Dari rangka rangkaian ian di bawah bawah,, arus listri listrik k yang yang mengalir mengalir adala adalah h ... .
6Ω
8V
16V 2Ω
3Ω 12V 5Ω
4Ω
Penyelesaian : Σ E +Σ IR = 0 -12 + 8 – 16 + i(5 + 3 + 6 + 2 + 4) = 0 -20 + 20i = 0 i = 1A 2.
Sebu Sebuah ah transf transform ormato atorr mengu mengubah bah tegan tegangan gan dari dari 25 volt volt menjad menjadii 220 220 volt volt digunakan untuk lampu 220 volt 40 watt. Jika efisiensi trafo 80%, maka arus pada kumparan primer adalah ... .
Penyelesaian :
η= 0,8 = Ip =
Ps P p
.100 %
40 25 . I p
40 0,8 . 25
Ip = 2A
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
S O A L -S O A L L A T IH A N
1.
Suatu Suatu pengh penghant antar ar diberi diberi beda beda poten potensia siall 10 volt dan arus yang mengalir 5 mA. Agar Agar arus arus menga mengalir lir 20 mA. Tegan Tegangan gan sebesar … . A. 15 V B. 20 V C. 25 V D. 35 V E. 40 V
2. Jika Jika aru arus 4 Ampe mpere mengali galirr dalam alam kawat kawat yang ujung-uj ujung-ujungn ungnya ya berselis berselisih ih potensia potensiall 12 Volt, maka besar besar muatan muatan per men menit yang yang men mengalir alir melalu laluii kawat ... . A. 4 Coloumb B. 12 Coloumb C. 60 Coloumb D. 120 Coloumb E. 240 Coloumb 3.
4.
Sepo Sepoto tong ng kawa kawatt temb tembag aga a memp mempun unya yaii hamb hambat atan an 10 ohm ohm pada pada suhu suhu 20OC. Maka aka hamb ambatan atan pad pada suh suhu 100OC (koefis fisien suhu kawat tembaga O 0.004/ C) adalah ... . A. 13,2 ohm B. 12,4 ohm C. 6,6 ohm D. 3,2 ohm E. 0,32 ohm Bila Bila diukur diukur hamba hambatan tan listr listrik ik antar antara a titik titik A dan B dalam rangkaian di bawah ini. Maka akan diperoleh harga … . 2 Ω
2 Ω
2 Ω
2 Ω
B.
1 R 1 2
C. 2 R1 D. 4 R1 E. 5 R1 6. Untu Untuk k gamba gambarr rangk rangkai aian an di bawa bawah, h, energ energii yang yang timbu timbull tiap tiap detik detik dalam dalam hambatan 2 ohm adalah ... . A. 3 watt 12 v B. 6 watt C. 9 watt 2Ω 6Ω D. 12 watt 6 v E. 18 watt
7. Tiga buah resistor resistor 2Ω , 3Ω , 6Ω jika disusun disusun seri kemudian kemudian dipasang dipasang pada sumb sumbe er tega tegang ngan an maka maka arus arus yang yang meng mengal alir ir 0,5 0,5 A. Teta Tetapi pi jika jika disu disusu sun n paralel dan dipasang pada elemen yang sama sama 3A, 3A, maka maka besa besarn rnya ya GGL GGL dan dan hambatan dalamnya … . A. 4 V, 1Ω D. 8V, 1,5Ω B. 6V, 1Ω E. 12V, 1Ω C. 8V, 1Ω 8. Dari Dari rangk rangkai aian an di bawah bawah ini ini besa besarr kuat kuat arus arus pada pada hamb hambat atan an 3 ohm ohm adalah ... . 2Ω 5Ω A. 1,2 A B. 1,0 A C. 0,8 A 6 V 6 V 3Ω D. 0,4 A 1Ω 1Ω E. 0,2 A
A 6 Ω 2 Ω
9. Perh Perhat atik ikan an gam gamba barr !
4 Ω 2 Ω
2 Ω
20
2 Ω
B
30
A. 6 B. 8 C. 10 D. 12 E. 16
Ω
Ω
A
10
Ω
50
Ω
15
Ω
B
Ω Ω Ω Ω
5. Suatu kawat mempunyai hambatan R1. Kawat lain yang panjangny panjangnya a sama dengan kawat pertama, tetapi diam diamet eter erny nya a 2 kali kali diam diamet eter er kawa kawatt pertama, mempunyai hambatan ... . A.
Ω
1 R 1 4
FISIKA SMA / MA / SMK
30
Ω
Hambatan pengganti pengganti AB adalah … . A. 12 Ω B. 22 Ω C. 30 Ω D. 36 Ω E. 48 Ω 10. Tiga buah buah lampu pijar yang yang masingmasingmasing masing dibuat dibuat untuk untuk dipaka dipakaii pada pada 15 watt watt dan dan 12 volt volt,, dira dirang ngka kaii seca secara ra para parare rel. l. Ujun Ujungg-uj ujun ung g rang rangka kaia ian n itu itu Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Bab 9 Listrik Dinamis dihubu dihubung ngkan kan denga dengan n jepit jepitanan-jep jepita itan n sebuah akumulator dengan GGL 12 volt dan dan hamb hambat atan an dala dalam m 0,8 0,8 ohm. ohm. Arus Arus list listri rik k yang yang mela melalu luii akum akumul ulat ator or itu itu besarnya … . A. 3,75 A B. 3,00 A C. 2,25 A D. 1,50 A E. 1,25 A 11. 11. Sebu Sebuah ah lamp lampu u 24 ohm ohm dipa dipasa sang ng paralel dengan lampu 16 ohm. Lampu 24 ohm memancarkan daya sebesar 12 watt, lamp lampu u 16 ohm ohm mema memanc ncar arka kan n daya daya sebesar ... . A. 8 watt B. 12 watt C. 18 watt D. 24 watt E. 36 watt 12. Tiga elemen berbeda kutubkutub positifnya dihubungkan ke titik a dan kutub-kutub kutub-kutub negatifnya negatifnya ke titik b. GGL dan hambatan dalam tiap elemen ditunjukkan oleh gambar !
a
2 V
1Ω
3 V
1Ω
b
2Ω Beda potensial antara a dan b adalah ….
B. C. D. E.
12 V 13 1,2 2,8 3,0 9,0
V V V V
13. Pada ga gambar di di ba bawah, A, A, B, C, dan D adalah adalah lampu pijar masingmasingmasing berukuran 5W ; 5V. A D
B C
A dan B B saja B dan D D saja D dan A
14. Sebuah lampu pijar dari 100 100 watt watt,, 220 220 volt volt yang yang diny dinyal alak akan an selama 10 jam pada tegangan 110 volt menggunakan menggunakan energi listrik sebanyak ….
A. B.
1 4 1 2
kwh kwh
C. 1 kwh D. 2 kwh E. 4 kwh 15.
Perhatikan gambar !
E
E
1
r1
A
4 V
A.
A. B. C. D. E.
SMA
2
r2
R
B
Jika E1 = 6 V E2 = 12V r1 = 0,5Ω r2 = 0,5Ω R = 5Ω maka beda potensial AB adalah … . A. 2,5 volt D. 12 volt B. 5 volt E. 18 volt C. 6 volt 16. Tiga buah lampu pijar yang masing masing-ma -masin sing g dibua dibuatt untuk untuk dipaka dipakaii pada pada 15 watt watt dan dan 12 volt volt,, dira dirang ngka kaii secara secara pararel. pararel. Ujung-uj Ujung-ujung ung rangkaian rangkaian itu dihubungkan dengan jepitan-jepitan sebuah akumulator dengan GGL 12 volt dan dan hamb hambat atan an dala dalam m 0,8 0,8 Ohm. Ohm. Arus Arus list listri rik k yang yang mela melalu luii akum akumul ulat ator or itu itu besarnya … A. 3,75 Am Ampere B. 3,00 Am Ampere C. 2,25 Am Ampere D. 1,5 1,50 Amp Ampere E. 1,25 Ampere
12 V
Jika Jika lampu lampu C putus, putus, maka maka yang yang nyala nyala lebih terang adalah lampu … .
FISIKA SMA / MA / SMK
17.
Perhatikan gambar !
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
R R R
R R
V
R
A. 1 : 1 : 1 B. 1 : 2 : 3 C. 1 : 4 : 9
E , r dari gambar di atas jika R = 9Ω E = 12 volt r = 1Ω maka maka arus arus yang yang kelu keluar ar dari dari sumb sumber er tegangan adalah … . A. 1 A D. 4 A B. 2 A E. 5 A C. 3 A 18. Bila sebuah trafo mempunyai perbandingan lilitan primer dan sekunder 4 : 5 dan perbandingan arus primer dan sekunder 5 : 3, maka trafo mempunyai efisiensi … %. A. 50 B. 60 C . 75 D. 80 E. 90 19. Sebuah trafo mengubah tegan tegangan gan 250 250 volt volt dan efisie efisiensi nsi 90%. 90%. Kump Kumpar aran an seku sekund nde er dihu dihubu bung ngka kan n dengan dengan lemari pending pendingin in 75 watt, watt, 100 volt dan bekerja normal, maka kuat arus pada kumparan primer sebesar … . A. 0,250 A D. 1,875 A B. 0,333 A E. 3,00 A C. 1,680 A 20. Dari rangkaian di bawah jika potensial di titik A 30 volt, A
4Ω
B
2Ω
12Ω
C
7Ω
D
6Ω
8Ω
14Ω
5Ω
maka potensial di C adalah ... . A. 10 volt D. 25 volt B. 15 volt E. 30 volt C. 20 volt 21. Tiga buah penghantar seje sejen nis panja anjang ngn nya sama sama teta tetapi pi diam iametern terny ya berban rband ding ing 1 : 2 : 3 dihubungkan dengan sumbu tegangan V seperti pada gambar maka perba perband nding ingan an beda beda poten potensia siall ujungujungujung penghantar penghantar tersebut adalah ... .
FISIKA SMA / MA / SMK
D. 3 : 2 : 1 E. 9 : 4 : 1
22. Suatu Suatu alat alat untuk untuk mereb merebus us air air 440 440 gram gram bers bersuh uhu u 20 0C sampai sampai mendidih. Jika alat tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 220 volt dan arus listrik yang mengalir 2 A deng dengan an efis efisie iens nsii alat alat 84 % maka maka waktu yang diperlukan adalah ... . A. 3,33 menit B. 4,46 menit C. 5,72 menit D. 6,67 me menit E. 7,84 me menit 23. Lampu 50 volt 25 watt dihubu dihubung ngkan kan deng dengan an sumbe sumberr DC 200 volt agar lampu tersebut dapat bekerja sesuai karakteristiknya maka diperlukan tambahan hambatan listrik … . A. 200 200 Ohm Ohm seca secara ra seri seri B. 300 300 Ohm Ohm seca secara ra seri seri C. 400 400 Ohm Ohm seca secara ra para parare rell D. 500 500 Ohm Ohm seca secara ra seri seri E. 600 600 Ohm Ohm seca secara ra para parare rell 24. Solder listrik pada tegangan 124 volt menggunakan arus 0,5 A dan dipakai selama 30 menit. Kepala solder dibu dibuat at dari dari temba tembaga ga mass massan anya ya 20 gram dan kalor jenisnya jenisnya 0,9 kal/gr 0C. Jika 10 % energi listrik dipakai untuk untuk menaikka menaikkan n suhu kepala solder, solder, maka maka kena kenaik ikan an suhu suhu yang yang dica dicapa paii adalah mendekati … . A. 100 0C B. 125 0C C. 150 0C D. 525 0C E. 625 0C 25. Dua bu b uah la l ampu masing-mas masing-masing ing 220 volt 60 watt dan 220 220 volt volt 40 watt watt disu disusu sun n seri seri dan dan dihubungkan dengan tegangan 220 volt maka daya yang diserap kedua lampu dari sumber tegangan adalah ... . A. 12 watt B. 24 watt C. 38 watt D. 46 watt E. 58 watt
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
Bab 9 Listrik Dinamis 26. Listrik AC pada su suatu rumah diuk diukur ur deng dengan an osci oscilo losk skop op menu menunj njuk uk angka 240 volt maka jika diukur dengan voltmeter AC menunjuk angka … . A. 170 volt B. 180 volt C. 200 volt D. 220 volt E. 240 volt 27. Besarnya da daya li listrik da dalam suatu suatu kumparan kumparan pemanas yang dialiri arus searah 6A adalah P. Bila digunakan arus bolak-bali bolak-balik k yang nilai puncakn puncaknya ya 6A maka daya listrik yang dibangkitkan oleh pemanas tadi adalah sebesar ... .
A.
1 4 1
B.
2
P
SMA
C. P D. 2P E. 4P 28. Dalam suatu rumah menggunakan menggunakan 10 lampu lampu 20 watt yang yang rata-rata dinyalakan 12 jam dalam satu hari. 1 TV 60 watt dinyalakan 10 jam per hari dan setrika setrika listrik listrik 300 watt perha perhari ri rata-r rata-rata ata 2 jam. jam. Jika Jika 1 Kwh berha berharga rga Rp. 400,400,- maka maka dalam dalam satu satu bulan harus membayar ke PLN sebesar …. A. Rp. Rp. 23.40 .400,B. Rp. Rp. 36 36.60 .600,C. Rp. Rp. 43 43.20 .200,D. Rp. Rp. 52 52.00 .000,E. Rp. Rp. 64.00 .000,-
P
S O A L E S S A I
1.
Pada Pada suhu suhu 200 C resist resistoror-res resist istor or temba tembaga, ga, karbo karbon n dan wolfr wolfram am masing masing-ma -masin sing g mempunyai mempunyai hambatan 200 ohm. Kemudian suhu resistor serentak dinaikkan menjadi 800 C. Jika α
cu
= 0,00393 / 0C, α
c
= 0,005 / 0C, α
wo
= 0,0045 / 0C. Maka tentukan
hambatan penggantinya penggantinya jika : a. Resistor-resistor tersebut disusun seri. b. Resistor-resistor tersebut disusun pararel.
2.
Tentukan Tentukan hambata hambatan n penggan pengganti ti dari dari rangkaia rangkaian n resistor resistor tersebut. tersebut. a. 20 Ω
30 Ω
b.
15 Ω
50 Ω
20 Ω
24 Ω
30 Ω
50 Ω 3.
15 Ω
Tentuka Tentukan n arus yang lewat lewat masingmasing-masin masing g hambatan hambatan di rangkai rangkaian an berikut berikut :
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd
30 Ω 1Ω
15 Ω 10 Ω
3 6 v o lt 4.
Dari rangkaian rangkaian di bawah bawah tentuka tentukan n arus masing-mas masing-masing ing resistor resistor dan beda beda potensial potensial AB. 3Ω 2Ω A B 1Ω
6 v o lt 5.
1 2 v o lt
Sebuah Sebuah galvanom galvanomete eterr yang hambatann hambatannya ya 100 ohm mengala mengalami mi simpangan simpangan maksimu maksimum m 0,02 A agar dapat digunakan untuk mengukur tegangan hingga 300 volt tentukanlah hambatan yang diperlukan dan cara pemasangannya!
FISIKA SMA / MA / SMK
Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd