Bahan Ajar Listrik Dinamis PDF

Preview

Summary

LISTRIK DINAMIS 1 LISTRIK DINAMIS LISTRIK DINAMIS Penyusun Nama :Rizki Zakwandi NIM :1152070065 Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas Tarbiyah dan Keguruan Universitas Islam Negri Sunan Gunung Djati Bandung 2016 0 LISTRIK DINAMIS Referensi Referensi ..........................

Description

LISTRIK DINAMIS

1

LISTRIK DINAMIS

LISTRIK DINAMIS

Penyusun Nama :Rizki Zakwandi NIM

:1152070065

Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas Tarbiyah dan Keguruan Universitas Islam Negri Sunan Gunung Djati Bandung 2016

0

LISTRIK DINAMIS

Referensi Referensi ............................................................................................................................. 1 BAB I .................................................................................................................................. 2 PENDAHULUAN .............................................................................................................. 2 KOMPETENSI INTI ...................................................................................................... 2 KOMPETENSI DASAR ................................................................................................. 2 INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI .............................................................. 3 TUJUAN PEMBELAJARAN......................................................................................... 3 Materi Pelajar. ................................................................................................................. 5 BAB II................................................................................................................................. 6 RINGKASAN MATERI ..................................................................................................... 6 A.

Arus Listrik ............................................................................................................. 6

B.

Rangkaian Listrik .................................................................................................... 8 1.

Rangkaian Seri .................................................................................................... 8

2.

Rangkaian Parallel ............................................................................................ 10

C.

Hukum 1 Kirchoff ................................................................................................. 11

D.

Energi Listrik ........................................................................................................ 12

E.

Daya Listrik .......................................................................................................... 15

F.

Hukum 2 Kirchoff ................................................................................................. 16

G.

Sumber Energi dan Arus Listrik ........................................................................... 17

H.

Sumber-sember energy listrik alternative ............................................................. 18

I.

Transmisi Energi ................................................................................................... 20

J.

Penghematan Energi ............................................................................................. 21

K.

Bahaya akibat listrik ............................................................................................. 22

PEDOMAN PENIALAIAN.............................................................................................. 24 KUNCI JAWABAN ......................................................................................................... 28 Refrensi ............................................................................................................................. 29

1

LISTRIK DINAMIS

BAB I

PENDAHULUAN KOMPETENSI INTI KI 1. KI 2.

Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, dan percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan social dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya

KI 3.

Memahami

pengetahuan

(faktual

,konseptual,

dan

prosedural), berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata KI 4.

Mengolah, menyaji, dan menalar dalam ranah konkret (menggunakan,mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat)

dan

ranah

abstrak

(menulis,membaca,

menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori KOMPETENSI DASAR 1.5

Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya

2.5

Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, dan percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan social dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya

3.5

Menerapkan konsep rangkaian listrik, energi dan daya listrik, sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari termasuk sumber energy listrik alternatif, serta berbagai upaya menghemat energi listrik

2

LISTRIK DINAMIS

4.5

Menyajikan hasil rancangan dan pengukuran berbagai rangkaian listrik

INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI 1.

Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya

2.

Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleransi, gotong royong), santun, dan percaya diri, dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan social dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya

3.

Memahami konsep pembagian arus (Hk 1 Kirchoff)

4.

Menyusun rangkaian seri dan parallel

5.

Mengukur besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian

6.

Menentukan tegangan dalam suatu rangkaian

7.

Menghitung daya listrik yang digunakan.

8.

Menghitung nilai GGL induksi pada rangkaian tertutup (Loop)

9.

Mengklasifikasi sumber sumber energy listrik alternative

10.

Memahami prinsip transmisi energy dalam kehidupan sehari hari

11.

Mengidentifikasi upaya penghematan energy

12.

Mengidentifikasi bahaya yang dapat disebabkan oleh penggunaan energy listrik.

TUJUAN PEMBELAJARAN 1.

Peserta didik mampu mengahayati ajaran agama yang dianutnya dengan memperlihatkan sikap saling menghargai antar umat beragama.

2.

Peserta didik mampu untuk berperilaku cermat, disiplin, kerjasama dan teliti saat melaksanakan praktikum secara konsisten

3.

Peserta

didik

diharapkan

mampu

memahami

prinsip

pembagian arus (Hk I Kirchoff) melalui diskusi tentang hasil

3

LISTRIK DINAMIS

percobaan dengan kelompok dan membuat kesimpulan yang tepat. 4.

Setelah melakukan percobaan tentang rangkaian seri dan parallel peserta didik diharapkan mampu menyimpulkan tentang penyebaran arus pada rangkaian seri dan parallel dengan tepat.

5.

Peserta didik diharapkan mampu mengukur besar arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian dengan melakukan percobaan dan menggunakan ampermeter dengan baik dan benar.

6.

Peserta didik diharapkan mampu mengukur tegangan pada masing masing-masing komponen dengan menggunakan voltmeter dengan baik dan benar.

7.

Dengan membaca struk pembayar listrik peserta didik diharapkan ammpu menentukan besar daya listrik yang digunakan dalam rumahnya dengan tepat.

8.

Melalui latihan soal dan pemberian contoh peserta didik dapat menghitung nilai GGL induksi pada rangkaian tertutup (Loop)

9.

Peserta didik dapat menentukan sumber energi listrik dengan membuat poster yang berkaitan dengan sumber-sumber energi listrik dengan tepat.

10.

Peserta didik diharapkan mampu memahami prinsip transmisi energy listrik dalam kehidupan sehari-hari melalui penjelasan yang diberikan oleh guru dengan baik.

11.

Peserta didik mampu mengidentifikasi upaya penghematan energy listrik dengan mengumpulkan artikel terkait dengan baik dan benar.

12.

Peserta

didik

disebabkan

mampu

oleh

mengidentifikasi

penggunaan

energy

bahaya listrik

yang dengan

mengumpulkan artikel dan berita terkait secara baik dan benar.

4

LISTRIK DINAMIS

Materi Pelajar. 1.

Arus listrik (Hukum Ohm)

2.

Rangakaian seri dan parallel

3.

Hukum 1 kirchoff

4.

Energi Listrik

5.

Daya listrik

6.

Hukum 2 Kirchoff

7.

Sumber-sumber energy listrik

8.

Sumber energy alternative

9.

Transmisi energy

10. Penghematan energy 11. Bahaya akibat listrik

5

LISTRIK DINAMIS

BAB II

RINGKASAN MATERI A. Arus Listrik Pembahasan pada listrik statis menyatakan bahwa apabila terdapat dua benda atau dua tempat yang memiliki muatan yang berbeda akan menghasilkan arus listrik apabila disambungkan dengan suatu penghantar. Arus listrik yang dihasilkan sendiri berasal dari tempat yang berpotensial tinggi yang bergerak menuju tempat yang bermuatan lebih rendah. Perpindahan yang terjadi adalah perpindahan electron yang terdapat pada muataan/tempat yang memiliki potensial tinggi kemudian bergerak menuju muatan/tempat yang memiliki potensial lebih rendah, sehingga dapat disimpulkan bahwa arus listrik terjadi karena ada perpindahan dari muatan negative (electron) dalam selang waktu tertentu. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut : I

Dengan

Q t

(1.A)

I = besar kuat arus, satuannya ampere (A) Q = besar muatan listrik, satuannya coulomb (C) t = waktu tempuh, satuannya sekon (s)

Penting!!! -

Arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran electron Arus listrik mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah Penyebab arus listrik dapat mengalir pada dua benda yang bermuatan listrik adalah adanya beda potensial antara kedua benda

Ketika kita menitik beratkan arus dalam satu rangkaian dengan hanya mendapatkan variable berupa sumber tegangan dan hambatan, tentunya persamaan 1.A tidak berlaku lagi. Hal ini justru lebih banyak yang kita temukan dalam kehidupan sehari hari dalam menggunaan perangkat elektronik seperti TV, AC, Kulkas, Komputer dsb. Untuk menyelesaikan

6

LISTRIK DINAMIS

permasalah ini kita dapat menggunakan persamaan yang disbut dengan hukum Ohm. Hukum Ohm menyatakan: jika tegangan pada suatu rangkaian dinaikkan, arus dalam rangkaian akan naik, dan jika tegangan diturunkan, arus akan turun. Hukum Ohm juga memperlihatkan bahwa jika tegangan dijaga konstan, resistansi penghantar yang lebih kecil akan menghasilkan arus yang lebih besar dan resistansi rangkaian yang lebih besar akan menghasilkan arus yang lebih kecil. Dari pernyataan hukum Ohm diatas kita dapat menemukan relasi antara arus, tegangan dan hambatan yang secra matematis dapat ditulis sebagai berikut: I

Dengan

V R

(2.A)

I = besar kuat arus, satuannya ampere (A) V = besar eda potensial, satuannya Volt (V) R = besar hambatan listrik, satuannya Ohm (Ω)

Mari Berlatih 1. Partikel bermuatan bermuatan bergerak pada sebuah kabel penghantar dengan panjang 10 meter. Jika arus yang terukur pada ampermeter sebesar 3 ampere, tentukan banyak partikel yang melintas tiap satu detik jika 1 masing masing partikel bermuatan 1 x 10-3 Coulomb . 2. Suatu rangkaian listrik terdiri dari dari baterai bertegangan 4 volt dan sebuah lampu dengan hambatan 2 ohm. Berapakah arus total yang mengalir dalam rangkaian tersebut jika hambatan dalam batrai diabaikan?

7

LISTRIK DINAMIS

B. Rangkaian Listrik Pernahkah kamu menyalakan lampu di rumah atau disekolah dan ketika saklar ditekan beberapa lampu menyala secara bersamaan. Dari peristiwa tersebut ada bebrapa lamu yang menyala redup da nada lampu yang menyala sangat terang. Mengapa hal ini bisa terjadi? Jika kamu memperhatikan hal ini kamu termasuk siswa yang berfikir kritis. Untuk menemukan jawabannya mari lakukan eksperimen berikut!

Ber-Experiment !! Alat dan Bahan - Satu buah baterai - 2 buah bola lampu - Kabel minimal 4 buah Langkah percobaan “ Buatlah lampu lampu tersebut agar bisa menyala dengan memvariasikan bentuk susunannya” Tugas Catat dan gambarkan bagan rangkaian yang menghasilkan lampu paling terang dan paling redup

Eksperimen yang telah kamu lakukan diatas merupakan eksperimen untuk membentuk rangkaian sederhana. Rangkaian secara umum terdiri dari dua macam yaitu rangkaian seri dan rangkaian parallel: 1. Rangkaian Seri Rangkaian seri merupakan rangkaian listrik yang disusun membentuk garis lurus. Artinya pada saat kamu menyambungkan batrai, lampu 1, dan lampu 2 secara urut membentuk garis lurus maka kamu sudah menyusun rangkaian seri. Agar lebih mengetahui

bentuk

rangkaian

seri

sederhana

perhatikan gambar 1 berikut: Pada rangkaian seri bola lampu disusun runtun sehingga

membentuk

garis

lurus

(tanpa

Gambar 1 Rangkaian Seri

8

LISTRIK DINAMIS

percabangan) dengan sember tegangan / baterai. Bola lampu yang merupakan salah satu implikasi dari jenis hambatan tetap maka akan menghasilkan arus listrik. Pada rangkaian seri berlaku kaidah bahwa arus yang mengalir pada setiap hambatan adalah sama dengan arus total dan jumlah tegangan yang engalir dalam setiap hambatan adalah sama dengan tegangan sumber. Secara matematis dapat dituliskan : I S  I1  I 2      I n

(1.B)

VS  V1  V2      Vn

(2.B)

Untuk arus sendiri berlaku hukum ohm yaitu I 

V dengan R merupakan R

RTotal RT  R1  R2      R2

(3.B)

Untuk tegangan yang terdapat pada setiap hambatan / lampu diperoleh dengan menggunakan persamaan VX  I  RX

Penting!!! Hambatan yang disusun seri memiliki ciri-ciri sebagai berikut. 1. Hambatan disusun dari ujung ke ujung (berderet). 2. Terdapat satu lintasan arus listrik. 3. Kuat arus listrik yang mengalir di setiap hambatan sama besar. 4. Hambatan pengganti seri R selalu lebih besar dari hambatan terbesar yang disusun seri. 5. Rangkaian hambatan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.

Mari Berlatih Kerjakan soal berikut dibuku latihan !! 1. Perhatikan gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, tentukan:

9

LISTRIK DINAMIS

a. hambatan pengganti, b. arus listrik yang mengalirpada R1, R2 , dan R3, dan c. beda potensial pada masingmasing hambata 2. Perhatikan gambar rangkaian berikut.

Jika IAB = 0,25 A, tentukan: a. hambatan total pada rangkaian, b. beda potensial pada ujunghambatan AB, BC dan CD, c. beda potensial pada ujung AD. 2. Rangkaian Parallel Rangkaian parallel merupakan rangkaian listrik dimana antar komponen rangkaian disusun secara sejajar. Setiap komponen seperti hambatan dan sumber tegangan disambungkan pada titik percabangan. Perhatikan gambar 2 berikut ini : Pada

rangkaian

lampu/hambatan

parallel

setiap

mengambil

sumbe

tegangan yang sama yaitu yang berasal dari tegangan sumber sehingga berlaku kaidah tegangan yang mengalir dalam

Gambar 2 Rangkaian Paralel

setiap komponen adalah sama dengan tegangan sumber dan jumlah arus yang mengalir pada setiap komponen sama dengan arus total. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut VS  V1  V2      Vn

(2.4)

I S  I1  I 2      I n

(2.5)

Untuk arus juga berlaku hukum ohm yaitu I 

V dengan R merupakan R

RTotal

10

LISTRIK DINAMIS

1 1 1 1      RT R1 R2 Rn

(2.6)

Penting!!! Hambatan yang disusun paralel memiliki ciri-ciri sebagai berikut. 1. Hambatan disusun berdampingan (sebelah menyebelah). 2. Terdapat lebih dari satu lintasan arus listrik. 3. Beda potensial di setiap ujung hambatan sama besar. 4. Hambatan pengganti paralel RP selalu lebih kecil daripada hambatan terkecil yang disusun paralel. 5. Rangkaian hambatan paralel berfungsi sebagai pembagi kuat arus

Mari Berlatih 1. Perhatikan gambar berikut

Jika kuat arus pada hambatan R1 sebesar 0,4 A, tentukan: a. beda potensial pada ujung-ujung hambatan, b. kuat arus pada hambatan R2 dan R3. c. tegangan yang dihasilkan oleh baterai, dan d. kuat arus yang dihasilkan baterai. C. Hukum 1 Kirchoff Pada pembahasan mengenai jenis jenis rangkaian listrik disbutkan bahwa pada rangkaian seri arus total adalah sama dengan arus yang mengalir pada setiap hambatan dalam rangkaian sedangkan pada rangkaian parallel arus yang mengalir pada setiap hambatan bergantung pada nilai/besar dari hambatan itu sendiri. Hukum 1 Kirchoff sendiri menjelaskan bagaimana hubungan antara arus yang mengalir dalam rangkaian dengan besar hambatannya. Kirchoff menyatakan bahwa “jumlah kuat arus listrik yang

11

LISTRIK DINAMIS

masuk titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik percabangan. Perhatikan Gambar.3 berikut Pada Gambar disampinng terlihat bahwa arus total I yang terbagi menjadi I1, I2, dan I3 yang nilai dari I = I1, + I2 + I3. Sehingga secara matematid hukum 1 Kirchoff dapat dituliskan

Gambar 3 Ilustrasi Hukum Kirchoff sebagai berikut :

I Masuk  I Keluar

(1.C)

Penerapan dari hukum kirchoff ini sendiri telah kita temukan dalam percobaan rangkaian listrik. Baik itu pada rangkain seri ataupun rangkaian parallel. Untuk menambah pemahaman mari kerjakan soal latihan berikut ;

Mari Berlatih 1. Perhatikan gambar berikut !!

Jika I1 = 5 A, I2 = 3 A, dan I3 = 6 A, maka nilai I4 adalah …… 2. Perhatikan gambar berikut !

i2

i5

i4

i1 i3 i6 Jika I1 = 6 Ampere, I2 = 2 Ampere, I3 = 1 Ampere, I4 = 2I2 – I3, I5 = I4 / 3, Tentukan nilai I6 !! D. Energi Listrik Mempelajari energy listrik tidak terlepas dari kondisi/hukum kekekalan energy yang menyatakan bahwa “energy tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan akan tetapi dapat diubah menjadi ke bentuk energy lainnya.” Energy listrik sendiri dipengaruhi oleh besarnya tegangan (V), kuat Arus (I) 12

LISTRIK DINAMIS

dan waktu (t) sehingga apabila penghantar yang memeiliki hambatan R diberikan tegangan V pada ujung-ujungnya dan arus yang melaluinya maka dalam waktu t detik besar energy listrik yang diperoleh dapat dirumuskan sebagai berikut : W  VIt

(1.D)

Dengan memandang hukum Ohm, V = I R maka diperoleh : W  I 2 Rt

Dengan

atau

W

V2 t R

(2.D)

W = energy listrik (Joule, J) V = tegangan listrik (Volt, V) I = arus listrik (Ampere, A) R = hambatan listrik )Ohm, Ω t = waktu (secon, s)

Dalam kehidupan sehari-har...