Tegangan, kuat arus, dan hambatan listrik
Listrik Dinamis
Fisika SMA — Tegangan, Arus, Hambatan, Hukum Ohm, Alat Ukur, Rangkaian Seri & Paralel, Hukum Kirchoff, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Tegangan Listrik
Bayangkan situasi ini:
Perhatikan dua benda yang bermuatan listrik berbeda
Benda yang bermuatan listrik banyak (benda B) dikatan mempunyai potensial tinggi.
Benda yang bermuatan listrik lebih sedikit (benda A) dikatan mempunyai potensial rendah.
Baterai adalah benda yang kedua ujungnya mempunyai potensial berbeda.
"Tegangan listrik adalah beda potensial antara dua titik yang memiliki muatan berbeda."
Seperti dua gelas yang memiliki ketinggian air yang berbeda."
Perhatikan dua benda yang bermuatan listrik berbeda
Benda yang bermuatan listrik banyak (benda B) dikatan mempunyai potensial tinggi.
Benda yang bermuatan listrik lebih sedikit (benda A) dikatan mempunyai potensial rendah.
Baterai adalah benda yang kedua ujungnya mempunyai potensial berbeda.
"Tegangan listrik adalah beda potensial antara dua titik yang memiliki muatan berbeda."
Seperti dua gelas yang memiliki ketinggian air yang berbeda."
Definisi Tegangan Listrik:
Tegangan listrik adalah beda potensial antara dua titik yang memiliki perbedaan muatan. Tegangan menyebabkan muatan listrik mengalir.
Tegangan listrik adalah beda potensial antara dua titik yang memiliki perbedaan muatan. Tegangan menyebabkan muatan listrik mengalir.
Analogi Tegangan:
- Seperti perbedaan ketinggian air antara dua wadah
- Air mengalir dari wadah tinggi ke rendah → muatan mengalir dari potensial tinggi ke rendah
- Satuan tegangan: Volt (V)
B. Arus Listrik
Analogi dengan Aliran Air:
"arus listrik adalah aliran muatan listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah."
Arus listrik dapat diumpamakan seperti air mengalir dari gelas yang berisi air lebih tinggi ke gelas yang berisi air yang lebih rendah,
dan berhenti aliran air ersebut setelah ketinggian air pada kedua gelas sama
"arus listrik adalah aliran muatan listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah."
dan berhenti aliran air ersebut setelah ketinggian air pada kedua gelas sama
Definisi Arus Listrik:
Arus listrik adalah aliran muatan listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui suatu penghantar.
Arus listrik adalah aliran muatan listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah melalui suatu penghantar.
Analogi Air
Air mengalir dari gelas tinggi ke rendah
Muatan mengalir dari potensial tinggi ke rendah
Muatan mengalir dari potensial tinggi ke rendah
Arah Arus Listrik
Dari kutub positif ke kutub negatif (konvensional)
Elektron mengalir dari negatif ke positif
Elektron mengalir dari negatif ke positif
C. Kuat Arus Listrik
Definisi Kuat Arus:
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang penghantar per satuan waktu.
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang penghantar per satuan waktu.
\[
I = \frac{Q}{t}
\]
\[
Q = I \times t
\]
- \(I\) = kuat arus listrik (Ampere / A)
- \(Q\) = muatan listrik (Coulomb / C)
- \(t\) = waktu (sekon / s)
Satuan Arus:
\(1 \text{ A} = 1 \text{ C/s}\)
Contoh: Arus 2 A berarti 2 Coulomb muatan mengalir setiap detik.
\(1 \text{ A} = 1 \text{ C/s}\)
Contoh: Arus 2 A berarti 2 Coulomb muatan mengalir setiap detik.
Jika pada konduktor tersebut mengalir n buah elektron, total muatan yang mengalir adalah:
\[
Q = n \times t
\]
e = 1,6 × 10–19 C
D. Hambatan Listrik
Definisi Hambatan:
Hambatan listrik adalah perlawanan suatu bahan terhadap aliran arus listrik.
Hambatan listrik adalah perlawanan suatu bahan terhadap aliran arus listrik.
1. Hukum Ohm
\[
V = I \times R
\]
\[
R = \frac{V}{I}
\]
- \(V\) = tegangan (Volt)
- \(I\) = kuat arus (Ampere)
- \(R\) = hambatan (Ohm / \(\Omega\))
2. Hambatan Jenis (Resistivitas)
\[
R = \rho \times \frac{L}{A}
\]
- \(\rho\) = hambatan jenis (\(\Omega \cdot m\))
- \(L\) = panjang konduktor (m)
- \(A\) = luas penampang (m²)
3. Macam-macam Hambatan
Hambatan Tetap
Nilai hambatan tetap (konstan)
Contoh: Resistor tetap, kawat konstan
Contoh: Resistor tetap, kawat konstan
Hambatan Variabel
Nilai hambatan dapat diubah
Contoh: Potensiometer, rheostat
Contoh: Potensiometer, rheostat
Kode Hambatan
Kode warna pada resistor untuk membaca nilai hambatan
Coklat-Hitam-Merah-Emas = 1000 Ω
Coklat-Hitam-Merah-Emas = 1000 Ω
4. Hambatan Listrik Dipengaruhi Suhu
\[
R_T = R_0 (1 + \alpha \times \Delta T)
\]
- \(R_T\) = hambatan pada suhu \(T\)
- \(R_0\) = hambatan pada suhu awal
- \(\alpha\) = koefisien suhu hambatan (/°C)
- \(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)
E. Alat Ukur Listrik
Voltmeter
Mengukur tegangan listrik
Pemasangan: Paralel dengan komponen
Skala: 0 - V max
Cara baca: \(V = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Pemasangan: Paralel dengan komponen
Skala: 0 - V max
Cara baca: \(V = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Amperemeter
Mengukur kuat arus listrik
Pemasangan: Seri dengan komponen
Skala: 0 - A max
Cara baca: \(I = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Pemasangan: Seri dengan komponen
Skala: 0 - A max
Cara baca: \(I = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Ohmmeter
Mengukur hambatan listrik
Pemasangan: Paralel dengan komponen (tanpa tegangan)
Skala: 0 - \(\infty\)
Cara baca: \(R = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Pemasangan: Paralel dengan komponen (tanpa tegangan)
Skala: 0 - \(\infty\)
Cara baca: \(R = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
Cara Membaca Alat Ukur:
- Perhatikan batas ukur yang digunakan
- Perhatikan skala maksimum pada alat
- Baca posisi jarum atau angka yang ditunjukkan
- Hitung dengan rumus: \(\text{Hasil} = \frac{\text{skala terbaca}}{\text{skala maksimum}} \times \text{batas ukur}\)
F. Rangkaian Hambatan Seri dan Paralel
Rangkaian Seri
\[
R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
\]
Karakteristik:
Karakteristik:
- Arus sama: \(I_1 = I_2 = I\)
- Tegangan total: \(V = V_1 + V_2\)
- \(R_{total} > R_{terbesar}\)
Rangkaian Paralel
\[
\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + ...
\]
Karakteristik:
Karakteristik:
- Tegangan sama: \(V_1 = V_2 = V\)
- Arus total: \(I = I_1 + I_2\)
- \(R_{total} < R_{terkecil}\)
G. Hukum Kirchoff
Hukum I Kirchoff (KCL)
"Jumlah arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar."
\[ \sum I_{masuk} = \sum I_{keluar} \]
Contoh: \(I_1 = I_2 + I_3\)
\[ \sum I_{masuk} = \sum I_{keluar} \]
Contoh: \(I_1 = I_2 + I_3\)
Hukum II Kirchoff (KVL)
"Jumlah tegangan dalam suatu loop tertutup sama dengan nol."
\[ \sum V = 0 \]
\(\sum \varepsilon + \sum IR = 0\)
(perhatikan tanda + dan −)
\[ \sum V = 0 \]
\(\sum \varepsilon + \sum IR = 0\)
(perhatikan tanda + dan −)
Aturan Tanda Hukum II Kirchoff:
- GGL (\(\varepsilon\)): positif jika searah loop, negatif jika berlawanan
- IR: positif jika searah loop, negatif jika berlawanan
H. Rangkaian Hambatan Majemuk
Penyelesaian dengan Loop:
Rangkaian hambatan majemuk diselesaikan dengan Hukum I dan II Kirchoff.
Langkah-langkah:
Rangkaian hambatan majemuk diselesaikan dengan Hukum I dan II Kirchoff.
Langkah-langkah:
- Tentukan arah loop pada setiap rangkaian tertutup
- Tuliskan persamaan loop berdasarkan Hukum II Kirchoff
- Gunakan Hukum I Kirchoff (\(I_1 + I_2 + I_3 = 0\))
- Selesaikan sistem persamaan untuk mencari arus
Persamaan Loop:
\[
\sum \varepsilon + \sum IR = 0
\]
Hukum I Kirchoff: \[ I_1 + I_2 + I_3 = 0 \]
Hukum I Kirchoff: \[ I_1 + I_2 + I_3 = 0 \]
I. Contoh Soal Literasi
Literasi:
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep listrik dinamis dalam kehidupan nyata.
Soal-soal berikut disajikan dalam bentuk cerita kehidupan sehari-hari untuk melatih kemampuan literasi sains dan penerapan konsep listrik dinamis dalam kehidupan nyata.
Soal Literasi 1 (Hukum Ohm)
Cerita:
Sebuah lampu pijar dihubungkan ke sumber tegangan 12 V. Arus yang mengalir 2 A.
Berapa hambatan lampu tersebut?
Sebuah lampu pijar dihubungkan ke sumber tegangan 12 V. Arus yang mengalir 2 A.
Berapa hambatan lampu tersebut?
\(\Omega\)
Jawaban Benar:
\(R = 6\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R = \frac{V}{I} = \frac{12}{2} = 6\) \(\Omega\)
\(R = 6\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R = \frac{V}{I} = \frac{12}{2} = 6\) \(\Omega\)
Soal Literasi 2 (Rangkaian Seri)
Cerita:
Dua lampu dengan hambatan 4 \(\Omega\) dan 6 \(\Omega\) disusun seri. Rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan 20 V.
Berapa arus yang mengalir dalam rangkaian?
Dua lampu dengan hambatan 4 \(\Omega\) dan 6 \(\Omega\) disusun seri. Rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan 20 V.
Berapa arus yang mengalir dalam rangkaian?
A
Jawaban Benar:
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(R_{total} = 4 + 6 = 10\) \(\Omega\)
\(I = \frac{V}{R} = \frac{20}{10} = 2\) A
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(R_{total} = 4 + 6 = 10\) \(\Omega\)
\(I = \frac{V}{R} = \frac{20}{10} = 2\) A
Soal Literasi 3 (Rangkaian Paralel)
Cerita:
Dua lampu dengan hambatan 6 \(\Omega\) dan 12 \(\Omega\) disusun paralel. Rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan 12 V.
Berapa arus total yang mengalir?
Dua lampu dengan hambatan 6 \(\Omega\) dan 12 \(\Omega\) disusun paralel. Rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan 12 V.
Berapa arus total yang mengalir?
A
Jawaban Benar:
\(I_{total} = 3\) A
Penyelesaian:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{2 + 1}{12} = \frac{3}{12} = \frac{1}{4}\)
\(R_{total} = 4\) \(\Omega\)
\(I = \frac{V}{R} = \frac{12}{4} = 3\) A
\(I_{total} = 3\) A
Penyelesaian:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{2 + 1}{12} = \frac{3}{12} = \frac{1}{4}\)
\(R_{total} = 4\) \(\Omega\)
\(I = \frac{V}{R} = \frac{12}{4} = 3\) A
J. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola.
Skor Anda
0 / 9
1 Kuat Arus
Muatan 12 C mengalir melalui kawat dalam waktu 3 s. Berapa kuat arus?
A
Jawaban Benar:
\(I = 4\) A
Penyelesaian:
\(I = \frac{Q}{t} = \frac{12}{3} = 4\) A
\(I = 4\) A
Penyelesaian:
\(I = \frac{Q}{t} = \frac{12}{3} = 4\) A
2 Hukum Ohm
Hambatan 8 \(\Omega\) dihubungkan ke sumber tegangan 16 V. Berapa arus yang mengalir?
A
Jawaban Benar:
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(I = \frac{V}{R} = \frac{16}{8} = 2\) A
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(I = \frac{V}{R} = \frac{16}{8} = 2\) A
3 Rangkaian Seri
Dua resistor 3 \(\Omega\) dan 6 \(\Omega\) disusun seri dengan tegangan 18 V. Berapa arus total?
A
Jawaban Benar:
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(R_{total} = 3 + 6 = 9\) \(\Omega\)
\(I = \frac{18}{9} = 2\) A
\(I = 2\) A
Penyelesaian:
\(R_{total} = 3 + 6 = 9\) \(\Omega\)
\(I = \frac{18}{9} = 2\) A
4 Rangkaian Paralel
Dua resistor 6 \(\Omega\) dan 12 \(\Omega\) disusun paralel dengan tegangan 12 V. Berapa arus total?
A
Jawaban Benar:
\(I = 3\) A
Penyelesaian:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{3}{12} = \frac{1}{4} \Rightarrow R_{total} = 4\) \(\Omega\)
\(I = \frac{12}{4} = 3\) A
\(I = 3\) A
Penyelesaian:
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{6} + \frac{1}{12} = \frac{3}{12} = \frac{1}{4} \Rightarrow R_{total} = 4\) \(\Omega\)
\(I = \frac{12}{4} = 3\) A
5 Hambatan Jenis
Kawat tembaga panjang 2 m, luas penampang 0,5 mm² (\(5 \times 10^{-7}\) m²).
Hambatan jenis tembaga \(1,7 \times 10^{-8}\) \(\Omega \cdot m\).
Berapa hambatan kawat?
\(\Omega\)
Jawaban Benar:
\(R = 0,068\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R = \rho \times \frac{L}{A} = 1,7 \times 10^{-8} \times \frac{2}{5 \times 10^{-7}} = 1,7 \times 10^{-8} \times 4 \times 10^6 = 0,068\) \(\Omega\)
\(R = 0,068\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R = \rho \times \frac{L}{A} = 1,7 \times 10^{-8} \times \frac{2}{5 \times 10^{-7}} = 1,7 \times 10^{-8} \times 4 \times 10^6 = 0,068\) \(\Omega\)
6 Hukum I Kirchoff
Pada titik cabang, arus masuk \(I_1 = 8\) A dan \(I_2 = 4\) A. Arus keluar \(I_3\) dan \(I_4 = 3\) A.
Berapa \(I_3\)?
A
Jawaban Benar:
\(I_3 = 9\) A
Penyelesaian:
\(\sum I_{masuk} = \sum I_{keluar}\)
\(8 + 4 = I_3 + 3\)
\(12 = I_3 + 3 \Rightarrow I_3 = 9\) A
\(I_3 = 9\) A
Penyelesaian:
\(\sum I_{masuk} = \sum I_{keluar}\)
\(8 + 4 = I_3 + 3\)
\(12 = I_3 + 3 \Rightarrow I_3 = 9\) A
7 Hukum II Kirchoff
Sebuah loop memiliki GGL 12 V dan hambatan 4 \(\Omega\). Arus mengalir searah loop.
Berapa arus dalam loop? (anggap tidak ada hambatan lain)
A
Jawaban Benar:
\(I = 3\) A
Penyelesaian:
\(\sum \varepsilon + \sum IR = 0\)
\(12 - I \times 4 = 0 \Rightarrow I = 3\) A
\(I = 3\) A
Penyelesaian:
\(\sum \varepsilon + \sum IR = 0\)
\(12 - I \times 4 = 0 \Rightarrow I = 3\) A
8 Rangkaian Majemuk
Dalam rangkaian majemuk, \(I_1 = 5\) A, \(I_2 = 3\) A. Berapa \(I_3\) jika \(I_1 = I_2 + I_3\)?
A
Jawaban Benar:
\(I_3 = 2\) A
Penyelesaian:
\(I_1 = I_2 + I_3 \Rightarrow 5 = 3 + I_3 \Rightarrow I_3 = 2\) A
\(I_3 = 2\) A
Penyelesaian:
\(I_1 = I_2 + I_3 \Rightarrow 5 = 3 + I_3 \Rightarrow I_3 = 2\) A
9 Hambatan dan Suhu
Hambatan kawat pada 20°C adalah 10 \(\Omega\). Koefisien suhu hambatan 0,004/°C.
Berapa hambatan pada 70°C?
\(\Omega\)
Jawaban Benar:
\(R_T = 12\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R_T = R_0 (1 + \alpha \times \Delta T) = 10(1 + 0,004 \times 50) = 10(1 + 0,2) = 12\) \(\Omega\)
\(R_T = 12\) \(\Omega\)
Penyelesaian:
\(R_T = R_0 (1 + \alpha \times \Delta T) = 10(1 + 0,004 \times 50) = 10(1 + 0,2) = 12\) \(\Omega\)