Elektrodinamika

ELEKTRODINAMIKA

PETA KONSEP

Arus listrik

Listrik Dinamis

Hambatan Jenis

Hukum Ohm

Kondukti vitas

Rangkaian Hambatan

Hukum I Kirchoff

Paralel

Seri Rangkaian listrik

Klik

Menentukan arus listrik dan arus elektron.

Klik

Klik

Arah arus listrik

Arah elektron

Arus lisrik adalah aliran muatan positif dari potensial tinggi ke potensial rendah Arus elektron adalah aliran elektron dari potensial rendah ke potensial tinggi

Menentukan syarat arus listrik dapat mengalir pada suatu rangkaian

Rangkaian Tertutup

Rangkaian Terbuka

• Mengapa Lampu mati ?

• Mengapa Lampu menyala ?

Dalam rangkaian apa agar Arus listrik dapat mengalir ?

Aliran arus listrik Benda A Potensial tinggi

Benda B Potensial rendah

Arus listrik Konduktor

Arus elektron

Ketika benda A dan B memiliki jumlah dan jenis muatan muatan yang sama maka kedua benda dapat dikatakan telah memiliki potensial yang bagaimana ? Arus listrik dapat mengalir jika ada beda potensial Umpan Balik: Dua syarat agar arus listrik dapat mengalir adalah....

Kuat Arus Listrik

P

Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan yang mengalir pada penghantar tiap detik.

Q I t 1 A = 1 C/s

I = Kuat arus listrik ( Ampere ) Q = muatan ( Coulomb ) t = waktu ( secon

Hitung berapa banyak muatan positif yang melewati titik P dalam 10 sekon Klik warna hijau ( mulai ) Klik warna merah ( berhenti )

)

Satu Ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar 1 coulomb yang mengalir dalam penghantar selama satu sekon

Contoh • Sebuah akumulator pada kutub-kutubnya dihubungkan pada terminal lampu jika kuat arus yang mengalir pada lampu 0,5 A dan lampu dinyalakan selama 2 menit berapakah muatan listrik yang telah melewati lampu ? Diketahui I = ……………… A t = ……………… s Jawab Q = ………… x ……………. = ………….x ……………. = …………………………. C

Pengukuran Kuat arus listrik

Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik Pemasangan Amperemeter dalam rangkaian listrik disusun secara seri ( tidak bercabang )

Cara membaca Amperemeter skala maksimum skala yang ditunjuk jarum skala batas ukur

Nilai yang ditunjuk jarum Nilai yang terukur =

x Batas ukur Nilai maksimum 34 100

X1

= 0,34 A

Beda Potensial Listrik Benda A Potensial tinggi

Benda B Potensial rendah Konduktor Arus elektron Arus listrik

Benda C Potensial rendah

Benda D Potensial tinggi Konduktor

Arus elektron

Arus listrik

W V Q V = Beda Potensial ( Volt )

Q = Muatan ( Coulomb ) Benda D Potensial tinggi Konduktor

Arus elektron

Energi yang diperlukan untuk memindah muatan listrik tiap satuan muatan

W = Energi ( Joule )

Arus listrik Benda C Potensial rendah

Definisi Beda potensial listrik

1 Volt = 1J/C Satu volt didefinisikan untuk memindah muatan listrik sebesar 1 Coulumb memerlukan energi sebesar 1 Joule.

Contoh • Sebuah baterai memiliki beda potensial sebesar 1,5 volt jika baterai digunakan untuk menyalakan lampu maka sejumlah 50 coulomb muatan listrik yang melewati lampu. Berapakah besar energi yang dikeluarkan baterai Diketahui V = ………………… Jawab Q = …………………. W = ………….. X …………….. Ditanya = ………….. X …………….. W=? = ………………… J

Pengukuran Beda Potensial • Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik ( tegangan ) • Pemasangan voltmeter dalam rangkaian listrik disusun secara parallel seperti gambar.

Klik

Cara Membaca Voltmeter Skala yang ditunjuk jarum Skala maksimum Batas ukur

Nilai yang terukur = ….

HUKUM OHM 0,40 0,20 0,54

1,2 2,6 4,0

Dari tabel data dapat kita ketahui jika beda potensial diperbesar maka kuat arus listriknya juga turut membesar.

Jml Baterai 1 2 3

V

I

Hubungan apa yang didapatkan antara beda potensial dengan kuat arus listrik? Buatlah grafik hubungan antara beda potensial dengan kuat arus listrik.

Grafik Hubungan Beda potensial (V) terhadap kuat arus listrik ( I )

Data

V 1,2 2,6 4,0

V(volt) 5,0 4,0

I 0,2 0,4 0,54

V ~ I V = IR

3,0 2,0

1,0

V = Beda potensial ( volt ) I( A) I = Kuat arus listrik ( A ) 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

R = Hambatan ( Ω )

Grafik Hubungan Hambatan (R) terhadap kuat arus listrik ( I )

Data R 10

R(Ω)

20

30

40

I 1,0 0,5 0,3 0,25

50 40

Jika V dibuat tetap = 10 V

10 10 10 I2 = 20 10 I3 = 30 10 I4 = 40

V R V I2 = R V I3 = R V I4 = R I( A)

30 20 10

0,25

0,50

0,75

1,0

I1 = 1,0 A

I1 =

I1 =

1,5

R

I2 = 0,5 A I3 = 0,3 A I4 = 0,25 A

V

=

I

Tujuan :

Menyelidiki faktor yang mempengaruhi besar hambatan kawat

1 B A Variabel manipulasi

: panjang kawat

Variabel respon

: hambatan kawat

Variabel kontrol

: jenis kawat, luas penampang kawat

IA > IB

RA < RB lA < lB

Semakin panjang kawat maka hambatan kawat semakin besar Hambatan kawat sebanding dengan panjang kawat.

R~ℓ

2

A

B

Tembaga

Alluminium

Variabel manipulasi

: jenis kawat

Variabel respon

: Hambatan

Variabel kontrol

: panjang, luas penampang kawat

IA < IB RA > RB rAℓ > rCu

Semakin besar hambatan jenis kawat maka hambatan kawat semakin besar

Hambatan kawat sebanding dengan hambatan jenis kawat.

R ~ r

3

A

B IA < IB

Variabel manipulasi

: luas penampang kawat

Variabel respon

: hambatan kawat

Variabel kontrol

: jenis kawat, panjang kawat

RA > RB AA < AB

Semakin besar luas penampang kawat maka hambatan kawat semakin kecil

Hambatan kawat berbanding terbalik dengan luas penampang kawat.

R~ 1 A

Faktor yang mempengaruhi besar hambatan pada kawat adalah : 1. Panjang kawat ( l ) 2. Luas penampang kawat ( A ) 3. Hambatan jenis kawat ( r )

 R ρ A

R

= Hambatan (Ω )

l

= Panjang kawat ( m )  Luas penampang kawat ( m2 )

A

r

= Hambatan jenis kawat ( Ω m )

Konduktor dan Isolator

Kayu isolator

Klik

Plastik isolator kayu

Alluminium konduktor

plastik alluminium Besi konduktor besi tembaga

Tembaga konduktor

Hukum I Kirchoff • Jumlah kuat arus yang masuk titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang meninggalkan titik cabang tersebut. • I = I1 + I2 + I3 • Σ Imasuk = Σ Ikeluar

Hukum I Kirchoff Rangkaian seri

L1

L2

Berapakah kuat arus yang mengalir pada lampu 1 dan lampu 2 Pada rangkaian tidak bercabang ( seri ) kuat arus listrik dimana-mana sama

Rangkaian Paralel

L2

L1

Apakah ketiga amperemeter menunjukkan angka yang sama ? Pada rangkaian bercabang (Paralel) Jumlah kuat arus I = I1 + I2 + I3 listrik yang masuk pada titik cabang sama dengan Σ Imasuk = Σ Ikeluar jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang

Hukum II Kirchoff • Pada rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (GGL) dengan jumlah aljabar dari penurunan tegangan sama dengan nol

Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

ΣE + Σ(I.R) = 0 Keterangan : E = ggl sumber arus dalam volt I = kuat arus dalam ampere R = hambatan dalam ohm

Jika pada rangkaian hanya ada satu sumber tegangan maka:

E = I(R+r) Atau dapat dituliskan : E I = ---------(R+r)

Keterangan : E = ggl sumber arus dalam volt I = kuat arus dalam A r = hambatan dalam sumber arus dalam ohm R = hambatan luar atau penghambat dalam ohm

Klik

Contoh

Pada titik cabang Q

1. Perhatikan rangkaian di bawah dan tentukan nilai I1, I2, I3 ?

10 A + I1 = I2

10A P I = 40 A

25A

10 A + 5 A = I2

Q I2 S I1

Jawab Pada titik cabang P

I3

15 A = I2

Pada titik cabang S

I = 10 A + I1 + 25 A

I2 + 25 A = I3

40 A = 10 A + I1 + 25 A

15 A + 25 A = I3

40 A = 35 A + I1 I1 = 40 A - 35 A I1 = 5 A

40 A = I3

1. Tentukanlah kuat arus I1 sampai dengan I6 ? 3. Perhatikan rangkaian di bawah dan tentukan nilai I1 sampai I7 ? 50 mA I1 I2 I3 I4 30mA I I6 5 23mA I 7

15 mA 2.

I2

I = 20 A I1

I4

I3

12 A

I1 I3 I2

Jika I1 = I2 I3 : I4 = 1 : 2 dan I5 = 2 I6 Jika I1 : I2 = 1 : 4 dan I1 : I2 = 1 : 3 Tentukan I1 sampai I4 ?

I5 I4

I6

Susunan seri pada Hambatan a

R1

b

Vab a

R2

c

Vbc Rs Vad

Vad = Vab +

Vbc + Vcd

I Rs = I R1 + I R2 + I R3 Rs = R1 + R2 + R3

R3

d

Vcd d

Susunan Paralel pada Hambatan I1 R1 I

a

I2 R2

I3 I

a

I= Vab b

R3 Rp Vab

b

RP

=

I1 + Vab R1

I2 + I3 Vab Vab + + R3 R2

1 1 1 1 = + + RP R1 R2 R3

Contoh • Tentukan hambatan pengganti pada rangkaian di bawah

1 2Ω 3Ω

2

4Ω 5Ω

3Ω 2Ω 4Ω

6Ω

4Ω

4Ω

3Ω

RP: 2 Ω

3Ω

3Ω

Rs = R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7 Rs =2+4+3+2+4+5+3 Rs =23 Ω

1 1 = + RP R1 1 = 1 + RP 6 1 1 = + RP 6 3 1 = RP 6 RP = 2 Ω

1 R2 1 3 2 6

Rs = R1+RP+R2 Rs = 4+2+3 Rs = 9 Ω

Perhatikan gambar di bawah

a

I1 R1 4Ω

a I

6Ω b

R3

I2

3Ω

c

R2

V I R

c

I

18 volt

Vab = 3 x 4

I

3A

Vab = I R3 Vab = 12 V

6Ω

Vbc = I1 R1

b V = 18 volt

1 1 I1 : I 2 = : R1 R2

Tentukan 1 1 a.Kuat arus total I1 : I2 = : 6 3 b.Kuat arus I1 dan I2 c.Tegangan ab dan tegangan bc I : I = 1 : 2 1 2 1 1 1 Rs = R3 + Rp = + 1 x I RP R1 R2 I1 = Rs = 4 + 2 3 1 1 1 Rs = 6Ω 1 x RP = 6 + 3 I1 = 3 3 1 3 RP = 2 Ω I1 = 1 A = RP 6

Vbc = 1 x 6 Vbc = 6 V atau

Vbc = I2 R2 x6 Vbc = 2 x 3

Vbc = 6 V

2 x I I2 = 3 2 x I2 = 3 3 I2 = 2 A

Latihan

2 2Ω a 2Ω

1 Tentukan a. Hambatan pengganti b. Kuat arus total c. Kuat arus I1 dan I2 d. Tegangan Vab

b 4Ω c 4Ω

2Ω d

2Ω e

2Ω f 2Ω 2Ω

V = 12 V

a I

2Ω

I1

I2

3Ω

4Ω

12 V 1Ω

4Ω 5Ω

b

Tentukan a. Hambatan pengganti b. Kuat arus tiap hambatan c. Tegangan tiap hambatan

GAYA GERAK LISTRIK (E) • Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujungujung sumber tegangan pada saat tidak mengalirkan arus listrik atau dalam rangkaian terbuka. Pengukura ggl V

TEGANGAN JEPIT (V) • Tegangan jepit adalah beda potensial antara ujung – ujung sumber tegangan saat mengalirkan arus listrik atau dalam rangkaian tertutup . Pengukura Tegangan Jepit

V

Susunan Seri GGL

Susunan Paralel GGL E

r E

E

E

r

r

r

E r E

r

Etotal = n E rtotal = n r E = ggl ( volt) r = hambatan dalam ( Ω )

n = jumlah baterai

Etotal = E r rtotal = n

Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup Untuk sebuah ggl R

p

q

Hubungan ggl dengan tegangan jepit

I

E = Vpq + I r E,r

Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian

E I R r Tegangan jepit Vpq = I R

I = Kuat arus ( A ) E = ggl ( volt ) R = hambatan luar ( Ω ) r = hambatan dalam ( Ω ) Vpq = tegangan jepit ( volt )

LATIHAN Tiga buah elemen yang dirangkai seri masing – masing memiliki GGL 4 V dan hambatan dalam 0,2 Ω, dirangkai dengan hambatan luar seperti gambar Tentukan : a. Hambatan luar b. Kuat arus total ( I ) c. Kuat arus I1 dan I2 d. Tegangan Vab, Vbc e. Tegangan jepit

I1 6 Ω a 3Ω I

b I2

c 4Ω

E

E

E

r

r

r

V=4V r = 0,2 Ω

ENERGI & DAYA LISTRIK • Besarnya energi listrik yang diperlukan oleh alat listrik R = usaha yang memindahkan muatan listrik Q dari A ke B yang beda potensialnya V yaitu : W=Q.V W = (I.t) . V W=V.I.T Sesuai dg hukum Ohm, V = I . R maka : W = I2 . R. t W = V2 / R . T W = Energi listrik (J) V = Beda potensial (V)

• Daya listrik (P) dinyatakan sebagai besarnya energi listrik tiap satuan waktu P=W/t P = V. I P = I2 . R P = V2 / R P = daya listrik (watt)