Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas IX
126
suhu dan tidak mengalami polarisasi. Akibatnya, sel Weston banyak digunakan untuk mengukur beda potensial.
b. Sel Sekunder
Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi ulang ketika muatannya telah habis. Hal ini disebabkan oleh sel
elektrokimia yang menjadi penyusunnya tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi meskipun telah mengeluarkan
sejumlah energi melalui rangkaian-rangkaian luarnya. Agar dapat bekerja dengan baik, maka pada pertama kali sel harus
dimuati terlebih dahulu dengan cara melewatkan arus listrik dari sumber lain menuju sel. Dalam kehidupan sehari-hari, sel
sekunder yang sering digunakan adalah akumulator aki.
Aki terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal dioksida yang bertindak sebagai elektroda positif dan timbal
sebagai elektroda negatif. Setiap pasangan memberikan beda potensial 2 volt. Aki dirangkai seri sehingga dapat
menghasilkan beda potensial yang lebih besar. Dalam sel ini, kepingan-kepingan timbal dan timbal dioksida dicelupkan
ke dalam larutan elektrolit asam sulfat sekitar 30.
Pada saat aki digunakan, konsentrasi larutan elektrolit berkurang dan mengakibatkan tidak adanya beda potensial
pada kedua elektroda. Aki membutuhkan pengisian ulang jika arus listrik tidak lagi mengalir.
Untuk mengisinya, pastikan berada dalam keadaan kosong. Arus listrik dialirkan berlawanan arah dengan arah
arus listrik yang dihasilkan aki. Kapasitas aki diukur dalam satuan ampere-jam ampere-hour disingkat Ah. Kapasitas aki
40 Ah, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1 Ampere atau selama 20 jam pada arus 2 A, dan seterusnya,
sebelum aki diisi ulang. Alat yang digunakan untuk memeriksa muatan aki dinamakan hidrometer.
Gambar 8.7 Akumulator
kutub positif kutub negatif
lubang angin sel konektor
elektroda positif
elektroda negatif larutan elektrolit
kotak pelindung
sel pembagi Sumber:
Encarta 2005
Pikirkanlah
Mengapa pada saat pengisian aki, arus
listrik harus dialirkan berlawanan arah
dengan arah arus listrik yang dihasilkan
aki? Jelaskan
Bab 8 - Listrik Dinamis
127 B. Beda
Potensial
Telah disebutkan bahwa dalam suatu penghantar, arus listrik mengalir dari tempat yang potensialnya tinggi ke
tempat yang potensialnya rendah. Selisih potensial antara dua tempat dalam penghantar ini disebut dengan beda
potensial. Dalam Sistem Internasional, satuan beda potensial adalah volt V.
Beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak mengalirkan arus
adalah gaya gerak listrik ggl, dinotasikan ε. Sedangkan, beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik
ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik disebut tegangan jepit, dilambangkan V. Nilai V berubah-ubah
bergantung pada nilai hambatan bebannya. Hubungan antara ggl dengan sumber tegangan jepit dirumuskan
sebagai berikut: Gaya gerak listrik yang bekerja pada sebuah elemen
adalah 9 volt dengan hambatan dalam 1 ohm. Jika elemen tersebut dihubungkan dengan sebuah lampu pijar 2
ohm, berapa kuat arus yang mengalir pada lampu dan tegangan jepitnya?
Penyelesaian: Diketahui : ε = 9 V; r = 1 ohm; dan R = 2 ohm
Ditanya : I dan V Jawab:
I = ——— = ——– = 3 A
V = IR = 3 A ⋅ 2 ohm = 6 V Jadi, kuat arus yang mengalir adalah 3 A dan tegangan
jepitnya adalah 6 V. ε
R + r 9
2 + 1
Contoh:
V = ε – I R
I
nfo
Gaya gerak listrik
ε
adalah beda potensial antara kutub-kutub
sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan
tidak mengalirkan arus, sedangkan tegangan jepit
V adalah beda potensial antara kutub-kutub
suatu elemen listrik ketika saklar ditutup dan
mengalirkan muatan listrik.
dan tegangan jepit dapat dihitung dengan hambatan luar: V = I R
Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas IX
128
ε – I r = I R ε = I R + I r, sehingga
ε = I R + r, atau I = –——– ε
R + r Dari kedua persamaan di atas, maka:
Sebuah aki mempunyai ggl sebesar 15 volt dan hambatan luarnya 1 ohm. Jika arus yang mengalir sebesar 10 A, berapa tegangan jepit pada kedua kutub aki?
M
enguji Diri
Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial adalah voltmeter. Jarum pada voltmeter akan bergerak jika
digunakan untuk mengukur rangkaian listrik yang memiliki beda potensial. Besarnya beda potensial rangkaian listrik
yang diukur ditunjukkan oleh jarum voltmeter.
Pada rangkaian listrik yang akan diukur, voltmeter dipasang secara paralel. Untuk lebih memahaminya, ayo
lakukan kegiatan berikut.
Kerjakanlah secara berkelompok. Tujuan :
Mengenal cara kerja voltmeter dan mengukur
beda potensial. Alat dan bahan : Sebuah voltmeter, sebuah
baterai, sebuah bola lampu kecil, dan enam
buah penjepit buaya. Aktivitas Siswa
baterai
voltmeter dipasang paralel arus listrik
Gambar 8.8 Cara mengukur beda potensial
Sumber: Encarta 2005
Langkah kerja: 1. Buatlah rangkaian alat seperti pada Gambar 8.8 Apakah bola lampu
menyala? 2. Lepaskan salah satu penjepit yang menghubungkan baterai dengan
voltmeter Amati yang terjadi pada bola lampu dan jarum voltmeter 3.
Hubungkan kembali ujung penjepit yang dilepas pada langkah 2 dan amati yang terjadi
4. Buatlah kesimpulan dari kegiatan ini
Bab 8 - Listrik Dinamis
129
dengan: V = beda potensial volt, V I = kuat arus listrik ampere, A
R = hambatan Ohm, Ω R = — atau V = IR
V I
Hambatan sebuah setrika listrik yang dipakai pada tegangan 220 V adalah 40 Ω. Berapakah kuat arus listrik
yang harus dialirkan pada penghantar agar setrika tersebut dapat berfungsi?
Penyelesaian: Diketahui : V = 220 V ; R = 40 Ω.
Ditanya : I
Contoh:
Perhatikan rangkaian yang kamu buat dalam dua eksperimen yang telah kamu lakukan dalam pelajaran ini.
Rangkaian yang dibuat untuk mengukur beda potensial berbeda dengan rangkaian yang dibuat untuk mengukur
arus listrik. Untuk mengukur beda potensial, voltmeter dipasang secara paralel dengan baterai yang akan diukur
beda potensial antara kutub-kutubnya. Sedangkan, untuk mengukur arus listrik, amperemeter dirangkai seri dengan
baterai dan lampunya.
C. Hambatan
Pada 1927, seorang fisikawan Jerman bernama George Simon Ohm
melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil
penelitiannya, Ohm membuat suatu grafik beda potensial terhadap arus listrik. Ternyata, grafik tersebut membentuk
suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik pusat koordinat 0, 0. Dari grafik ini, Ohm menemukan
bahwa kemiringan grafik sama dengan besar hambatan rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut.
Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm,
yang berbunyi: “Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada
penghantar tersebut”.
Kesimpulan ini dapat dirumuskan dengan persamaan:
S
ahabatku, Ilmuwan
George Simon Ohm 1787 - 1854
adalah ahli fisika Jerman yang
terkenal dengan penelitiannya
tentang arus listrik. Ia dilahirkan di
Erlangen dan menempuh
pendidikan di University of
Erlangen. Dari 1833 sampai
1849, ia menjabat sebagai direktur
Polytechnic Institute of Nürnberg, dan
dari 1852 sampai akhir hayatnya, ia
menjadi profesor fisika di University
of Munich. Perumusannya
tentang hubungan antara arus listrik,
tegangan, dan hambatan dikenal
sebagai Hukum Ohm yang menjadi
hukum dasar listrik dinamis.
Ilmu Pengetahuan Alam untuk SMPMTs Kelas IX
130
1. Sebuah kawat yang memiliki hambatan 5 ohm diberi
beda potensial 12 V. Hitunglah kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut
2. Sebuah lampu senter dengan hambatan 3 ohm menyala setelah dialiri arus sebesar 6 A. Berapakah
beda potensial antara ujung-ujung baterai yang digunakan pada senter tersebut?
M
enguji Diri
Jawab: V = IR ⇔ I = —
⇔ I = ———– = 5,5 A Jadi, arus listrik yang diperlukan setrika tersebut adalah
sebesar 5,5 A.
1. Pengaruh Hambatan terhadap Jenis Bahan Hambatan yang dimiliki oleh suatu bahan penghantar
ternyata dapat mempengaruhi kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Hambatan yang besar pada suatu
bahan menyebabkan bahan tersebut sukar mengalirkan arus listrik, sedangkan bahan yang hambatannya kecil
akan lebih mudah mengalirkan arus listrik. Berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, bahan
dibedakan menjadi konduktor, isolator, semi konduktor, dan super konduktor.
a. Konduktor