Materi Listrik Dinamis PENINGKATAN KETERAMPILAN PROSES DAN HASIL BELAJAR SISWA KELAS X SMA NEGERI 1 REMBANG, PURBALINGGA MELALUI MODEL PEMBELAJARAN KOOPERATIF TIPE JIGSAW

ƒ Dengan eksperimen siswa terlatih menggunakan metode ilmiah dalam menghadapi segala masalah, sehingga tidak mudah percaya pada sesuatu yang belum pasti kebenarannya. ƒ Siswa lebih aktif dalam berpikir dan berbuat. Siswa lebih banyak aktif belajar sendiri, sementara guru hanya bertindak sebagai fasilitator. ƒ Siswa dalam melaksanakan proses eksperimen di samping memperoleh ilmu pengetahuan, juga menemukan pengalaman praktis serta berbagai keterampilan, misalnya keterampilan menggunakan alat-alat percobaan. ƒ Dengan eksperimen, siswa membuktikan sendiri kebenaran suatu teori, sehingga akan mengubah sikap mereka terhadap peristiwa-peristiwa yang tidak masuk akal.

2.5 Materi Listrik Dinamis

2.5.1 Kuat Arus Listrik Pada Rangkaian Tertutup Rangkaian listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup. Arus listrik hanya dapat mengalir pada rangkaian listrik tertutup. + ‐ Gambar 2.3 a Rangkaian Listrik Terbuka b Rangkaian Listrik Tertutup lampu S lampu S + ‐ I a b Pada Gambar 2.3a, lampu pada rangkaian listrik terbuka tidak menyala sedangkan pada Gambar 2.3b, lampu pada rangkaian listrik tertutup menyala. Hal ini disebabkan arus listrik hanya dapat mengalir pada rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik tertutup yaitu suatu rangkaian yang bermula dari suatu titik, berkeliling dan akhirnya kembali lagi ke titik tersebut. Arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Pergerakan muatan ini terjadi pada bahan yang disebut konduktor. Konduktor bisa berupa logam, gas, atau larutan, sedangkan pembawa muatannya sendiri tergantung pada jenis konduktor, yaitu pada: ƒ logam, pembawa muatannya adalah elektron-elektron, ƒ gas, pembawa muatannya adalah ion positif dan elektron, ƒ larutan, pembawa muatannya adalah ion positif dan ion negatif. Kuat arus listrik adalah jumlah total muatan yang mengalir melalui suatu penampang persatuan waktu pada suatu titik. Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah: Keterangan: I : kuat arus listrik coulomb sekon = ampere = A Q : muatan listrik coulomb A q q q q Gambar 2.4 Segmen Kawat Penghantar Berarus t : waktu sekon Arus listrik dapat terjadi karena muatan positif yang bergerak ataupun karena muatan negatif yang bergerak. Arah arus listrik adalah arah aliran muatan positif. Jika muatan yang bergerak adalah muatan negatif seperti elektron dalam logam misalnya, maka arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu rangkaian tertutup. Beda potensial yaitu selisih potensial antara dua terminal ujung rangkaian listrik. Arah arus listrik adalah dari titik berpotensial listrik tinggi ke titik berpotensial listrik rendah. Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu komponen listrik adalah amperemeter. Sedangkan alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik yang mengalir melalui suatu komponen listrik adalah voltmeter. Amperemeter harus dihubungkan seri dengan komponen listrik yang akan diukur kuat arus listriknya, sedangkan voltmeter harus dihubungkan paralel dengan komponen listrik yang akan diukur beda potensialnya. A Gambar 2.5 Simbol Amperemeter Pada Rangkaian Listrik V Gambar 2.6 Simbol Voltmeter Pada Rangkaian Listrik Umumnya alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik dan beda potensial listrik adalah sebuah multimeter. Terdapat dua jenis multimeter, yaitu multimeter digital dan multimeter analog. Pada multimeter digital, hasil pengukuran dapat langsung terbaca pada layar multimeter. Namun pada multimeter analog, hasil pengukuran tidak dapat langsung terbaca pada layar multimeter. Adapun diagram bagian-bagian dari multimeter digital dan multimeter analog adalah sebagai berikut: A V I + ‐ Gambar 2.7 Amperemeter dan Voltmeter Dalam Rangkaian Listrik Gambar 2.8 a Multimeter Digital b Multimeter Analog a b Untuk nilai kuat arus listrik atau beda potensial yang terukur dapat diketahui dengan persamaan: nilai terukur skala yang ditunjuk skala maksimum batas ukur Contoh: Pengukuran terhadap kuat arus listrik pada suatu komponen listrik menggunakan amperemeter ditunjukkan oleh Gambar 2.10 berikut ini. Gambar 2.9 a Bagian-bagian Multimeter Digital Keterangan: 1 : layar tampilan 2 : tombol range 3 : saklar putar 4 : terminal 1 3 4 2 a Gambar 2.9 b Bagian-bagian Multimeter Analog Keterangan: 1 : papan skala 2 : jarum penunjuk skala 3 : pengatur jarum skala 4 : knop pengatur nol ohm 5 : batas ukur ohmmeter 6 : batas ukur DC volt 7 : batas ukur AC 8 : batas ukur amperemeter 9 : saklar pemilih 10 : test pin positif 11 : test pin negatif b Dari Gambar 2.10 diketahui bahwa, • skala yang ditunjuk = 2,5 • skala maksimum = 5 • batas ukur = 2 A Dengan demikian, nilai kuat arus listrik yang terukur adalah, , Jadi, nilai kuat arus listrik yang terukur adalah 1 A.

2.5.2 Hukum Ohm

George Simon Ohm 1787 – 1854 adalah ilmuwan yang pertama kali menjelaskan hubungan antara kuat arus listrik dan beda potensial listrik. Hasil eksperimen Ohm menunjukkan bahwa arus listrik yang mengalir pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujung-ujung penghantar itu. Artinya, jika beda potensial diperbesar, maka arus listrik yang mengalir juga semakin besar. Sebaliknya, jika beda potensial 0 1 2 3 4 5 2 A 10 A Skala yang ditunjuk Skala maksimum Batas ukur Gambar 2.10 Pengukuran Kuat Arus Listrik Menggunakan Amperemeter A B I I diperkecil, maka arus listrik yang mengalir juga semakin kecil. Hubungan ini dapat dirumuskan sebagai: Besar arus listrik pada suatu rangkaian listrik dipengaruhi oleh besar hambatan listrik. Untuk nilai tegangan tertentu, semakin besar hambatan, maka semakin kecil arus listrik yang mengalir. Ini berarti kuat arus listrik berbanding terbalik dengan besar hambatan listrik dan dapat dirumuskan dengan: Berdasarkan eksperimennya, Ohm memperoleh kesimpulan penting yang selanjutnya dikenal sebagai hukum Ohm, yang menyatakan bahwa: ”Kuat arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar dan berbanding terbalik dengan hambatan listriknya, dengan syarat suhunya konstan”. Secara matematis, hukum Ohm dapat dirumuskan dengan: Berdasarkan persamaan di atas, besar hambatan listrik adalah: Jadi, satuan hambatan juga dapat diturunkan dari satuan beda potensial listrik dibagi dengan satuan kuat arus listrik atau voltampere. Satuan ini setara dengan satuan SI untuk hambatan yaitu ohm Ω, dimana: Jadi, satu ohm adalah hambatan bagi suatu konduktor dimana ketika beda potensial satu volt diberikan pada ujung-ujung konduktor maka kuat arus satu ampere mengalir melalui konduktor tersebut. Hukum Ohm bukan merupakan pernyataan yang universal, tapi hanya sekedar hukum empiris yang menyediakan deskripsi gambaran yang baik bagi sebagian materi tertentu yang mengikuti hukum Ohm yang disebut komponen ohmik. Nilai hambatan R untuk komponen ohmik selalu konstan asalkan suhunya konstan. Sebagian besar jenis logam merupakan contoh komponen ohmik, seperti tembaga, nikrom, perak, dan lain-lain. Untuk materi yang tidak memenuhi hukum Ohm yang disebut komponen non-ohmik, hambatan R tergantung pada beda potensial V, jadi tidak konstan. Yang termasuk komponen non-ohmik antara lain dioda semikonduktor, transistor dan tabung-tabung vakum. Grafik I sebagai fungsi V untuk komponen ohmik dan non-ohmik dapat dilihat pada Gambar 2.11 berikut ini. Gambar 2.11 Grafik I-V Komponen Ohmik dan Non-Ohmik I V Ohmik gradient = 1R non-ohmik non-ohmik R bertambah saat V naik R berkurang saat V naik

2.5.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hambatan Suatu Penghantar

Untuk suatu penghantar dari kawat logam, jika suhu dan sifat-sifat fisik lainnya dijaga konstan, maka hambatan kawat R adalah konstan. Secara umum untuk kawat-kawat logam, makin besar suhu maka makin besar pula hambatan listriknya. Namun untuk kebanyakan logam paduan, hambatannya hanya sedikit dipengaruhi oleh perubahan suhu. Setiap bahan memiliki nilai hambatan jenis masing-masing. Semakin besar hambatan jenis kawat ρ maka semakin besar pula hambatan listriknya R. Atau sebaliknya, semakin kecil nilai hambatan jenis kawat, maka semakin kecil pula hambatan listriknya. Jadi dapat dituliskan, ........................... 1 Kawat penghantar memiliki elemen panjang l. Semakin panjang suatu kawat penghantar, maka hambatan listriknya R juga semakin besar. Sebaliknya, semakin pendek suatu kawat penghantar, maka hambatan listriknya juga semakin kecil. Jadi dapat dituliskan, ........................... 2 A Gambar 2.12 Penampang Melintang Kawat Penghantar l Semakin besar luas penampang kawat A, maka hambatan listriknya R semakin kecil. Sebaliknya, semakin kecil luas penampang kawat, maka hambatan listriknya semakin besar. Jadi dapat dituliskan, ............................ 3 Dari persamaan 1, 2 dan 3 dapat diketahui bahwa nilai hambatan listrik suatu kawat penghantar R dapat diketahui melalui persamaan: Keterangan: R : hambatan listrik Ω : hambatan jenis bahan kawat Ωm l : panjang kawat m A : luas penampang kawat m 2 Hambatan jenis bahan kawat merupakan sifat khas bahan kawat dan tidak bergantung pada ukuran atau bentuk kawat. Berikut ditunjukkan nilai hambatan jenis dari berbagai bahan. Tabel 2.2 Nilai Hambatan Jenis Berbagai Bahan Bahan Hambatan jenis bahan pada suhu 20 C Ωm Konduktor: Alumunium Tembaga Emas Besi 2,82 x 10 -8 1,68 x 10 -8 2,44 x 10 -8 9,71 x 10 -8 Konstantan Nikrom Nikelin Platina Perak Tungsten Semikonduktor: Karbon grafit Germanium murni Silikon murni Isolator: Kaca Kuarsa 49 x 10 -8 100 x 10 -8 7,80 x 10 -8 10,6 x 10 -8 1,59 x 10 -8 5,65 x 10 -8 3,5 x 10 -5 5,0 x 10 -1 6,4 x 10 2 10 10 – 10 14 7,5 x 10 17

2.5.4 Rangkaian Hambatan Seri

Rangkaian seri merupakan suatu penyusunan komponen-komponen listrik di mana semua arus listrik melewati komponen-komponen tersebut secara berurutan. Hubungan seri komponen-komponen listrik serta rangkaian penggantinya dapat dilihat pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14 berikut. Gambar 2.13 Dua Buah Komponen yang Dihubungkan Secara Seri + ‐ a b c R 1 R 2 V Pada rangkaian seri, komponen-komponen listrik dialiri oleh arus listrik yang sama besar. …………… 1 Tegangan antara a dan c adalah …………… 2 Karena V = I R ac , maka …………… 3 Jika terdapat n buah hambatan yang terhubung seri, maka …………… 4 Rangkaian seri sebagai pembagi tegangan Bila diterapkan hukum Ohm pada rangkaian maka akan diperoleh sehingga, atau Gambar 2.14 Rangkaian Pengganti Hubungan Seri + ‐ a c R s V …………… 5 Prinsip rangkaian hambatan seri yaitu: 1. Rangkaian hambatan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan suatu rangkaian. 2. Kuat arus listrik yang melalui tiap-tiap penghambat sama besar, yaitu sama dengan kuat arus listrik yang melalui hambatan penggantinya. I 1 = I 2 = I 3 = … = I seri 3. Tegangan listrik pada ujung-ujung hambatan pengganti seri sama dengan jumlah tegangan pada ujung-ujung tiap penghambat. V seri = V 1 + V 2 + V 3 + … 4. Rangkaian hambatan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan, di mana tegangan pada ujung-ujung tiap penghambat sebanding dengan hambatannya. V 1 : V 2 : V 3 : … = R 1 : R 2 : R 3 : … Jika V 1 + V 2 + V 3 + … = V, maka … … … 2.5.5 Rangkaian Hambatan Paralel Rangkaian paralel merupakan suatu penyusunan komponen-komponen di mana arus listrik terbagi untuk melewati masing-masing komponen secara serentak. Hubungan paralel komponen-komponen listrik serta rangkaian penggantinya dapat dilihat pada Gambar 2.15 dan Gambar 2.16 berikut. Pada rangkaian paralel, komponen-komponen listrik mendapatkan beda potensial yang sama besar. Dengan menggunakan hukum I Kirchoff diperoleh I = I 1 + I 2 atau Dari hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa hambatan gabungan R gab beberapa hambatan yang terhubung secara paralel dapat dituliskan sebagai atau Gambar 2.15 Dua Komponen yang Dihubungkan Secara Paralel + ‐ I I 1 I 2 I 2 I 1 I V R 1 R 2 a b Gambar 2.16 Rangkaian Pengganti Hubungan Paralel + ‐ I I V R p a b Apabila terdapat n buah hambatan yang dihubungkan secara paralel, hambatan penggantinya akan memenuhi persamaan Jika ada n buah resistor yang sama besar dihubungkan secara paralel, maka Prinsip rangkaian hambatan paralel yaitu: 1. Rangkaian paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan suatu rangkaian. 2. Tegangan pada ujung-ujung tiap komponen sama besar, yaitu sama dengan tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti paralelnya. V 1 = V 2 = V 3 = … = V paralel 3. Kuat arus listrik yang melalui hambatan pengganti paralel sama dengan jumlah kuat arus listrik yang melalui tiap-tiap komponen. I paralel = I 1 + I 2 + I 3 + … 4. Rangkaian paralel berfungsi sebagai pembagi arus listrik di mana kuat arus listrik yang melalui tiap-tiap komponen sebanding dengan kebalikan nilai hambatannya. … … Jika I 1 + I 2 + I 3 + … = I, maka

2.6 Kerangka Berpikir