IPA SMP Kelas IX
128
13.
Nilai F akan semakin kecil jika .... a. q
1
dan q
2
tetap b. q
1
tetap dan q
2
diperbesar c. q
2
tetap dan q
1
diperbesar d. r
diperbesar 14. Gaya listrik yang timbul pada
kedua benda yang bermuatan listrik akan menjadi 9 kali gaya
semula jika jarak benda diubah menjadi ... jarak semula.
a. 9 kali
b. 3 kali
c.
1
⁄
3
kali d.
1
⁄
9
kali 15. Gaya listrik yang timbul akan
menjadi 4 kali gaya semula jika muatan listrik masing-masing
benda diubah menjadi .... a. 4 kali muatan semula
b. 2 kali muatan semula c.
1
⁄
2
kali muatan semula d.
1
⁄
4
kali muatan semula
+ –
F F
q
1
q
2
r
II. Jawablah dengan singkat dan jelas
1. Benda A dan B masing-masing bermuatan listrik 4 μC dan 9 μC berada di udara. Jika jarak kedua benda 6 cm dan k = 9 x 10
9
Nm
2
C
2
, berapakah gaya Coulomb yang timbul? 1 μC = 10
–6
C 2. Dua buah benda yang bermuatan listrik positif dan sama besar akan me-
nimbulkan gaya tolak 60 N jika terpisah pada jarak 0,6 m di udara. Hitung besarnya muatan listrik masing-masing benda
3. Dua buah muatan listrik sejenis yang terpisah pada jarak 4 cm tolak-menolak dengan gaya sebesar 10 N. Jika masing-masing muatan tersebut saling
didekatkan 1 cm, berapa besar gaya tolak-menolaknya? 4. Dua buah muatan listrik sejenis di udara tolak-menolak dengan gaya 20 dyne.
Jika muatan I diperbesar 2 kali, muatan II diperkecil 4 kali serta jarak keduanya dibuat menjadi
1
⁄
2
kali semula, berapa besar gaya tolak-menolaknya? 5. Jelaskan dengan singkat cara memberi muatan listrik pada elektroskop agar
elektroskop bermuatan listrik positif
Standar Kompetensi:
Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Kompetensi Dasar:
Mendeskripsikan prinsip kerja elemen dan arus listrik yang ditimbulkannya serta penerapannya dalam
kehidupan sehari-hari. Menganalisis percobaan listrik dinamis dalam suatu
rangkaian serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Mendeskripsikan hubungan energi dengan daya listrik,
serta pemanfaatannya dalam kehidupan sehari-hari.
BAB 8
L I S T R I K D I N A M I S L I S T R I K D I N A M I S
SUMBER ARUS LISTRIK
HAMBATAN LISTRIK
RANGKAIAN LISTRIK
ENERGI DAN DAYA LISTRIK
kuat arus listrik beda potensial listrik
HUKUM OHM rangkaian
elemen rangkaian
hambatan tak bercabang
HK I KIRCHOFF rangkaian
seri rangkaian
paralel
tegangan jepit
energi listrik
perubahan energi listrik, menjadi
energi bentuk lain GGL
LISTRIK DINAMIS
bercabang
sekering daya
listrik arus listrik
dalam rangkaian tertutup
A. SUMBER ARUS LISTRIK
1. Prinsip Kerja Sumber Arus Listrik
Kata listrik tentunya sudah tidak asing lagi didengar, sebab saat ini tidak saja orang-orang kota yang dapat menikmati listrik, tetapi orang-orang di pedesaan pun
sudah banyak yang menikmati listrik. Banyak sekali alat-alat yang dapat membantu usaha manusia menggunakan ener-
gi listrik, seperti lampu listrik, setrika listrik, motor mesin jahit listrik, kipas angin dan masih banyak lagi alat-alat listrik yang menggunakan energi listrik yang tentunya
tidak mungkin kita sebutkan semuanya di sini. Walaupun kata listrik sudah tidak asing lagi, tetapi tahukah siapa penemu listrik
itu? Tidak ada orang yang tahu Listrik tidak ditemukan oleh seseorang, melainkan oleh banyak orang. Sebelum dikenalnya listrik mengalir maka yang dikenal orang per-
tama kali adalah listrik diam. Orang Yunani kuno disebut-sebut sebagai penemu listrik diam yang pertama.
Kemudian ditemukan listrik mengalir oleh orang Itali, yang selanjutnya mengalami perkembangan sampai sekarang ini.
Agar listrik senantiasa dapat mengalir melalui suatu penghantar maka selalu diperlukan adanya beda potensial listrik antara dua titik pada penghantar tersebut.
Alat yang dapat menimbulkan perbedaan potensial listrik disebut sumber tegangan listrik sumber listrik.
Sumber tegangan listrik dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu sumber tegangan arus bolak-balik dan sumber tegangan arus searah.
a. Sumber tegangan arus bolak balik adalah sumber tegangan yang menghasilkan arus bolak balik, yaitu sumber tegangan yang kutub positif dan negatifnya berganti-
ganti secara periodik. Misalnya generator arus bolak balik, dinamo sepeda, dan stop kontak arus bolak balik.
Gambar 8.1 Beberapa sumber tegangan arus bolak-balik
b. Sumber tegangan arus searah adalah sumber tegangan yang menghasilkan arus searah, yaitu sumber tegangan yang kutub positif dan negatifnya selalu tetap. Misalnya,
elemen volta, elemen kering, accu, dan generator arus searah. Pada elemen volta, elemen kering, accu energi kimia diubah menjadi energi listrik. Pada generator
dan dinamo sepeda, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Dalam pengisian accu terjadi konversi : yaitu energi listrik diubah menjadi energi
kimia.
+ EPHIS
Stop kontak AC S
U
magnet berputar
kumparan
Dinamo sepeda
U
Generator AC
S
IPA SMP Kelas IX
130
a. Elemen Volta
Alessandro Volta 1745–1827 telah menemukan sumber tegangan yang pertama kali yang dapat
mengalirkan listrik dengan cukup besar. Elemen volta terdiri atas :
1 sebuah bejana kaca sebagai tempat 2 larutan asam sulfat H
2
SO
4
encer 3 sebuah lempeng tembaga Cu
4 sebuah lempeng seng Zn
Gambar 8.2 Elemen volta
Dalam elemen volta tersebut lempeng tembaga berfungsi sebagai kutub positif, lempeng seng berfungsi sebagai kutub negatif, sedangkan larutan asam sulfat
berfungsi sebagai larutan elektrolit larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Jika lempeng tembaga dan lempeng seng dihubungkan dengan suatu penghantar maka
di dalam larutan asam sulfat terjadi reaksi kimia:
H
2
SO
4
→ 2H
+
+ SO
4 2-
Dalam larutan asam sulfat ion positif H
+
bergerak dari seng menuju tembaga. Ion negatif SO
4 2-
bergerak dari tembaga menuju ke seng. Dalam praktik elemen volta jarang digunakan karena elemen volta mempunyai
beberapa kelemahan, sebagai berikut. 1 Arus listrik yang mengalir tidak dapat berlangsung lama karena selama arus listrik
mengalir, di dalam larutan elektrolit timbul peristiwa polarisasi, yaitu timbulnya gelembung-gelembung gas di dalam larutan. Gelembung-gelembung tersebut
menempel pada lempeng tembaga sehingga dapat menghalangi arus listrik yang mengalir mengakibatkan arus listrik terhenti. Arus listrik dapat mengalir lagi
setelah gelembung-gelembung gas yang menempel pada tembaga dihilangkan. Tentunya hal tersebut menyulitkan dalam praktik.
2 Beda potensial antara kutub-kutubnya kecil, yaitu ± l volt.
b. Elemen kering
Elemen kering dalam kehidupan sehari-hari disebut juga baterai. Susunan elemen kering adalah sebagai berikut.
a. Sebuah bejana seng A yang sekaligus berfungsi sebagai kutub negatif b. Lapisan karton B sebagai pelapis dinding A
c. Campuran salmiak amonium klorida, serbuk arang karbon dan batu kawi
mangan dioksida dalam bentuk pasta dan ditempatkan dalam bejana seng ter- sebut. C
d. Batang karbon D yang ditempatkan di dalam campuran tersebut berfungsi sebagai kutub positif.
larutan encer asam sulfat H
2
SO
4
tembaga seng
aliran elektron
IPA SMP Kelas IX
131
Keterangan : A : bejana seng
B : lapisan karton C : campuran salmiak, serbuk arang dan batu kawi
D : batang karbon E : tutup kuningan
Pada elemen kering tidak terjadi peristiwa polarisasi, karena adanya mangan dioksida dicampur dengan serbuk karbon yang berfungsi menghilangkan peristiwa
polarisasi. Dengan demikian, elemen kering dapat lebih lama dalam mengalirkan arus listrik dan praktis digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Beda potensial yang
ditimbulkan pada kutub-kutub baterai sekitar 1,5 volt.
c. Accu Aki
Dalam kehidupan sehari-hari accu disebut juga dengan aki. Susunan aki sebagai berikut.
a. Sebuah bak yang terbuat dari karet keras atau kaca. b. Larutan asam sulfat encer H
2
SO
4
c. Dua kerangka timbal yang berlubang-lubang sebagai kutub positif dan kutub negatif
Kutub positif aki dilapisi dengan timbal peroksida PbO
2
yang berwarna coklat, sedangkan kutub negatifnya berlapis timbal Pb dalam bentuk buih berpori dan berwarna kelabu.
Gambar 8.4 Bagian-bagian Aki
Beda potensial kutub-kutub aki sekitar 2 volt. Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai aki dengan berbagai ukuran tegangan, antara lain terdapat aki dengan ukuran
6 volt, 8 volt, 10 volt, 12 volt dan sebagainya, sehingga tampak dalam aki tersebut ter- dapat beberapa sel elemen.
Pada saat aki digunakan maka baik kutub positif PbO
2
maupun kutub negatif Pb lama-lama berubah menjadi timbal sulfat PbSO
4
. Pada saat kedua kutubnya telah berubah menjadi timbal sulfat maka kedua kutubnya mempunyai beda potensial
yang sama, sehingga saat itu aki dikatakan dalam keadaan habis kosong. Namun aki yang telah habis dapat digunakan dengan .jalan diisi kembali charge.
Cara pengisian aki dengan menghubungkan kutub positif aki dengan kutub positif sumber arus searah dan kutub negatif aki dengan kutub negatif sumber arus searah.
Elemen yang dapat menyimpan muatan listrik di dalamnya dan bila habis dapat diisi kembali sampai berulang kali dengan jalan mengalirkan arus listrik, disebut
Pb O
2
Pb
P N
H
2
SO
4
A B
D C
E
IPA SMP Kelas IX
132
Gambar 8.3 Elemen kering
IPA SMP Kelas IX
133
elemen sekunder misal aki. Adapun elemen yang menghasilkan muatan listrik, tetapi ketika habis tidak dapat diberi muatan lagi disebut elemen primer misal: elemen
volta dan elemen kering. Arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian ada yang kuat dan ada yang
lemah. Untuk mengukur besarnya kuat arus listrik yang mengalir digunakan alat amperemeter. Satuan kuat arus listrik dalam S.I. adalah Ampere A. amperemeter
dapat dirangkai dari alat Basic meter dan Shunt. Amperemeter harus dirangkai secara seri dengan sumber listrik.
Bagaimana cara membaca hasil ukur kuat arus listrik dengan amperemeter? Perhatikan uraian di bawah ini
Contoh pembacaan hasil ukur amperemeter. 1
2
Penyebab adanya arus listrik adalah beda potensial listrik beda tegangan listrik. Alat ukur beda potensial listrik adalah voltmeter.
Voltmeter dapat dirangkai dari alat Basic meter dan Multiflier. Keterangan
Batas :
ukur max = 5 A Hasil ukur =
19 25
x 5 A = 3, 8 A
5 10
15 20
25
+
1 5
V
Keterangan Batas
: ukur max = 1 A
Hasil ukur = 12
25 x 1 A
= 0, 48 A
10 20
30 40
50
+ 1A
5A
Gambar 8.6 a Rangkaian amperemeter;
b Bagan Rangkaian amperemeter Gambar 8.5
a amperemeter; b Lambang amperemeter
L
A
10 20
30 40
50
+ 1A
5A
+
A
b
a
10 20
30 40
50
+ 1A
5A
SHUNT Basic meter
A