Konsep Listrik Dinamis Kelas 9

Rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup.

1. Rangkaian listrik terbuka adalah suatu rangkaian listrik yang belum dihubungkan dengan sumber tegangan.
2. Rangkaian listrik tertutup adalah suatu rangkaian listrik yang sudah dihubungkan dengan sumber tegangan. Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran muatan-muatan listrik.

Besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik dinamakan kuat arus listrik dan didefinisikan sebagai banyaknya muatan positif yang melalui suatu titik tiap satuan waktu. Secara matematis, dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

I = Kuat arus listrik (A)

Q = muatan listrik yang mengalir (C)

t = waktu (s)

Contoh soal:

Dalam waktu 5 detik muatan listrik sebanyak 20 coulomb dapat mengalir malalui kawat penghantar. Berapakah kuat arus listrik tersebut?

Pembahasan:

Diketahui:

t = 5 detik

Q = 20 C

Ditanyakan: I = ….?

Jawaban:

I = Q/t

I = 20/5 = 4A

Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik adalah amperemeter.

1. Beda Potensial Listrik

Beda potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda. Beda potensial listrik timbul karena adanya dua buah benda yang memiliki potensial listrik berebeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Secara matematis beda potensial listrik dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

V = beda potensial listrik (Volt)

Q = usaha atau energi (Joule)

Q = muatan listrik (Coulomb)

Contoh Soal Beda Potensial Listrik:

Untuk memindahkan muatan 4 coulomb dari titik A ke B diperlukan usaha sebesar 10 joule. Tentukan beda potensial antara titik A dan B!

Pembahasan:

Diketahui:

Q = 4 C

W = 10 J

Ditanyakan: V = ….?

Jawaban:

V = W/Q

V = 10/4 = 2,5 volt

Alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik disebut voltmeter.

2. Hukum OHM

Hukum Ohm berbunyi “kuat arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar”. Secara matematis Hukum Ohm dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan:

V = beda potensial (volt)

I = kuat arus (ampere)

R = hambatan kawat penghantar (Ohm)

Contoh soal hukum ohm:

Diketahui kuat arus sebesar 0,5 ampere mengalir pada suatu penghantar yang memiliki beda potensial 6 volt. Tentukan hambatan listrik penghantar tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:

V = 6 volt

I = 0,5 ampere

Ditanyakan: R = ….?

Jawaban:

V = I . R

R = V/I

R = 6/0,5 = 12 Ohm

3. Rangkaian Hambatan Listrik

Rangkaian hambatan listrik terbagi menjadi dua macam yaitu rangkaian hambatan seri dan rangkaian hambatan paralel.

Rangkaian seri berarti sambungan antara ujung komponen satu dengan pangkal komponen lain secara berurutan. Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan atau berjajar.

Contoh soal hambatan listrik:

Perhatikan gambar di bawah ini.

Hitung besar hambatan BD!

Pembahasan:

Diketahui:

R₁ = 2 Ω

R₂ = 3 Ω

R₃ = 6 Ω

Ditanyakan: R_BD = ….?

Jawaban:

Langkah pertama kita cari besar hambatan pengganti untuk R₂ dan R₃.

1/R_P = 1/R₂ + 1/R₃

1/R_P = 1/3 + 1/6

1/R_P = 2/6 + 1/6

1/R_P = 3/6

R_P = 6/3 = 2 Ω

Selanjutnya kita tentukan besar hambatan BD dengan menjumlahkan R₁ dan R_P.

R_BD = R₁ + R_P

R_BD = 2 Ω + 2 Ω

R_BD = 4 Ω

4. Hukum Kirchoff

Hukum I Kirchoff atau hukum kekekalan muatan listrik berbunyi: Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan tersebut.

Contoh Soal:

Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada gambar!

Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5A arah menuju titik A. Kuat Arus I3 = 8A arah keluar dari titik A. Berapakah besar kuat arus yang keluar melalui I4?

Pembahasan:

ΣI masuk = ΣI keluar

I1 + I2 = I3 + I4

10A + 5A = 8A + I4

15A = 8A + I4

I4 = 15A – 8A

I4 = 7A

5. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Energi listrik dirumuskan sebagai berikut:

Contoh Soal Energi Listrik

Sebuah lampu mempunyai hambatan 6 ohm dipasang pada tegangan 18 V. Hitunglah energi yang dibebaskan oleh lampu selama 10 menit!

Pembahasan:

Diketahui:

R = 6 ohm

V = 18 V

t = 10 menit = 600 s

Ditanyakan: W = ….?

Jawaban:

Langkah pertama kita cari dulu besar kuat arus listriknya (I).

I = V/R

I = 18/6 = 3A

Kemudian kita tentukan besar energi listriknya (W).

W = V x I x t

W = 18 x 3 x 600

W = 32.400 J

6. Daya Listrik

Daya listrik adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh sumber tegangan dalam 1 sekon. Secara matematis, daya listrik dirumuskan sebagai berikut:

Contoh Soal Daya Listrik:

Sebuah televisi LCD memerlukan tegangan 220 V dan arus listrik sebesar 1,2 A untuk mengaktifkannya. Berapakah daya listrik yang dikonsumsinya?

Pembahasan:

Diketahui:

V = 220 V

I = 1,2 A

Ditanyakan: P = ….?

Jawaban:

P = V x I

P = 220 x 1,2

P = 264 watt

7. Penghitungan Pemakaian Energi Listrik Di Rumah

Perhitungan pemakaian energi listrik di rumah dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut.

Contoh Soal:

Sebuah keluarga berlangganan listrik PLN. Pada rumah tersebut terdapat 2 lampu TL 20 watt yang menyala 5 jam tiap hari, 5 buah lampu pijar 25 watt yang menyala 6 jam tiap hari, sebuah setrika listrik 250 watt yang menyala 2 jam tiap hari, sebuah televisi 200 watt yang menyala 10 jam tiap hari, dan kipas angin 10 watt yang menyala 4 jam tiap hari. Tarif listrik adalah Rp 250,- tiap kWh dan beban tetap adalah Rp 3.500,- tiap bulan. Berapa rekening yang harus dibayar oleh keluarga tersebut dalam 1 bulan?

Pembahasan:

Alat	Jumlah	Daya (watt)	Waktu (jam)	Energi yang digunakan dalam 1 bulan (30 hari)
Lampu tabung	2	20	5	2 x 20 x 5 x 30 = 6.000 Wh = 6 kWh
Lampu pijar	5	25	6	5 x 25 x 6 x 30 = 22.500 Wh = 22,5 kWh
Setrika	1	250	2	1 x 250 x 2 x 30 = 15.000 Wh = 15 kWh
Televisi	1	200	10	1 x 200 x 10 x 30 = 60.000 Wh = 60 kWh
Kipas angin	1	10	4	1 x 10 x 4 x 30 = 1.200 Wh = 1,2 kWh
Jumlah				104,7 kWh

Tarif listrik per kWh = Rp 250

Bea beban tetap per bulan = Rp 3.500

Jumlah energi yang harus dibayarkan = 104,7 kWh

Rekening yang harus dibayar = Rp 3.500 + (104,7 x Rp 250) = Rp 29.675

8. Upaya Penghematan Energi Listrik

Hal-hal yang dapat dilakukan untuk menghemat energi listrik di rumah yaitu:

1. Menggunakan lampu hemat energi (LED)
2. Menggunakan alat-alat listrik yang memiliki daya rendah
3. Mengatur waktu pemakaian dengan baik
4. Matikan lampu ketika siang hari
5. Manfaatkan ventilasi udara untuk masuknya cahaya ke dalam ruangan
6. Kurangi frekuensi mencuci baju menggunakan mesin cuci