MATERI SINGKAT LISTRIK DINAMIS LENGKAP CONTOH DAN LATIHAN

MATERI SINGKAT  LISTRIK DINAMIS (INTEGRASI IMTAQ)

 LENGKAP CONTOH SOAL DAN LATIHAN

Kajian Imtaq QS. Al-Baqarah (2) : 19,20,164; 13:12;24:43

Oleh : Suyuti, S.Pd., M.Si. (SMAN 1 Marioriwawo Soppeng Sul-Sel) 

QS. Al-Baqarah (2):20, 55:

 Hampir-hampir kilat itu menyambar penglihatan mereka. Setiap kali kilat itu menyinari mereka, mereka berjalan di bawah sinar itu, dan bila gelap menimpa mereka, mereka berhenti. Jikalau Allah menghendaki, niscaya Dia melenyapkan pendengaran dan penglihatan mereka. Sesungguhnya Allah berkuasa atas segala sesuatu (QS. 2 : 20) .

Dan (ingatlah), ketika kamu berkata: "Hai Musa, kami tidak akan beriman kepadamu sebelum kami melihat Allah dengan terang^[50], karena itu kamu disambar halilintar, sedang kamu menyaksikannya^[51]." (QS. 2 : 55)

A. Arus Listrik 

 Aliran muatan listrik positif dari tegangan tinggi (+) ke tegangan rendah (-) disebut arus listrik. Arah arus berlawanan dengan arah aliran elektron. Aliran arus elektron dari potensial rendah ke potensial tinggi. Kuat arus listrik (i) adalah jumlah muatan (Q) listrik yang mengalir  setiap satuan waktu (t). Kuat arus listrik dapat diukur dengan menggunakan amperemeter. Alat ukur dipasang bersambung (seri) dalam rangkaian  listrik. Kuat arus dapat dihitung dengan rumus:

I = Q/t 

Jumla elektron (n)  yang mengalir dapat dihitung dengan rumus:

                                                     n = Muatan yg mengalir/muatan elektron=Q/q

 Contoh :Pada suatu penghantar mengalir muatan Q=30 coulomb. Jika  arus yang mengalir sebesar I=4 A,  muatan elektron q= 1,6 x 10^-19 C, maka hitunglah waktu (t)   dan Jumlah elektron (n) yang berpindah selama waktu tersebut! 

    Gunakan Rumus  t = Q/I dan n =Q/q, maka insya Allah  diperoleh t = 7,5detik;  n = 1,875 x 10^-20 e

                                                                                Latihan A :

1.  Pada suatu penghantar mengalir muatan Q.  Hitunglah Q dan Jumlah elektron yang berpindah agar dalam waktu t=1 menit arus yang mengalir sebesar I=10 A!

2.  Pada suatu penghantar mengalir muatan Q=10 coulomb. Hitunglah Jumlah elektron (n) yang berpindah dan waktu (t) yang dibutuhkan agar arus yang mengalir sebesar I=800 mA! 

B.  Beda Potensial (Tegangan)

                        Beda potensial listrik timbul akibat dari adanya dua benda yang memiliki potensial yang berbeda dihubungkan dengan suatu penghantar. Banyaknya muatan yang terdapat dalam suau benda disebut Potensial listrik. Beda potensial merupakan banyaknya energi  listrik tiap satuan muatan listrik. Besar beda potensial atau tegangan listrik dapat diukur dengan menggunakan  voltmeter. Alat ukur dipasang paralel dalam rangkaian  listrik. Beda potensial listrik dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

                                                                                         V = W/q

Contoh : Untuk memindahkan muatan 8 coulomb dari titik S ke titik R diperlukan usaha sebesar               200 joule. Hitunglah  besar beda potensial antara titk S dan titik R!

                       Jawab : Gunakan rumus V = W/q,  maka insya Allah akan diperoleh V = 25V.

Latihan B:

1. Untuk memindahkan muatan Q coulomb dari titik S ke titik R diperlukan usaha sebesar W = 100 joule. Hitunglah  besar Q agar beda potensial antara titk S dan titik R sebesar V= 25V!

2. Untuk memindahkan muatan Q=10 coulomb dari titik Ake titik B diperlukan usaha sebesar W joule. Hitunglah  besar W agar beda potensial antara titk A dan titik B sebesar  V=30V!

3. Untuk memindahkan muatan Q=12 coulomb dari titik R ke titik S diperlukan usaha sebesar                 

      W=300 joule. Hitunglah  besar beda potensial antara titk R dan titik S!

 

C. Hukum Ohm

            Hubungan antara arus dan tegangan listrik pertama kali diselidiki oleh Georg Simon Ohm  seorang ahli fiska dari Jerman.  Dari hasil penyelidikan Georg Simon Ohm,  ditemukan kesimpulan bahwa:

„Kuat arus (I) yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar itu asalkan suhunya konstan/tetap.“

Pernyataan Georg Simon Ohm di atas dikenal sebagai Hukum Ohm yang secara matematis dapat ditulis :

V = I R                                                             

Contoh 3.3: Jika kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar dalam rangkaian I=0,6A dan penghantar tersebut memiliki beda potensial sebesar V=12V, maka hitunglah hambatan (R) listrik penghantar tersebut!

            Jawab : Gunakan rumus V = I R., maka insya Allah akan diperoleh R = 20 ohm.

Latihan C:

1. Jika kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar dalam rangkaian I  dan penghantar tersebut memiliki beda potensial sebesar V=12V, maka hitunglah I agar hambatan listrik penghantar tersebut sebesar R=48 Ω !

2. Jika kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar dalam rangkaian I=900mA dan penghantar tersebut memiliki beda potensial sebesar V, maka hitunglah V agar hambatan listrik penghantar tersebut sebesar R=400 Ω !

3. Jika kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar dalam rangkaian I=600 mA dan penghantar tersebut 

     memiliki beda potensial sebesar V=12V, maka hitunglah hambatan listrik penghantar tersebut!

 

D. Hambatan Listrik

Hambatan suatu penghantar dipengaruhi oleh panjang penghantar L dan luas penampang penghantar A.  Hambatan suatu penghantar dapat diukur dengan menggunakan ohmmeter melalui alat ukur multimeter  Hambatan listrik dikenal juga dengan istilah resistor yang disimbol R dengan  satuan ohm (Ω). Ada dua macam rangkaian hambatan listrik yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Besar hamtana suatu penghantar dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

R =  ρL/A                   ........................................3.4

Ada dua jenis hambatan yang dikenal yaitu hambatan tetap dan hambatan variabel. Dan hambatan variabel dibagi 2  yaitu hambatan geser (rheostat) dan hambatan putar.

Nilai hambatan tetap dapat dihitung dengan sistem warna dan tiap warna memiliki simbol nilai yang berbeda. Perhatikan contoh 7.3 hal. 192 Buku Fisika 1 untuk SMA/MA Kelas X oleh Setya Nurachmandani). Nilai hambatan variabel tergantung posisi geserannya atau putarannya.

            Cara mengukur hambatan lsitrik ada dua yaitu secara langsung menggunakan ohmmeter dan secara tidak langsung dengan menerapkan hukum Ohm dari suatu rangkaian listrik tertutup. Ada susunan hambatan  yaitu susunan seri dan paralel. Hambatan pengganti yang disusun seri dapat dihitung melalui sistem penjumlahan aljabar. Hambatan pengganti yang disusun paralel dapat dihitung melalui sistem penjumlahan pacahan.

Contoh

1.  Sebuah kawat  nikhrom dengan panjang 50 cm dan luas penampang 1 mm^2. Hambatan jenisnya 10^-6 ohmmeter.  Hitunglah hambatan kawat tersebut!

    Jawab : Terapkan rumus R =  ρL/A                       , maka insya Allah akan diperoleh R = 0,5 Ω

                                                             Latihan D:

 1. Sebuah kawat  nikhrom dengan panjang L=50 cm dan luas penampang A=1 mm^2. Hambatan R=0,5ohm.   Hitunglah hambatan jenis (ρ) kawat tersebut!

2. Sebuah kawat  nikhrom dengan panjang L=50 cm dan hambatan jenisnya ρ=10^-6 ohmmeter.  Jika hambatan kawat R=0,5 ohm, maka hitunglah luas penampang (A) kawat  tersebut!

3. Sebuah kawat  nikhrom dengan hambatan jenisnya ρ=10^-6 ohmmeter.  Jika penampang kawat A=1mm² dan hambatan kawat R=0,5 ohm, maka hitunglah panjang  (L)  kawat  tersebut!

4. Seutas kawat memiliki hambatan 8 ohm. Jika panjang kawat dijadikan 2 kali semula dan luasnya dijadikan ½ kali semula, maka hitunglah hambatan kawat sekarang!

    Jawab : Terapkan  rumus V = IR, dengan sistem perbandingan, maka insya Allah akan diperoleh R₂ = 32 Ω.

E.  Hukum Kirchoff

1. Hukum I Kirchoff

            Kirchoff menjelaskan hukum pertamanya yang berbunyi:

1.  Pada rangkaian tak bercabang, kuat arus di setiap titik pada setiap pernghantar besarnya sama.

2.   Pada rangkaian bercabang, jumlah kuat arus yang menuju (masuk) titik cabang sama jumlah kuat arus yang meninggalkan (keluar)titik cabang. ( ∑I_masuk  =  ∑I _keluar )

      Pernyataan di atas dikenal sebagai Hukum I Kirchoff

2. Hukum II Kirchoff

            Hukum II Kirchoff mengulas tentang tegangan dalam rangkaian tertutup. Bunyi hukum II Kirchoff :

            Jumlah Aljabar dari beda potensial elemen listrik dan penururan tegangan pada rangkaian tertutup sama dengan nol. 

            Secara matematis hukum II Kirchoff  dapat ditulis:

∑ Є +  ∑IR  =  0  Gaya gerak listrik (GGL) Є adalah beda potensial ketika tidak ada arus yang mengalir, sedangkan tegangan  jepit Vjep  adalah beda potensial ketika ada arus yang mengalir. Berdasarkan defenisi ini, maka persamaan 3.5 dapat ditulis :   IR +  Ir  - Є =  0 atau Vjep + Ir - Є                                 Dari rumus di atas, terlihat bahwa Vjep = IR dan  rumus 3.6 berlaku untuk hambatan dalam tidak sama dengan nol. F. Energi dan Daya Listrik             Energi listrik sebagai salah satu ciptaan Allah SWT  merupakan besar usaha untuk memindahkan muatan listrik setiap saat pada rangkaian listrik. Besar energi listrik diperoleh dari hasil kali beda potensial dengan jumlah muatan listrik yang mengalir. Satuan energi listrik adalah Joule. Secara matematis  Energi listrik  dapat ditulis: W = Vq  atau  W = Vit atau W = V2t/R      = IRIt                          Daya Listrik adalah Laju energi  listrik atau besar energi listrik tiap satuan waktu. Satuan daya listrik adalah watt dan besar energi listrik dapat dihitung melalui rumus: P = W/t = VI = IRI    Contoh:   Hitunglah energi  listrik yang  digunakan sebuah lampu P=30 watt yang menyala selama t=¼ jam! Jawab : dengan menerapkan persamaan 3.8, maka insya Allah akan diperoleh W = 27 kJ Contoh  3.6: Sebuah alat pemanas listrik digunakan mendidihkan m=3 kg air bersuhu T=4oC. Jika hambatan pemanas R=60Ω, tegangan V=240V dan kalor jenis air c=4.200 J/kgoC, maka hitunglah waktu t air dipanaskan agar mendidih!  Ingat DT = suhu didih air – suhu awal air Jawab:  Gunakan rumus W = Q , maka Insya Allah diperoleh  t = 1260 s = 21 menit Latihan D: Hitunglah daya  listrik yang  dimiliki sebuah hambatan,  jika arus yang mengalir I=200 mA pada saat tegangan yang digunakan V=220V! Hitunglah energi  listrik yang  digunakan sebuah lampu P=60 watt yang menyala selama t= ¼ hari! Hitunglah daya  listrik yang  dimiliki sebuah hambatan,  jika arus yang mengalir I=300 mA dan nilai hambatannya 400 Ω ! Diketahui harga listrik Rp. 200,00 per kWh. Sebuah kantor  yang memakai 8 buah lampu dengan daya 40 watt, sebuah TV 80 watt, sebuah setrika 200W, dan sebuah kulkas 160 watt.  Jika semua alat listrik tersebut rata-rata digunakan selama  4 jam perhari, maka hitunglah biaya listrik yang harus dibayar dalam satu bulan!       5. Jelaskan cara melakukan penghematan listrik! G.  MENGUKUR ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK 1. Mengukur Arus Listrik (I)                        Kuat arus listrik dapat diukur dengan menggunakaamperemeter.Alat ukur dipasangbersambung (seri) dalamrangkaian listrik.Sebelum amperemeter digunakan, makaharus diHitunglah batas ukur alat (BUA)dan nilai skala terkecilnya (NST). Masih ingatkah cara menghitung NST! Cobasebutkan!  2.  Mengukur Tegangan Listrik (V) Besar beda potensial atau tegangan listrik dapat diukur dengan menggunakan  voltmeter. Alat ukur dipasang paralel dalam rangkaian  listrik . Sebelum Voltmeter digunakan, maka harus diHitunglah  batas ukur alat (BUA) dan nilai skala terkecilnya (NST) juga.   Selanjutnya lakukan pengukuran melalui percobaan! Ikuti langkah-langkah percobaan sesuai penuntun!

 Semoga manfaat...