Tujuan Pembelajaran:
Saat menganalisis rangkaian listrik dinamis, pertimbangan harus diberikan pada komponen rangkaian, seperti sumber listrik dan tahanan, susunan rangkaian, dan hukum rangkaian yang berlaku.
Rumus Listrik Dinamis
I = V / R atau R = V / I atau V = I. R
Contoh dari fenomena listrik dinamis adalah kasus, misalnya, mainan mobil-mobilan menggunakan baterai. Kita dapat memperhatikan di mobil-mobil tersebut bahwa energi di batu baterai digunakan untuk menggerakkan motor listrik “dinamo” sehingga mobil dapat bergerak.
Dapat disimpulkan bahwa roda berputar karena didorong oleh muatan dari baterai. Coba tekan sakelar atau letakkan di posisi ON sehingga kedua ujung baterai dapat dihubungkan ke motor listrik yang dipasang di mobil-mobil ini.
Pada posisi ini, motor listrik dihidupkan atau dinyalakan, sehingga roda berputar dan mobil dapat bergerak atau melaju. Sementara ketika sakelar berada di posisi OFF, koneksi baterai dengan motor listrik terputus, sehingga pada posisi ini motor listrik tidak dapat memulai. Akibatnya, roda tidak bisa berputar dan mobil tidak bisa bergerak. Prinsip kerja seperti ini juga bisa terjadi dengan senter menggunakan baterai batu.
Dapat disimpulkan bahwa dalam kasus ini disebabkan oleh gejala listrik. Gejala kelistrikan dapat dibuktikan dengan pergerakan motor listrik pada mobil-mobilan yang memutar roda dan jika lampu senter bisa menyala.
Motor listrik dan lampu senter dapat dinyalakan karena aliran elektron. Elektron yang bersirkulasi berarti bahwa elektron terus bergerak “secara dinamis”. Oleh karena itu, gejala listrik yang terjadi dalam fenomena ini disebut listrik dinamis. Antara lain contoh fenomena listrik dinamis yang dapat terjadi pada peralatan atau benda seperti: komputer, radio, lemari es, bor listrik, penanak nasi, televisi dan lain-lain.
Diketahui:
V = 12 Volt
I = 2 A
Ditanya: R…?
Jawab:
I = V/R
R = V/I
R = 12 V / 2 A
R = 6 Ohm
Jadi hambatan kawat tersebut adalah 6 Ohm
2. Kuat arus di dalam sepotong kawat penghantar adalah 10 A. Berapa menit waktu yang diperlukan oleh muatan sebesar 9.600 C untuk mengalir melalui penampang tersebut?
Ditanyakan:
Selang Waktu (t)?
Pembahasan
Arus listrik akan mengalir jika terdapat beban dan rangkaian yang tertutup, sehingga:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
lampu 2 dan 3 menyala, lampu 1 mati
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
semua lampu akan mati
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
semua lampu menyala
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
semua lampu mati
11. X dan Y adalah dua buah alat ukur listrik yang berbeda. Manakah posisi pemasangan voltmeter dan amperemeter jika yang diukur adalah tegangan pada lampu 3 dan kuat arus pada lampu 3?
- Mengerti konsep Listrik Dinamis dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pengertian Listrik Dinamis
Listrik dinamis adalah aliran partikel bermuatan dalam bentuk arus listrik yang dapat menghasilkan energi listrik. Listrik dapat mengalir dari titik potensial yang lebih tinggi ke titik potensial yang lebih rendah jika kedua titik tersebut terhubung dalam rangkaian tertutup.Saat menganalisis rangkaian listrik dinamis, pertimbangan harus diberikan pada komponen rangkaian, seperti sumber listrik dan tahanan, susunan rangkaian, dan hukum rangkaian yang berlaku.
Rumus Listrik Dinamis
Rumus Kuat Arus Listrik (I)
Arus listrik dapat terjadi setiap kali ada perpindahan elektron. Dua benda bermuatan, ketika terhubung ke penghantar, maka akan menghasilkan arus listrik.
Kuat arus listrik dilambangkan dengan huruf I, memiliki satuan ampere (A), seperti untuk rumus berikut:
I = Q / t
Keterangan :
I = Kuat arus listrik
Q = Juamlahh muatan listrik
t = Selang waktu
Rumus perbedaan Potensi atau Sumber Tegangan (V) Dari apa yang telah dijelaskan di atas, arus listrik memiliki jumlah elektron yang bergerak selama periode tertentu.
maka perbedaan potensial dapat menyebabkan perpindahan elektron, banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung pengantar disebut tegangan listrik atau beda potensial.
Sumber tegangan atau perbedaan potensial simbol adalah l V, dengan satuan Volt. Di mana secara matematis memiliki rumus seperti ini:
V = W / Q
Keterangan :
V = beda potensial atau sumber tegangan listrik
W = energi
Q = muatan
Rumus hambatan listrik (R)
Hambatan atau resistor yang dilambangkan oleh R, dengan satuan ohm, sedangkan rumusnya adalah sebagai berikut:
R = ρ. A
Keterangan :
R = hambatan listrik (ohm)
ρ = Hambatan jenis (ohm.mm2 / m)
A = luas penampang kawat (m2)
Arus listrik dapat terjadi setiap kali ada perpindahan elektron. Dua benda bermuatan, ketika terhubung ke penghantar, maka akan menghasilkan arus listrik.
Kuat arus listrik dilambangkan dengan huruf I, memiliki satuan ampere (A), seperti untuk rumus berikut:
I = Q / t
Keterangan :
I = Kuat arus listrik
Q = Juamlahh muatan listrik
t = Selang waktu
Rumus perbedaan Potensi atau Sumber Tegangan (V) Dari apa yang telah dijelaskan di atas, arus listrik memiliki jumlah elektron yang bergerak selama periode tertentu.
maka perbedaan potensial dapat menyebabkan perpindahan elektron, banyaknya energi listrik yang diperlukan untuk mengalirkan setiap muatan listrik dari ujung pengantar disebut tegangan listrik atau beda potensial.
Sumber tegangan atau perbedaan potensial simbol adalah l V, dengan satuan Volt. Di mana secara matematis memiliki rumus seperti ini:
V = W / Q
Keterangan :
V = beda potensial atau sumber tegangan listrik
W = energi
Q = muatan
Rumus hambatan listrik (R)
Hambatan atau resistor yang dilambangkan oleh R, dengan satuan ohm, sedangkan rumusnya adalah sebagai berikut:
R = ρ. A
Keterangan :
R = hambatan listrik (ohm)
ρ = Hambatan jenis (ohm.mm2 / m)
A = luas penampang kawat (m2)
Rumus hukum Ohm
Hukum Ohm adalah hukum yang menghubungkan kuat arus listrik, perbedaan potensial dan hambatan. Rumusnya adalah:I = V / R atau R = V / I atau V = I. R
Contoh Listrik Dinamis
Contoh dari fenomena listrik dinamis adalah kasus, misalnya, mainan mobil-mobilan menggunakan baterai. Kita dapat memperhatikan di mobil-mobil tersebut bahwa energi di batu baterai digunakan untuk menggerakkan motor listrik “dinamo” sehingga mobil dapat bergerak.
Dapat disimpulkan bahwa roda berputar karena didorong oleh muatan dari baterai. Coba tekan sakelar atau letakkan di posisi ON sehingga kedua ujung baterai dapat dihubungkan ke motor listrik yang dipasang di mobil-mobil ini.
Pada posisi ini, motor listrik dihidupkan atau dinyalakan, sehingga roda berputar dan mobil dapat bergerak atau melaju. Sementara ketika sakelar berada di posisi OFF, koneksi baterai dengan motor listrik terputus, sehingga pada posisi ini motor listrik tidak dapat memulai. Akibatnya, roda tidak bisa berputar dan mobil tidak bisa bergerak. Prinsip kerja seperti ini juga bisa terjadi dengan senter menggunakan baterai batu.
Dapat disimpulkan bahwa dalam kasus ini disebabkan oleh gejala listrik. Gejala kelistrikan dapat dibuktikan dengan pergerakan motor listrik pada mobil-mobilan yang memutar roda dan jika lampu senter bisa menyala.
Motor listrik dan lampu senter dapat dinyalakan karena aliran elektron. Elektron yang bersirkulasi berarti bahwa elektron terus bergerak “secara dinamis”. Oleh karena itu, gejala listrik yang terjadi dalam fenomena ini disebut listrik dinamis. Antara lain contoh fenomena listrik dinamis yang dapat terjadi pada peralatan atau benda seperti: komputer, radio, lemari es, bor listrik, penanak nasi, televisi dan lain-lain.
Contoh Soal Listrik Dinamis
1. Sebuah kawat disambungkan pada beda potensial 12 V. Apabila kuat arus yang melewati kawat itu adalah 2 A, maka berapa hambatan kawat tersebut?Penyelesaian:Diketahui:
V = 12 Volt
I = 2 A
Ditanya: R…?
Jawab:
I = V/R
R = V/I
R = 12 V / 2 A
R = 6 Ohm
Jadi hambatan kawat tersebut adalah 6 Ohm
2. Kuat arus di dalam sepotong kawat penghantar adalah 10 A. Berapa menit waktu yang diperlukan oleh muatan sebesar 9.600 C untuk mengalir melalui penampang tersebut?
Diketahui:
I = 10 A
Q = 9.600 C
I = 10 A
Q = 9.600 C
Ditanyakan:
Selang Waktu (t)?
Penyelesaian:
I = Q / t
t = Q / I = 9.600 C / 10 A = 960 s atau 16 menit.
3. Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawat penghantar. Tentukan:
a) muatan yang berpindah
b) jumlah elektron
Pembahasan
Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah:
I = Q / t
Q = I x t
Dengan demikian :
a) Q = I x t
Q = 2 x 120
Q = 240 Coulomb
b) menentukan jumlah elektron dalam muatan
n = Q/Qe
dimana:
n = jumlah elektron
Qe = muatan satu elektron (1,6 x 10−19 Coulomb)
Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya
sehingga:
n = Q/Qe
n = 240 / (1,6 x 10−19)
n = 150 x 1019
n = 1,5 x 1021 buah elektron
4. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang L dan luas penampang A dan memiliki hambatan sebesar 120 Ω. Jika kawat dengan bahan yang sama memiliki panjang 2 L dan luas penampang 3 A, tentukan hambatan kawat kedua ini!
Pembahasan
Rumus untuk menghitung hambatan suatu kawat penghantar adalah:
R = ρL/ A
dimana
R = hambatan kawat (Ω)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m2)
ρ = hambat jenis kawat
Kawat yang berbahan sama memiliki hambat jenis yang sama, sehingga
R2 / R1 = (L2/A2) / (L1/A1)
R2 = (L2/L1) x (A1/A2) x R1
R2 = (2L/L) x (A/3A) x 120
R2 = (2/1) x(1/3)
R2 = (2/3) x 120 = 80 Ω
5. Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut!
Pembahasan
I = Q/t
I = 360 coulomb / 120 sekon
I = 3 Ampere
6. Konversikan satuan berikut:
a) 5 μ C = ........C
b) 100 mC = .........C
c) 5000 nC = .........C
Pembahasan
a) 5 μC = 5 x 10−6 = 0,000005 C
b) 100 mC = 100 x 10−3 = 0,1 C
c) 5000 nC = 5000 x 10−9 = 5 x 10−6 = 0,000005 C
7. Konversikan satuan berikut :
a) 5 kΩ = ....... Ω
b) 0,3 kΩ = .....Ω
c) 5 MΩ = .........Ω
Pembahasan
a) 5 kΩ = 5 x 1000 = 5000 Ω
b) 0,3 kΩ = 0,3 x 1000 = 300 Ω
c) 5 MΩ = 5 x 1000000 = 5000000 Ω
8. Sebuah kawat penghantar dengan panjang 10 meter memiliki hambatan sebesar 100 Ω Jika kawat dipotong menjadi 2 bagian yang sama panjang, tentukan hambatan yang dimiliki oleh masing-masing potongan kawat!
Pembahasan
Data dari soal:
L1 = L
L2 = 1/2 L
A1 = A2
R1 = 100 Ω
maka
R2 / R1 = (L2/L1) x R1
(luas penampang dan hambat jenis kedua kawat adalah sama!!)
R2 = ( 0,5 L / L) x 100 Ω:
R2 = 50 Ω (Thanks to nasha atas masukannya,..)
9. Ubah satuan berikut:
a) 300 mA = .........A
b) 12 mA = ..........A
Pembahasan
a) 300 mA = 300 : 1000 = 0,3 A
b) 12 mA = 12 : 1000 = 0,012 A
10. Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
I = Q / t
t = Q / I = 9.600 C / 10 A = 960 s atau 16 menit.
3. Dalam waktu dua menit arus listrik sebesar 2 A mengalir sepanjang kawat penghantar. Tentukan:
a) muatan yang berpindah
b) jumlah elektron
Pembahasan
Hubungan kuat arus listrik, muatan listrik dan waktu adalah:
I = Q / t
Q = I x t
Dengan demikian :
a) Q = I x t
Q = 2 x 120
Q = 240 Coulomb
b) menentukan jumlah elektron dalam muatan
n = Q/Qe
dimana:
n = jumlah elektron
Qe = muatan satu elektron (1,6 x 10−19 Coulomb)
Q = muatan yang akan dihitung jumlah elektronnya
sehingga:
n = Q/Qe
n = 240 / (1,6 x 10−19)
n = 150 x 1019
n = 1,5 x 1021 buah elektron
4. Sebuah kawat penghantar memiliki panjang L dan luas penampang A dan memiliki hambatan sebesar 120 Ω. Jika kawat dengan bahan yang sama memiliki panjang 2 L dan luas penampang 3 A, tentukan hambatan kawat kedua ini!
Pembahasan
Rumus untuk menghitung hambatan suatu kawat penghantar adalah:
R = ρL/ A
dimana
R = hambatan kawat (Ω)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang kawat (m2)
ρ = hambat jenis kawat
Kawat yang berbahan sama memiliki hambat jenis yang sama, sehingga
R2 / R1 = (L2/A2) / (L1/A1)
R2 = (L2/L1) x (A1/A2) x R1
R2 = (2L/L) x (A/3A) x 120
R2 = (2/1) x(1/3)
R2 = (2/3) x 120 = 80 Ω
5. Muatan sebesar 360 C mengalir dalam dua menit dalam suatu rangkaian. Tentukan Kuat arus rangkaian listrik tersebut!
Pembahasan
I = Q/t
I = 360 coulomb / 120 sekon
I = 3 Ampere
6. Konversikan satuan berikut:
a) 5 μ C = ........C
b) 100 mC = .........C
c) 5000 nC = .........C
Pembahasan
a) 5 μC = 5 x 10−6 = 0,000005 C
b) 100 mC = 100 x 10−3 = 0,1 C
c) 5000 nC = 5000 x 10−9 = 5 x 10−6 = 0,000005 C
7. Konversikan satuan berikut :
a) 5 kΩ = ....... Ω
b) 0,3 kΩ = .....Ω
c) 5 MΩ = .........Ω
Pembahasan
a) 5 kΩ = 5 x 1000 = 5000 Ω
b) 0,3 kΩ = 0,3 x 1000 = 300 Ω
c) 5 MΩ = 5 x 1000000 = 5000000 Ω
8. Sebuah kawat penghantar dengan panjang 10 meter memiliki hambatan sebesar 100 Ω Jika kawat dipotong menjadi 2 bagian yang sama panjang, tentukan hambatan yang dimiliki oleh masing-masing potongan kawat!
Pembahasan
Data dari soal:
L1 = L
L2 = 1/2 L
A1 = A2
R1 = 100 Ω
maka
R2 / R1 = (L2/L1) x R1
(luas penampang dan hambat jenis kedua kawat adalah sama!!)
R2 = ( 0,5 L / L) x 100 Ω:
R2 = 50 Ω (Thanks to nasha atas masukannya,..)
9. Ubah satuan berikut:
a) 300 mA = .........A
b) 12 mA = ..........A
Pembahasan
a) 300 mA = 300 : 1000 = 0,3 A
b) 12 mA = 12 : 1000 = 0,012 A
10. Diberikan sebuah rangkaian listrik arus searah terdiri dari tiga buah lampu, dua buah saklar dan sebuah sumber arus listrik. Manakah lampu-lampu yang menyala jika:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
Pembahasan
Arus listrik akan mengalir jika terdapat beban dan rangkaian yang tertutup, sehingga:
a) saklar 1 tertutup, saklar 2 terbuka
lampu 2 dan 3 menyala, lampu 1 mati
b) saklar 2 tertutup, saklar 1 terbuka
semua lampu akan mati
c) saklar 1 tertutup, saklar 2 tertutup
semua lampu menyala
d) saklar 1 terbuka, saklar 2 terbuka
semua lampu mati
11. X dan Y adalah dua buah alat ukur listrik yang berbeda. Manakah posisi pemasangan voltmeter dan amperemeter jika yang diukur adalah tegangan pada lampu 3 dan kuat arus pada lampu 3?
Pembahasan
Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua titik, dalam hal ini adalah tegangan pada lampu 3, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan beban yang hendak diukur, posisi yang benar adalah X.
Amperemeter untuk mengukur kuat arus yang mengalir melalui suatu beban dalam hal ini adalah lampu 3, ampermeter harus dipasang secara seri dengan alat yang hendak diukur besar kuat arusnya, so, kabelnya dipotong dulu trus sambungin ke kaki Amperemeter, posisi yang benar adalah Y.
12. Perhatikan gambar berikut.
Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua titik, dalam hal ini adalah tegangan pada lampu 3, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan beban yang hendak diukur, posisi yang benar adalah X.
Amperemeter untuk mengukur kuat arus yang mengalir melalui suatu beban dalam hal ini adalah lampu 3, ampermeter harus dipasang secara seri dengan alat yang hendak diukur besar kuat arusnya, so, kabelnya dipotong dulu trus sambungin ke kaki Amperemeter, posisi yang benar adalah Y.
12. Perhatikan gambar berikut.
Tentukan hambatan pengganti antara titik A dan B jika R1, R2 dan R3 berturut-turut besarnya adalah 5 Ω, 10 Ω dan 15 Ω!
Pembahasan
Rangkaian diatas adalah tersusun seri, sehingga hambatan penggantinya adalah:
Rt = R1 + R2 + R3
= 5 + 10 + 15
= 30 Ω
Demikianlah artikel yang berjudul Listrik Dinamis : Pengertian, Rumus, Contoh Soal dan Gambar, semoga dengan adanya artikel ini bisa bermanfaat dan lebih menambah wawasan anda.
Sumber Materi :
Pembahasan
Rangkaian diatas adalah tersusun seri, sehingga hambatan penggantinya adalah:
Rt = R1 + R2 + R3
= 5 + 10 + 15
= 30 Ω
Demikianlah artikel yang berjudul Listrik Dinamis : Pengertian, Rumus, Contoh Soal dan Gambar, semoga dengan adanya artikel ini bisa bermanfaat dan lebih menambah wawasan anda.
Sumber Materi :
- https://pengajar.co.id/listrik-dinamis/
- http://fisikastudycenter.com/fisika-smp/244-listrik-dinamis-kelas-9-smp-part-1
Tags
IPA TERPADU IX