2. Hukum Ohm dan Rangkaian Listrik (bahan Ajar)

Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari Modul 2 Hukum Ohm dan Rangkaian Listrik Disusun Oleh : Rila Mayasari

KOMPETENSI INTI (KI), KOMPETENSI DASAR (KD) serta INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI (IPK) dan TUJUAN PEMBELAJARAN POKOK BAHASAN: Hukum Ohm & Rangkaian Listrik A. Kompetensi Inti KI-1 : Menghargai dan menghayati ajaran agama yang dianutnya. KI-2 : Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (toleran, gotong royong), santun, dan percaya diri dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam dalam jangkauan pergaulan dan keberadaannya. KI-3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan (faktual, konseptual, dan prosedural) berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya terkait fenomena dan kejadian tampak mata. KI-4 : Mengolah, menyaji, dan menalar dalam ranah konkret (menggunakan, mengurai, merangkai, memodifikasi, dan membuat) dan ranah abstrak (menulis, membaca, menghitung, menggambar, dan mengarang) sesuai dengan yang dipelajari di sekolah dan sumber lain yang sama dalam sudut pandang/teori. B. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi Kompetensi Dasar Indikator Pencapaian Kompetensi (IPK) 3.5 Menerapkan konsep rangkaian 3.5.4 Mendeskripsikan hubungan antara listrik, energi dan daya listrik, kuat arus, hambatan dan tegangan sumber energi listrik dalam listrik berdasarkan Hukum Ohm kehidupan sehari-hari termasuk 3.5.5 Membedakan karakteristik sumber energi listrik alternatif. rangkaian listrik seri dan paralel 4.5 Menyajikan hasil rancangan 4.5.1 Membuat rangkaian seri dan paralel berbagai rangkaian listrik lampu senter dengan sumber tegangan baterai. C. Tujuan Pembelajaran Menuntun peserta didik melalui pengamatan tayangan slide dan kegiatan LKPD, untuk dapat mendeskripsikan hubungan antara kuat arus, hambatan dan tegangan listrik berdasarkan Hukum Ohm, membedakan karakteristik rangkaian listrik seri dan paralel serta dapat membuat rangkaian seri dan paralel lampu senter dengan sumber tegangan baterai melalui aplikasi Phet dengan penuh rasa ingin tahu, displin, percaya diri, selama proses pembelajaran.

A. Pokok bahasan : Hukum Ohm dan Rangkaian Listrik B. Peta konsep C. PAPARAN ISI MATERI 1. Beda potensial listrik • Beda potensial listrik antara dua titik adalah selisih potensial titik yang satu dengan titik lainnya. • Arah arus listrik mengalir dari potensial tinggi (+) menuju ke potensial rendah (–). Arah arus elektron dari potensial rendah (-) menuju ke potensial tinggi (+). • Besar kuat arus di dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial. Hal ini dikenal sebagai hukum ohm. I= V R dengan: I = kuat arus listrik (ampere) V = beda potensial listrik (volt) R = hambatan listrik (ohm) • Alat ukur beda potensial listrik adalah voltmeter.

2. Voltmeter Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial pada suatu rangkaian atau komponen listrik. Voltmeter harus dipasang paralel dengan bagian rangkaian atau kompoenen listrik yang akan diukur tegangannya. Voltmeter yang dipasang secara paralel pada sebuah rangkaian. Agar batas ukur voltmeter dapat diperbesar, maka pada voltmeter harus dipasang hambatan muka yang disusun seri dengan voltmeter. Pemasangan hambatan muka secara seri dengan voltmeter ������������ = (������ − 1)������������ dengan: Rm = hambatan depan (Ω) Rv = hambatan dalam voltmeter (Ω) n = kelipatan batas ukur voltmeter yang dikehendaki 3. Amperemeter Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik pada suatu rangkaian atau komponen listrik. Amperemeter harus dipasang secara seri dengan bagian rangkaian atau komponen listrik yang akan diukur kuat arusnya. Amperemeter yang dipasang secara seri pada sebuah rangkaian sederhana

Untuk memperbesar batas ukurnya, pada amperemeter harus ditambahkan suatu hambatan yang dipasang paralel dengan amperemeter. Hambatan tersebut dinamakan hambatan shunt (Rsh). Pemasangan hambatan shunt secara paralel dengan amperemeter Hambatan shunt (Rsh) dipasang paralel dengan hambatan dalam amperemeter (RA), maka berlaku: ������������ℎ = ������������ ������ − 1 dengan: Rsh = hambatan shunt (Ω) RA = hambatan dalam amperemeter (Ω) n = kelipatan batas ukur amperemeter yang dikehendaki Memasang amperemeter dan voltmeter sekaligus di dalam sebuah rangkaian, harus tetap diingat bahwa amperemeter harus terpasang seri dan voltmeter harus terpasang paralel. Perhatikan gambar berikut: Pemasangan amperemeter dan voltmeter dalam sebuah rangkaian secara bersamaan 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan suatu penghantar • Hambatan suatu penghantar pada suhu tertentu ditentukan oleh panjang kawat (L), hambatan jenis penghantar (ρ) dan luas penampang kawat penghantar (A), dirumuskan: ������ ������ = ������ ������ dengan: R = hambatan penghantar (Ω) ρ = hambatan jenis penghantar (Ωm) L = panjang kawat penghantar (m) A = luas penampang kawat (m2) • Hambatan listrik suatu kawat penghantar sebanding dengan panjang kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat penghantar.

5. Hukum Ohm Arus listrik dapat mengalir pada suatu rangkaian listrik apabila rangkaian tersebut merupakan rangkaian tertutup dan terdapat beda potensial pada rangkaian itu. Kuat arus yang melalui rangkaian tersebut sebanding dengan beda potensial pada kedua ujung rangkaian. Perbandingan antara beda potensial dan kuat arusnya merupakan nilai yang tetap dan disebut resistansi (hambatan). Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Ohm. Hukum Ohm dirumuskan : ������ = ������ ������ Keterangan : V = tegangan listrik satuan volt (V) I = kuat arus listrik satuan ampere (A) R = hambatan listrik satuan ohm ( Ω ) Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup Perhatikan gambar 15.3. Gambar tersebut merupakan suatu rangkaian tertutup yang dipasangi hambatan luar (R) dan diberi gaya gerak listrik (GGL) atau beda potensial E dimana GGL mempunyai hambatan dalam (r). Arus dalam rangkaian akan melewati hambatan luar (R) dan hambatan dalam (r). Oleh karena itu hambatan totalnya merupakan gabungan hambatan luar (R) dan hambatan dalam (r), yaitu R + r. Gambar 15.3 Contoh Rangkaian Tertutup Kuat arus dalam rangkaian : Keterangan: I= E E = gaya gerak listrik baterai (volt) R+r I = arus listrik (A) R = hambatan (Ω) r = hambatan dalam (Ω) 6. Rangkaian Hambatan Selama ini telah dikenal dua macam susunan dasar dari rangkaian listrik, yaitu susunan atau rangkaian seri dan rangkaian paralel. Jika ada n buah hambatan (resistor) dalam sebuah rangkaian listrik tertutup, maka cara penyusunan n buah resistor ini akan mempengaruhi nilai hambatan totalnya. 1. Rangkaian seri Rangkaian hambatan seri adalah hambatan-hambatan yang disusun secara berurutan sehingga membentuk satu jalur arus listrik. Gambar Rangkaian hambatan yang disusun seri

Pada rangkaian hambatan seri berlaku persamaan : • Rs = R1 + R2 + R3 + ….+ Rn • Vs = V1 + V2 + V3 + ….+ Vn • Fungsi rangkaian hambatan seri adalah sebagai pembagi tegangan. 2. Rangkaian Paralel Rangkaian hambatan paralel adalah hambatan-hambatan yang disusun secara berdampingan satu sama lainnya, sehingga membentuk lebih dari satu jalur arus listrik. Gbr. Rangkaian hambatan yang disusun paralel Pada rangkaian hambatan paralel berlaku rumus: • 1 = 1 + 1 + 1 … ������������ ������1 ������2 ������3 • Vp = V1 = V2 = V3 ... Fungsi rangkaian hambatan paralel adalah sebagai pembagi arus listrik. Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.8 Rangkaian Lampu secara Seri dan Paralel Apa yang Anda perlukan? 1. 6 kabel dengan penjepit buaya, 2. 1 baterai, dan 3. 2 lampu senter kecil 4. Aplikasi Phet Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga dua lampu menyala terang. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang Anda peroleh tersebut? 2. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga dua lampu menyala redup. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Jika salah satu lampu dilepas, bagaimana dengan keadaan lampu yang lain? Disebut apakah rangkaian yang Anda peroleh tersebut? 3. Jika rangkaian lampu secara seri dan paralel digabung menjadi satu rangkaian, apa yang terjadi? Jelaskan! Apa yang dapat Anda simpulkan? Apa yang dapat Anda simpulkan dari percobaan ini?

Mari Kita Lakukan Aktivitas 3.9 Rangkaian Baterai secara Seri dan Paralel Apa yang Anda perlukan? 1. 2 lampu senter kecil, 2. 6 kabel dengan penjepit buaya, dan 3. 3 baterai dan dudukkannya. 4. Aplikasi Phet Apa yang harus Anda lakukan? 1. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan satu baterai sehingga lampu menyala! Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! 2. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan dua baterai sehingga lampu menyala! Lakukan susunan baterai dengan berbagai cara dan perhatikan nyala lampu. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! 3. Buatlah rangkaian listrik dengan susunan tiga baterai sehingga lampu menyala. Lakukan susunan baterai dengan berbagai cara dan perhatikan nyala lampu. Gambarkan rangkaian yang Anda peroleh! Apa yang harus Anda diskusikan? 1. Bandingkan hasil pengamatan pada langkah 1, 2, dan 3! Bagaimanakah susunan baterai yang digunakan dan nyala lampu yang terjadi! 2. Jika dibandingkan dengan Aktivitas 8 pada rangkaian lampu, disebut apakah rangkaian baterai yang Anda temukan? Apa yang dapat Anda simpulkan? Buatlah kesimpulan tentang susunan baterai yang Anda temukan! Sekarang, perhatikan lampu-lampu yang dipasang di rumah Anda. Dapatkah Anda menentukan rangkaian apakah yang digunakan? Sekarang Anda sudah dapat menjelaskan mengapa jika kita menekan satu sakelar di salah satu kamar, maka lampu-lampu yang ada di kamar lainnya tidak ikut terpengaruh. Contoh 01: Kawat penghantar kedua ujungnya memiliki beda potensial 6 volt, menyebabkan arus listrik mengalir pada kawat itu 2 A. Berapakah hambatan kawat itu? Penyelesaian: Diketahui: V = 6 volt I=2A Ditanya: R = ... ? Jawab: R = ������ = 6 = 3Ω ������ 2 Jadi, hambatan kawat itu sebesar 3 Ω

Contoh 02: Sebuah aki dengan ggl 12 V dan hambatan dalam 0,5 ohm dihubungkan dengan lampu berhambatan 2 ohm. a. Berapa kuat arus pada rangkaian itu? b. Berapa tegangan jepitnya? Penyelesaian : Diketahui : ggl (E) = 12 V hambatan dalam (r) = 0,5 W hambatan luar (R) = 2 W Ditanya : kuat arus (I)? Jawab a) Kuat arus (I) ������ = ������ = 12 = 12 = 4.8 A ������+������ 2 + 0,5 2,5 Jadi, besar kuat arus pada rangkaian adalah 4,8 A b) Tegangan jepit (V) V = I x R = 4,8 x 2 = 9,6 volt Jadi, besar tegangan jepitnya adalah 9,6 A. Untuk lebih jelas mengenai materi ini silahkan Ananda tonton video di bawah ini: https://youtu.be/kBl5CGwKv1I Selamat Ananda ibu telah selesai mempelajari materi Hukum Ohm dan Rangkaian Listrik dengan baik. Dengan selesainya Ananda ibu mempelajari modul ini, Ananda dapat menjelaskan arus listrik serta dapat menghitung kuat arus pada suatu rangkaian listrik. Dan Ananda dapat melakukan percobaan. Semoga Ananda berhasil dalam mengikuti tes akhir modul. Kemudian Ananda dapat melanjutkan belajar pada modul berikutnya, tapi sebelum itu bacalah rangkuman berikut ini! 1. Beda potensial yang ada di dalam buah mendorong electron untuk bergerak sehingga memicu aliran listrik. 2. Hambatan jenis merupakan besar hambatan setiap jenis kawat yang panjangnya satu satuan panjang per satu satuan luas penampang. Semakin kecil hambatan jenis suatu bahan, semakin baik kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan listrik. 3. Besar hambatan listrik suatu kawat dipengaruhi oleh hambat jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. 4. Rangkaian listrik terdiri atas dua jenis, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. 5. Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel. 6. Rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel

LATIHAN Mari Mencoba 1. Gunakan hukum Ohm untuk menganalisis rangkaian. Jelaskan hubungan antara tegangan dan kuat arus, antara kuat arus dan resistansi dalam suatu rangkaian! 2. Gambarkan suatu rangkaian untuk mengukur beda potensial dan arus listrik pada suatu lampu! 3. Hitunglah arus yang mengalir melalui sebuah kawat 4 Ω yang ujung-ujungnya? 4. Dihubungkan pada baterai 12 V. Berapakah besarnya arus bila kawat itu dihubungkan ke baterai 8 V? 5. Suatu rangkaian tertutup dengan satu lampu dihubungkan dengan sumber tegangan. Hitunglah besarnya tegangan tersebut bila ampermeter yang dipasang secara seri dengan lampu menunjuk harga 3 A sedangkan lampu memiliki resistensi 4 Ω? DAFTAR PUSTAKA Zubaidah, S., dkk. 2018. Ilmu Pengetahuan Alam Kelas IX Semester 1. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.(hal:212-218) Zubaidah, S., dkk. 2018. Buku Guru Ilmu Pengetahuan Alam Kelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.(hal:218-233) http://www.academia.edu/35405693/Bahan_Ajar_Listrik_Dinamis (diakses pada tanggal 03 September 2020) http://duniatekniklistrik.blogspot.com/2017/01/kwh-meter.html (03 September 2020) https://www.kompasiana.com/dennysimply/54f9659da3331176038b4de0/perjalanan-listrik- hingga-bisa-kita-nikmati (diakses pada tanggal 03 September 2020)

GLOSARIUM A Amperemeter : alat untuk mengukur besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkain tertutup. Arus Listrik : aliran elektron-elektron di dalam konduktor. H Hukum Ohm : hukum yang menghubungkan tegangan hambatan dan kuat arus I Isolator : bahan yang tidak memungkinkan elektron-elektron mengalir dengan mudah di dalamnya. K Konduktor : bahan yang dapat mengalirkan elektron M Muatan negatif : benda menerima elektron sehingga jumlah elektron lebih banyak Muatan positif : benda kehilangan sebagaian elektronya sehingga jumlah proton lebih banyak R Rangkaian tertutup: ujung-ujung sumber tegangan dan beban terhubung sehingga memungkinkan elektron-elektron mengalir