Listrik Dinamis (Materi Lengkap Fisika Kelas 9)

Assalamu'alaikum Wr. Wb. Selamat tiba di blog . Senang sekali rasanya kali ini sanggup kami bagikan materi Fisika Kelas 9 Bab Listri Dinamis, mencakup aturan Ohm, Hukum Kirchoff, Muatan listrik, arus listrik, sumber arus listrik, gaya gerak listrik (GGL), dan daya hantar listrik.

LISTRIK DINAMIS 

Listrik Dinamis ialah listrik yang sanggup bergerak. cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis ialah muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik ialah coulumb dan satuan waktu ialah detik. kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuata arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar. sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan. Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. pada rangkaian seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian bercabang tegangan tidak kuat pada hambatan. semua itu telah dikemukakan oleh aturan kirchoff yang berbunyi "jumlah kuat arus listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar". menurut aturan ohm sanggup disimpulkan cara mengukur tegangan listrik ialah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama alasannya ialah tegangan sebanding dengan kuat arus. tegangan mempunyai satuan volt(V) dan kuat arus ialah ampere (A) serta kendala ialah ohm. 

Hukum Ohm 

Aliran arus listrik dalam suatu rangkaian tidak berakhir pada alat listrik. tetapi melingkar kernbali ke sumber arus. Pada dasarnya alat listrik bersifat menghambat alus listrik. Hubungan antara arus listrik, tegangan, dan kendala sanggup diibaratkan mirip air yang mengalir pada suatu saluran. Orang yang pertama kali meneliti korelasi antara arus listrik, tegangan. dan kendala ialah Georg Simon Ohm (1787-1854) spesialis fisika Jerman. Hubungan tersebut lebih dikenal dengan sebutan aturan Ohm.

Setiap arus yang mengalir melalui suatu penghantar selalu mengalami hambatan. Jika kendala listrik dilambangkan dengan R. beda potensial V, dan kuat arus I, korelasi antara R, V, dan I secara matematis sanggup ditulis: 

 

Sebuah penghantar dikatakan mempunyai nilai kendala 1 Ω kalau tegangan 1 V di antara kedua ujungnya bisa mengalirkan arus listrik sebesar 1 A melalui konduktor itu. Data-data percobaan aturan Ohm sanggup ditampilkan dalam bentuk grafik mirip gambar di samping. Pada pelajaran Matematika telah diketahui bahwa kemiringan garis merupakan hasil bagi nilai-nilai pada sumbu vertikal (ordinat) oleh nilai-nilai yang bersesuaian pada sumbu horizontal (absis). Berdasarkan grafik, kemiringan garis ialah α = V/T Kemiringan ini tidak lain ialah nilai kendala (R). Makin besar kemiringan berarti kendala (R) makin besar. Artinya, kalau ada suatu materi dengan kemiringan grafik besar. materi tersebut makin sulit dilewati arus listrik. Komponen yang khusus dibentuk untuk menghambat arus listrik disebut resistor (pengharnbat). Sebuah resistor sanggup dibentuk semoga mempunyai nilai kendala tertentu. Jika dipasang pada rangkaian sederhana, resistor berfungsi untuk mengurangi kuat arus. Namun, kalau dipasang pada rangkaian yang rumit, mirip radio, televisi, dan komputer, resistor sanggup berfungsi sebagai pengatur kuat arus. Dengan demikian, komponen-komponen dalam rangkaian itu sanggup berfungsi dengan baik. Resistor sederhana sanggup dibentuk dari materi nikrom (campuran antara nikel, besi. krom, dan karbon). Selain itu, resistor juga sanggup dibentuk dari materi karbon. Nilai kendala suatu resistor sanggup diukur secara eksklusif dengan ohmmeter. Biasanya, ohmmeter dipasang hersama-sama dengan amperemeter dan voltmeter dalam satu perangkat yang disebut multimeter. Selain dengan ohmmeter, nilai kendala resistor sanggup diukur secara tidak eksklusif dengan metode amperemeter voltmeter. 

Hambatan Kawat Penghantar 

Berdasarkan percobaan di atas. sanggup disimpulkan bahwa besar kendala suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis materi kawat (sebanding dengan kendala jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, kendala jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar kendala kawat sanggup ditulis : 

Nilai kendala suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya sanggup mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi alasannya ialah dibutuhkan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan mirip itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.

Hukum Kirchoff 

Arus listrik yang melalui suatu penghantar sanggup kita pandang sebagai aliran air sungai. Jika sungai tidak bercabang, jumlah air di setiap kawasan pada sungai tersebut sama. Demikian halnya dengan arus listrik. 

Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Pernyataan itu sering dikenal sebagai aturan I Kirchhoff alasannya ialah dikemukakan pertama kali oleh Kirchhoff. 

Maka diperoleh persamaan :
I₁ + I₂ = I₃ + I₄ + I₅
I _masuk = I _keluar

 

Rangkaian Hambatan

• Rangkaian Seri

Berdasarkan aturan Ohm: V = IR, pada kendala R₁ terdapat teganganV₁ =IR₁ dan pada kendala R₂ terdapat tegangan V₂ = IR ₂. Karena arus listrik mengalir melalui kendala R₁ dan kendala R_2, tegangan totalnya ialah V_AC = IR₁ + IR₂.
Mengingat VAC merupakan tegangan total dan kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian mirip di atas (rangkaian tak bercabang) di setiap titik sama maka

V_AC = IR₁ + IR₂
I R₁ = I(R₁ + R₂)
R₁ = R₁ + R₂ ; R₁ = kendala total

Rangkaian mirip di atas disebut rangkaian seri. Selanjutnya, R₁ ditulis R_s (R seri) sehingga R_s = R₁ + R₂ +...+R_n, dengan n = jumlah resistor. Jadi, kalau beberapa buah kendala dirangkai secara seri, nilai hambatannya bertambah besar. Akibatnya, kuat arus yang mengalir makin kecil. Hal inilah yang menyebabkan nyala lampu menjadi kurang terperinci (agak redup) kalau dirangkai secara seri. Makin banyak lampu yang dirangkai secara seri, nyalanya makin redup. Jika satu lampu mati (putus), lampu yang lain padam.

• Rangakaian Paralel

Mengingat aturan Ohm: I = V/R dan I = I₁+ I₂, maka

Pada rangkaian mirip di atas (rangkaian bercabang), V _AB =V₁ = V₂ = V. Dengan demikian, diperoleh persamaan

Rangkaian yang menghasilkan persamaan mirip di atas disebut rangkaian paralel. Oleh alasannya ialah itu, selanjutnya R_t ditulis R_p (R_p = R _paralel). Dengan demikian, diperoleh persamaan 

Berdasarkan persamaan di atas, sanggup disimpulkan bahwa dalam rangkaian paralel, nilai kendala total (R_p) lebih kecil dari pada nilai masing-masing kendala penyusunnya (R₁ dan R₂). Oleh alasannya ialah itu, beberapa lampu yang disusun secara paralel sama terangnya dengan lampu pada intensitas normal (tidak mengalami penurunan). Jika salah satu lampu mati (putus), lampu yang lain tetap menyala.

MUATAN LISTRIK DAN ARUS LISTRIK

Muatan Listrik

- Muatan listrik (Q) terbagi dua yaitu muatan listrik positif (+) dan muatan listrik negatif (-).
- Jika batang kayu hitam digosok dengan kain wol, maka kayu hitam bermuatan listrik negatif sedangkan kalau beling digosok dengan kain sutra, maka beling bermuatan listrik positif.
- Muatan listrik sejenis tolak menolak sedangkan yang berlainan jenis tarik menarik.
- Konduktor ialah zat yang gampang dilalui/menyimpan muatan listrik. Contoh : besi, tembaga, emas.
- Isolator ialah zat yang sulit dilalui/menyimpan muatan listrik.Contoh: karet, kaca.

Arus Listrik

- Arus listrik merupakan gerakan kelompok partikel bermuatan listrik dalam arah tertentu.
- Arah arus listrik yang mengalir dalam suatu konduktor ialah dari potensial tinggi ke potensial rendah (berlawanan arah dengan gerak elektron).

- Arus searah (DC) ialah arus listrik yang nilainya hanya positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif kenegatif, atau sebaliknya).
- Arus bolak-balik (AC) ialah arus listrik yang berubah dari positif ke negatif atau sebaliknya.
- Kuat arus listrik (I) ialah jumlah muatan listrik yang menembus penampang konduktor tiap satuan waktu. 

Rumusnya :
I = Q/t = n . e . v . A
Q = muatan listrik.
n = jumlah elektron/volume.
v = kecepatan elektron.

- Rapat arus (J) ialah kuat arus per satuan luas penampang.
Rumusnya :
J = I/A = n . e . v
e = muatan 1 eleltron = 1,6 x 10E-19.
A = luas penampang yang dilalui arus.

SUMBER ARUS LISTRIK

Arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian alasannya ialah adanya beda potensial antara dua titik dalam rangkaian yaitu dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Agar arus terus mengalir dalam rangkaian harus ada alat yang sanggup mempertahankan beda potensial yang disebut sumber gaya gerak listrik. Sumber gaya gerak listrik ialah suatu alat yang sanggup mengubah energi kimia, gerak atau energi bentuk lain ke bentuk energi listrik yang dibutuhkan untuk mempertahankan muatan listrik terus mengalir secara kontinyu. Makara GGL merupakan beda potensial dan GGL sanggup menyebabkan arus mengalir, sehingga sumber GGL sanggup juga dikatakan sumber beda potensial atau sumber arus listrik.

A. MACAM- MACAM SUMBER ARUS LISTRIK

· Berdasarkan arus yang dihasilkan sumber arus dibedakan menjadi :
1. Sumber arus AC (Alternating Curent ) ialah sumber arus listrik yang menghasilkan arus bolak-balik. Misalnya : Generator, dinamo sepeda.
2. Sumber arus DC (Direct Curent ) ialah sumber arus listrik yang menghasilkan arus searah. Misalnya : elemen .

Elemen ialah sumber arus listrik searah yang berasal dari reaksi kimia. Ketika dipakai elemen mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

· Berdasarkan sifat materi yang dipakai elemen dibedakan menjadi :
1. Elemen primer ialah elemen yang reaksi kimia didalamnya tidak sanggup diperbaharui lagi. sehingga kalau energi listriknya telah habis tidak sanggup dimuati lagi atau diisi lagi (sekali pakai).Contoh : elemen volta, elemen daniel, elemen kering (baterai ).
2. Elemen sekunder ialah elemen yang reaksi kimia di dalamnya sanggup diperbaharui sehingga kalau energi listriknya telah habis sanggup diisi ulang (dicharge). Contoh : accumulator, sel Nicad

· Berdasarkan bentuk materi elektrolit yang dipakai :
1. Elemen kering yaitu elemen yang lektrolitnya berupa adonan mirip pasta.
2. Elemen lembap yaitu elemen yang elektrolitnya berupa cairan.
Elektrolit ialah zat kimia yang sanggup menghantarkan arus listrik.

B. SUSUNAN DAN CARA KERJA ELEMEN LISTRIK:

1. Elemen Volta
 
Susunan elemen Volta sebagai berikut :
Elektroda positif (anoda ) : tembaga (Cu)
Elektroda negatif (katoda) : seng (Zn)
Elektrolit : asam sulfat (H2SO4)

Cara kerja :
Ketika kedua elektroda dihubungkan dengan suatu penghantar akan terjadi reaksi kimia . Ion-ion seng positif melarut dalam asam sehingga seng mempunyai banyak elektron ( bermuatan negatif). Elektron-elektron dari seng mengalir melalui penghantar menuju tembaga. Arus listrik mengalir dari tembaga menuju seng. Pada tembaga elektron-elektron ditangkap oleh ion-ion positif hidrogen dalam larutan asam, sehingga ion hidrogen bermetamorfosis gas hidrogen dan mengumpul pada tembaga (terjadi polarisasi ). Karena terjadinya polarisasi ini maka pada elemen volta arus mengalir hanya sebentar. Agar arus terus-menerus mengalir, gelembung gas harus dibersihkan.
Polarisasi ialah bencana terbentuknya gelembung-gelembung gas hidrogen hasil reaksi kimia yang menyelimuti lapisan plat tembaga.
Beda potensial yang dihasilkan + 1,5 volt.

2. Elemen Daniel

Susunan elemen Daniel sebagai berikut :
Anoda : tembaga (Cu)
Katoda : seng (Zn)
Elektrolit : asam sulfat (H2SO4)
Depolarisator : tembaga sulfat ( CuSO4)

Cara kolaborasi mirip pada elemen volta hanya sebelum hasil reaksi menutup tembaga akan bereaksi dulu dengan CuSO4 sehingga tidak terjadi polarisasi.
Depolarisator ialah larutan yang berfungsi mencegah terjadinya polarisasi sehingga arus sanggup mengalir lebih lama.
Beda potensial yang dihasilkan + 1,5 Volt
3. Elemen Kering (Baterai)
Elemen kering yang paling umum dipakai ialah sel karbon seng . Susunannya sebagai berikut :.
Anoda : batang karbon (C)
Katoda : seng (Zn)
Elektrolit : Amonium Clorida
(NH4Cl)
Depolarisator : Mangan dioksida dan serbuk karbon ( MnO2 + C ).

Cara kerja :
Ketika kedua elektroda dihubungkan dengan suatu penghantar maka akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan aliran arus listrik. Pada ketika yang sama akan terjadi gelembung gas Hidrogen yang kemudian diserap oleh adonan MnO2 + C sehingga tidak melekat pada anoda.
Baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Beda potensial yang dihasilkan + 1,5 volt.
Sel karbon seng termasuk elemen primer alasannya ialah kalau muatanya habis maka tidak sanggup diisi ulang. Namun ada juga sel kering yang bias diisi ulang. Contohnya sel Nicad.

4. Accumulator (aki )
Susunan Accumulator sebagai berikut :
Anoda : timbal dioksida (PbO2)
Katoda : timbal (Pb)
Elektrolit : asam sulfat (H2SO4)

Beda potensial yang dihasilkan satu sel accumulator + 2 volt.
Sebuah aki 12 volt mempunyai 6 sel yang disusun seri.

Cara Kerja :
Ketika accumulator dipakai terjadi :
- perubahan energi kimia menjadi energi listrik
- Reaksi kimia : PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Timbal diosida dan timbal mejadi timbal sulfat. Dalam reaksi ini dilepaskan electron-elektron sehingga arus listrik mengalir pada penghantar luar dari kutub + ke kutub -. Reaksi kimia yang terjadi mengencerkan asam sulfat sehingga massa jenisnya berkurang. Pada nilai massa jenis tertentu, aki tidak sanggup menghasilkan muatan listrik (accumulator mati/ soak). Agar sanggup dipakai kembali accu harus di muati ulang.

Ketika accumulator diisi (dicharge) terjadi :
- perubahan energi listrik menjadi energi kimia
- reaksi kimia : 2PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4
 
Pengisian aki dilakukan dengan mengalirkan arus searah yang mempunyai beda potensial lebih besar dari beda potensial aki dengan cara menghubungkan kutub positif sumber arus pengisi dengan kutub positif aki (PbO2) dan kutub negatif sumber arus pengisi dengan kutub negatif aki ( Pb).
Kapasitas penyimpanan aki diukur dalam satuan ampere hour(AH).Contoh: sebuah aki mempunyai 12 V 40 AH berarti ggl aki 12 volt dan sanggup mengalirkan arus 1 ampere selama 40 jam atau 0,5 ampere selama 80 jam sebelum aki dimuati ulang.

C. GAYA GERAK LISTRIK (GGL ) DAN PENGUKURANNYA

1. Gaya gerak listrik
 
Gaya gerak listrik suatu sumber arus listrik ialah beda potensial antara ujung-ujung sumber arus listrik ketika sumber arus tidak mengalirkan arus listrik ( pada rangkaian terbuka ).
 
Lambang GGL :

Satuan GGL ialah Volt.

Cara mengukur beda potensial atau tegangan dengan memakai voltmeter :

Cara mengukur GGL

Rangkaian GGL :
a. Susunan seri

ET = E1 +E2 +E3 + …+En
Jika besar GGL setiap sumber arus sama,
maka :
Es = E +E +E+ …+En
= n x E
rs = r + r + r … = n x r

b. Susunan paralel

Ep = E1 =E2 =E3 = …=En
Jika besar GGL setiap sumber arus sama, maka :
Ep = E
rp = r
n

Keterangan :
Ep = GGL pengganti parallel satuannya volt ( V)
rp = kendala dalam satuannya ohm ( W )
Es = GGL pengganti seri satuannya volt ( V)
rs = kendala dalam satuannya ohm ( W )
n = banyaknya sumber arus

2. Tegangan Jepit (tegangan terpakai )
Tegangan jepit ialah beda potensial antara kutub-kutub sumber arus listrik ketika sumber arus lisrtrik mengalirkan arus ( rangkaian tertutup ).
Nilai tegangan jepit bergantung pada nilai bebannya.
Lambang : VCara mengukur tegangan jepit :

Hambatan seri

Dua kendala atau lebih yang disusun secara berurutan disebut kendala seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Tujuan rangkaian kendala seri untuk memperbesar nilai kendala listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian kendala seri sanggup diganti dengan sebuah kendala yang disebut kendala pengganti seri (Rs).

Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke tiga kendala masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku:

V = V1 + V2 + V3

Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak bercabang) berlaku:

I = I1 = I2 = I3

Hambatan Paralel

Dua kendala atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut kendala paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan mempunyai lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan kendala paralel sanggup diganti dengan sebuah kendala yang disebut kendala pengganti paralel (Rp).

Rangkaian kendala paralel berfungsi untuk membagi arus listrik. Tiga buah lampu masing masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun paralel dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3. sesuai 

Hukum Ohm dirumuskan:

I1 = V/R1       I2 = V/R2    I3 = V/R3

Ujung-ujung kendala R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama, sehingga berlaku:

V = V1 = V2 = V3

Besar kuat arus I dihitung dengan rumus:

I = V/Rp

rumus kendala pengganti paralel:

1/Rp = 1/R1 + 1/R2  + 1/R3

DAYA HANTAR LISTRIK (DHL)

Daya hantar listrik ialah parameter yang dipengaruhi oleh salinitas tinggi rendahnya berkaitan dekat dengan nilai salinitas. kemampuan air untuk menghantarkan arus listrik yang dinyatakan dalam µmhos/cm (µS/cm).

Konduktivitas (Daya Hantar Listrik / DHL) ialah citra numeric dari kemampuan air untuk meneruskan listrik. Oleh alasannya ialah itu, semakin banyak garam-garam terlarut yang sanggup terionisasi, semakin banyak pula nilai DHL. Reaktivitas, bilangan valensi, dan kosentrasi ion-ion terlarut sangat dipengaruhi oleh nilai-nilai DHL. Senyawa organic ialah penghantar listrik (konduktor) yang baik, sedangkan senyawa anorganik ialah penghantar listrik (konduktor) yang lemah. Alat yang dipakai ialah SCT (SALINO CONDUCTIVITY METER).

Pada umumnya air maritim sanggup menghantarkan Listrik sebesar 10.000 UMHOS/CM dikarenakan senyawa-senyawa terlarut yang berupa garam lebih besar dibandingkan air tawar, sehingga diperairan air Tawar nilai DHL nya ialah dibawah 10.000 UMHOS/CM, yang idealnya  600 – 800 UMHOS/CM, 20 – 500 KURANG IDEAL.

Demikian materi Fisika Kelas 9 Bab Listri Dinamis, mencakup aturan Ohm, Hukum Kirchoff, Muatan listrik, arus listrik, sumber arus listrik, gaya gerak listrik (GGL), dan daya hantar listrik. Semoga bermanfaat