Teknik Listrik Dasar Otomotif X 1.pdf

HALAMAN FRANCISEditor Materi : KokoEditor Bahasa : WillemIlustrasi Sampul :Desain & Ilustrasi Buku : PPPPTK BOE MALANG

Hak Cipta 2013, Kementerian Pendidikan & Kebudayaan

MILIK NEGARA

TIDAK DIPERDAGANGKAN

Semua hak cipta dilindungi undang-undang.

Dilarang memperbanyak (mereproduksi), mendistribusikan, atau memindahkan

sebagian atau seluruh isi buku teks dalam bentuk apapun atau dengan cara

apapun, termasuk fotokopi, rekaman, atau melalui metode (media) elektronik

atau mekanis lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit, kecuali dalam kasus lain,

seperti diwujudkan dalam kutipan singkat atau tinjauan penulisan ilmiah dan

penggunaan non-komersial tertentu lainnya diizinkan oleh perundangan hak

cipta. Penggunaan untuk komersial harus mendapat izin tertulis dari Penerbit.

Hak publikasi dan penerbitan dari seluruh isi buku teks dipegang oleh

Kementerian Pendidikan & Kebudayaan.

Untuk permohonan izin dapat ditujukan kepada Direktorat Pembinaan Sekolah

Menengah Kejuruan, melalui alamat berikut ini:

Pusat Pengembangan & Pemberdayaan Pendidik & Tenaga Kependidikan

Bidang Otomotif & Elektronika:

Jl. Teluk Mandar, Arjosari Tromol Pos 5, Malang 65102, Telp. (0341) 491239,

(0341) 495849, Fax. (0341) 491342, Surel: [email protected],

Laman: www.vedcmalang.com

ii

DISKLAIMER (DISCLAIMER)

Penerbit tidak menjamin kebenaran dan keakuratan isi/informasi yang tertulis di

dalam buku tek ini. Kebenaran dan keakuratan isi/informasi merupakan tanggung

jawab dan wewenang dari penulis.

Penerbit tidak bertanggung jawab dan tidak melayani terhadap semua komentar

apapun yang ada didalam buku teks ini. Setiap komentar yang tercantum untuk

tujuan perbaikan isi adalah tanggung jawab dari masing-masing penulis.

Setiap kutipan yang ada di dalam buku teks akan dicantumkan sumbernya dan

penerbit tidak bertanggung jawab terhadap isi dari kutipan tersebut. Kebenaran

keakuratan isi kutipan tetap menjadi tanggung jawab dan hak diberikan pada

penulis dan pemilik asli. Penulis bertanggung jawab penuh terhadap setiap

perawatan (perbaikan) dalam menyusun informasi dan bahan dalam buku teks

ini.

Penerbit tidak bertanggung jawab atas kerugian, kerusakan atau

ketidaknyamanan yang disebabkan sebagai akibat dari ketidakjelasan,

ketidaktepatan atau kesalahan didalam menyusunmakna kalimat didalam buku

teks ini.

Kewenangan Penerbit hanya sebatas memindahkan atau menerbitkan

mempublikasi, mencetak, memegang dan memproses data sesuai dengan

undang-undang yang berkaitan dengan perlindungan data.

Katalog Dalam Terbitan (KDT)

Teknik Sepeda Motor, Edisi Pertama 2013

Kementerian Pendidikan & Kebudayaan

Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik & Tenaga Kependidikan, th.

2013: Jakarta

iii

KATAPENGANTARPuji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas

tersusunnya buku teks ini, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku teks

untuk siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Bidang Studi Teknik Dasar

Lisrtrik Otomotif.

Penerapan kurikulum 2013 mengacu pada paradigma belajar kurikulum

abad 21 menyebabkan terjadinya perubahan, yakni dari pengajaran (teaching)

menjadi BELAJAR (learning), dari pembelajaran yang berpusat kepada guru

(teachers-centered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik

(student-centered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar

peserta didik aktif (active learning-CBSA) atau Student Active Learning-SAL.

Buku teks Teknik Dasar Listrik Otomotif ini disusun berdasarkan

tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013diselaraskan

berdasarkan pendekatan model pembelajaran yang sesuai dengan kebutuhan

belajar kurikulum abad 21, yaitu pendekatan model pembelajaran berbasis

peningkatan keterampilan proses sains.

Penyajian buku teks untuk Mata Pelajaran Teknik Dasar Listrik Otomotif

ini disusun dengan tujuan agar supaya peserta didik dapat melakukan proses

pencarian pengetahuan berkenaan dengan materi pelajaran melalui berbagai

aktivitas proses sains sebagaimana dilakukan oleh para ilmuwan dalam

melakukan eksperimen ilmiah (penerapan scientifik), dengan demikian peserta

didik diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep,

dan nilai-nilai baru secara mandiri.

Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat PembinaanSekolah

Menengah Kejuruan, dan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik dan

Tenaga Kependidikan menyampaikan terima kasih, sekaligus saran kritik demi

kesempurnaan buku teks ini dan penghargaan kepada semua pihak yang telah

berperan serta dalam membantu terselesaikannya buku teks siswa untuk Mata

Pelajaran Teknik Otomotif Sepeda Motor kelas XI/Semester 2 Sekolah

Menengah Kejuruan (SMK).

Jakarta, 12 Desember 2013

Menteri Pendidikan dan Kebudayaan

Prof. Dr. Mohammad Nuh, DEA

iv

PETAKEDUDUDKAN MODULBIDANG KEAHLIAN : TEKNOLOGI DAN REKAYASA

PROGRAM KEAHLIAN : OTOMOTIF

PAKET KEAHLIAN : PEKERJAAN DASAR TEKNIK OTOMOTIF

KLAS

SEMESTER

BAHAN AJAR (BUKU)

XII 2 PemeliharaanMesin

Kendaraan

Ringan 4

Pemeliharaan

Sasis dan

Pemindah

Tenaga 4

Pemeliharaan

Kelistrikan

Kendaraan

Ringan 4

1 PemeliharaanMesin

Kendaraan

Ringan 3

Pemeliharaan

Sasis dan

Pemindah

Tenaga 3

Pemeliharaan

Kelistrikan

Kendaraan

Ringan 3

XI 2 PemeliharaanMesin

Kendaraan

Ringan 2

Pemeliharaan

Sasis dan

Pemindah

Tenaga 2

Pemeliharaan

Kelistrikan

Kendaraan

Ringan 2

1 PemeliharaanMesin

Kendaraan

Ringan 1

Pemeliharaan

Sasis dan

Pemindah

Tenaga 1

Pemeliharaan

Kelistrikan

Kendaraan

Ringan 1

X 2 TeknologiDasar

Otomotif 2

Pekerjaan

Dasar Teknik

Otomotif 2

Teknik Listrik

Dasar

Otomotif 2

1 TeknologiDasar

Otomotif 1

Pekerjaan

Dasar Teknik

Otomotif 1

Teknik Listrik

Dasar

Otomotif 1

vi

DAFTARISIHALAMAN FRANCIS i

DISKLAIMER (DISCLAIMER) ii

KATA PENGANTAR iii

PETA KEDUDUDKAN MODUL iv

DAFTAR ISI v

DAFTAR GAMBAR ix

I. PENDAHULUAN 1

A. Prasyarat 1

B. Petunjuk Penggunaan 1

C. Tujuan Akhir 1

D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar 2

E. Cek Kemampuan Awal 2

II. PEMELAJARAN 3

BAB I BESARAN LISTRIK 3

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR 3

A. PETA KONSEP 4

B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK 5

C. MATERI PEMBELAJARAN 6

1. ARUS LISTRIK 10

1.1. KUAT ARUS LISTRIK. 13

1.2. RAPAT ARUS 15

2. TEGANGAN (VOLTAGE) 20

2.1. Beda Potensial Tegangan 24

2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan 26

3. HAMBATAN/TAHANAN 30

3.1. Hambatan Kawat Penghantar 33

3.2. Tahanan Dalam Penghantar 35

3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor 39

Latihan Evaluasi : 41

Rangkuman 42

Evaluasi 43

vii

Tugas Mandiri 43

BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK 44


B. PETA KONSEP 45


1. HUKUM OHM 47

1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM 52

1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM 53

1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM 54

2. HUKUM KIRCHOFF 57

2.1. Hukum Kirchoff I 58

2.2. HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP) 61

LATIHAN EVALUASI : 62

RANGKUMAN 63

TUGAS MANDIRI 63

BAB III KAIDAH FLAMING 64


B. PETA KONSEP 65

C. MATERI BELAJAR 67

1. KUTUB MAGNET 67

1.1. SIFAT MAGNET 69

1.2. JENIS JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET 70

2. INDUKSI ELEKTROMAGNET 71

2.1. JENIS-JENIS MAGNET 72

2.2. Cara membuat medan magnit 74

3. KAIDAH FLAMING 76

3.1. Prinsip Flaming 76

3.2. PENGGUNAAN HUKUM FLAMING 78

LATIHAN EVALUASI ; 87

RANGKUMAN 88

EVALUASI 88

TUGAS MANDIRI 89

BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN 90

iix


B. PETA KONSEP 91

1. AMPER 93

2. VOLTMETER 97

3. OHMMETER 99

4. AVO METER ANALOG 101

LATIHAN EVALUASI 107

RANGKUMAN 108

EVALUASI 109

TUGAS MANDIRI 112

BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN 114


B. PETA KONSEP 115


1. RANGKAIAN LISTRIK SERI 119

1.1. Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung 119

1.2. Rangkaian seri pada Hambatan 121

2. Rangkaian Listrik Paralel 126

2.1. Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan 126

2.2. Rangkaian Paralel pada Hambatan 127

3. RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN 131

4. Rangkaian Listrik Majemuk 135

PERMASALAHAN 137

RANGKUMAN 139

TUGAS MANDIRI 141

BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN 143


B. PETA KONSEP 144


1. PENGERTIAN INDUKSI 146

1.1. Induksi magnetis 147

2. INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT) 152

2.1. Jenis Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) : 154

ix

2.2. INDUKTANSI BERSAMA 158

PERMASALAHAN 159

RANGKUMAN 161

KERJA MANDIRI 162

BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DANPENGGUNAANNYA 163


B. PETA KONSEP 164


1. KABEL 167

1.1. FUNGSI KABEL 167

1.2. KOMPONEN KABEL 169

1.3. UKURAN KABEL 172

2. KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG 177

2.1. Junction Block dan Relay Block 177

2.2. Terminal Kabel (sepatu kabel) 177

2.3. Konektor 179

2.4. Baut Massa 180

3. KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT 181

3.1. Sekring (FUSE) 181

3.2. Fusible Link 183

3.3. Circuit Breaker 183

LATIHAN EVALUASI 184

RANGKUMAN 185

EVALUASI 185

TUGAS MANDIRI 186

DAFTAR PUSTAKA 187

xDAFTARGAMBARGambar 1. Pengamatan rangkaian 7

Gambar 2. Pengamatan rangkaian 8

Gambar 3. Gerakan Elektron 11

Gambar 4. Perumpaman Aliran arus 12

Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik 12

Gambar 6.Kerapatan arus listrik 15

Gambar7. aliran arus 17

Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai 17

Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC) 27

Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik 28

Gambar 11. Penampang Kabel 34

Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam 37

Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan 38

Gambar 14. Arus keluar Kirchoff 59

Gambar 15. Loop arus Kirchoff 59

Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar yang dialiri arus

listrik 71

Gambar 17. Arah Gaya Elektromagnet 83

Gambar 18. Arah medan magnet 85

Gambar 19. Model sederhana motor stater 85

Gambar 20. Arah medan magnet 147

Gambar 21. Trafo step down 148

xi

Gambar 22. Induksi Diri 151

Gambar 23. Solenoida. 153

Gambar 24. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus

pada kumparan yang lain 156

Gambar 25. bagian-bagian kabel 167

Gambar 26. Bagian Kabel tegangan rendah 168

Gambar 27. bagian kabel bertegangan tinggi 169

Gambar 28. Kabel Yang Diisolasi 169

Gambar 29. Jenis kabel 171

Gambar 30. Penampang Kabel. 172

Gambar 31. Isolasi 173

Gambar 32. Selang bakar 174

Gambar 33. Selang kabel 174

Gambar 34. Kotak Sekering 175

Gambar 35. terminal kabel 175

Gambar 36. terminal penghubung Kabel 176

Gambar 37. Konektor dari kabel ke komponen 176

Gambar 38. Konektor 177

Gambar 39. Pin Kabel Konektor 177

Gambar 40. Jumlah Pin konektor 177

Gambar 41. Baut Washer 178

Gambar 42. sekring jenis blade (a) dan sekring jenis cartridge (b) 179

xii

Gambar 43. Circuit Breaker 181

1I. PENDAHULUAN

A. PrasyaratMateri konsep dasar-dasar listrik otomotif memberikan bekal awal dalam

memahami kompetensi teknik dasar listrik otomotif. materi ini disampaikan pada

kelas X smester 1.

B. Petunjuk PenggunaanBuku ini dibuat dengan memberikan penjelasan tentang pengetahuan konsep

dasar-dasar listrik otomotif. Untuk memungkinkan siswa belajar sendiri secara

tuntas , maka perlu diketahui bahwa isi buku ini pada setiap kegiatan belajar

umumnya terdiri atas. Uraian materi, rangkuman, Lembar kerja, dan Pengayaan,

sehingga diharapkan siswa dapat belajar mandiri (individual learning) dan

mastery learning (belajar tuntas) dapat tercapai.

C. Tujuan AkhirTujuan akhir yang hendak dicapai adalah agar siswa mampu:

Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan

pengamatan tentang dasar-dasar listrik otomotif


pengamatan tentang Arus Listrik, Tegangan, Hambatan/Tahanan.


pengamatan tentang Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff


pengamatan tentang Kutub Magnet, Induksi Elektromagnet dan

Kaidah Flaming


pengamatan tentang ampere, Voltmeter, Ohmmeter dan Avometer


pengamatan tentang Rangkaian Listrik Seri,Rangkaian Listrik Paralel,

Rangkaian Listrik Campuran dan Rangkaian Listrik Majemuk


pengamatan tentang Pengertian Induksi dan Induksi Sendiri (Self-

2Induction)


pengamatan tentang Kabel, Komponen Penghubung, Komponen

Pelindung Sirkuit, Komponen Pelindung Kabel dan Ukuran Kabel

D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar Memahami jenis-jenis Besaran Listrik

Memahami Rumus Dasar Besaran Listrik

Memahami Hukum Ohm dan Kirchoff

Memahami Medan Magnet dan Arah Medan Magnet

Memahami Rangkaian Dasar Listrik Seri dan Paralel

Memahami Pengaruh Induksi terhadap timbulnya listrik

Memahami jenis kabel, ukuran kabel, dan konektor

E. Cek Kemampuan Awalo Sebutkan satuan-satuan besaran listrik!o Sebutkan cara pembentukan medan magnet!o Apa yang dimaksud dengan GGL(Garis Gaya Listrik)?o Apa yang dimaksud dengan HukumOhm dan Hukum Kirchoff!o Sebutkan jenis-jenis rangkaian listrik!o Sebutkan alat-alat yang digunakan untuk mengukur rangkaian listrik!o Jelaskan Hukum Flamming!

o Sebutkan fungsi kabel!

3II. PEMELAJARANBAB I BESARAN LISTRIK

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJARKOMPETENSI DASAR PENGALAMAN BELAJAR

Setelah mengikuti pembelajaran

dengan kompetensi dasar-

dasar Listrik siswa dapat :

1. Menghayati dan

Mengamalkan perilaku

jujur, disiplin, tanggung

jawab, peduli (gotong

royong, kerjasama, toleran,

damai), santun, responsif

dan proaktif dan

menunjukan sikap sebagai

bagian dari solusi atas

berbagai permasalahan

dalam berinteraksi secara

efektif dengan lingkungan

sosial dan alam serta

dalam menempatkan diri

sebagai cerminan bangsa

dalam pergaulan dunia.

2. Memahami besaran

listrik, hukum Ohm dan

Kirchof padar listrik

otomotip

3. Menerapkan Dasar

Listrik pada rangkaian seri,

paralel dan gabungan

Dari pembelajaran kompetensi dasar-

dasar Listrik siswa mendapatkan

pengalaman belajar :

1. Mengamati simulsi terkait materi

pokok besaran listrik dan

Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan

sosl-soal terkait materi besaran listrik,




sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof

,




sosl-soal terkait Kaidah Flaming

4. Mengkomunikasikan dalam

pengukuran tegangan, tahanan dan

arus


dan Mengeksplorasii rangkaian seri,

paralel dan gabungan.



Mengeksplorasiinduksi sendiri, mutual

pada kemagnitan

7. Mengkomunikasikan macam-

4macam

8. Jenis, ukuran kabel, terminal dan

penggunaannya

G. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK

F. PETA KONSEP

5H. MATERI PEMBELAJARAN

Selamat! Sekarang kalian telah menjadi peserta didik SMK. Saatnya telah tiba

untuk mempelajari lebih dalam lagi tentang listrik melaluimata pelajaran. Dasar

Listrik Otomotif. Dasar Listrik Otomotip adalah ilmu yang mempelajari tentang

listrik sesuatu yang ada di kendaraan baik itu kendaraan ringan, dan

kendararaan berat secara sistematis.

melakukan serangkaian penelitian dengan sangat cermat dan hati-hati. Dengan

cara itu, mereka dapat menjelaskan apa dan mengapa sesuatu dapat terjadi

serta memperkirakan sesuatu yang terjadi saat ini maupun yang akan datang

terhadap alam sekitar. Hasil-hasil temuan mereka dapat dimanfaatkan untuk

kesejahteraan hidup manusia, seperti sepeda motor , mobil, excavator, dosher,

komputer, televisi, dan sebagainya.

Pada bab ini, kalian akan mempelajari apa yang diselidiki dalam Besaran Listrik

Otomotip, bagaimanamelakukan pengamatan, perhitungan serta pengukuran

sebagai bagian dari pengamatan tersebut. Langkah awal untuk mempelajari

benda-benda di sekitar adalah dengan melakukan pengamatan (observasi).

KUAT ARUS

RAPAT ARUS

BEDA POTENSIALTEGANGAN

JENIS TEGANGAN

HAMBATAN DALAM

PENGHANTAR

HAMBATAN PADA KAWATPENGHANTAR

KONDUKTOR, ISOLATOR

6Sebagai permulaan, lakukankegiatan berikut untuk melatih pengamatan untuk

eksplorasi terhadap listrik disekitarmu.

7PENGAMATANGambar 1. Pengamatan rangkaian

Pada kegiatan ini, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatanpengukuran

perlu menggunakan satuan baku, satuan yang disepakati bersama. Besaran

yang satuan nya didefinisikan ini disebut besaran pokok.

MENAKSIR / MENDISKRIPSIKAN RANGKIAN LISTRIK

1. Lihatlah gambar dibawah 1.1 , Rangkaian listrik , dan amati!

2. Buatlah taksiran arus listrik, tegangan dan hambatan pada rangkian

tersebut.

Catatlah taksiranmu dan taksiran teman-temanmu!

Membandingkan dan Berlatih

Bandingkan taksiranmu dan teman-temanmu dengan hasil perhitunganmu!

Diskusikan, apakah dekatnya hasil taksiran dengan hasil pengukuran

sebenarnya dapat ditingkatkan dengan latihan? Untuk mengujinya, berlatihlah

menaksir dan menghitung kemudian uji dengan hasil pengukuran!

8Gambar 2. Pengamatan rangkaian

Pengamatan

1. Rangkailah komponen-komponen listrik seperti gambar 1.1 , baterai, kawatpenghubung, lampu dan saklar !

2. Gerakan saklar ke bawah (tutup saklar) dimana pada posisi On.3. Amati dari manakah lampu itu bisa hidup / menyala !4. Hidup / nyalakan lampu beberapa menit (kurang lebih 3 menit), kemudian matikan.4. Ulangi langkah tersebut sampai 3 (tiga) kali, sampai bisa menemukan komponen yang bisa

membuat lampu hidup / menyala!

Bagaimanakah hasil pengamatanmu? Temuan apakah yang dapat kamu ambil sebuahkesimpulan untuk menjelaskan kenapa lampu bisa nyala ?!Dari hasil temuan dilapangan silahkan sesuaikan dengan gambar 1.1 Rangkaian listrik

Diskusikan:

Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil

pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa

hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan

pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ?

Pada kegiatan sebelumnya, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam

9kegiatan pengamatan pada rangkian listrik dimana lampu bisa menyala karena

adanya arus listrik, beda tegangan dan hambatan yang terdapat pada rangkian.

Arus listrik, beda tegangan dan hambatandapat di ukur dan perlu menggunakan

satuan baku, satuan yangdisepakati bersama.Besaran yang satuannya

didefinisikan ini disebut besaran pokok.

Besaran panjang, massa dan waktu disebut besaran pokok, karena dari

besaran ini dapat diturunkan besaran-besaran yang lain seperti gaya dan energi.

Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuannya telah ditetapkan

terlebih dahulu.Satuan dari besaran pokok disebut satuan pokok.Satuan Pokok

SI seluruhnya ada tujuh, yaitu seperti yang terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Satuan pokok SI

Besaran Satuan Simbol

Panjang

Massa

Waktu

Kuat arus listrik

Suhu

Jumlah zat

Intensitas cahaya

meter

kilogram

sekon

ampere

kelvin

mol

Candela

m

kg

s

A

K

mol

Cd

Tabel 1 Satuan pokok SI

Penggunaan berbagai macam satuan untuk besaran menimbulkan suatu

kesukaran, alat ukur suatu satuan tertentu menjadi macam-macam, yang lebih

menyulitkan lagi bahwa orang harus menyesuaikan diri terhadap berbagai

macam satuan.Dengan demikian diperlukan menetapkan satuan standar besaran

pokok.Syarat untuk membuat satuan standar yang berguna adalah praktis

digunakan, mudah didapat, mudah dibuat ulang, dan tetap setiap saat.Maka

seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan sejumlah penemuan oleh

10

para ilmuwan, standar satuan terus berubah.Sebagai contoh, standar meter

mengalami perubahan beberapa kali dimana yang digunakan sekarang

ditetapkan pada tahun 1983 dan dianggap yang paling tepat sampai saat ini.

Berikut iniakan dijelaskan satuan standar besaran pokok untuk listrik, besaran

yang digunakan pada listrik terbagi menjadi dua, meliputi Besaran pokok dan

besaran turunan.

1. ARUS LISTRIK

Amper adalah satuan SI untuk besaran pokok listrik, dilambangkan dengan

huruf A. Satu amper adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian

sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan

penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu

meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 710 2 x newton per meter.Satuan ini diambil dari nama Andr-Marie Ampre, salah satu penemu

elektromagnetik.

DEFINISI ARUS LISTRIK

Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar tiapdetik.atau dengan kata lain adalah mengalirnya elektron secara terus menerus

dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada

beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.

Besarnya arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama

dengan jumlah elektron bebas yang melewati penampang konduktor setiap

detik. Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik

dinyatakan dengan satuan ampere, disingkat A.Satu amperA sama dengan

pergerakan 6.25 x 1018 elektron bebas yang melewati konduktor setiap detik.

Atau dengan pengertian lain 1 ampere arus adalah mengalirnya elektron

sebanyak 624x1016 (6,24151 1018) atau sama dengan 1 Coulumb per detik

11

melewati suatu penampang konduktor

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-),

sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang

bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap

berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 3. Gerakan Elektron

Elektron bebas yang bermuatan negative selamanya akan selalu tolak

menolak satu dengan lainnya. Bila ada kelebihan electron disatu tempat, maka

akan ada kekurangan electron ditempat lainnya, electron akan selalu bergerak

ketempat yang kosong, dan kemudian mencoba untuk saling menjauh satu

sama lainnya. Saat pergerakan ini terjadi, aliran atau arus elektron terbentuk,

Arus akan terus berlanjut sampai electron genap terpisah dari intinya.

Arus dapat digambarkan seperti laju aliran elektron, besarnya aliran

electron bias diumpamakan seperti pada pipa air. Pada pipa yang diameternya

lebih besar mempunyai kapasitas aliran yang lebih besar pula. Artinya adalah

aliran arus akan besar bila jumlah electron yang bergerak juga banyak,

sehingga semburan air bisa jauh seperti gambar dibawah ini.

Pada pipa yang diameter kecil mempunyai kapasitas aliran yang lebih kecil,

artinya aliran arus akan kecil karena jumlah elektron yang mengalir kecil.

Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.

12

Gambar 4. Perumpaman Aliran arus

Jadi kesimpulannya adalah mengalirnya suatu electron sama dengan

mengalirnya suatu arus. Arus adalah mengalirnya electron secara kontinyu

pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang

jumlah elektronnya tidak sama.

Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik

Formula arus listrik adalah:

Dimana:

I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere

Q = Besarnya muatan listrik, coulomb

t = waktu, detik

13

1.1. KUAT ARUS LISTRIK.

Definisi Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang

pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu, dengan kata

lain Amper adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron

bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118

milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik. listrik yang dapat

memisahkan,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu

detik.Rumus rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus

dan waktu.

Formula arus listrik adalah

1 (satu) Coulomb = 6,28 x 1018electron

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalamsatuan coulomb

I = Kuat Arus dalam satuan Amper.

t = waktu dalam satuan detik.

14

PERMASALAHAN KUAT ARUS LISTRIK

Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2

menit.

Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?

Diketahui: I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan: Q (muatan listrik).

Penyelesaian:

t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

PEMECAHAN MASALAH

15

1.2. RAPAT ARUSArus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm, maka

kerapatan arusnya 3A/mm (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar

mengecil 1,5mm, maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar

dipertahankan sekitar 300C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah

ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

Definisi

Rapat Arus

Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat (mm2)

Gambar 6.Kerapatan arus listrik.

16

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm, 2

inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm.Kerapatan arus

berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar

penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.Rumus-rumus dibawah ini

untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

Formula arus listrik adalah : Dijabarkan sebagai berikut :

Dimana : S = Rapat arus [ A/mm]

I = Kuat arus [ Amp]

Q = luas penampang kawat [ mm]

Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik

Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan menyebabkan

(menimbulkan) tiga kejadian :

a. Pembangkit panas

Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat sistem

17

bekerja. Contohnya meliputi :Lampu kepala (Head Light), Korek api

dimobil (Cigarette Lighter), sekring (Fuse) dll.

Gambar7. aliran arus

b. Aksi kimia

Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui /dialiri arus

listrik) akan menyebabkan arus listrik mengalir. Baterai jenis basah

bekerja berdasarkan prinsip kimia.

Saat kondisi baterai kosong (teganan dan arus) yang tersimpan dibaterai

berkurang, reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut :

Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20

Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan

(discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan

elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan

antara kutub sangat lemah untuk pemakaian. baterai perlu diisi tegangan

dan arus (charging) mengakibatkan pada reaksi kimia akan berubah.

Perubahannya sebagai berikut :2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02

Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai

18

c. Aksi magnet

Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan

medan magnet disekitarnya. Prinsip ini digunakan pada koil pengapian

(ignition coil), alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.

RANGKUMAN ARUS LISTRIK: Arus listrik terjadi karena mengalirnya elektron.

Bila aliran elektronnya banyak, maka arus yang mengalir juga lebih

banyak.

Melalui perbedaan potensial, arus bisa mengalir dari potensial yang tinggi

ke potensial yang lebih rendah.

Bila aliran elektron bebasnya banyak, maka akan menghasilkan panas,

karena itu kawat listrik menjadi panas dikarenakan banyaknya arus yang

lewat.

Jumlah arus dapat diterangkan dengan mengambil perumpamaan pada

19

jumlah air yang mengalir pada sebuah pipa.

Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti tenaga

listriknya juga kuat.

PERMASALAHAN RAPAT ARUS1. Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit.

Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?

2. Muatan listrik 4500 C, arus listrik 1500 mA. Hitunglah waktunya

Diketahui : I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan : Q (muatan listrik).

Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

PEMECAHAN MASALAH 2

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

Diketahui : Q = 4500 C

I = 1500 mA = 1.5 A

Ditanyakan : t = ?

Jawab :

t = Q / I

= 4500 C / 1.5 A

= 3000 s = 3000 dt

= 50 menit = 5/6 jam

2. TEGANGAN (VOLTAGE)

Besaran turunan yang digunakan pada listrik adalah tegangan.

20

BANDINGKAN DAN SIMPULKAN

Bandingkan hasil pengamatanmu dan hasil pengamatan temanmu! Catat

persamaandan perbedaannya! Jika hasil pembelajaran tegangan

dikomunikasikan kepada orang lain,apakah orang tersebut memperoleh

pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting

apakah yang arus dirumuskan bersama? Diskusikan dalam kelompokmu

Diskusikan:


pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ?

Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ?

Pengamatan tegangan

1. Siapkan baterai bertengan 12 V, yang satu ber teganganrendah (kurang dari 12 V) dan satunya bertegangan 12 V.

2. Siapkan bola lampu bertengan 12 V dan penghantar(kabel)

3. Rangkailah, seperti gambar sebelah ini4. Amati nyala lampu bila menggunakan tegangan

dibawah 12 V dan tegangan diatas 12 V

21

Tegangan listrik merupakan perbedaan potensial listrik antara dua titik pada

suatu penghantar atau rangkaian listrik.Beda potensial adalah perbedaan

jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik.

Bila suatu battery dihubungkan ke lampu dan lampu tersebut menyala, hal ini

terjadi dengan adanya aliran listrik. Arus bias mengalir karena ada perbedaan

potensial antara kutub positip dan kutub negatip. Arus mengali rmelalui lampu,

artinya bahwa electron bergerak dari "-" ke "+" sehingga lampu dapat

menyala.Selanjutnya bagaimana dan mengapa arus mengalir? Kita lihat contoh

pada kincir air ,kincir tidak akan berputar bila tidak ada air yang mengalir, hal

yang sama jika tidak ada arus yang mengalir, maka lampu tidak akan menyala.

Bagaimana air akan mengalir pada contoh dibawah ini? Bila tangki air A dan B

tingginya sama, air tidak akan mengalir dan kincir air juga tidak bias berputar.

Jika ada perbedaan tingg ipermukaan air diantara kedua tangki tersebut, maka

air bias mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah

dengan sendirinya.

Adalah mengalirnya elektron-elektron disebabkan adanya perbedaan

potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik.

Di satu sisi sumber arus listrik terdapat elektron yang bertumpuk

sedangkan di sisi yang lain terdapat jumlah elektron yang sedikit. Hal ini terjadi

karena adanya gaya magnet yang mempengaruhi materi tersebut. Dengan kata

lain, sumber tersebut menjadi bertegangan listrik. Tegangan listrik (disebut juga

voltase) identik dengan beda potensial.

DEFINISI TEGANGAN

22

Pada dasarnya, beda potensial (tegangan) inilah yang menyebabkan aliran

elekron dari potensial rendah (negatif) ke potensial tinggi (positif). Artinya

adanya arus listrik disebabkan karena adanya tegangan listrik pada dua titik

(kutub positif dan kutub negatif). Pada rangkain listik, bisa jadi setiap komponen

listrik mempunyai beda potensial yang berbeda tergantung hambatan

komponen tersebut

Sebagai contoh,kincir air akan berputar. Hal yang sama juga berlaku padalistrik, bila tidak ada perbedaan potensial, arus tidak mengalir, dan jika ada

perbedaan potensial, maka arus bisa mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke

yang lebih rendah,hasilnya adalah arus atau tenaga listrik. Bila pergerakan

elektron bebas jumlahnya banyak,artinya adalah tenaga listriknya menjadi

besar.

Jika suatu kabel dihubungkan antara muatan positif dan muatan negatif,

maka elektron akan bergerak netral. Pada saat tersebut, panas terbentuk oleh

23

pergerakan elektron. Reaksi pembangkitan panas ini merupakan salah satu

dari tiga kejadian yang disebabkan oleh adanya arus listrik, misalnya cigaret

lighter, electricstove ,dll. Kedua adalah kejadian Magnetic, yaitu bila arus

melewati suatu kabel atau kumparan maka akan menghasilkan medan

magnet, contohnya solenoid dan yang ketiga adalah arus dapat menyebabkan

kejadian reaksi kimia seperti misalnya yang terjadi pada battery. Mari kita lihat

aliran arus pada battery kendaraan. Sumber energi battery terdiri dari dua

terminal yaitu positif dan negatif.

Dari penjelasan mengenai muatan positif dan negatif, dapat dikatakan

bahwa atom terminal positif protonnya lebih banyak dari pada elekronnya,

sehingga terminalnya berisi muatan positif. Dan satunya lagi, atom yang

terdapat pada terminal negatif mempunyai electron yang lebih banyak

disbanding dengan proton, sehingga terminalnya bermuatan negatif. Terminal

negative mempunyai suplai electron bebas yang sangat banyak sekali,ke

semua electron ini ,terkumpul disuatu area yang kecil dan saling tolakmenolak

satu sama lainnya.

Jika perbedaan listrik secara alami terhubung dengan kedua kawat yang

bermuatan berbeda ,maka arus bias mengalir dikarenakan adanya perbedaan

potensial listrik antara kedua muatan sehingga arus dapat mengalir. Perbedaan

potensial listrik biasa disebut dengan tegangan (voltage). Karena ada

perbedaaan potensial listrik,maka terjadi electromotive force(emf).

24

Tegangan (V) adalah unit listrik untuk menerangkan jumlah tekanan listrik

yang ada atau sejumlah tekanan listrik yang dibangkitkan oleh aksi kimia di

dalam battery. Simbol tegangan =E dan satuan teganan =V, dimana

Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu

joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb. Dari pernyataan diatas

dapat diformulasikan sebagai berikut :

Dimana ;

E = W (joule) / Q (coulombs)Volt

W = tenaga listrik

1Q =jumlah muatanlistrik

Persetaraan satuan :

1volt :0.001 KV

volt:1,000mV

1kV:1,000v

1.

2.

2.1. Beda Potensial TeganganTegangan dapat disebut sebagai potensial dan perbedaan potensial. Pada

gambar 2-3 (tangki air) menerangkan bagaimana mereka berhubungan satu

sama lainnya, saat kedua tangki air dihubungkan dengan sebuah pipa, maka

air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah.

Tinggi air diukur dari permukaan tanah. Untuk kelistrikan, potensial diukur

berdasarkan standar tingkatan kepastian yang disebut dengan alam (eart)

atau bumi (ground), potensial dari bumi (ground) diambil dalam angka 0

volt(V). Biasanya alam secara phisik mewakili ground, namun pada bidang

otomotif ground adalah terminal battery negative (-).

25

Tinggi air pada tangki yang lebih rendah diibaratkan sebagai tinggi air dalam

nol volt (V). Pada battery, 12 volts artinya adalah perbedaan potensial antara

kedua terminal battery kutup positip dan kutup negatip.

Bila ketinggian tempat pada gambar diatas karenakan posisi air berbeda, air

akan mengalir dari tangki A ke tangki B, namun apabila bila posisinya tidak

berbeda (tekanansama), air tidak akan mengalir. Karena itulah, jika

tekanannya tidak berbeda atau sama ,arus akan diam. Karena tidak ada aliran

arus, maka Sistem tidak bekerja sehingga tidak terjadi panas. Jika ada

perbedaan tekanan antara tangki A dan B maka arus bias mendesak masuk

sehingga terjadi panas. Artinya adalah muatan positif pada battery adalah 12

volt dan negatifnya adalah 0 volt. Pada switch buka tutup yang ada pada

gambar 2-4 dibawah, karena arus mengalir ,lampu bias menyala berdasarkan

posisi switch-nya. Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu

rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial atau beda tegangan di

kedua ujung rangkaian (kutub baterai sebagai sumber tegangan).

Adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik

Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung

rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda potensial bernilai nol volt).

26

Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain

sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah

gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan,

menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada

lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.

1.

2.

2.1.

2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan

1. Sumber tegangan listrik searah ( DC = Direct Current )

Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus listrik tertutup selalu dengan

arah yang sama, maka arus listrik yang mengalir arahnya juga sama.

Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ). Tegangan

listrik searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar

yang tetap/konstan.Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya.

Pada gambar grafik yang memperlihatkan hubungan antara tegangan (V)

dan waktu (t) pada tegangan Listrik searah (DC). Berarti bahwa pembawa

muatan listrik bergerak dengan arah arus listrik tertentu.

Besarnya tegangan listrik pada saat yang berbeda diperlihatkan pada

27

suatu grafik (grafik tegangan fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu

horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal

sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.).

Besarnya arus listrik yang

sekarang ditetapkan pada 1, 2

atau 3 sekon, untuk masing -

masing waktu yang berlaku

ditarik garis lurus ke atas atau

ke bawah (lihat gambar 1.14).

Kita

hub

ungkan titik yang sesuai

dengan suatu garis,

Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC)

dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik

garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu

oscilloscope.

Contoh Sumber arus listrik searah ( DC )

1. Batere/Baterai ( elemen kering )

2. Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )

3. Elemen Volta ( elemen basah )

4. Solar sel

5. Dinamo DC atau Generator DC

6. Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor

Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem jembatan, d. Adaptor

Sistem Dwi Kutub

2. Tegangan bolak-balik

28

Tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah - ubah dengan

suatu irama / ritme tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya

arus selalu berubah - ubah pula. Biasa disebut arus listrik bolak-balik

(simbol normalisasi :~).Berarti bahwa elektron bebasnya bergerak maju

dan mundur

Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik

Disini pada tegangan bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam

praktik, arahnya selalu berubah - ubah (misalnya 50 kali tiap sekon),

electron - elektron di dalam penghantar kawat hanya sedikit berayun /

bergerak maju dan mundur.

Suatu tegangan listrik bergelombang yang besarnya selalu berubah,

tetapi arah tegangan listrik tersebut tetap konstan, maka dalam hal ini

berhubungan dengan suatu arus listrik yang terdiri atas sebagian

tegangan listrik searah dan sebagian yang lain berupa tegangan bolak-

balik. Biasa disebut sebagai tegangan bergelombang (alternating current).

Tegangan bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian

arus searah dan sebagian arus bolak-balik.Salah satu bentuk lain dari

arus bergelombang yang sering ditemukan dalam praktik yaitu berupa

pulsa arus searah (lihat gambar 4) tegangan hanya dapat diketahui dan

ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya.

Sebagai contoh akibat dari reaksi atau efek yang ditimbulkannya adalah

29

sebagai berikut :

1. Reaksi panas

Arus listrik selalu memanasi penghantarnya.Didalam kawat logam

misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom,

bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi

geraknya kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion

atom, yang berhubungan dengan kenaikan temperatur.Penggunaan

reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor,

seterika dan sekering lebur.

2. Reaksi cahaya

Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara

dan dengan demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari

cahaya. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan

tabung cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator

(negative glow lamp).

3. Reaksi kemagnitan

Gas seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus

listrik sehingga menjadi bersinar.

Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC )

1. Generator AC

2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll.

3. Inverter DC ke AC

PERMASALAHAN :

Energy 12.500 J, muatan 250 C. Hitunglah besar tegangan listriknya

30

PEMECAHAN MASALAH :

Diketahui : W = 12.500 J

Q = 250 C

Ditanyakan : V = ?

Jawab :

V = W / Q

= 12.500 J / 250 C

= 50 Volt

3. HAMBATAN/TAHANAN

Panjang : 1 m dan 3 m

Luas penampang : Tetap

Bahan : Berubah-ubah

32

Diskusikan:



Mengapa hasilnya demikian? Apakahyang memengaruhi hasil percobaan

tersebut?

Bandingkan dan Simpulkan

Jika prediksimu berbeda dengan kenyataannya, apa yang akan terjadi sesuai

hasilpengamatanmu?

Jenis KawatPanjang

Penghantar1 meter

PanjangPenghantar 3

meter

KondisiMenyala(Terang /Redup)

Kawat Tembaga

Kawat Nikelin

Kawat Kuningan

33

Gambar Penampang kabeldipanaskan

Diskusikan:



Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil percobaan

tersebut?

Jenis Kawat

Bola lampu

(Tegangan lampu 12 V)

Tidak dipanaskan

Kondisi Menyala

(Terang / Redup)

kondisi dipanaskan

Kawat Tembaga

Kawat Nikelin

Kawat Kuningan

PERCOBAAN 2:

1. Seperti pada percobaan 1 (satu) panaskan

kawat penghantar dengan menggunakanlilin dengan jenis kawat penghantarberbeda-beda!

2. Amati apa yang terjadi pada nyala bola

lampu?

Panjang : TetapLuas penampang : TetapBahan : dipanaskan

34

MATERI PEMBELAJARAN

Jika suatu elektron bebas bisa bergerak didalam benda, dan dikarenakan

elektron mempunyai listrik alami, maka akan terjadi suatu aliran arus listrik.

Arus 1 ampere adalah elektron sebanyak 6.25x1018 electron bergerak dalam

satu detik. Perlu juga kita ketahui, bahwa semua jenis benda tersusun dari

atom-atom sehingga ada beberapa kemungkinan rintangan bagi elektron bebas

untuk bergerak, tertahannya pergerakan elektron bebas biasa disebut dengan

tahanan listrik.

DifinisiTahanan

Adalah hambatan-hambatan yang dialami oleh elektron-elektron pada

saat perpindahannya.Diukur dengan Ohm meter, satuan (ohm).

Semua benda terdiri dari struktur atom yang berbeda, Karena itulah ruang

lingkup elektron bebas untuk bergerak menjadi beragam tergantung dari jenis

bendanya. Walaupun elektron dengan jumlah yang sama persatuan, jumlah

elektron yang dapat mengalir melalui ruang sempit persatuan waktu dapat

berubah, semakin besar ketebalan suatu benda, maka pintu gerbang dimana

elektron dapat bergerak juga menjadi semakin lebar. Jika jarak mengalir

elektron jauh, maka waktu perjalanan juga akan semakinl ama, sehingga

jumlah elektron yang bergerak dalam unit waktu dapat berkurang. Artinya

adalah banyak tahanan listriknya.

1.

2.

3.

35

3.1. Hambatan Kawat Penghantar

Besar hambatan suatu kawat penghantar (L). Sebanding dengan panjang

kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar

hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan

hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang

kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika

panjang kawat dilambangkan , hambatan jenis , dan luas penampang kawat

A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis:

Rumus untuk menjelaskan tahanan listrik adalah :

R = Tahanan suatubenda

= Variable dari suatu benda ( m)

L = Panjang kabel(m)

A = Lebar area(m2)

Gambar 11. Penampang Kabel

Besaran dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas yang nilainya

bergantung pada jenis bahan penghantar. Dalam suatu batas perubahan suhu

tertentu, perubahan hambatan jenis sebanding dengan besar perubahan suhu

(t), Karena hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis , maka

perubahan nilai hambatan akan mengikuti hubungan.Sehingga rumus

hambatan sebagai berikut :

36

Dimana:

Rt = hambatan pada suhu t0C,

R0 = hambatan mula-mula,

= Koefisien suhu hambatan

jenis (per 0C)

t = perubahan suhu (0C)

Koefisien suhu hambatan jenis () tergantung pada jenis bahan. Meskipun

hambatan jenis sebagian besar logam bertambah akibat kenaikan suhu, namun

bahan tertentu hambatan jenis justru akan semakin kecil akibat kenaikan suhu.

Hal ini terjadi pada bahan semikonduktor yaitu, karbon, grafit, germanium, dan

silikon.

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda

potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui

penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan

berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk

mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu

dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula

penurunan tegangan listrik.

1.

2.

3.

3.1.

3.2. Tahanan Dalam PenghantarDalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan / resistansi

merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Berikut akan dijelaskan

secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian

listrik. Besarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu

Hambatan jenis penghantar,panjang penghantar, dan luas penampang

penghantar

37

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan

aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan

atom, setiap atom terdiri proton dan elektron.Aliran arus listrik merupakan aliran

elektron.Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati

atom sebelahnya.Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini

menyebabkan penghantar panas.Tahanan penghantar memiliki sifat

menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

1 (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063

mm dengan penampang 1 mm pada temperatur 0 C

38

Adalah Kemampuan penghantar dalam menghantarkan daya hantar arus listrik

(arus).

Sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai

tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya

hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

Dimana :

R = Tahanan/resistansi [ ?/ohm]

G = Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho]

Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam

DifinisiDaya hantar

39

Jadi tahanan listrik pada suatu benda berbeda tergantung faktor sebagai

berikut:

a. Jenis benda

b. Bagian kabel

c. Panjang kabel

d. Temperatur

Juga jika suatu benda temperaturnya naik, gerakan atom akan menjadi lebih

lambat, karena atom atom elektron bebas tersebut bergeraknya tidak bebas.

Jadi tahanan listrik akan naik apabila temperatur bendanya bertambah tinggi.

Huruf yang mewakili tahanan adalah : R Satuan tahanan adalah : (ohm)

Simbol tahanan : --/\/\/\--

Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan

1 ohm : adalah suatu tahanan

listrik (konduktor) yang mampu

menahan aliran arus listrik

sebesar 1 ampere dengan

tegangan 1 volt

40

1.

2.

3.

3.1.

3.2.

3.3. Konduktor, Isolator Dan ResistorBila arus listrik mengalir melalui suatu benda dengan mudah, maka benda

tersebut disebut sebagai Konduktor (penghantar listrik). Logam sepertitembaga, perak, emas, aluminum, dan baja dipakai sebagai penghantar

karena mereka adalah conductor yang baik. Tembaga banyak dipakai dalam

bentuk kabel karena ketahanannya dan biaya yang tidak begitu mahal.Lawan

dari conductor adalah insulator. Insulator adalah benda yang tidak bisa

mengalirkan arus listrik,

Contohnya adalah gelas, plastik, karet, dan keramik. Lapisan plastik pada

bagian luar kabel adalah salah satu contoh sebuah insulator. Saat elektron

bebas bergerak di dalam conductor, beberapa elektron bersinggungan dengan

PERSETARAAN SATUAN

1k =1,000

1=0.001k

1M=1,000,000

41

atom-atom dan sebagian energi kinetik yang memancarkan cahaya atau panas.

Karena itulah, aksi pembangkitan panas disebut dengan Daya listrik (Joule

heat). Pembangkitan panas besarnya adalah sebanding dengan arus listrik dan

besar tahanan. Diformulasikan sebagai berikut :

Dimana ;

P : Daya (Jouleheat )

I : Aruslistrik

R : Tahanan

Alat yang menggunakan aksi pembangkitan panas adalah

- Electric Stove Electriciron

- Lamps

- Etc

Konductor Insulator

Tembaga

Besi

Baja

Alumunium

Perak

Kaleng

Ground (Bumi)

Gelas

Udara

Kayu kering

Pasir

Air yang disuling

Plastik

Kertas

42

Latihan Evaluasi :

Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 m dan luas penampangnya 0,000 000 25m digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memilikihambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?

PEMECAHAN MASALAH :

Diketahui

= 0,000 001 m R = 57,6

A = 0,000 000 25 m

Ditanya : L ?

Jawab

R = (L/A) =

57,6 = 0.000 001 . (L/o.oooooo25)

L = 57,6 . 0,25

L = 14,4 m

43

RangkumanArus1. Arus yang mengalir adalah sebesar jumlah elektron bebas.

2. Arus listrik menjalankan electric actuator

3. Bila tegangannya tinggi, arus yang mengalir juga banyak. Namun akan

mengakibatkan overheat bila aliran arusnya berlebihan.

4. Tahanan menahan aliran arus , jika tahanannya besar, aliran arus akan

berkurang.

5. Bila arus yang lewat berlebihan, akan terjadi panas.

6. Aksi megnet terjadi pada gulungan kawat yang dialiri listrik.

Tegangan1. Bila ada potensial listrik, maka elektron mulai bergerak

2. Selanjutnya, aliran listrik dimulai

3. Bila tegangannya tinggi, elektron bisa bergerak lebih banyak lagi

4. Dan aliran listriknya juga menjadi lebih banyak

Resistance1. Tahanan menghalangi gerak elektron bebas, juga menggangu aliran listrik

2. Jika tahanannya besar, aktuator kelistrikan 100% tidak bisa berjakan

karena tidak 100% arusyang lewat.

3. Tahanan dimulai dengan degradasi atau penuaian pada suatu wiring

harness.

4. Pada mobil problem kelistrikan dimulai dari tahanannya, kontak tahanan

pada connector,terlepasnya connector dan ground yang lemah.

44

Evaluasi1. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 m dan luas penampangnya 0,000

000 25 m digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang

harus memiliki hambatan listrik 57, 6 ohm. Berapa panjang kawat yang

diperlukan ?

2. Seutas kawat yang panjangnya 50 cm, luas penampangnya 2 mm2 ,

ternyata hambatannya 100 Ohm. Dengan demikian, hambatan jenis kawat

tersebut adalah?

3. Sebuah Kawat penghantar setelah diberi beda potensial listrik pada kedua

ujung 2 detik kemudian besar arus yang mengalir secara konstan pada

kawat tersebut terukur 4 A.

Hitunglah :

a. Jumlah muatan yang mengalir dalam tiap satuan menit,

b. Jumlah elektron yang mengalir dalam per menit.

4. Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2

menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?.

5. Pada sebuah penghantar kabel yang berupa kawat tembaga yang memiliki

luas penampang sebesar 1 mm2 terdapat 2 x 1021 elektron bebas per

meter persegi. Berapa rapat arus yang dapat dihitung apabila kawat

tersebut dialiri listrik selama 1 menit jika diketahui muatan 1 elektron = 1,6 x

10-19C ? Diketahui : A = 1 mm2 = 1 x 10-6 m2 dan n = 2 x 1021 elektron

per meter persegi dapat kita hitung rapat arus dari persamaan berikut.

Tugas MandiriPilihlah suatu Lampu Penerangan di tempat workshop dimana

lampu tersebut bisa menyala terang dan redup sebagai

objek pengamatan.Kemudian,amati benda tersebut dengan

indramu. Lakukan penafsiran sebanyak banyaknya terhadap benda

tersebut agar dapat kalian deskripsikan secara rinci. Buat laporan

tertulis tentang deskripsi objek itu. Lakukan analisis, adakah besaran

pada benda itu yang belum dapa diamati atau diukur. Kemukakan

idemu, bagaimana cara mengamati atau mengukurnya.

45

BAB II HUKUM-HUKUM PADADASAR LISTRIK

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR

KOMPETENSI DASAR PENGALAMAN BELAJAR

Setelah mengikuti pembelajaran dengan

kompetensi dasar-dasar Listrik siswa

dapat :

1. Menghayati dan Mengamalkan

perilaku jujur, disiplin, tanggung

jawab, peduli (gotong royong,

kerjasama, toleran, damai), santun,

responsif dan proaktif dan

menunjukan sikap sebagai bagian

dari solusi atas berbagai

permasalahan dalam berinteraksi

secara efektif dengan lingkungan

sosial dan alam serta dalam

menempatkan diri sebagai cerminan

bangsa dalam pergaulan dunia.

2. Memahami besaran listrik, hukum

Ohm dan Kirchof padar listrik

otomotip

3. Menerapkan Dasar Listrik pada

rangkaian seri, paralel dan

gabungan

Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasarListrik siswa mendapatkan pengalamanbelajar :

1. Mengamati simulsi terkait materi pokok

besaran listrik dan Mengeksplorasidalam Menyelesaikan Hukum Ohm dan

Kirchof ,


besaran listrik dan Mengeksplorasidalam Menyelesaikan sosl-soal terkait

Hukum Ohm dan Kirchof ,


Hukum Ohm dan Kirchof ,dan

Mengeksplorasi dalam Menyelesaikansosl-soal terkait Hukum Ohm dan

Kirchof ,

4. Mengkomunikasikan dalam Hukum

Ohm dan Kirchof ,

5. Mengamati simulsi terkait materi dan

Mengeksplorasi Hukum Ohm danKirchof ,6.

46

B. PETA KONSEP

47

HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK

Rudi seorang pelajar kelas 1 SMK yang baru masuk dari proses

penerimaan siswa baru. Pada suatu hari Andi bersama teman sekelasnya

dibimbing oleh guru pengajar dasar listrik otomotip melakukan praktikum di

workshop yang berkaitan dengan hambatan pada sumber tegangan.Andi

duduk berempat dalam satu kelompok sambil mendengarkan penjelasan guru.

Setelah pengarahan dari guru, Rudi dan ketiga temannya mulai melakukan

kegiatan untuk mengamati peralatan yang tersedia di meja praktikum yaitu dua

buah lampu yang berbeda hambatanya,penghantar, lampu dan sumber

tegangan yang telah dirangkaikan sesuai petunjuk buku dan pengarahan guru

mereka, mendapati lampu yang terpasang yang menyala terang dan satunya

menyalaredup. Rudii bertanya dalam hati, apa yang terjadi pada rangkaian

tersebut kaitannya dengan nyala lampu yang menyebabkan lampu dapat

menyala terang dan redup.

PENGAMATAN

1. Lakukan pengamatan terhadap dua buah lampu yang menyala terang dan

redup pada gambar diatas

2. Buatlah penafsiran lampu bisa menyala terang dan redup,

BANDINGKAN DAN SIMPULKANBandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan

dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain,

apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan

hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan

bersama?

48

Diskusikan:


pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain?

Mengapa hasilnya demikian ? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu

C. MATERI PEMBELAJARAN

1. HUKUM OHMPada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar

mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus

ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama

halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam

sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari

potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah

tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar

energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan

titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak

ada artinya.

Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa

derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang

biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah

jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari

hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama

49

halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam

hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk

menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini,

kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi,

panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada

persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan,danhambatan.Symbol yang

digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar.

Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara

internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu

listrik. Ampere dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia

Alessandro Volta, dan ohm dari orang German Georg Simon Ohm.

Simbul matematika dari setiap satuan sebagai berikut R untuk resistance

(Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard

symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V

dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan

menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada

sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

Pada materi besaran listrik telah dijelaskan dalam perhitungan elektro,

yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya

energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb

setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron (6,25.1018) Symbolnya

ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan elektron

mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu

titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak

melewati conductor (penghantar).

Pada materi besaran listriktelah didefinisikan apa itu volt, kita harus

mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai

energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama

dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton

yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british

unit, ini sama halnya dengan kurang dari pound dari gaya yang dikeluarkan

DefinisiHUKUM OHM

50

sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I

joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat pound setinggi 1 kaki

dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan

parallel pulling dengan pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1

joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan

energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada

sebuah rangkian.

Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui

ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian.

Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan,

arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm

dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic

Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik

yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm

menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana

hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

Menyatakan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar

selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya.

Rumus hukum Ohm dapat digambarkan seperti segitiga sehingga dengan

mudah menghitung salah satu besaran listrik, jika kedua besaran yang lain

sudah diketahui :

Dimana :

E atau V atau U :Tegangan dinyatakan dengan

nilai volts.

I : Arus dinyatakan dengan amps

R : Hambatan dinyatakan dengan ohms

51

Untuk mempermudah proses menghitung tegangan, hambatan dan arus dengan

cara menutup pakai tangan sesuai kondisi perhitungan yang dibutuhkan. Cara

untuk mengetahui atau menghitung tegangan dengan menutup bagian puncak

dari segitiga seperti terlihat pada gambar dibawah.

Menghitung tegangan

Gambar untuk menghitung tegangan

Menghitung arus

Gambar untuk menghitung arus

Menghitung Hambatan

Gambar menghitung arus

52

Pembuktian hukum Ohm dengan menggunakan perhitungan sederhana secara

sederhana sebagai berikut :

Hitunglah besar tegangan

U = I x R = 1 x 20 = 20 V

Hasil kontrol dengan voltmeter :Hasil pengukuran = Hasil perhitungan

Hitunglah kuat arus

I = A2,05010

RU

Hasil kontrol dengan Ampermeter :I Pengukuran = 0,2A (Sama dengan hasil

perhitungan)

Hitunglah besar tahanan

R = 304,0

12I

U

Lepaskan tahanan dari sumber tegangan padasaat pengukuran tahanan

Hasil kontrol dengan Ohmmeter :R pengukuran = 30 ( sama dengan hasil

perhitungan ).

53

1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHMEnergi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus.

Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan

kompor listrik.

Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu,

peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).

Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka

sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung

pada:

Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).

Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).

Waktu atau lamanya arus mengalir (t).

Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.I, maka persamaan

energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk :

W = V.I.T = (R.I).I.T

W = I2.R.T (dalam satuan watt-detik)

dan karena I = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan

dengan:

W = I2.R.TW = (V/R2.R.T)W = V2.T/R (dalam satuan watt-detik)

54

Keuntungan menggunakan energi listrik:

a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.

b. Mudah ditransmisikan.

c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.

1.

1.1.

1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM

Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah

menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar energi listrik yang berubah

menjadi panas (kalor) dapat dirumuskan:

Jika V, I, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka

panas (kalor) dinyatakan dalam kalori.

Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule

menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta

penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada

penghantar dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik

Q = 0,24 V I T kalori

Q = 0,24 I2 R T kalori

Q = 0,24 V2.T/R kalori

55

berbanding lurus dengan:

a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)

b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)

c. Waktu selama arus mengalir (t).

Hubungan ketiganya ini dikenal sebagai "hukum Joule"

Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori.

Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah:

1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM

Adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang

berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka

daya listrik (P) dapat dirumuskan dan daya sama dengan energi/waktu ( Daya

= energi/waktu).

Q = 0,24 V.I.T kalori

DEFINISI DAYA

P =W/T

P = V.I.T/T

= V.I

P = I2 R

P = V2/R (dalam satuan volt-ampere,( VA)

56

Satuan daya listrik :

a. watt (W) = joule/detik

b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.

Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu:

Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan

energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh).

1 kWh = 36 x 105 joule

Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule

per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt

(kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai

berikut:

1 HP = 746 W = 0,746 kW

1kW = 1,34 HP

Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam

satuan Hourse Power (HP) atau (ft)(lb)/(sec).

57

LATIHAN EVALUASI :

Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 1500 miliAmpere

dan hambatan listriknya 40 ohm. Tentukan besar tegangan yang

dipasang pada rangkaian tersebut ?

PEMECAHAN MASALAH :Diketahui : I = 1500 miliAmpere = 1,5 A

R = 40 ohm

Ditanyakan : V = ?

Jawab :

V = I x R = 1,5 A x 40 ohm

TUGAS MANDIRI

1. Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda

potensial 12 V diberikan pada ujung-ujungnya. Tentukan hambatan listrik

pada kawat tersebut!

2. Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 2500 miliAmpere

dan hambatan listriknya 60 ohm. Tentukan besar tegangan yang dipasang

pada rangkaian tersebut ?

3. Dalam hukum Ohm, kita mengenal tiga besaran listrik. Satuan setiap

besaran adalah: .............sebutkan

58

2. HUKUM KIRCHOFF

PENGAMATAN

Perhatikan gambar disamping ini,

siapkan baterai, ampermeter,berjumlah

empat (4) busi pijar (tahanan pada

listrik) dan penghantar. Rangkailah

komponen - komponen tersebut dan

perhatikan arus pada masing-masing

busi pijar (tahanan). Bila busi pijar

(tahanan) pada rangkaian satu atau dua

dilepas (tidak difungsikan). Apa yang

terjadi pada alat ukur amper ?


Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan




bersama?

59

Diskusikan:



Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan

tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu

Gustaf Robert Kirchoff adalah seorang fisikawan jerman yang berkontribusi

pada pemahaman konsep dasar teori rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi

radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan.

Dalam kelistrikan, sumbangan utamanya adalah dua hukum dasar

rangkaian, yang kita kenal sekarang dengan Hukum I dan Hukum II

Kirchoff.Kedua hukum dasar rangkaian ini sangat bermanfaat untuk

menganalisis rangkaian-rangkaian listrik majemuk yang cukup rumit.Akan tetapi

sebagian orang menyebut kedua hukum ini dengan Aturan Kirchoff, karena dia

terlahir dari hukum-hukum dasar yang sudah ada sebelumnya, yaitu hukum

kekekalan energi dan hukum kekekalan muatan listrik.

1.

2.

2.1. Hukum Kirchoff I

Merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa

jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal

ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang

masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke

luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff,

perhatikanlah rangkaian berikut ini

60

Gambar 14. Arus keluar Kirchof

Bila ada arus lain ( 2 atau 3 )

yang masuk pada cabang dan

kemudian keluar cabang ada 2

atau 3 maka rumusHukum Kirchof

dapat dijabarkan seperti gambar

dibawah ini :

Gambar 15. Loop arus KIRChOFF

ARUS MASUK = ARUS KELUAR

Rumus arus masuk ada 2 atau 3 ;

I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0I1 + I4 = I2 + I3 + I5

62

LATIHAN EVALUASI

Antara titik a dan b pada suatu rangkaian terdapat resistor/hambatan listrik 4

ohm. Arus yang mengalir dari a ke b adalah 3 Ampere. Jika, potensial di titik

a = 24 Volt. Berapakah potensial di titik B. ?

PEMECAHAN :Diketahui : R = 4 Ohm R = 4 ohm

I = 3 Ampere a b

Va = 24 Volt

Ditanyakan : Vb = ?

Jawab : I 24 Volt

Va - Vb = I x R

24 V - Vb = 3 x 4

Vb = 24 V - 12 V

Vb = 12 V

Jadi, potensial di titik b adalah = 12 Volt = 12

63

1.

2.

2.1.

2.2. HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP)

Adalah hukum kekekalan energi yang diterapkan dalam suatu rangkaian

tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak

Listrik) sumber beda potensial dalam sebuah rangkaian tertutup (loop) sama

dengan nol. Secara matematis, Hukum II Kirchoff ini dirumuskan dengan

persamaan

Di mana V adalah beda potensial komponen komponen dalam rangkaian (kecuali

sumber ggl) dan E adalah ggl sumber. Untuk lebih jelasnya mengenai Hukum II

Kirchoff, perhatikanlah sebuah rangkaian tertutup sederhana berikut ini

Dari rangkaian sederhana di atas, maka akan berlaku persamaan berikut

(anggap arah loop searah arah arus)

64

Persamaan dapat ditulis dalam bentuk lain seperti berikut

I . R = E - I .r

Di mana I . R adalah beda potensial pada komponen resistor R, yang juga

sering disebut dengan tegangan jepit

LATIHAN EVALUASI :Antara titik-titik a dan b pada suatu rangkian terdapat resistor/hambatan listrik

2 ohm. Arus yang mengalir dari a ke b adalah 2 Ampere. Jika, potensial di titik

a = 5 Volt. Berapakah potensial di titik b ?

PEMECAHAN MASALAH :

R = 2 Ohm R = 2 ohm

Va = 5 Volt a b

I = 2 Ampere

Ditanyakan :Vb = ?

I 5 V

Jawab :

Va - Vb = I x R

5 V - Vb = 2 x 2

Vb = 5 V - 4 V

Vb = 1 volt

65

Jadi, potensial di titik b adalah = 1 Volt = 1 V

66

RANGKUMAN

1. Hukum ohm, berbunyi bahwa besar arus listrik yang mengalir

melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan bedapotensial yang diterapkan kepadanya

2. Hukum kirchoff i , berbunyi arus masuk = arus keluar

3. Hukum kirchoff ii, berbunyi tegangan masuk = tegangan keluar

TUGAS MANDIRI1. Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A. Kuat arus I3 = 8 A arah

keluar dari titik A. Berapakah besar dan arah kuat arus I4?

2. Ada lima buah percabangan berarus listrik, percabangan berarus listrik

masuk yaitu I1 = 10 A, I2 = 5 A, sedangkan percabangan berarus listrik

keluar yaitu I3 = 5 A, I4 = 7 A, sedangkan I5 harus ditentukan besar dan

arahnya, tentukan I5 tersebut !

67

BAB III KAIDAH FLAMING

A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR

KOMPETENSI DASAR PENGALAMAN BELAJAR

Setelah mengikuti pembelajaran

dengan kompetensi dasar-dasar

Listrik siswa dapat :

1. Menghayati dan Mengamalkan

perilaku jujur, disiplin, tanggung

jawab, peduli (gotong royong,

kerjasama, toleran, damai),

santun, responsif dan proaktif

dan menunjukan sikap sebagai

bagian dari solusi atas berbagai

permasalahan dalam

berinteraksi secara efektif

dengan lingkungan sosial dan

alam serta dalam menempatkan

diri sebagai cerminan bangsa

dalam pergaulan dunia.

2. Memahami besaran listrik,

hukum Ohm dan Kirchof padar

listrik otomotip

3. Menerapkan Dasar Listrik pada

rangkaian seri, paralel dan

gabungan

Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa mendapatkanpengalaman belajar :



Mengeksplorasi dalamMenyelesaikan sosl-soal terkait

materi KAIDAH FLAMING,


pokok KAIDAH FLAMING dan

Mengeksplorasi dalamMenyelesaikan sosl-soal terkaitKAIDAH FLAMING



Mengeksplorasi dalamMenyelesaikan sosl-soal terkait

Kaidah Flaming


dan Mengeksplorasii rangkaianseri, paralel dan gabungan.

68

B. PETA KONSEP

69

Pengamatan

1. Ambilah suatu batang penghantar. Batangan magnet sejumlah 2 (dua)

batang.

2. Letakkan batang penghantar diantara kutub utara dan kutup selatan!

3. Lihat dan amati apa yang terjadi pada batang penghantar yang diletakkan

antar kedua kutub magnet!

4. Hasil pengamatan didiskusikan dengan teman yang selanjutnya

disimpulkan!


Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan




bersama?

Diskusikan:



Mengapa hasilnya demikia ?

Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik

70

bisa menyalakan lampu

C. MATERI BELAJAR

Salah satu fungsi utama dari kelistrikan adalah menimbulkan kemagnetan.

Yang dimaksud dengan kemagnetan adalah sifat yang dimiliki oleh logam

tertentu untuk menarik besi atau benda yang mengandung besi.Suatu benda

dapat mengandung magnet apabila kemagnetannya terpusat di tempat

tertentu.Magnet yang kuat selalu dapat menarik beban yang lebih berat

daripada magnet yang lemah. Berdasarkan percobaan ternyata magnet yang

terbuat dari besi lebih lemah daripada magnet yang dibuat dari logam

campuran. Magnet yang ada terdiri dari beberapa bentuk seperti magnet jarum,

magnet batang, magnet tapal kuda, magnet sentral dan lain-lain tergantung

fungsinya, tetapi semuanya mempunyai kemagnetan yang terpusat di suatu

tempat yang disebut kutub.

1. KUTUB MAGNET

Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini

disebut kutub magnet.Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub

selatan (S).Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N

merupakan kutub utara magnet itu(singkatan dari north yang berarti utara)

sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari south yang berarti

selatan).Kemagnetan suatu logam tidak dapat dilihat tetapi beberapa hasil

kerjanya dapat disaksikan. Untuk keperluan ini dapat menggunakan bantuan

71

serbuk besi.Caranya : Letakkan sebuah magnet dibawah sehelai karton, plastik

atau kaca tipis. Kemudian diatasnya ditaburi serbuk besi. Jika penutup tersebut

diketok-ketok, maka terlihatlah bahwa serbuk besi itu akan mengatur diri dalam

pola tertentu. Pola ini yang dinamakan medan magnet (seperti pada gambar

dibawah ini).

Gambar diatas menjelaskan bahwa menjelaskan bahwa garis gaya merupakan

garis yang keluar dari magnit melalui kutub utara dan masuk melalui kutub

selatan.Jadi garis gaya itu menunjukkan arah medan magnit, sedangkan jumlah

garis-garis gaya menunjukkan kekuatan medan magnit.Gaya tarik yang terkuat

dari magnit, terdapat pada ujungnya yaitu pada Kutub magnet.Magnet

mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Penentuan dua

kutub magnet sangat membantu kita dalam penggunaan magnet.Untuk dapat

mengetahui arah garis gaya dalam medan magnet, terlebih dahulu harus

diketahui kutubnya. Dengan mengetahui kutub utara dan kutub selatan magnet

maka kita dapat memastikan arah garis gaya magnet.Oleh karena itu kutub

magnet dapat membantu kita dalam penggunaan magnet, khususnya untuk

mengetahui arah garis gaya magnet.

72

1.1. SIFAT MAGNET

Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang

tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila didekatkan dua buah magnet

yang sejenis.

Berdasarkan percobaan tentang kutub magnit, maka dapat dibuktikan bahwa:

kutub magnit yang senama (sejenis) apabila didekatkan akan saling tolak

menolak,dan kutub magnit yang tidak senama (tidak sejenis) akan saling tarik

menarik.

Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya

medan dan garis gaya magnet menyebabkan magnet sangat bermanfaat bagi

kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi,

seperti pada bidang Elektro dan Otomotif.

Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila

medan magnet bergerak berpotongan dengan kawat penghantar tersebut.

Selain itu, arus listrik yang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada

sebuah penghantar dapat juga berfungsi untuk pengisian aki pada kendaraan

(charge).

Kunci pokok untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu :

Garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub utara

73

Garis gaya magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub

selatan.

1.2. JENIS JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET

Gaya tarikan atau tolakan bahan yang berada pada suatu medan magnit

ternyata tidak sama, seperti misalnya pada besi dengan emas. Besi menarik

garis-garis gaya dengan kuat sedangkan emas kurang menarik garis-garis

gaya.Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa bahan-bahan di alam dapat

dikelompokan menjadi tiga macam, yaitu :

1) Bahan Feromagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemgnitan yang

sangat kuat atau sangat kuat menarik garis-garis gaya magnit. Contoh :

Nikel, kobalt, besi, baja,dan lain-lain.

2) Bahan Paramagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemagnitan yang

kurang kuat, atau kurang kuat menarik garis-garis gaya magnit. Contoh :

aluminium, platina, dan lain-lain.

3) Bahan Diamagnit, yaitu bahan yang tidak memiliki sifat magnit, atau

sedikit menolak garis-garis gaya magnit. Contoh : Bismuth, tembaga,

emas, dan lain-lain.

Istilah bahan magnetik yang umum digunakan adalah bahan ferromagnetik,

yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :

1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik

lunak. Bahan in banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau

generator, rele, peralatan sonar atau radar.

2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi

magnet tidak mudah kembali seperti semula yang disebut dengan bahan

magnetik keras.Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen.

Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat dari bahan dielektrik, dimana

momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub

sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada

74

bahan magnet seperti polaritas pada bahan dielektrik.

75

2. INDUKSI ELEKTROMAGNETKumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut

Elektromagnet. Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan

tentang listrik.Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan. Misalnya:

bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang

dialiri aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu

seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar

yang dialiri arus listrik

Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa

gerakan kompas seperti pada percobaan di atas adalah akibat adanya medan

magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.Yang

dimaksud dengan elektromagnetik adalah magnet yang timbul pada suatu

penghantar lurus atau kumparan pada waktu dialiri arus listrik. Seperti halnya

pada magnet biasa, pada elektromagnetpun memiliki medan magnet yang

timbul disebabkan oleh adanya arus listrik yang mengalir melalui suatu kawat

penghantar. Untuk mengetahui bentukmedan magnet yang timbul di sekitar

penghantar, dapat dilakukan dengan suatu percobaan sederhana seperti

gambar dibawah ini.

Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuktikan adanya medan magnet

diantaranya : (1) serbuk besai, (2) penghantar, (3)Kertas, (4) baterai 3 volt, (5)

medan magnet yang terbentuk, (6) medan magnet yang digambarkan berupa

garis.

76

1.

2.

2.1. JENIS-JENIS MAGNET

Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.

1. Magnet tetap (permanen) Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari

dalam alam (penambangan). Magnet ini berupa jenis besi yang disebut

Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet

tidak tetap. Pada bahan magnet, garis edar elektron pada atom yang satu

dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu tetap.Sedangkan

pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom

tidak teratur.

2. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan)

Magnet tidak tetap terdiri dari 3 (tiga) macam, yaitu :

1) Magnet hasil induksi.

Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau

baja. Besi dan baja dapat dijadikan magnet

dengan cara induksi magnet. Besi dan baja

diletakkan

Documents

Teknik Listrik Dasar Otomotif X 1.pdf