-
i
HALAMAN FRANCIS
Editor Materi : Koko
Editor Bahasa : Willem
Ilustrasi 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
mailto:[email protected]://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
KATA PENGANTAR
Puji 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
PETA KEDUDUDKAN MODUL
BIDANG KEAHLIAN : TEKNOLOGI DAN REKAYASA
PROGRAM KEAHLIAN : OTOMOTIF
PAKET KEAHLIAN : PEKERJAAN DASAR TEKNIK OTOMOTIF
KLAS SEMESTER BAHAN AJAR (BUKU)
XII
2
Pemeliharaan
Mesin
Kendaraan
Ringan 4
Pemeliharaan
Sasis dan
Pemindah
Tenaga 4
Pemeliharaan
Kelistrikan
Kendaraan
Ringan 4
1
Pemeliharaan
Mesin
Kendaraan
Ringan 3
Pemeliharaan
Sasis dan
Pemindah
Tenaga 3
Pemeliharaan
Kelistrikan
Kendaraan
Ringan 3
XI
2
Pemeliharaan
Mesin
Kendaraan
Ringan 2
Pemeliharaan
Sasis dan
Pemindah
Tenaga 2
Pemeliharaan
Kelistrikan
Kendaraan
Ringan 2
1
Pemeliharaan
Mesin
Kendaraan
Ringan 1
Pemeliharaan
Sasis dan
Pemindah
Tenaga 1
Pemeliharaan
Kelistrikan
Kendaraan
Ringan 1
X
2 Teknologi
Dasar
Otomotif 2
Pekerjaan
Dasar Teknik
Otomotif 2
Teknik Listrik
Dasar
Otomotif 2
1
Teknologi
Dasar
Otomotif 1
Pekerjaan
Dasar Teknik
Otomotif 1
Teknik Listrik
Dasar
Otomotif 1
-
v
DAFTAR ISI
HALAMAN 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
Tugas Mandiri
..............................................................................................
43
file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375316984file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375316985file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375316986file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317014
-
vi
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK
............................................... 44
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
.......................... 44
B. PETA KONSEP
.........................................................................................
45
C. MATERI PEMBELAJARAN
.......................................................................
47
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
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
.......................... 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
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
.......................... 90
file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317020file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317021file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317041file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317042file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317064
-
vii
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
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
........................ 114
B. PETA KONSEP
.......................................................................................
115
C. MATERI PEMBELAJARAN
....................................................................
118
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
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
........................ 143
B. PETA KONSEP
.......................................................................................
144
C. MATERI BELAJAR
..................................................................................
146
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
2.2. INDUKTANSI BERSAMA
.............................................................
158
file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317070file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317081file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317082file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317101file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317102
-
viii
PERMASALAHAN
.........................................................................................
159
RANGKUMAN
................................................................................................
161
KERJA MANDIRI
...........................................................................................
162
BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN
PENGGUNAANNYA
..........................................................................................
163
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
........................ 163
B. PETA KONSEP
.......................................................................................
164
C. MATERI BELAJAR
..................................................................................
166
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
file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317118file:///D:/KOKO/KOKO/Teknik%20Dasar%20Listrik%20Otomotif/TEKNIK%20DASAR%20LISTRIK%20OTOMOTIF.docx%23_Toc375317119
-
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 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
-
x
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
Gambar 43. Circuit Breaker
............................................................................
181
-
1
I. PENDAHULUAN
A. Prasyarat
Materi 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 Penggunaan
Buku 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 Akhir
Tujuan akhir yang hendak dicapai adalah agar siswa mampu:
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang dasar-dasar listrik otomotif
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang Arus Listrik, Tegangan, Hambatan/Tahanan.
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang Kutub Magnet, Induksi Elektromagnet dan
Kaidah Flaming
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang ampere, Voltmeter, Ohmmeter dan Avometer
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang Rangkaian Listrik Seri,Rangkaian Listrik
Paralel,
Rangkaian Listrik Campuran dan Rangkaian Listrik Majemuk
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
pengamatan tentang Pengertian Induksi dan Induksi Sendiri
(Self-
Induction)
-
2
Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan
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 Awal
o 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!
-
3
II. PEMELAJARAN
BAB I BESARAN 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-
dasar Listrik siswa mendapatkan
pengalaman belajar :
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
materi besaran listrik,
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
Hukum Ohm dan Kirchof ,
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
Kaidah Flaming
4. Mengkomunikasikan dalam pengukuran
tegangan, tahanan dan arus
5. Mengamati simulsi terkait materi dan
Mengeksplorasii rangkaian seri, paralel
dan gabungan.
6. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan
Mengeksplorasiinduksi sendiri, mutual
pada kemagnitan
7. Mengkomunikasikan macam-macam
8. Jenis, ukuran kabel, terminal dan
penggunaannya
-
4
DASAR LISTRIK
1. BESARAN LISTRIK
2. HK. OHM & KIRCHOF
3. KAIDAH FLAMING
4. PENGUKURAN
TEGANGAN, TAHANAN &
ARUS
5. RANGKAIAN SERI PARALEL & GABUNGAN
6. INDUKSI DIRI, MUTUAL
PADA KEMAGNITAN
7. JENIS, UKURAN KABEL,
TERMINAL DAN
PENGGUNAAN
A. PETA KONSEP
-
5
BESARAN LISTRIK
1. AMPER
2. VOLT
3. HAMBATAN
B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK
KUAT ARUS
RAPAT ARUS
HAMBATAN DALAM
PENGHANTAR
KONDUKTOR,
ISOLATOR
-
6
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).
Sebagai permulaan, lakukankegiatan berikut untuk melatih
pengamatan untuk
eksplorasi terhadap listrik disekitarmu.
C. MATERI PEMBELAJARAN
-
7
PENGAMATAN
Gambar 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!
-
8
Diskusikan, apakah dekatnya hasil taksiran dengan hasil
pengukuran
sebenarnya dapat ditingkatkan dengan latihan? Untuk mengujinya,
berlatihlah
menaksir dan menghitung kemudian uji dengan hasil
pengukuran!
Gambar 2. Pengamatan rangkaian
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan
hasil
pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain
? Mengapa
Pengamatan
1. Rangkailah komponen-komponen listrik seperti gambar 1.1 ,
baterai, kawat
penghubung, 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
sebuah kesimpulan untuk menjelaskan kenapa lampu bisa nyala
?!
Dari hasil temuan dilapangan silahkan sesuaikan dengan gambar
1.1 Rangkaian
listrik
-
9
hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan
tegangan
pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ?
Pada kegiatan sebelumnya, kalian telah menyimpulkan bahwa
dalam
kegiatan 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
-
10
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
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 André-Marie Ampère, salah satu
penemu
elektromagnetik.
Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar
tiap
detik.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
DEFINISI ARUS LISTRIK
-
11
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
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,
-
12
artinya aliran arus akan kecil karena jumlah elektron yang
mengalir kecil.
Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.
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
-
13
t = waktu, detik
1.1. 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 1018
electron
Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam
satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.
Definisi Kuat Arus Listrik
-
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 ARUS
Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm²,
maka
kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm2), ketika penampang
penghantar
mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5
mm²).
Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu
penghantar
dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel
sudah
ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat
(mm2)
Gambar 6.Kerapatan arus listrik.
Definisi
Rapat Arus
-
16
Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel
berpenampang 4 mm², 2
inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus
8,5A/mm².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/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
Q = luas penampang kawat [ mm²]
Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik
Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan
menyebabkan
(menimbulkan) tiga kejadian :
a. Pembangkit panas
-
17
Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat
sistem
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
jumlah air yang mengalir pada sebuah pipa.
-
19
Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti
tenaga
listriknya juga kuat.
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.
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
PERMASALAHAN RAPAT ARUS
1. 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
PEMECAHAN MASALAH 2
-
20
2. TEGANGAN (VOLTAGE)
Besaran turunan yang digunakan pada listrik adalah tegangan.
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 tegangan
1. Siapkan baterai bertengan 12 V, yang satu ber
tegangan rendah (kurang dari 12 V) dan satunya
bertegangan 12 V.
2. Siapkan bola lampu bertengan 12 V dan
penghantar (kabel)
3. Rangkailah, seperti gambar sebelah ini
4. Amati nyala lampu bila menggunakan tegangan
dibawah 12 V dan tegangan diatas 12 V
-
21
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 ?
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 pada
listrik, 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
tolak–menolak
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).
Tegangan (V) adalah unit listrik untuk menerangkan jumlah
tekanan listrik
-
24
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
2.1. Beda Potensial Tegangan
Tegangan 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).
Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo,
dan lain
-
26
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.
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 : ¾ ).
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
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
http://hamadun.blogspot.com/search/label/Arus%20Listrikhttp://hamadun.blogspot.com/search/label/Arus%20Listrikhttp://hamadun.blogspot.com/2010/05/jenis-arus.htmlhttp://hamadun.blogspot.com/2010/05/jenis-arus.htmlhttp://hamadun.blogspot.com/search/label/Arus%20Listrik
-
27
atau 3 sekon, untuk masing -
masing waktu yang berlaku
ditarik garis lurus ke atas atau
ke bawah (lihat gambar 1.14).
Kita hubungkan 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
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
http://hamadun.blogspot.com/2010/05/jenis-arus.htmlhttp://hamadun.blogspot.com/2010/05/jenis-arus.html
-
28
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
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.
-
29
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
PEMECAHAN MASALAH :
Diketahui : W = 12.500 J
Q = 250 C
Ditanyakan : V = ?
Jawab :
V = W / Q
= 12.500 J / 250 C
= 50 Volt
-
30
3. HAMBATAN/TAHANAN
Panjang : 1 m dan 3 m
Luas penampang : Tetap
Bahan : Berubah-ubah
PERCOBAAN 1:
1. Sediakan 3 (tiga) jenis bahan kawat penghantar dari
tembaga,
kuningan dan dari kawat nikelin.
2. Panjang kawat penghantar masing-masing 1 dan 3 meter.
3. sediakan bola lampu bertegangan 12 V sebanyak 3 buah.
4. Sediakan sumber tegangan 12 V
5. Hubungkan ke 3 (tiga) komponen kawat tembaga, kuningan
dan kawat nikelin dengan bola lampu serta sumber tegangan.
6. Rangkai seperti gambar disamping !
7. Amati nyala bola Lampu ! Mana yang lebih terang
-
31
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan
hasil
pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain
?
Mengapa hasilnya demikian? Apakahyang memengaruhi hasil
percobaan
tersebut?
Bandingkan dan Simpulkan
Jika prediksimu berbeda dengan kenyataannya, apa yang akan
terjadi sesuai
hasilpengamatanmu?
Jenis Kawat
Panjang
Penghantar
1 meter
Panjang
Penghantar 3
meter
Kondisi
Menyala
(Terang /
Redup)
Kawat Tembaga
Kawat Nikelin
Kawat Kuningan
-
32
Gambar Penampang kabel
dipanaskan
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
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 menggunakan lilin dengan
jenis kawat penghantar berbeda-
beda!
2. Amati apa yang terjadi pada nyala
bola lampu?
Panjang : Tetap Luas penampang : Tetap Bahan : dipanaskan
-
33
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.
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.
3.1. Hambatan Kawat Penghantar
Besar hambatan suatu kawat penghantar (L). Sebanding dengan
panjang
kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin
besar
MATERI PEMBELAJARAN
Difinisi
Tahanan
-
34
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 ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas
penampang kawat
A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis:
Rumus untuk menjelaskan tahanan listrik adalah :
R = Tahanan suatubenda
𝜌 = Variable dari suatu benda (Ώ m)
L = Panjang kabel(m)
A = Lebar area(m2)
Gambar 11. Penampang Kabel
Besaran ρ 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
(Δt), Karena hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis
ρ, maka
perubahan nilai hambatan akan mengikuti hubungan.Sehingga
rumus
hambatan sebagai berikut :
Dimana:
Rt = hambatan pada suhu t0C,
R0 = hambatan mula-mula,
-
35
α = Koefisien suhu hambatan
jenis (per 0C)
Δt = perubahan suhu (0C)
Koefisien suhu hambatan jenis (α) 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.
3.2. Tahanan Dalam Penghantar
Dalam 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
-
36
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 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang
panjangnya 1063
mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C”
-
37
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
Difinisi
Daya hantar
-
38
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 : Ω
(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
-
39
3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor
Bila arus listrik mengalir melalui suatu benda dengan mudah,
maka benda
tersebut disebut sebagai Konduktor (penghantar listrik). Logam
seperti
tembaga, 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
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
PERSETARAAN SATUAN
1kΩ =1,000Ω
1Ω=0.001kΩ
1MΩ=1,000,000Ω
-
40
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
-
41
Latihan Evaluasi :
Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya
0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW
yang harus memiliki hambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat
yang diperlukan?
PEMECAHAN MASALAH :
Diketahui
ρ = 0,000 001 Ωm R = 57,6 Ω
A = 0,000 000 25 m²
Ditanya : L ?
Jawab
R = ρ (L/A) =
57,6 = 0.000 001 . (L/o.oooooo25)
L = 57,6 . 0,25
L = 14,4 m
-
42
Rangkuman
Arus
1. 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.
Tegangan
1. 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
Resistance
1. 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.
-
43
Evaluasi
1. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya
0,000
000 25 m² 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 Mandiri
Pilihlah suatu Lampu Penerangan di tempat workshop dimana
lampu tersebut b isa 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.
-
44
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR 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-dasar
Listrik siswa mendapatkan pengalaman
belajar :
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dalam Menyelesaikan Hukum Ohm dan
Kirchof ,
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
Hukum Ohm dan Kirchof ,
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok
Hukum Ohm dan Kirchof ,dan
Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
sosl-soal terkait Hukum Ohm dan
Kirchof ,
4. Mengkomunikasikan dalam Hukum
Ohm dan Kirchof ,
5. Mengamati simulsi terkait materi dan
Mengeksplorasi Hukum Ohm dan
Kirchof ,6.
-
45
DASAR LISTRIK
HUKUM OHM
HUBUNGAN DAYA
HUBUNGAN KALOR
KIRCHOF
KIRCOF 1 KIRCOF 2
B. PETA KONSEP
-
46
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 SIMPULKAN
Bandingkan 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?
-
47
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
1. HUKUM OHM
Pada 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
C. MATERI PEMBELAJARAN
-
48
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 ¾ pound dari gaya yang
dikeluarkan
-
49
Definisi HUKUM OHM
sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya
dengan I
joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound
setinggi 1 kaki
dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki
menggunakan
parallel pulling dengan ¾ 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
http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrik
-
50
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
-
51
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 =
Hasil kontrol dengan Ampermeter : I Pengukuran = 0,2A (Sama
dengan
hasil perhitungan)
Hitunglah besar tahanan
R =
Lepaskan tahanan dari sumber tegangan pada saat pengukuran
tahanan Hasil kontrol dengan Ohmmeter :
R pengukuran = 30 ( sama dengan hasil perhitungan ).
-
52
1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM
Energi 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 :
dan karena I = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula
dirumuskan
dengan:
W = V.I.T = (R.I).I.T
W = I2.R.T (dalam satuan watt-detik)
W = I2.R.T
W = (V/R2.R.T)
W = V2.T/R (dalam satuan watt-detik)
-
53
Keuntungan menggunakan energi listrik:
a. Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.
b. Mudah ditransmisikan.
c. Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.
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
berbanding lurus dengan:
a. Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)
b. Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
Q = 0,24 V I T kalori
Q = 0,24 I2 R T kalori
Q = 0,24 V2.T/R kalori
-
54
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)
-
55
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 se