KUAT ARUS LISTRIK (I)
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar.

Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.
Kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah:

para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron.
BEDA POTENSIAL ATAU TEGANGAN LISTRIK (V)
Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.
Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.
HUBUNGAN ANTARA KUAT ARUS LISTRIK (I) DAN TEGANGAN LISTRIK (V)
Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum Ohm yang berbunyi:
Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.
Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm.

HUBUNGAN ANTARA HAMBATAN KAWAT DENGAN JENIS KAWAT DAN UKURAN KAWAT
Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik.
Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:

HUKUM I KIRCHOFF
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.
Hukum I Kirchoff berbunyi:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik.
Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:

HUKUM II KIRCHOFF
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel.
Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Hukum Kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:

ENERGI LISTRIK

Karena q = I . t, dimana I adalah kuat arus listrik dan t waktu, maka besar usaha
yang dilakukan adalah:
W = V . I . t
Karena V = I . R, maka besar usaha W yang sama dengan energi listrik adalah

DAYA LISTRIK
Besar Daya listrik (P) pada suatu alat listrik adalah merupakan besar energi listrik (W) yang muncul tiap satuan waktu (t), kita tuliskan.

Contoh Soal :

Contoh Soal dan Pembahasan Listrik Arus Searah Materi Fisika kelas 1 SMA. Khusus membahas tentang rangkaian listrik tertutup satu loop, dua loop, seri paralel dan campuran. Termasuk daya dan energi listrik.

Soal No. 1
Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah hambatan dan satu buah baterai 24 Volt yang memiliki hambatan dalam 1 Ω.

Tentukan:
a) Kuat arus rangkaian
b) Kuat arus pada R₁ , R₂ dan R₃
c) Beda potensial antara titik A dan B
d) Beda potensial antara titik B dan C
e) Beda potensial antara titik C dan D
f) Beda potensial antara titik A dan C
g) Beda potensial antara titik B dan D
h) Beda potensial antara titik A dan D
i) Beda potensial antara ujung-ujung baterai
j) Daya pada hambatan R₁
k) Energi listrik yang diserap hambatan R₁ dalam 5 menit
l) Daya rangkaian
m) Energi rangkaian dalam 5 menit

Pembahasan
a) Kuat arus rangkaian

$\100dpi \\\Sigma E +\Sigma IR=0\\ (-24)+I (1+2+3+4)=0\\ 10I=24\\ I=2,4\,\,A$

b) Kuat arus pada R₁ , R₂ dan R₃
Kuat arus yang melewati hambatan-hambatan yang dirangkai seri adalah sama.

$\100dpi I_1=I_2=I_3=I=2,4\,\,A$

c) Beda potensial antara titik A dan B

$\100dpi \\V_{AB}=I_{AB}R_{AB}=2,4\times 2=4,8\,\,volt$

d) Beda potensial antara titik B dan C

$\100dpi \\V_{BC}=I_{BC}R_{BC}=2,4\times 3=7,2\,\,volt$

e) Beda potensial antara titik C dan D

$\100dpi \\V_{CD}=I_{CD}R_{CD}=2,4\times 4=9,6\,\,volt$

f) Beda potensial antara titik A dan C

$\100dpi \\V_{AC}=I_{AC}R_{AC}=2,4\times (2+3)=12\,\,volt$

g) Beda potensial antara titik B dan D

$\100dpi \\V_{BD}=I_{BD}R_{BD}=2,4\times (3+4)=16,8\,\,volt$

h) Beda potensial antara titik A dan D

$\100dpi \\V_{AD}=I_{AD}R_{AD}=2,4\times (2+3+4)=21,6 \,\,volt$

i) Beda potensial antara ujung-ujung baterai

$\100dpi \\V_{AD}=I_{AD}R_{AD}=2,4\times (2+3+4)=21,6 \,\,volt$

ATAU :

$\100dpi \\V_{AD}=\Sigma E+\Sigma IR=24+(-2,4)(1)=21,6\,\,volt$

j) Daya pada hambatan R₁

$\100dpi \\P_1=I_1^2R_1=(2,4)^2(2)=11,52\,\,watt$

k) Energi listrik yang diserap hambatan R₁ dalam 5 menit

$\100dpi \\W_{1}=I_{1}^2R_{1}t=(2,4)^2(2)(5\times 60)=3.456\,\,Joule$

l) Daya rangkaian

$\100dpi \\P_{tot}=I_{tot}^2R_{tot}=(2,4)^2(10)=57,6\,\,watt$

m) Energi rangkaian dalam 5 menit

$\100dpi \\W_{tot}=I_{tot}^2R_{tot}t=(2,4)^2(10)(5\times 60)=17.280 \,\,Joule$

Soal No. 2
Diberikan sebuah rangkaian listrik seperti gambar berikut

Tentukan :
a) Hambatan pengganti
b) Kuat arus rangkaian
c) Kuat arus yang melalui R₄
d) Kuat arus yang melalui R₁
e) Kuat arus yang melalui R₂
f) Kuat arus yang melalui R₃
g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R₄
h) Beda potensial ujung-ujung R₁
i) Beda potensial ujung-ujung R₂
j) Daya yang diserap R₁

Pembahasan

a) Hambatan pengganti

$\100dpi \\\frac{1}{R_{123}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}\\\frac{1}{R_{123}}=\frac{1}{20} +\frac{1}{30}+\frac{1}{60}=\frac{(3+2+1)}{60}=\frac{6}{60}\\ R_{123}=\frac{60}{6}=10\,\,\Omega\\ R_{tot} =R_4+R_{123}=10+10=20\,\,\Omega$

b) Kuat arus rangkaian

$\100dpi \\I=\frac{V_{tot}}{R_{tot}}=\frac{24}{20}=1,2\,\,A$

c) Kuat arus yang melalui R₄ sama dengan kuat arus rangkaian

$\100dpi \\I_4=I=1,2\,\,A$

d) Kuat arus yang melalui R₁

$\100dpi \\I_1:I_2:I_3=\frac{1}{R_1}:\frac{1}{R_2}:\frac{1}{R_3}=\frac {1}{20}:\frac{1}{30}:\frac{1}{60}\\ I_1:I_2:I_3=3:2:1\\ I_1=\frac{3}{(3+2+1)}\times I=\frac{3}{6}\times 1,2=0,6\,\,A$

e) Kuat arus yang melalui R₂

$\100dpi \\I_1:I_2:I_3=\frac{1}{R_1}:\frac{1}{R_2}:\frac{1}{R_3}=\frac {1}{20}:\frac{1}{30}:\frac{1}{60}\\ I_1:I_2:I_3=3:2:1\\ I_2=\frac{2}{(3+2+1)}\times I=\frac{2}{6}\times 1,2=0,4\,\,A$

f) Kuat arus yang melalui R₃

$\100dpi \\I_1:I_2:I_3=\frac{1}{R_1}:\frac{1}{R_2}:\frac{1}{R_3}=\frac {1}{20}:\frac{1}{30}:\frac{1}{60}\\ I_1:I_2:I_3=3:2:1\\ I_3=\frac{1}{(3+2+1)}\times I=\frac{1}{6}\times 1,2=0,2\,\,A$

g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R₄

$\100dpi V_4=I_4R_4=(1,2)(10) =12\,\,volt$

h) Beda potensial ujung-ujung R₁

$\100dpi V_1=I_1R_1=(0,6)(20) =12\,\,volt$

i) Beda potensial ujung-ujung R₂ sama dengan beda potensial pada ujung R₁ karena dirangkai parallel

j) Daya yang diserap R₁

$\100dpi P_1=V_1I_1=(12)(0,6) =7,2\,\,watt$

Soal No. 3
Diketahui kuat arus yang melalui R₄ adalah 7,2 Ampere.

Tentukan nilai tegangan sumber V

Pembahasan

Mencari kuat arus yang melalui hambatan R₁ dengan prinsip pembagian arus rangkaian paralel :

$\100dpi \\I_1:I_2:I_3=\frac{1} {R_1}:\frac{1}{R_2}:\frac{1}{R_3}=\frac{1}{2}:\frac{1}{3}:\frac{1}{6}=3:2:1\\ I_1=\frac{3}{(3+2+1)}\times 7,2=3,6 \,\,A$

$\100dpi \\V=V_4+V_1\\ V=I_4R_4+I_1R_1=(7,2)(1)+(3,6)(2) =14,4\,\,volt$

Soal No. 4
Diberikan sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah loop dengan data sebagai berikut :
E₁ = 6 volt
E₂ = 9 volt
E₃ = 12 volt

Tentukan :
a) Kuat arus yang melalui R₁ , R₂ dan R₃
b) Beda potensial antara titik B dan C
c) Beda potensial antara titik B dan D
d) Daya pada hambatan R₁

Pembahasan

a) Kuat arus yang melalui R₁ , R₂ dan R₃

Langkah-langkah standar :
- menentukan arah arus
- menentukan arah loop
- masukkan hukum kirchoff arus
- masukkan hukum kirchoff tegangan
- menyelesaikan persamaan yang ada

Misalkan arah arus dan arah loop seperti gambar berikut :

Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan :

$\100dpi I_3=I_1+I_2$

Loop 1
$\100dpi \\\Sigma E +\Sigma IR=0\\ -E_1+E_2+2I_1+3I_3=0\\ - 6+9+2I_1+3I_1+3I_2=0\\5I_1+3I_2+3=0$
(Persamaan I)

Loop II
$\100dpi \\\Sigma E+\Sigma IR = 0\\ -E_3+E_2+6I_2+3I_3=0\\- 12+9+6I_2+3I_1+3I_2=0\\ 3I_1+9I_2-3=0$
(Persamaan II)

Gabungan persamaan I dan II :

$\100dpi \\5I_1+3I_2+3=0\,\,|\times 3|\\ 3I_1+9I_2-3=0\,\,|\times 1|\\\\15I_1+9I_2+9=0\\\underline{\,\,\,3I_1+9I_2-3=0}\,\,_{-}\\ 12I_1+12=0\\ I_1=-1\,\,A\\ \\3I_1+9I_2-3=0\\3(-1)+9I_2-3=0 \\9I_2=6\\I_2=\frac{6}{9}=\frac{2}{3}\,\,A\\\\I_3=I_1+I_2=(-1)+(\frac{2}{3})=-\frac{1}{3}\,\,A$

b) Beda potensial antara titik B dan C

$\100dpi \\V_{BC}=\Sigma E+\Sigma IR=E_2+3I_3\\ V_{BC}=9+3(-\frac{1}{3})=8\,\,volt$

c) Beda potensial antara titik B dan D

$\100dpi \\V_{BD} =\Sigma E+\Sigma IR=E_3+6(-I_2)\\ V_{BD}=12+6(-\frac{2}{3})=12-4=8\,\,volt$

d) Daya pada hambatan R₁

$\100dpi P=I^2R=(1)^2(2)=2\,\,watt$

Sumber : http://114.141.57.234/tutikw/?p=8
http://fisika-indonesia.blogspot.com/2010/11/soal-dan-pembahasan-rangkaian-listrik_22.html

"Adi Suryantoro Apregema"

Social Icons

Selasa, 15 Oktober 2013

FISIKA KELAS X SEMESTER 2 LISTRIK DINAMIS

Contoh Soal :

2 komentar:

Jam

Translate

Visitor

Post and Komen

Popular Posts

About Me

Social Icons