bahan ajar pekan ke 6

BAHAN AJAR

PERTEMUAN KE-6

Sekolah                                                 : SMA Al Azhar 3 B. Lampung

Mata Pelajaran                    : Fisika

Kelas/Semester                    : XII / Ganjil

Materi Pokok                       : Rangkaian arus searah

Alokasi Waktu                     : 6 Minggu x 4 Jam Pelajaran @45 Menit

A.      Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi

Kompetensi Dasar	Indikator
3.1    Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) berikut keselamatannya dalam kehidupan sehari-hari	·   Memahami arus listrik dan pengukurannya ·   Memahami Hukum Ohm ·   Menjelaskan arus listrik dalam rangkaian tertutup ·   Menganalisis hambatan sepotong kawat penghantar ·   Menganalisis rangkaian hambatan ·   Menganalisis gabungan sumber tegangan listrik ·   Memahami Hukum II Kirchoff ·   Menganalisis energi dan daya listrik ·   Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari
4.1    Melakukan percobaan prinsip kerja rangkaian listrik searah (DC) dengan metode ilmiah berikut presentasi hasil percobaan	·   Membuat percobaan tentang rangkaian listrik searah ·   Menyajikan hasil percobaan tentang rangkaian listrik searah baik lisan maupun tulisan secara sistematis

B.      Tujuan Pembelajaran

Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat:

·         Memahami arus listrik dan pengukurannya

·         Memahami Hukum Ohm

·         Menjelaskan arus listrik dalam rangkaian tertutup

·         Menganalisis hambatan sepotong kawat penghantar

·         Menganalisis rangkaian hambatan

·         Menganalisis gabungan sumber tegangan listrik

·         Memahami Hukum II Kirchoff

·         Menganalisis energi dan daya listrik

·         Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

·         Membuat percobaan tentang rangkaian listrik searah

·         Menyajikan hasil percobaan tentang rangkaian listrik searah baik lisan maupun tulisan secara sistematis

C.      Materi Pembelajaran

Hukum Kirchhoff 1

Hukum Kirchhoff 1 dikenal sebagai hukum percabangan (junction rule), karena hukum ini memenuhi kekekalan muatan. Hukum ini diperlukan untuk rangkaian yang multisimpal yang mengandung titik-titik percabangan ketika arus mulai terbagi. Pada keadaan tunak, tidak ada akumulasi muatan listrik pada setiap titik dalam rangkaian. Dengan demikian, jumlah muatan yang masuk di dalam setiap titik akan meninggalkan titik tersebut dengan jumlah yang sama.

Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa:

“Jumlah arus listrik yang masuk melalui titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan jumlah arus yang keluar melalui titik percabangan tersebut”

Ilustrasi hukum Kirchhoff tentang titik percabangan. Arus I_1yang mengalir melalui titik percabangan a akan sama dengan jumlah I_2+I_3 yang keluar dari tiik percabangan

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 1 dapat dituliskan sebagai berikut:

Gambar 1.2 menunjukkan suatu titik percabangan dari 5 buah kawat yang dialiri arus  dan .

Dalam rentang waktu , muatan  mengalir melalui titik percabangan dari arah kiri. Dalam rentang waktu  juga, muatan  dan  bergerak ke arah kanan meninggalkan titik percabangan. Karena muatan tersebut bukan berasal dari titik percabangan dan tidak juga menumpuk pada titik tersebut dalam keadaan tunak, maka muatan akan terkonservasi di titik percabangan tersebut, yaitu:

Hukum Kirchhoff 2

Bunyi hukum Kirchhoff 2 adalah sebagai berikut:

“Pada setiap rangkaian tertutup, jumlah beda potensialnya harus sama dengan nol”

Hukum Kirchhoff 2 juga sering disebut sebagai hukum simpal (loop rule), karena pada kenyataannya beda potensial diantara dua titik percabangan dalam satu rangkaian pada keadaan tunak adalah konstan. Hukum ini merupakan bukti dari adanya hukum konservasi energi. Jika kita memiliki suatu muatan Q pada sembarang titik dengan potensial V, dengan demikian energi yang dimiliki oleh muatan tersebut adalah QV. Selanjutnya, jika muatan mulai bergerak melintasi simpal tersebut, maka muatan yang kita miliki akan mendapatkan tambahan energi atau kehilangan sebagian energinya saat melalu resistor baterai atau elemen lainnya. Namun saat kebali ke titik awalnya, energinya akan kembali menjadi QV.

Sebagai contoh penggunaan hukum ini (Gambar 1.3), dua baterai yang berisi hambatan dalam  dan  serta ada 3 hambatan luar. Kita akan bisa menenutukan arus dalam rangkaian tersebut sebagai fungsi GGL dan hambatan.

Rangkaian berisi 2 buah baterai dan 3 resistor eksternal. Tanda plus minus pada resistor digunakan untuk mengingatkan kita sisi mana pada setiap resistor yang berada pada potensial lebih tinggi untuk arah arus yang diasumsikan.

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 2 dapat dinyatakan sebagai berikut:

Contoh Soal Hukum Kirchhoff

Contoh Soal 1:

Perhatikan gambar rangkaian tertutup dibawah ini!

Apabila  dan , maka kuat arus yang mangalir pada rangkaian adalah …

Jawaban:

Kita terlebih dahulu tentukan arah arus dan arah loop, dalam hal ini kita akan menentukan arah loop searah dengan arah jarum jam.

Dengan menerapkan hukum Kirchhoff 2, kita akan dapatkan nilai arus listrik sebagai berikut:

 maka 

Contoh Soal 2:

Pada rangkaian listrik di bawah ini diberikan diberikan  dan . Jika saklar S ditutup, tentukan besarnya daya pada !

Jawaban:

Kita tentukan arah loop sebagai berikut:

Kita akan menerapkan hukum Kirchhof 1, dimana:

Dan berdasarkan hukum yang kedua: