Rangkuman Materi, Contoh Soal & Pembahasan Listrik Dinamis Tingkat SMP

Pengertian Listrik Dinamis

Listrik dinamis adalah listrik yang dapat berubah-ubah dan dapat mengalir secara terus-menerus. Pada listrik dinamis arus listriknya berasal dari electron yang terus-menerus mengalir dari kutub negative ke kutub positif, juga mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah dengan tegangan yang berbeda.  Selisih potensial antara potensial tinggi dan potensial rendah disebut beda potensial.

• Beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik ketika saklar terbuka dan tidak tidak mengalirkan arus disebut gaya gerak listrik/ ggl (e)
  V = ε – I . R

• Beda potensial antara kutub-kutub suatu elemen listrik ketika saklar ditutup dan mengalirkan muatan listrik yang disebut tegangan jepit (V)
  V = I . RKeterangan:
  V = beda potensial (volt)
  I = kuat arus (Ampere)
  R = hambatan (Ohm)
  ε = ggl (volt)
• Arus listrik dinamis ada dua jenis, yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC).

Menurut hukum Ohm:

“ Jika tegangan pada suatu rangkaian dinaikkan, arus dalam rangkaian akan naik dan jika tegangan diturunkan, arus akan turun, asalkan suhu penghantar tetap.”

Sumber Arus Listrik

Salah satu sumber listrik yang sering kita lihat dalam kehidupan sehari-hari adalah batu baterei dan aki (accumulator), keduanya dikenal dengan sel listrik atau elemen listrik. Berdasarkan kemampuannya untuk dapat diisi ulang, sel-sel tersebut dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Sel primer

Sel primer merupakan kelompok sumber arus listrik sekali pakai. Muatannya tidak dapat diisi lagi apabila telah habis dipakai. Jenis-jenis sel primer diantaranya:

Sel volta (sel galvani)

• Disusun dari sebuah lempeng seng sebagai elekroda negative dan sebuah lempeng tembaga sebagai elektroda positif.
• Sel yang dapat menghasilkan listrik melalui reaksi redoks elektrokimia
• Terjadi polarisasi sehingga pemakaiannya singkat
• Contohnya batu baterai dan aki

Baterai (sel kering)

Sumber arus listrik ini disebut sel kering karena bahan penyusunnya tidak mengandung cairan. Baterei tersusun atas:

• Terdiri dari dua elektroda yaitu sebagai kutub positif dan kutub negatif
• Elektroda positif (anoda) berupa sebatang karbon yang dikelilingi campuran mangan oksida dan serbuk karbon (depolarisator)
• Elektroda negatif adalah elektroda positif yang diselubungi oleh seng
• Terdapat elektrolit yang terbuat dari campuran pasta ammonium klorida yang dicampur serbuk kayu atau getah

Elemen Weston (sel basah)

• Terdiri dari Air raksa (Hg) sebagai elektroda positif dan larutan Amalgama cadmium 1% cadmium, Air raksa (Hg) 89% sebagai elektroda negatif
• Elektrolit berupa larutan jenuh kadnium sulfat
• Depolisator berupa campuran merkuri sulfat (HgSO₄ )dan kadnium sulfat (CdSO₄)

Sel sekunder

Sel sekunder adalah sumber arus listrik yang dapat diisi kembali pada saat muatannya telah habis digunakan, karena sel elektrokimia yang menyusunnya tidak memerlukan penggantian bahan pereaksi  meskipun telah digunakan. Alat yang digunakan untuk mengetahui muatan aki disebut hydrometer. Contoh sel sekunder adalah akumulator (aki).

Hambatan listrik

Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu perangkat elektronik (resistor) dengan arus listrik yang mengalirinya. Hambatan listrik juga dapat diartikan sebagai penahanan yang diterima oleh muatan listrik yang mengalir pada sebuah penghantar.

Jenis-jenis hambatan:

Hambatan seri

• Rangkaian yang disusun secara berurutan
• Hambatan yang dipasang dialiri arus listrik sama besar
• Apabila salah satu hambatan putus, maka seluruh rangkaian akan ikut putus

Dapat dirumuskan sebagai berikut:

R_s = R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n

Beberapa sumber tegangan yang dipasang seri dapat berlaku rumus sebagai berikut:

Hambatan paralel

• Rangkaian disusun berjajar
• Tegangan pada tiap ujung-ujung hambatan sama besar

Dapat dirumuskan sebagai berikut:

Beberapa sumber tegangan yang dipasang parallel dapat berlaku rumus sebagai berikut:

Besar gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

I = kuat arus listrik (Ampere)

ε = ggl (volt)

R = hambatan listrik (Ohm)

r = hambatan dalam sumber tegangan (Ohm)

V = tegangan jepit (volt)

Besar hambatan penghantar (konduktor) dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

R = hambatan penghantar (Ohm)

r = hambatan jenis penghantar (Ohm meter)

l = panjang penghantar (m)

A = luas penampang penghantar (m² )

Menurut hukum I Kirchoff:

“ jumlah kuat arus yang masuk ke suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari percabangan tersebut.”

S I_masuk = S I_keluar

Hubungan Hambatan Dan Bahan Pengantar

• Semakin besar hambatan pada suatu bahan, maka bahan akan semakin sulit mengalirkan arus listrik.
• Semakin kecil hambatan pada suatu bahan, maka bahan akan semakin mudah mengalirkan arus listrik.

Jenis-jenis bahan berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, sebagai berikut:

1. Konduktor: bahan yang memiliki hambatan kecil karena elektron-elektron disetiap atomnya tidak terikat kuat oleh inti atom sehingga arus listrik dapat dengan mudah mengalir. Contohnya besi, baja, dan tembaga.
2. Semi konduktor: bahan yang dapat menghantarkan listrik dalam kondisi tertentu, daya hantar listriknya antara konduktor dan isolator. Contohnya karbon, silicon, dan germanium.
3. Super konduktor: bahan yang mengalirkan arus listrik tanpa hambatan. Contohnya raksa dan timah.
4. Isolator: bahan yang memiliki hambatan yang sangat besar karena elektron-elektron disetiap atomnya terikat kuat oleh inti atom sehingga arus listrik sangat sukar mengalir. Contohnya kayu dan plastik.

Pada kawat logam hambatan listrik dipengaruhi oleh:

1. Panjang kawat
2. Luas penampang
3. Hambatan jenis kawat

Dapat dirumuskan sebagai berikut:

Keterangan:

R = hambatan kawat logam (Ohm)

ρ = hambatan jenis kawat (Ohm m)

λ = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m² )

Soal No.1

Sebuah kawat tembaga dialiri  arus 4 ampere selama 10 menit. Muatan listrik yang mengalir pada kawat tersebut adalah….

1. 1.200 C
2. 1.500 C
3. 2.200 C
4. 2.400 C

PEMBAHASAN :
Diketahui:
I = 4 A
t = 10 menit = 600 s
Menentukan muatan listrik (Q)
Q = I. t = 4A . 600 s = 2.400 C
Jawaban D

Soal No.2

Sebuah kawat penghantar listrik mengalir dengan muatan sebesar 30 Coulomb selama 1 menit. Kuat arus yang mengalir pada kawat tersebut adalah….

1. 0,5 A
2. 0,75 A
3. 1 A
4. 2 A

PEMBAHASAN :
Diketahui:
Q = 30 C
t = 1 menit = 60 detik
Menentukan kuat arus I

Jawaban A

Soal No.3

Suatu elemen diberi gaya gerak listrik sebesar 12 volt dengan hambatan dalam 2 ohm. Jika elemen tersebut dihubungkan dengan lampu pijar 4 ohm, kuat arus yang mengalir pada lampu dan tegangan jepitnya adalah…

1. 1 A dan 4 V
2. 2A dan 8 V
3. 1 A dan 8 V
4. 2 A dan 4 V

PEMBAHASAN :
Diketahui:
ε = 12 V
hambatan dalam (r) = 2 ohm
R = 4 ohm
Menentukan kuat arus

Menentukan tegangan jepit
V = I. R = 2 A. 4 ohm = 8 V
Jawaban B

Soal No.4

Sebuah penanak nasi digunakan pada tegangan 220 volt dan  dan hambatan pada alat tersebut adalah 20 Ω. Kuat arus listrik yang harus dialirkan pada penghantar agar penanak nasi tersebut dapat berfungsi adalah…..

1. 5 A
2. 7 A
3. 9 A
4. 11 A

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 220 volt
R = 20 Ω
Menentukan kuat arus (I)
V = I.R

Jawaban D

Soal No.5

Empat buah hambatan masing-masing besarnya 3 Ω, 4 Ω, 6 Ω,  dan 8 Ω dirangkai seri seperti pada gambar dengan kuat arus yang masuk sebesar 40 volt. Tegangan listrik yang melalui setiap hambatan adalah….

1. 6V, 8V, 10V, 16V
2. 3V, 8V, 12V, 16V
3. 6V, 10V, 12V, 16V
4. 3V, 6V, 10V, 16V

PEMBAHASAN :
Diketahui:
R₁ = 3 Ω
R₂ = 4 Ω
R₃ = 5 Ω
R₄ = 8 Ω
Menentukan hambatan total (R_total)
Karena rangkaiannya seri, maka
R_total = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ = 3 Ω + 4 Ω + 5 Ω + 8 Ω = 20 Ω
Menentukan kuat arus total (I_total)
Karena rangkaiannya seri, maka
I_total = I₁ = I₂ = I₃ = I₄

Menentukan tegangan di setiap hambatan
V₁ = I₁.R₁ = 2A. 3Ω = 6 V
V₂ = I₂.R₂ = 2A. 4Ω = 8 V
V₃ = I₃.R₃ = 2A. 5Ω = 10 V
V₄ = I₄.R₄ = 2A. 8Ω = 16 V
Jawaban A

Soal No.6

Tegangan yang diperlukan untuk mengalir pada rangkaian tersebut adalah…

1. 20 V
2. 40 V
3. 50 V
4. 70 V

PEMBAHASAN :
Diketahui:
I = 2,5 A
R₁ = 4Ω
R₂ = 10Ω
R₃ = 6Ω
Menentukan hambatan total (R_total)
Karena rangkaiannya seri, maka
R_total = R₁ + R₂ + R₃ = 4Ω + 10Ω + 6Ω = 20Ω
Menentukan tegangan yang diperlukan
V = I x R_total
V = 2,5 A x 20Ω = 50 V
Jawaban C

Soal No.7

Tiga buah hambatan masing-masing besarnya 4 Ω, 5 Ω, dan 6 Ω dirangkai paralel dengan kuat arus yang masuk sebesar 20 ampere. Hambatan total dari rangkaian tersebut adalah….

1. 1,2 Ω
2. 2,4 Ω
3. 3,6 Ω
4. 4,8 Ω

PEMBAHASAN :
Diketahui:
I = 20 A
R₁ = 4Ω
R₂ = 5Ω
R₃ = 6Ω
Menentukan hambatan penganti



Jawaban A

Soal No.8

Diketahui gambar rangkaian listrik sebagai berikut

Besar kuat arus pada rangkaian listrik tersebut adalah….

PEMBAHASAN :
Diketahui:
R₁ = 2 Ω
R₂ = 6 Ω
R₃ = 8 Ω
V = 12 V
Menentukan R_total
R₁ dan R₂ terhubung seri sehingga
R₁₂ = R₁ + R₂ = 2 + 6 = 8Ω
R₁₂ dan R₃ terhubung paralel sehingga


Menentukan kuat arus listrik
V = I x R

Jawaban C

Soal No.9

Penghantar listrik digambarkan sebagai berikut

Jika arus yang masuk pada rangkaian itu adalah 10 A dan arus yang mengalir di titik A adalah 4 A. Arus yang mengalir di B dan C adalah…

PEMBAHASAN 
Diketahui:
kuat arus masuk (I_m) = 10 A
I_A = 4A
Menentukan I_B dan I_C
Sesuai Hukum Kirchoff
I_masuk = I_keluar
Karena tersusun Seri A dan B maka
I_A = I_B = 4 A
C tersusun paralel dengan A dan B sehingga
I_masuk = I_AB + I_C
I_C = I_masuk – I_AB = 10 A – 4A = 6 A
Maka I_B = 4A dan I_C = 6A
Jawaban B

Soal No.10

Diketahui gambar sebagai berikut

Jika  I₁ = I₄ = 6A dan I₂ = I₅ = 3A. Maka besar I₃ adalah…

1. 2A
2. 4A
3. 6A
4. 8A

PEMBAHASAN :
Diketahui:
I₁ = I₄ = 6A
I₂ = I₅ = 3A
Menentukan I₆
Berdasarkan Hukum Kirchof
Σ I_masuk = Σ I_keluar
I₁ + I₄ = I₂ + I₃ + I₅
6A + 6A = 3A + I₃ + 3A
12 A = 6A + I₃
I₃ = 12 A – 6A = 6 A
Jawaban C