Bab 5. Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-Hari (Materi 2 : Hambatan Penghantar dan Hukum 1 Kirchoff )

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.5 Menerapkan konsep rangkaian listrik, energi dan daya listrik, sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari termasuk sumber energi listrik alternatif, serta berbagai upaya menghemat energi listrik.

Keterampilan

4.5 Menyajikan hasil rancangan dan pengukuran berbagai rangkaian listrik.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Merumuskan faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya hambatan penghantar dengan benar.

2. Mengidentifikasi jenis bahan berdasarkan daya hantar listriknya dengan benar.

3. Menjelaskan konsep Hukum 1 Kirchoff dengan benar.

4. Menerapkan perhitungan konsep Hukum 1 Kirchoff dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

  A. Hambatan Penghantar

• Suatu penghantar seperti kawat listrik memiliki hambatan.
• Seperti halnya dalam arus lalu lintas terkadang bisa terhambat macet karena jalannya yang sempit atau jumlah kendaraan yang begitu banyak, arus listrik yang mengalir pada suatu kawat penghantar atau kabel juga mengalami suatu hambatan yang dimiliki oleh kawat yang dialiri arus. Walaupun biasanya hambatannya sangat kecil.
• Nilai hambatan suatu penghantar dipengaruhi beberapa faktor, yaitu :
• Jenis bahan resistor atau hambatan jenis 
• Panjang hambatan
• Luas penampang



• Hambatan penghantar dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut :

Keterangan:

R = hambatan listrik (Ω )

ρ = hambatan jenis penghantar atau resistivitas (Ωm)

L = panjang penghantar (m)

A = luas penampang penghantar (m²)

Contoh Soal :

1. Tentukan hambatan seutas kawat aluminium (hambatan jenis 1,4 .10⁻² Ωm) yang memiliki panjang 21 m dengan luas penampang 7. 10⁻⁴ m²!

Penyelesaian :

Diketahui :

ρ = 1,4 × 10⁻² Ωm 

L = 21 m

A = 7 x 10⁻⁴ m²

Ditanyakan : R= ?

Jawab :

Jadi, hambatan seutas kawat aluminium tersebut adalah 420 Ω.

2. Berapakah hambatan seutas kawat aluminium (hambatan jenis 2,8.10⁻⁸ Ωm) yang memiliki panjang 40 m dengan luas penampang 1,4 x 10⁻⁵ m² ?

Penyelesaian :

Diketahui :

ρ = 2,8 × 10⁻⁸ Ωm 

L = 40 m

A = 1,4 x 10⁻⁵ m²

Ditanyakan : R= ?

Jawab :

Jadi, hambatan pada kawat tersebut adalah 0,08 Ω.

B. Hantaran Listrik

• Hambatan jenis setiap bahan berbeda-beda. Bahan yang mempunyai hambatan jenis besar memiliki hambatan yang besar pula, sehingga sukar menghantarkan arus listrik.
• Tabel di bawah ini menunjukan hambatan jenis dari beberapa bahan.
  
   
• Berdasarkan daya hantar listriknya (konduktivitas listrik), bahan dibedakan menjadi tiga, yaitu konduktor, isolator, dan semikonduktor.

1. Konduktor 

• Konduktor adalah bahan-bahan yang mudah untuk menghantarkan listrik.
• Contoh bahan yang termasuk konduktor adalah semua logam (misalnya tembaga, aluminium, perak, dan emas), badan manusia, elektrolit, air raksa dan tanah.

2. Isolator

• Isolator adalah bahan-bahan yang tidak dapat/sukar menghantarkan listrik.
• Contoh bahan yang termasuk isolator adalah plastik, kayu, karet, ebonit, porselen dan kaca.

3. Semi Konduktor

• Semikonduktor adalah bahan yang daya hantar listriknya berada di antara konduktor dan isolator. 
• Semi konduktor akan bersifat sebagai isolator jika berada pada suhu rendah, sementara pada suhu tinggi bersifat sebagai konduktor.
• Contoh bahan yang termasuk semi konduktor adalah karbon, arsenikum, silikon dan germanium. 

C. Hukum 1 Kirchoff

• Hukum 1 Kirchoff menyatakan bahwa "Jumlah arus yang masuk dalam suatu percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar percabangan atau jumlah arus pada suatu titik sama dengan nol." 
• Oleh karena itu hukum ini biasa disebut sebagai hukum percabangan (Kirchoff’s Current Law). 
• Secara matematis, Hukum 1 Kirchoff dirumuskan :

            ΣI_masuk = ΣI_keluar

• Perhatikan gambar di bawah ini!

• Dari gambar di atas terdapat sebuah titik percabangan arus listrik.
• Terlihat arus yang masuk/menuju titik percabangan antara lain I₁ dan I₂ sedangkan arus yang keluar/menjauhi titik percabangan antara lain I₃, I₄, dan I₅ (Perhatikan arah panah pada arus!!!)
• Jadi persamaan Hukum 1 Kirchoff  yang bisa kita tulis :

        ΣI_masuk = ΣI_keluar 

I₁ + I₂ = I₃ + I₄ + I₅

Contoh Soal :

1. Perhatikan gambar berikut!

Pada titik P dari sebuah rangkaian listrik ada 4 cabang, 2 cabang masuk dan 2 cabang keluar. Jika diketahui besarnya I1 = 6 A, I2 = 3 A, dan I3 = 7 A, tentukan berapa nilai dari I4?

Penyelesaian :

Diketahui :

I1 = 6 A

I2 = 3 A

I3 = 7 A

Ditanyakan : I4 = …?

Jawab :

ΣImasuk = ΣIkeluar

    I1 + I2 = I3 + I4

      6 + 3 = 7 + I4

            9 = 7 + I4

           I4 = 9 - 7 = 2 A

2. Perhatikan gambar berikut!

Tentukan nilai dari I4 (arus yang mengalir pada AB) !

Penyelesaian :

Diketahui :

I1 = 6 A

I2 = 3 A

I3 = 7 A

Ditanyakan : I4 = …?

Jawab :

Dari gambar rangkaian yang diberikan di atas, belum diketahui apakah arus I4 adalah arus masuk atau keluar. Oleh karena itu, kita perlu membuat asumsi awal, misalnya kita mengasumsikan arus pada I4 adalah arus keluar.

• Arus yang masuk adalah :

         I2 + I3 = 1 + 2 = 3 A

• Arus yang keluar adalah :

         I1 + I4 = 5 + I4

                 3 = 5 + I4

                I4 = 3 – 5

                I4 = -2 A

Karena nilai yang didapatkan adalah nilai negatif, ini berbeda dengan asumsi kita sebelumnya, berarti arus I4 yang sebenarnya adalah arus masuk.

3. Perhatikan gambar berikut.

Diketahui besarnya arus listrik yang melalui I1 = 3 A, I2 = 1 A, I4 = 0,5 A, tentukan besarnya arus listrik yang melalui I3 dan I5 !

Penyelesaian :

Diketahui:

Ditanyakan: I3 dan I5 =…?

Jawab :

Oleh karena jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar, maka besarnya arus listrik yang melalui I5 = 3 A.

Jadi, besarnya kuat arus yang melalui I3 dan I5 berturut-turut adalah 1,5 A dan 3 A.

Jadi, kuat arus total yang mengalir pada rangkaian adalah 0,5 A.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar.

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan :

1. Seutas kawat penghantar mempunyai panjang 50 cm, luas penampang 2 mm², ternyata hambatan listriknya 100 ohm. Tentukan hambatan jenis kawat tersebut!

2. Perhatikan gambar berikut !

Tentukan besarnya arus I3 !

3. Perhatikan gambar berikut !

Tentukan besarnya arus listrik yang melalui I1, I2, I5 dan I6 !

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~