BUKU-AJAR-FISIKA-KELAS-12

i

KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan karena akhirmya buku ajar ini
terselesaikan. Buku ajar ini ditulis untuk memenuhi kebutuhan siswa pada mata
pelajaran fisika kelas XII semester ganjil dan semester genap, sejak penulis belajar
mata pelajaran fisika, pengalaman penulis ini memberi warna pada penulisan buku
ajar ini. Isi dari buku ajar ini dari Bab I smapai dengan Bab XI merupakan cakupan
mata pelajaran fisika kelas XII.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan buku ini tidak luput dari
keungkinan adanya kekurangan ataupun kesalahan. Meskipun kekurangan atau
kesalahan menjadi tanggung jawab penulis, komentar serta kritik dari pembaca
dalam bentuk apapun sangat diharapkan penulis.
Akhirnya ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada semua pihak yang
telah membantu sampai penulisan buku ajar ini dapat diselesaikan.

Mataram, 24 Novemeber 2022

ii

DAFTAR ISI

COVER

KATA PENGANTAR.............................................................................................ii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ iii

BAB 1 RANGKAIAN SEARAH .............................................................................1

A. Hukum Ohm ..............................................................................................2
B. Hukum Kirchoff ..........................................................................................3
C. Aplikasi Listrik Searah ...............................................................................4
D. Contoh Soal...............................................................................................7
E. Latihan ......................................................................................................8

BAB II LISTRIK STATIS

A. Muatan Listrik, Gaya Coulumb Dan Kuat Medan Listrik ...........................10
B. Energi Potensial Listrik Dan Potensial Listrik............................................13
C. Kapasitor ..................................................................................................14
D. Contoh soal ..............................................................................................18
E. Latihan .....................................................................................................19

BAB III MEDAN MAGNET

A. Induksi Magnet .........................................................................................21
B. Gaya Lorentz Dan Fluks Magnet ..............................................................22
C. Contoh soal ..............................................................................................30
D. Latihan......................................................................................................31

BAB IV INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

A. Definisi Induksi Elektromagnetik...............................................................34
B. Besaran-Besaran Dalam Induksi Elektromagnetik ...................................35
C. Contoh soal ..............................................................................................39
D. Latihan .....................................................................................................40

iii

BAB V LISTRIK BOLAK BALIK

A. Arus Dan Tegangan Bolak Balik ..............................................................42
B. Rangkaian Arus Bolak Balik ....................................................................44
C. Penerapan Rangkaian Arus Bolak Balik Dalam Kehidupan Sehari-Hari ............ 48
D. Contoh soal ..............................................................................................48
E. Latihan .....................................................................................................49

BAB VI RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

A. Pengertian Gelombang Elektromagnetik ..................................................51
B. Jenis-Jenis Gelombang Elektromagnetik .................................................51
C. Bahaya Radiasi Gelombang Elektromagnetik .........................................53
D. Manfaat Radiasi Gelombang Elektromagnetik .........................................54

BAB VII RELATIVITAS

A. Konsep Relativitas....................................................................................58
B. Massa, Momentum Dan Energi Relativistik ..............................................61
C. Contoh soal ..............................................................................................63
D. Latihan .....................................................................................................64

BAB VIII KONSEP DAN FENOMENA KUANTUM

A. Radiasi Benda (Konsep Foton).................................................................66
B. Efek Fotolistrik ..........................................................................................68
C. Sinar X Dan Efek Compton ......................................................................72
D. Latihan .....................................................................................................73

BAB IX TEKNOLOGI DIGITAL

A. Mengenal Teknologi Digital ......................................................................75
B. Transmisi Data ........................................................................................75
C. Penyimpanan Digital.................................................................................77

BAB X INTI ATOM DAN IPTEK NUKLIR

A. Struktur Inti ...............................................................................................81
B. Defek Massa.............................................................................................82

iv

C. Energi Ikat ................................................................................................83
D. Reaksi Inti.................................................................................................84
E. Radioktivitas .............................................................................................84
F. Contoh soal ..............................................................................................85
G. Latihan .....................................................................................................86
BAB XI KETERBATASAN ENERGI DAN DAMPAKNYA BAGI KEHIDUPAN
A. Jenis Sumber Energi Berdasarkan Kelestariannya ..................................88
B. Penggunaan Sumber Energi ....................................................................88
C. Energi Fosil...............................................................................................89
D. Ketersediaan Sumber Energy...................................................................89
E. Solusi Terhadap Keterbatasan Energi......................................................90
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................93
BIODATA PENULIS ............................................................................................95

v

BAB 1
RANGKAIAN SEARAH

KATA KUNCI

 Arus Listrik
 Beda potensial
 Hukum Coulumb
 Hukum Ohm
 Resistor

1

BAB I

RANGKAIAN ARUS SEARAH

Listrik banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Listrik dapat mengalir dalam
peralatan yang digunakan manusia disebabkan oleh adanya arus. Seperti yang sudah
dipelajari pada kelas XI kita mengenal dua macam arus listrik yaitu arus listrik searah
(DC) dan arus listrik bolak balik (AC). Pada bab ini anda akan mempelajari tentang arus
DC atau yang disebut arus searah.

A. KUAT ARUS LISTRIK
Arus listrik didefinisikan sebagai suatu aliran muatan listrik melalui

sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah,
dari kutub positif ke kutub negatif, dari anoda ke katoda. Arah arus listrik ini
berlawanan arah dengan arus elektron. Muatan listrik dapat berpindah apabila
terjadi beda potensial. Beda potensial dapat dihasilkan oleh sumber tegangan
yang mengakibatkan arus listrik mengalir dalam rangkaian1. Secara matematis
dapat ditulis dalam persamaan:

I=


Keterangan:

I = kuat arus listrik (Ampere)

Q = muatan listrik (Coulumb)

t = waktu (Sekon)

Beda potensial adalah banyaknya energy yang dibutuhkan untuk
memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lain. Suatu benda dikatakan
mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain, jika benda tersebut

1 Ginanjar, Agie. 2014. Intisari Fisika Untuk SMA Kelas X, XI dan XII. Bandung. CV PUSTAKA SETIA. Hal. 157

2

memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif benda lain. Satuan
beda potensial adalah volt (V). Secara matematis beda potensial dapat dituliskan
dalam persamaan sebagai berikut.

=



Keterangan:
V = beda potensial (Volt)
W = energi (Joule)
Q = muatan (Coulomb)

Dalam pengukuran arus dan tegangan listrik dapat menggunakan sebuah
alat. Alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik dinamakan
amperemeter, sedangkan alat untuk mengukur tegangan listrik dinamakan
voltmeter. Sementara alat yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik
dinamakan ohm meter. Apabila amperemeter, voltmeter dan ohm meter dijadikan
dalam sebuah alat maka dinamakan multimeter.
B. HUKUM OHM

Gambar 1.1. George Simon Ohm
Hukum Ohm juga dikenal dengan istilah Ohm’s Laws pertama kali
diperkenalkan di tahun 1825 oleh seorang fisikawan asal Jerman, yakni George
Simon Ohm. Hukum ini menjelaskan antara tegangan, kuat arus, dan hambatan

3

listrik dalam suatu rangkaian. Dengan menggunakan hukum Ohm, kita tidak
hanya dapat menghitung tapi juga memperkecil arus listrik, memperkecil
tegangan pada rangkaian dan memperoleh resistansi atau hambatan yang
diperlukan.

Hukum Ohm digunakan secara luas dalam rangkaian elektronika, lantas
bagaimaan bunyi hukum ohm? Dikutip dari buku Dasar Teknik Listrik oleh Hantje
Ponto, bunyi hukum Ohm adalah sebagai berikut: “Besarnya arus listrik (I) yang
mengalir melalui sebuah penghantar atau konduktor akan berbanding lurus
dengan beda potensial/tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding
terbalik dengan hambatannya (R)”.

secara matematis dapat dirumuskan menjadi persamaan berikut ini:


=

Keterangan:

V = Voltage/beda potensial/tegangan, satuan volt (V)

I = Current (arus listrik), satuan unitnya yaitu ampere (A)

R = Resistance (hambatan atau resistensi), satuan unitnya adalah ohm (W)

C. HAMBATAN LISTRIK
Hambatan listrik merupakan ukuran sejauh mana suatu objek

menentang aliran arus listrik. Sifat-sifat hambatan listrik secara umum terbagi
dua. Hambatan listrik akan semakin besar jika bahan listrik yang digunakan
semakin panjang. Kedua, hambatan listrik akan semakin kecil jika ukuran
penampang bahan listrik semakin besar Satuan dari hambatan listrik adalah
Ohm2.
a. Resistansi

Hambatan listrik atau resistansi adalah kemampuan suatu benda
mencegah atau menghambat aliran arus listrik. Satuan dari hambatan

2 Badrianto, wawan. 2018. Modul Cerdik Fisika SMA. Jakarta:Penerbit Cmedia. Hal. 238

4

listrik adalah ohm (Ω). Resistensi sebuah penghantar dapat ditentukan
dengan persamaan berikut:


=

b. Resistivitas
Resistivitas adalah resistansi suatu penghantar yang memiliki panjang

satu satuan panjang dan luas satu satuan luas. Resistivitas menyatakan
karakteristik bahan sehinga setiap penghantar yang berbeda jenis
memiliki perbedaan resistivitas. Dalam satuan internasional, satuan
resisitivitas adalah ohmmeter. Resistansi suatu penghantar jika
dipengaruhi suhu dapat dituliskan dalam persamaan berikut:

∆ = 2 + è1
1 = 0 × (1 + × ∆ )
Keterangan :
θ0 = Temperatur awal (oC)
θ1= Temperatur akhir (oC)
Δθ = Selisih antara temperatur akhir dengan temperatur awal (oC)
R0 = nilai hambatan pada suhu mula-mula/suhu ruangan 20oC (Ω)
R1 = Nilai hambatan setelah terjadi perubahan suhu (Ω)
α = Koefisien suhu sesuai dengan jenis loga
c. Jenis resistor

Gambar 1.2. contoh bentuk Resistor

5

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk
menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu
rangkaian elektronika. Resistor termasuk komponen pasif pada
rangkaian elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai
namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika
dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu
resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω).

Hukum Ohm menyatakan bahwa resistansi berbanding terbalik
dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansi
(Ohm), resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan
kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan
dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan
suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu
mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.

Pada umumnya Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa
jenis, diantaranya adalah Fixed Resistor, Variable Resistor, Thermistor
dan LDR.3
a. Fixed Resistor adalah jenis Resistor yang memiliki nilai resistansinya

tetap. Nilai Resistansi atau Hambatan Resistor ini biasanya ditandai
dengan kode warna ataupun kode Angka.
b. Variable Resistor adalah jenis Resistor yang nilai resistansinya dapat
berubah dan diatur sesuai dengan keinginan. Pada umumnya Variable
Resistor terbagi menjadi Potensiometer, Rheostat dan Trimpot.
c. Thermistor adalah Jenis Resistor yang nilai resistansinya dapat
dipengaruhi oleh suhu (Temperature). Thermistor merupakan
Singkatan dari “Thermal Resistor”. Terdapat dua jenis Thermistor yaitu
Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor
PTC (Positive Temperature Coefficient).

3 Irfan, Dedi. 2018. Komponen Elektronika. Padang:SUKABINA Press. Hal 5

6

d. LDR atau Light Dependent Resistor adalah jenis Resistor yang nilai
Resistansinya dipengaruhi oleh intensitas Cahaya yang diterimanya.

CONTOH SOAL

1. Dari percobaan hubungan antara tegangan dengan kuat arus listrik pada
resisitor, dihasilkan grafik V-I pada gambar dibawah ini

Jika diketahui tegangannya sebesar 5 volt, maka besar arus yang mengalir
adalah……

Pembahasan

Langkah pertama hitung terlebih dahulu R menggunakan hukum ohm


=

R



R 2,5 =125 Ohm

0,02

Kemudian hitung I menggunakan hukum ohm juga

= 5

=0,04 A
125 ℎ

Jadi besar arus yang mengalir adalah sebesar 0,04 Ampere

7

LATIHAN SOAL
Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

1.

Diketahui besarnya R1 = 6 Ohm, R2 = 6 Ohm, dan R3 = 6 Ohm. Jika tegangan
totalnya 14 Volt, tentukan tentukan besarnya arus yang mengalir pada R3!
2. Hubungan antara kuat arus (I) dan tegangan (V) pada ujung-ujung resistor
diperlihatkan pada gambar di bawah.

Berapakah beda potensial ujung-ujung resistor jika dilalui arus 0,08 A?
3.

Sebuah resistor masing-masing memiliki hambatan 2 ohm dan 2 ohm
yang dirangkai secara seri. Selanjutnya, kedua hambatan dirangkai dengan
tegangan baterai yang nilainya 6 volt. Berapa nilai kuat arus listrik yang mengalir
pada kedua hambatan tersebut?

8

BAB 2
LISTRIK STATIS

KATA KUNCI

 Listrik statis
 Medan Listrik
 Gaya Coulumb
 Energi Potensial
 Kapasitor
 Seri
 Paralel

9

BAB II

LISTRIK STATIS

A. MUATAN LISTRIK, GAYA COULUMB DAN KUAT MEDAN LISTRIK
1. Muatan Listrik
Dalam suatu atom yang bersifat netral, jumlah proton dan electron sama.
Ketika sebuah atom berinteraksi dengan atom lainnya, electron bagian terluar
akan pindah dari satu atom ke atom lainnya. Perpindahan tersebut
menyebabkan suatu benda akan bermuatan listrik. Muatan listrik terbagi
menjadi dua muatan yaitu muatan listrik positif dan muatan listrik negatife.

Gambar 2.1. a) gambar Muatan listrik positif, b) gambar muatan listrik
negatif

Suatu muatan listrik muncul karena electron berpindah dari satu benda ke
benda lain. Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan
negatif. Jika dua benda bermuatan listrik yang sejenis, misalnya positif (+)
dengan positif (+) atau negatif (-) dengan negatif (-) maka benda tersebut
akan saling tolak menolak. Apabila dua benda bermuatan tidak sejenis, yaitu
positif (+) dengan negatif (-) maka kedua benda tersebut akan saling tarik
menarik.

2. Gaya Coulumb Gambar 2.2. muatan listrik
10

Gambar 2.3. Charles-Augustin de Coulomb.

Fisikawan francis, Charles coulomb melakukan sebuah eksperimen

dengan suatu perlengkapan yang dinamakan neraca punter. Berdasarkan

percobaannya, Charles berhasil menyimpulkan bahwa gaya elektrostatik:

a. Berbanding lurus dengan hasil kali kedua muatan.

b. Dan akan Berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antar kedua muatan.

Secara matematis dapat dituliskan dalam persamaan:

= 1 2
2

Keterangan:

k = Konstanta = 9x109 Nm2/C2

q1 = Besar muatan 1 (C)

q2 = Besar muatan 2 (C)

r = Jarak antar muatan (m)

Gaya Coulomb mirip dengan gaya gravitasi yaitu keduanya adalah
gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Kedua gaya ini
tergolong sebagai gaya alamiah. Pada saat ini, ada empat macam gaya
alamiah yang telah diketahui antara sebagai berikut.

 Gaya gravitasi, bekerja pada semua partikel dan menjaga planet-palnet
tetap pada orbitnya mengitari matahari.

 Gaya elektromagnetik, bekerja di antara partikel bermuatan
danmerupakan gaya yang mengikat atom-atom dan molekul-molekul.

 Gaya lemah (weak force), terjadi dalam peristiwa peluruhan radioaktif.

11

 Gaya kuat (strong force), menjaga neutron-neutron dan proton-proton
bersama-sama dalam sebuah inti atom.

3. Medan Listrik
Medan adalah ruang di sekitar benda yang setiap titik dalam ruang

tersebut akan terpenagruh oleh gaya yang ditimbulkan oleh benda.Oleh
karena partikel akan menghasilkan gaya listrik, medan di sekitar partikel itu
disebut medan listrik.Medan listrik adalah besaran vektor yang arahnya pada
suatu titik tertentu didefinisikan oleh Michael Faraday sebagai arah gaya yang
dialami oleh suatu benda bermuatan positif. Medan listrik dapat digambarkan
dengan garis-garis gaya listrik yang menjauhi muatan positif dan mendekati
muatan negative.

Untuk mrnggambarkan medan listrik digunakan garis-garis gaya listrik,
dimana garis lengkung yang dibayangkan sebagai lintasan yang ditempuh
oleh muatan positif yang bergerak dalam medan listrik dan gaya listrik tidak
mungkin akan berpotongan, karena garis gaya listrik merupakan suatu garis
khayal yang berasal dari benda bermuatan positif dan berakhir pada benda
yang bermuatan negative. gambar berikut ini akan menggambarkan garis-
garis gaya listrik disekitar benda bermuatana listrik.

Gambar 2.3. garis-garis gaya listrik disekitar benda bermuatan listrik

Besarnya suatu medan listrik disebut kuat medan listrik yang dirumuskan
dengan:

= atau
= 2


12

Keterangan:
E = Kuat Medan listrik (N/C)
k = konstanta = 9x109 Nm2/C2
q = Muatan listrik (C)
r = jarak dari titik ke muatan sumber medan listrik (m)

B. ENERGI POTENSIAL LISTRIK DAN POTENSIAL LISTRIK

Gaya Coulomb dan kuat medan listrik merupakan besaran vektor,
sedangkan energy potensial listrik dan potensial listrik merupakan besaran
skalar.

1. Energi Potensial Listrik

Energi potensial listrik akan timbul apabila muatan uji q’ didekatkan pada
sebuah muatan q. Besarnya energi potensial yang timbul pada muatan q’
sebanding dengan usaha yang diperlukan untuk melawan gaya F. energy
potensial listrik didefinisikan sebagai energy yang dimiliki oleh sebuah
muatan listrik ketika muatan berada pada medan listrik tertentu. Besar energy
potensial listrik secara sistematika dapat dituliskan dalam persamaan:

= 1 2


Keterangan:
Ep= energy potensial listrik (Joule)
K= Konstanta= 9x 109Nm9/C2
q1= besar muatan (C)
q2= besar muatan 2 (C)
r= jarak antar muatan (m)
2. Potensial Listrik

Didefinisikan sebagai perubahan energy potensial tiap satuan muatan jika
muatan uji dipindahkan diantara dua titik, secara sistematika dapat dituliskan
dalam persamaan.

13

=


potensial listrik merupakan besarnya energi potensial yang dimiliki muatan
pada 1 Coulomb. Dari definisi ini, potensial listrik dapat dirumuskan sebagai
berikut:


=

Keterangan:

V = Potensial listrik (Volt)
k = Konstanta = 9x109 Nm2/C2
q = besar muatan sumber (C)
r = jarak titik dari muatan (m)

C. KAPASITOR
Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan Kondensator

(Condensator) adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan
muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah
Farad. Satuan kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya yaitu
Michael Faraday (1791 ~ 1867) yang berasal dari Inggris. Kapasitor
merupakan komponen elektronika yang terdiri dari 2 pelat konduktor yang
pada umumnya adalah terbuat dari logam dan sebuah isolator diantara
pelat tersebut sebagai pemisah. Isolator tersebut disebut juga dengan
dielektrika.4

Kapasitor memiliki banyak manfaat bagi kehidupan manusia, yaitu
diantaranya:

1. Menyimpan muatan listrik.
2. Meratakan arus listrik pada rangkaian catu daya.

4 Basri, Irma Yulia. 2018. Komponen Elektronika. Padang; sukabina Press. Hal 31
14

3. Memilih gelombang pemancar pada pesawat radio.
4. Meniadakan bunga api listrik pada sistem pengapaian kendaraan

bermotor.
5. Mengubah arus bolak balik menjadi arus searah.
6. Mengontrol frekuensi pada rangkaian isolator.
7. Kapasior sebagai penghubung.
8. Kapasitor sebagai penyimpang arus.

Gambar 2.4 berbagai tipe bentuk kapasitor, kiri (keeping sejajar), tengah
(silindris) kanan (gambar contoh bentuk kapasitor yang digunakan pada

rangkaian alat elektronika)
1. Kapasitas kapasitor

Kapasitas kapasitor adalah perbandingan jumlah muatan listrik yang
disimpan dalam kapasitor dengan beda potensial antar ujung-ujung kapasitor.
Kapasitas Kapasitor merupakan kemampuan Kapasitor yang bisa menyimpan
suatu muatan listrik dan bisa didefinisikan sebagai suatu perbandingan tetap,
antara muatan Q yang bisa disimpan didalam kapasitor dengan beda
potensial diantara kedua konduktor. Secara sistematika dapat ditulis dengan
persamaan:

Keterangan: = .
15

Q = muatan listrik (C);
V = beda potensial (Volt); dan
C = kapasitas kapasitor (Farad/F).

Jenis bahan dielektrik yang digunakan juga berpengaruh pada

besarnya kapasitas kapasitor. Secara matematis, dirumuskan sebagai

berikut: 0 = 0
Keterangan:

C0 = kapasitas kapasitor di dalam udara (F);
ε0 = permitivitas ruang hampa (8,85 × 10-12 C2/Nm2);
A = luas keping sejajar (m2); dan

d = jarak antara dua keping (m).

Dari beberapa persamaan di atas, terlihat bahwa kapasitas kapasitor
tidak hanya dipengaruhi oleh besarnya beda potensial, melainkan juga bahan
dielektriknya.

2. Energy kapasitor

kapasitor merupakan komponen yang berfungsi untuk menyimpan muatan

listrik. Artinya, di dalam kapasitor juga tersimpan energi listrik. Secara

matematis, energi listrik yang dihasilkan oleh kapasitor dirumuskan sebagai

berikut:

= 1 2 = 1 = 2
2 2 2

Keterangan:

W = energi kapasitor (J);

C = kapasitas kapasitor (F);

V = beda potensial (Volt); dan

Q = muatan listrik (C).

16

3. Susunan kapasitor
a. Susunan seri

Gambar 2.5. susunan kapasitor secara seri
Secara matematis, persamaan yang berlaku pada susunan di atas adalah:

1 = 1 + 1 + 1
1 2 3

= + +

= 1 = 2 = 3

b. Susunan paralel

Gambar 2.6. susunan kapasitor secara paralel
Persamaan yang berlaku pada susunan di atas adalah sebagai berikut.

= 1 + 2 + 3
= = =

= 1 + 2 + 3

17

CONTOH SOAL

1. Dua buah muatan sebesar 5 C dan 3 C yang terpisah pada jarak 3 m berapakah

gaya coulomb yang dialami oleh kedua muatan. . .

Pembahasan:

Diketahui :

q1 = 5 C

q2 = 3 C

r=3m

ditanya : F?

JAWAB:

= 1 2
2

= 9 × 109 5.3
32

= 15 × 109

jadi besar gaya coulomb yang dialami oleh kedua muatan tersebut adalah
sebesar 15 kali 109 newton.

18

LATIHAN SOAL
1. Apabila muatan uji +5.105 C diletakkan dalam sebuah medan listrik. Gaya yang

bekerja pada muatan uji tersebut adalah 0,15 N. Berapa besar medan listrik
pada muatan uji tersebut?
2. Peristiwa tolak menolak atau tarik menarik benda disebut interaksi?
3. Jika dua benda bermuatan listrik yang sejenis, positif dengan positif atau negatif
dengan negatif maka benda tersebut akan …
4. Dua buah muatan listrik masing-masing besarnya q1 dan q2. Jika jarak kedua
muatan r dan k adalah tetapan kelistrikan yang besarnya 9x109 Nm2/C2, maka
besarnya gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara q1 dan q2 adalah ….

19

BAB 3
MEDAN MAGNET

KATA KUNCI

 Gaya magnetic
 Induksi magnetic
 Medan Magnetik
 Gaya loretnt
 Fluks magnetik
20

BAB III
MEDAN MAGNET
A. PENGERTIAN MEDAN MAGNET
Pada awalnya orang-orang menemukan bahwa logam-logam tertentu
dapat dibuat sebagai magnet. Kata “magnet” berasal dari nama daerah
Magnesia di Asia kecil dimana ditemukan batu-batu yang tarik menarik.
Magnet inilah yang dapat menimbulkan medan magnet. Magnet ada yang
berbentuk batang, jarum dan ladam. Batang magnet ini memiliki dua kutub
yaitu kutub utara U dan kutub selatan S. Dua kutub sejenis akan tolak
menolak dan dua kutub yang tidak sejenis akan tarik-menarik.

Gambar 3.1. Kutub berbeda dari dua buah magnet akan saling tarik menarik,
kutub sejenis akan tolak menolak

Medan magnet adalah suatu ruangan atau suatu daerah yang
dipengaruhi oleh gaya magnetic. Magnet memiliki garis-garis atau pola-pola
medan magnet yang keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan.

Gambar3. 2. Garis-garis atau pola medan megnet

21

B. INDUKSI MAGNET

Gambar 3.3. Hans Christian Oersted
Medan magnet di sekitar kawat berarus listrik ditemukan secara tidak
sengaja oleh Hans Christian Oersted (1770-1851), Oersted menemukan bahwa
di sekitar kawat berarus listrik magnet jarum kompas akan bergerak
(menyimpang). Penyimpangan magnet jarum kompas akan makin besar jika
kuat arus listrik yang mengalir melalui kawat diperbesar. Arah penyimpangan
jarum kompas bergantung arah arus listrik yang mengalir dalam kawat. Gejala itu
terjadi jika kawat dialiri arus listrik. Jika kawat tidak dialiri arus listrik, medan
magnet tidak terjadi sehingga magnet jarum kompas tidak bereaksi. Perubahan
arah arus listrik ternyata juga mempengaruhi perubahan arah penyimpangan
jarum kompas. Perubahan jarum kompas menunjukkan perubahan arah
medan magnet. Induksi magnet merupakan besran vector arahnya dapat
ditentukan dengan menggunakan kaedah tangan kanan.
1. Induksi magnet yang ditimbulkan oleh kawat lurus berarus listrik
Sebuah kawat lurus yang dialiri arus listrik akan menimbulkan induksi
magnet dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan. Induksi magnet
di sekitar kawat lurus panjang sebanding dengan kuat arus I dan
berbanding terbalik dengan jaraknya. Seperti gambar. Perhatikan
persamaan berikut:

22

= 0
2

Bagaimana kalau kawatnya lebih dari satu misalnya N buah kawat,
maka persamaannya menjadi:

= 0
2

Keterangan:

a= jarak titik ke kawat (m)
0 = (4 . 10−7 )
N= jumlah lilitan

B= besar induksi magnet (T)

I= besar arus listrik (A)

Untuk menentukan arah induksi magnet di sekitar kawat lurus
berarus listrik, genggamlah kawat menggunakan tangan kanan dengan
ibu jari terbuka. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari
menunjukkan arah arus listrik,sedangkan arah keempat jari yang lain
menunjukkan arah medan magnet, seperti terlihat pada gambar berikut :

Gambar 3.4 kaidah tangan kanan untuk kawat lurus berarus
23

2. Induksi magnet yang ditimbulkan oleh kawat melingkar berarus listrik

Gambar 3.5. Kawat melingkar berarus

Untuk mengetahui arah induksi magnet di sekitar kawat lurus
berarus listrik, genggamlah kawat dengan tangan kanan dengan ibu jari
terbuka. Sesuai dengan kaidah tangan kanan, arah ibu jari menunjukkan
arah induksi magnet, sedangkan arah keempat jari yang lain menunjukkan
arah arus listrik, seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 3.6. Kaidah tangan kanan untuk kawat melingkar berarus

Besar induksi magnetic pada kawat melingkar berarus yaitu:

= 0
2

Jika kawatnya lebih dari satu misalnya N buah kawat, maka
persamaannya menjadi:

= 0
2

24

Keterangan:
B= besar induksi magnet (T)
I= besar arus listrik (A)
A= jarak titik ke kawat (m)
0 = (4 . / )
N= jumlah lilitan
3. Induksi magnet pada selenoida

Gambar 3.7. Selenoida berarus
Medan magnet, dapat dibuat dengan lilitan kawat membentuk kumparan.
Kumparan seperti ini disebut solenoida. Solenoida memiliki sifat yang sama
dengan magnet batang,yaitu mempunyai kutub utara dan kutub selatan. Arahnya
dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan. Jika kita menggenggam solenoid
dengan tangan kanan dengan ibu jari terbuka, arah ibu jari menunjukkan arah
induksi magnet (arah utara) dan arah keempat jari lainnya merupakan arah arus
listriknya.
Besar induksi magnet pada solenoida dapat ditentukan pada pusat dan
ujung solenoid. Pada gambar berikut titik o adalah titik pusat solenoid dan titik p
adalah titik ujung solenoida.

25

Gambar 3. 8. Induksi magnet pada selenoida

Salah satu contoh besar induksi magnetic adalah pada kawat
selonoida berarus. Selonoiadal adalah nama lain dari kumparan yang
dipanjangkan5, seperti gambar pada gambar di atas. Kuat medan magnet
pada titik yang berada di pusat sumbu selonoida memenuhi persamaan
berikut. Rumus induksi magnetik ditengah solenoid :

=


Rumus induksi magnetic di ujung selenoida

=


Keterangan:
= ( )
= ( )
a= jarak titik ke kawat (m)
0 = (4 . 10−7 /
N= Jumlah lilitan

5 Ardiansyah,.2019. Medan magnet pada solenoida. Hal 4
26

C. GAYA LORENTZ
Gaya Lorentz merupakan gaya yang bekerja pada sebuah penghantar

berarus listrik dalam medan magnet. Gaya lorentz adalah gabungan antara gaya
elektrik dan gaya magnetik pada suatu medan elektromagnetik. Gaya Lorentz
disebabkan karena adanya muatan listrik yang bergerak atau karena adanya
arus listrik dalam suatu medan magnet. Arah dari gaya Lorentz selalu tegak lurus
dengan arah kuat arus listrik (I) dan induksi magnetik yang ada (B).

1. Gaya Lorentz pada Kawat Berarus Listrik
Ketika sebuah kawat dengan panjang dialiri arus listrik sebesar l dan

diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar I, maka akan muncul gaya
Lorentz pada kawat tersebut6. Dengan mengombinasikan gaya Lorentz dan
definisi arus listrik, maka dapat dihitung besarnya gaya Lorentz pada kawat
yang lurus dan stasioner yaitu:
a. Gaya Lorentz untuk sudut tertentu

= . . .

b. Jika arah arus listrik tegak lurus dengan arah medan magnet, maka gaya

Lorentz yang terjadi akan maksimal (sin 90 =1)
= . .

Keterangan:

B= besar induksi magnet (T)

I= besar arus listrik (A)

l= panjang selenoida(m)

6 Joko Budiyanto. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: CV. Teguh Karya. Hal 111

27

θ= sudut yang dibentuk oleh B dan I

2. Gaya Lorentz pada Kawat Sejajar yang Berarus Listrik
Ketika terdapat dua buah kawat dengan panjang l dialiri arus listrik

sebesar I yang tiap kawat diletakkan pada suatu medan magnetik sebesar B,
maka akan timbul gaya Lorentz berupa gaya tarik menarik ataupun tolak
menolak tergantung dari arah arus listrik pada tiap kawat. Jika kedua kawat
memiliki arah arus yang searah, maka akan mengalami gaya tarik menarik;
apabila arah arus pada kedua kawat saling bertolak belakang/berlawanan,
maka akan mengalami gaya tolak-menolak.

Besarnya gaya tarik-menarik ataupun tolak-menolak pada kawat sejajar
berarus listrik dapat dicari menggunakan persamaan berikut

= 1 = 2 = 0 1 2
2

Keterangan :

Fl= Gaya Lorentz (N)

F1= gaya tarik atau tolak kawat 1

I= Besar arus listrik (A)

a= jarak titik ke kawat (m)

0 = (4 . 10−7 / )
N=jumlah lilitan

L= panjang solenoida

3. Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak dalam Medan Magnet
Ketika terdapat muatan listrik q yang bergerak dengan kecepatan v pada

suatu medan magnetik sebesar B, maka muatan listrik tersebut akan

28

mengalami gaya Lorentz yang besarnya dapat dihitung menggunakan
persamaan:

= . . .

Keterangan :

q= muatan listrik (C)

v= kecepatan gerak muatan listrik (m/s)

B=kuat medan magnet(Tesla)
θ= sudut yang dibentuk oleh B dan v

D. FLUKS MAGNET
Secara sederhana fluks magnetik merupakan perubahan medan magnet di

suatu posisi tertentu. Fluks magnetik dapat diartikan sebagai ukuran total atau
jumlah total medan magnet yang melewati suatu penampang tertentu. Fluks
magnetik juga sering disebut sebagai kerapatan medan magnet. Fluks magnetik
yang melewati suatu bidang tertentu nilainya sebanding dengan nilai jumlah
medan magnet yang melewati bidang tersebut dan jumlah tersebut sudah masuk
pada pengurangan atas medan yang memiliki arah yang berlawanan. Fluks
magnetik memiliki satuan yang disebut weber (Wb) yaitu satuan turunan dari
volt detik.

Persamaan yang dapat digunakan dalam menyelesaikan permasalahan
fluks magnetik, yaitu:

∅=BA
∅ = B A cos α

Keterangan:

∅ =fluks magnetik (Wb)

B = medan magnet (T)

29

A = luas penampang (m)
Persamaan GGL induksi

Ei = -N ∆∅/∆t

Keterangan:
Ei = GGL Induksi (volt)
N = jumlah lilitan
∆∅ = perubahan fluks magnetik (Wb)
∆t = perubahan waktu (s)

30

CONTOH SOAL
Perhatikan gambar dibawah ini.

Jika medan magnet yang mengenai bidang ialah 50T dan jari jari silinder
1.4m maka berapa fluks magnetik yang melalui bidang tersebut?
Pembahasan
Diketahui B = 50T, R = 1.4m
Penyelesaian
∅ = B A cos α
∅ = B pi r2 cos α
∅ = 50 22/7 1.42 cos 60
∅ = 154 Wb
Jadi besar fluks magnetik yang dialamibidangtersebut adalah 154 Wb

31

LATIHAN SOAL
Kerjakan Soal Berikut Dengan Baik Dan Benar!
1. Didaerah bermedan magnetic, partikel bergerak dalam lintasan berbentuk?
2. Sebuah kawat lurus panjang yang dialiri arus listik sebesar 10 A dari arah timur
ke barat. Tentukan besar dan arah induksi magnetik di titik P yang berada tepat
di bawah kawat tersebut pada jarak 10 cm!
3. Tentukan besarnya induksi magnet disuatu titik yang berjarak 2 cm dari kawat
lurus panjang yang berarus listrik 30 A?
4. Suatu solenoida terdiri dari 300 lilita berarus 2 A. panjang solenoida 30 cm.
Induksi magnet di tengah-tengah solenoid adalah ..
5. Arus sebesar 2,5 a mengalir dalam kawat berupa dengan jari-jari 3cm. berapa
besar magnet di titik p bila titik p berada di pusat lingkaran?

32

E. PENERAPAN GAYA MAGNETIK
1. Galvanometer
Galvanometer berperan sebagai komponen dasar pada beberapa alat
ukur, antara lain amperemeter, voltmeter, serta ohmmeter. Peralatan ini
digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus listrik lemah. galvanometer
berupa kumparan bergerak, terdiri atas sebuah kumparan terbuat dari kawat
tembaga isolasi halus dan dapat berputar pada sumbunya yang mengelilingi
sebuah inti besi lunak tetap yang beradadi antara kutub-kutub suatu magnet
permanen.

Gambar 3.9. Galvanometer

2. Motor Listrik
Sebuah motor listrik merupakan alat untuk mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik. Mesin ini tidak bising, bersih, dan memiliki efisiensi
tinggi. Alat ini bekerja dengan prinsip bahwa arus yang mengalir melalui
kumparan di dalam medan magnet akan mengalami gaya yang digunakan
untuk memutar kumparan. Pada motor induksi, arus bolak-balik diberikan
pada kumparan tetap (stator), yang menimbulkan medan magnetik sekaligus
menghasilkan arus di dalam kumparan berputar (rotor) yang mengelilinginya.

Keuntungan motor jenis ini adalah arus tidak harus diumpankan melalui
komutator ke bagian mesin yang bergerak. Pada motor serempak
(synchronous motor), arus bolak-balik yang hanya diumpankan pada stator
akan menghasilkan medan magnet yang berputar dan terkunci dengan medan
rotor. Dalam hal ini magnet bebas, sehingga menyebabkan motor berputar
dengan kelajuan yang samadengan putaran medan stator. Rotor dapat berupa
magnetbpermanen atau magnet listrik yang diumpani arus searah melalui
cincin geser

33

BAB 4

N

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

KATA KUNCI

 Induksi
elektromagnetik

 Hukum faraday
 Hukum Lenz
 generator

34

BAB IV
INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
A. DEFINISI INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Gambar 4.1. Michael Faraday
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di
dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada
konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan
magnetic. Proses induksi elektromagnetik ini menghasilkan arus listrik
Michael Faraday merupakan ilmuwan yang menemukan fenomena ini
pada tahun 1831 dan James Clerk Maxwell merupakan ilmuwan yang
mendeskripsikannya secara matematik sebagai Hukum Induksi Faraday. Nama
formal persamaan yang mendefinisikan karakteristik induksi medan
elektromagnetik dari fluks magnetik (perubahan pada medan magnet) disebut
sebagai Hukum Faraday, yang kemudian digeneralisasikan menjadi persamaan
Maxwell-Faraday, satu dari empat persamaan pada teori elektromagnetik oleh
James Clerk Maxwell; persamaan ini mendefinisikan hubungan antara
perubahan medan listrik dan medan magnet. Selain itu, terdapat Hukum Lorentz
yang mendeskripsikan arah dari medan induksi.
Proses induksi elektromagnetik dapat bekerja pula secara kebalikannya,
jadi pergerakan arus listrik dapat menghasilkan sebuah medan
magnetik. Faktanya, sebuah magnet biasa memiliki medan magnet akibat
gerakan individual elektron-elektron dalam atom-atom penyusun magnet;
elektron-elektron tersebut bergerak secara seragam sehingga menghasilkan

35

medan magnet uniform. Induksi elektromagnetik telah diterapkan pada berbagai
teknologi seperti komponen-komponen elektrikal: induktor dan transformator, dan
alat-alat yang sangat krusial: motor elektrik dan generator.

Rumus Induksi Elektromagnetik

= . . . .

= . . .

Keterangan
B= kuat medan magnet (Tesla)

θ= sudut

A= Luas penampang (m2)

ω= kecepatan sudut kumparan (rad/s)

B. BESARAN-BESARAN DALAM INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

1. Hukum Faraday
Konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh Michael

Faraday, yang melakukan penelitian untuk menentukan faktor yang
memengaruhi besarnya ggl yang diinduksi. Dia menemukan bahwa induksi
sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya perubahan
medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar. Di sisi lain, ggl tidak
sebanding dengan laju perubahan medan magnetik B, tetapi sebanding
dengan laju perubahan fluks magnetik, B Φ, yang bergerak melintasi loop
seluas A, yang secara matematis fluks magnetik tersebut dinyatakan sebagai
berikut:

∅ = .
∅ = . . cos

36

Dari definisi fluks tersebut, dapat dinyatakan bahwa jika fluks yang
melalui loop kawat penghantar dengan N lilitan berubah sebesar B ΔΦ
dalam waktu t Δ , maka
besarnya ggl induksi adalah:

∆∅
= − ( ∆ )

Keterangan:

∆∅ = ℎ ( )
∆

N= jumlah lilitan

ε= ggl induksi (volt)

Yang dikenal dengan Hukum Induksi Faraday, yang berbunyi: “gaya gerak
listrik (ggl) induksi yang timbul antara ujung-ujung suatu loop penghantar
berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh
loop penghantar tersebut”. Tanda negatif pada persamaan tersebut
menunjukkan arah ggl induksi.

2. Hukum Lenz
Apabila ggl induksi dihubungkan dengan suatu rangkaian tertutup dengan

hambatan tertentu, maka mengalirlah arus listrik. Arus ini dinamakan dengan
arus induksi. Arus induksi dan ggl induksi hanya ada selama perubahan fluks
magnetik terjadi. Hukum Lenzmenjelaskan mengenai arus induksi, yang
berarti bahwa hukum tersebut berlaku hanya kepada rangkaian penghantar
yang tertutup. Hukum ini dinyatakan oleh Heinrich Friedrich Lenz(1804 -
1865), yang sebenarnya merupakan suatu bentuk hukum kekekalan energi.
Hukum Lenz menyatakan bahwa: “ggl induksi selalu membangkitkan arus
yang medan magnetnya berlawanan dengan asal perubahan fluks”.

37

Perubahan fluks akan menginduksi ggl yang menimbulkan arus di dalam
kumparan, dan arus induksi ini membangkitkan medan magnetnya sendiri.7

= − . .
= − . . .

Keterangan:
ε= ggl induksi (volt)
B= medan magnet (Wb/m2)
l= panjang kawat(m)
v= kecepatan gerak kaat(m/s)
C. PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK
1. Generator Listrik

Gambar 4.2. Generator Listrik
Generator listrik adalah piranti utuk mengubah energi mekanik menjadi
energilistrik. Prinsip kerja darigenerator ini mengaplikasikan konsep dari fluks
magnetik. Medan magnet yang ada pada generator dan kumparan jika
digerakkanakan menghasilkan perubahan fluks magnetik. Dengan adanya
perubahan yersebut makatimbullah arus listrik yang mana dapat kita gunakan
untuk alat alat elektronik kita.

7 Suharyanto dkk. 2009. Fisika Untuk SMA/MA kelas XII. Jakarta. CV. Sahabat. Hal 140
38

2. Motor Listrik
Motorlistrik itu kebalikan dari generator listrik. Motor listrik akan bekerja

dan bermanfaat untuk kehidupan manusiajika terjadi perubahan flusmagnetik.
Motor listrik ini termasuk piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi
gerak. Energi gerak tersebut dapat terjadi karena energi listrik dari PLN akan
diubah menjadi perubahan fluksmagnetik yang mana menggerakan turbin
motor tersebut. Contohnya Kipas angin listrik, dinamo Tamia, Rotor mesin
mainan anak, dll
3. Transformator

Gambar 4.3. Bentuk-bentuk transformator
Trafo merupakan alat yang mampu mengubah arus listrik dan juga
voltasenya. Kegunaan ini sangatlah penting karena sangat dibutuhkan baik
dalam pendistribusian listrik maupun dalam berbagai alat elektriK

CONTOH SOAL

Sebuah kumparan yang mempunyai luas bidang kumparan 20 cm terdiri atas
1000 lilitan, jika pada kumparan tersebut terjadi perubahan induksi magnet sebesar 5
Wb/m2per sekonnya, tentukan besarnya ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung
kumparan tersebut!
Penyelesaian :


= = 1000 × 2.103 × 5 = 10

39

LATIHAN SOAL
Kerjakan soal dibawah ini dengan baik dan benar!
1. Sebuah kawat penghantar panjangnya 80 cm, bergerak dengan kecepatan 4 m/s
dalam medan magnet tepat sebesar 0,5 Wb/m. Jika arah gerakan kawat
membentuk sudut terhadap arah medan magnet, tentukan besarnya ggl yang
terjadi pada ujung-ujung kawat tersebut!
2. Sebuah kawat penghantar yang panjangnya 50 cm bergerak memotong tegak
lurus medan magnetic 0,2 Wb/m , sehingga pada ujung-ujung kawat timbul ggl
induksi sebesar 2 Volt. Hitung berapa m/s kelajuan kawat tersebut!
3. Pada ujung-ujung kumparan kawat yang terdiri atas 500 lilitan dengan luas
penampang 200 cm. Apabila pada ujung-ujung kawat tersebut timbul ggl induksi
sebesar 5 Volt, tentukan berapa kelajuan perubahan induksi magnet pada
kumparan saat itu!
4. Pada kumparan yang memiliki luas penampang 500 cm terjadi ggl induksi
sebesar 15 Volt. Apabila induksi magnet di sekitar kumparan berubah dari 0,8
Wb/m2 menjadi 0,2 Wb/m2 selama 2 s. Hitunglah banyaknya lilitan pada
kumparan!

40

BAB 5
LISTRIK BOLAK-BALIK

KATA KUNCI

 Arus bolak balik
 Resistor
 Rangkaian RLC
 Kapasotor
 Indukstor
 impedansi

41

BAB 5

LISTRIK BOLAK BALIK

Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai alat-alat seperti dinamo sepeda dan
generator. Kedua alat tersebut merupakan sumber arus dan tegangan listrik bolak-balik.
Arus bolak-balik atau alternating current(AC) adalah arus dan tegangan listrik yang
besarnya berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah. Arus bolakbalik
(AC) digunakan secara luas untuk penerangan maupun peralatan elektronik. Dalam bab
ini kita akan membahas mengenai hambatan, induktor, dan kapasitor dalam rangkaian
arus bolak-balik.

A. ARUS DAN TEGANGAN BOLAK BALIK
Pada umumnya semua tenaga listrik yang dihasilkan oleh berbagai

sumber pembangkit tenaga listrik tersebut adalah berupa arus bolak-balik dan
tegangan bolak-balik yang dihasilkan oleh generator yang digerakkan dengan
energi yang berasal dari sumber daya alam.

Arusi dan tegangan bolak-balik yaitu arus dan tegangan listrik yang
arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik. Seperti telah dijelaskan
pada bab terdahulu dalam hukum Faraday bahwa adanya perubahan fluks
magnetik yang dilingkupi oleh kumparan akan menyebabkan timbulnya ggl
induksi pada ujung-ujung kumparan dan jika antara ujung-ujung kumparan
tersebut dihubungkan dengan sebuah kawat penghantar akan mengalir arus
listrik melalui penghantar tersebut. Arus bolak-balik atau alternating current (AC)
merupakan arus dan tegangan listrik yang besarnyai berubah terhadap waktu
dan mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik biasanya dimanfaatkan untuk
peralatan elektroniki.

Pada arus bolak balik untuk mengetahui nilai maksimum dan frekuensi
osilasi yang dihasilkan oleh sumbernya. Arus dan tegangan bolak balik
berbentuk sinusoidal. Secara matematis ditulis dalam persamaan berikut:

= ATAU =

42

Dimana

= 2

Keterangan

I= Kuat arus listrik (A)

Im= kuat arus listrik maksimum(A)

V= Tegangan listrik (V)

Vm= Tegangan listrik maksimum(V)

T= Waktu (s)

F= Frekuensi (Hz)
ω= frekuensi sudut (rad/s)

Apabila tegangan dan kuat arus diukur dengan alat ukur arus bolak balik,
maka nilai yang ditunjukkan oleh alat tersebut adalah sebenarnya besar nilai
efektifnya. Hubungan matematis antara arus dan tegangan maksimum dan
efektif yaitu:

= =
√2 √2

Keterangan:
Ief = Kuat arus listrik efektif (A)
Vef = Tegangan listrik efektif (Volt)
Im = Kuat arus listrik maksimum (A)
Vm = Tegangan listrik maksimum (V)

43

B. RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK
1. Rangkaian Resistor
Rangkaian resistor adalah rangkaian yang hanya mengandung hambatan (R)
saja. Rangkaian resistor apabila dihubungkan dengan arus bolak balik maka
menghasilkan penurunan potensial listrik dalam rangkaian atau dalam kata
lain sebagai pembatas arus yang masuk. Jadi jika sudah dibatasi, pada
rangkaian V dan I berada pada keadaan sefase, yang artinya mencapai nilai
maksimum pada saat yang sama.

Gambar 5.1. rangkaian dengan sebuah elemen penghambat

Besar tegangan pada resistor sama dengan besar tegangan pada sumber,
secara sistematika dapat ditulis menggunakan persamaan8:

= sin
Arus yang mengalir melalui resistor adalah:

= = sin =


2. Rangkaian Induktor
Sebuah induktor juga memiliki nilai hambatan yang biasa disebut reaktansi
induktif saat dialiri arus bolak balik. Nilai hambatan induktor ini bergantung
pada frekuensi sudut dari arus bolak-balik.

=

8 Joko Budiyanto. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: CV. Teguh Karya. Hal 156
44

Keterangan
XL =Reaktansi induktif(Ω)
ω= kecepatan sudut (rad/s)
L= Induktansi inductor(H)

Gambar 5.2. rangkaian induktif

Besar tegangan pada inductor adalah sama dengan tegangan sumber,
sehingga berlaku persamaan:

= sin

Arus yang mengalir melalui resistor adalah:

= sin( − 1 ) = sin( − 1 )
2 2

3. Rangkaian kapasitor

Rangkaian kapasitor merupakan rangkaian yang unik dimana rangkaian
kapasitor dapat menyimpan energi listrik sementara. Kapasitor jika dialiri
arus bolak balik akan menimbulkan resistansi semu atau biasa disebut
reaktansi kapasitif. Besar nilai reaktansi kapasitif bergantung pada besarnya
nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus atau dapat dirumuskan
sebagai:

45