Rangkaian Listrik Arus Searah

KELAS XII SMA/MA

RANGKAIAN LISTRIK
ARUS SEARAH

Created by :
Yulis Kusmonowinarti

MAN 1 Nganjuk

1 IDENTITAS

Mata Pelajaran : FISIKA (PEMINATAN)
Kelas / Semester
Kompetensi Dasar : XII / Ganjil

Materi Pembelajaran : 3.1 Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam
kehidupan sehari-hari

4.1 Mempresentasikan hasil percobaan tentang prinsip kerja
rangkaian listrik searah (DC)

: Rangkaian arus searah
• Arus listrik dan pengukurannya
• Hukum Ohm
• Arus listrik dalam rangkaian tertutup
• Hambatan sepotong kawat penghantar
• Rangkaian hambatan
• Gabungan sumber tegangan listrik
• Hukum II Kirchoff
• Energi dan daya listrik

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 1|Page

Rangkaian Listrik Arus Searah

2 PETA KONSEP

LISTRIK DINAMIS

Listrik Arus Searah Energi Listrik Listrik Arus Boalk-Balik

Rangkaian Hukum Hukum Rangkaian Sumber
Listrik Ohm Kirchoff Hambatan Tegangan

Kuat arus dan Hambatan
tegangan Listrik

Hukum I Kirchoff Hukum II Kirchoff

Penerapan
Hukum Kirchoff

2|Page

3 PROSES BELAJAR

KEGIATAN BELAJAR 01

A URAIAN SINGKAT MATERI

Pengertian Rangkaian Listrik

Gambar 1.1 Rangkaian tertutup
Pada gambar 1.1 menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik
tersebut merupakan susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat
penghantar, lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar saklar dalam keadaan
tertutup dan rangkaian tersebut disebut rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup
maka arus listrik mengalir melalui rangkaian sehingga lampu menyala.
Arus Listrik

Arus listrik adalah gerakan muatan-muatan listrik berupa gerakan electron
dalam suatu rangkaian listrik dalam waktu tertentu karena adanya tegangan listrik.
➠ Arus Listrik (+) Bergerak dari arus tinggi ke rendah
➠ Arus Elektron (-) Bergerak dari arus rendah ke tinggi
Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik (I) didefinisikan banyaknya muatan listrik yang melalui
penghantar tiap satuan waktu.. Secara matematis kuat arus dapat ditulis;

I = Q ….………………………………………………….….... (1.1)
t

I = kuar arus ……….. Ampere (A)
Q = Muatan listrik ……Coulomb (C)
t = waktu …………….sekon (s)
Pengukuran
➠ Amperemeter : Untuk mengukur kuat arus listrik dipasang seri
➠ Voltmeter : Untuk mengukur beda potensial/tegangan listrik dipasang paralel
➠ Cara menghitung Amperemeter

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 3|Page

Rangkaian Listrik Arus Searah

10

40 60
20 80

50 100

0 mA

Gambar 1.2 Amperemeter
Cara membaca skala amperemeter adalah :

I = skala yang ditunjuk jarum xbatas ukur …………………..…… (1.2)
skala masimumalat

Seperti pada contoh gambar 1.2 , maka nilai kuat arus yang terbaca adalah;

I = 60 x5 mA=3mA
100

Hukum Ohm
Hubungan V dan I tersebut pertama kali diselidiki oleh seorang ahli fisika dari Jerman
George Simon Ohm (1787 – 1854) dan dirumuskan sebagai hukum Ohm.
Yaitu : “Besar kuat arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar berbanding
lurus dengan beda potensial ujung-ujung penghantar tersebut”.
Secara matematis ditulis sebagai berikut;

……….…………………………………………..………………….……..….. (1.3)
=

Tetapan k kemudian dinyatakan sebagai hambatan pemnghantar (resistor =R),
sehingga persamaan menjadi;

atau = ….………………………….…..……..….. (1.4)
=

V = beda potensial (tegangan listrik) …… Volt (V)

I = kuat arus listrik ………………………. ampere (A)
R = hambatan penghantar (resistor) ….. ohm (Ω = dibaca omega)

Hambatan suatu penghantar
Berdasarkan hasil percobaan, hambatan suatu penghantar berbanding lurus

dengan panjang hambatan dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya.

…………………………………………………………………….…….……. (1.5)
∞

Apabila ruas kiri disamakan dengan ruas kanan, maka diperlukan factor pembanding.
Faktor pembanding tersebut nilainya bergantung pada jenis bahan penghantar
sehingga desebut hambat jenis dan dilambangkan ρ, sehingga persamaan (1.6) ditulis;

…………………………………………………….……………….……… (1.6)
=

4|Page

R = hambatan suatu penghantar (ohm)
ρ = hambat jenis bahan (ohm meter)
l = panjang penghantar (m)
A= luas penampang (m2)

B LATIHAN TERBIMBING

1. Kuat arus 0,32 A mengalir melalui suatu penghantar selama 10 sekon. Tentukan;
a. besar muatan listrik yang mengalir
b. banyaknya electron yang mengalir melalui penghantar.

Penyelesaian:
Diketahui: I = 0,32 A, t = 10 s
Ditanya: a) Q? dan b) n?
Jawab:
a. Q = I x t
Q = 0,32 A x 10s = 3,2 C
b. n = Q/e
n = 3,2 C/(1,6x 10-19)
n = 2 x 1019 elektron

2. Sebuah lampu dipasang pada sumber tegangan 220V. Jika kuat arus listrik yang
melalui lampu 0.25 A, maka tentukan hambatan listrik tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui : V = 220 volt, I = 0,25 A
Ditanya : R = …… ?
Jawab:

R=V
I

R = 220V =880
0,25 A

3. Batang aluminium panjangnya 0,8 m dan luas penampangnya 4 mm2. Jika hambat
jenis aluminium adalah 2,6 x 10-8 ohm m, maka tentukan hambatan aluminium
tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui: l = 0,8 m; A = 4 mm2 = 4x10-6m2; ρ = 2,6 x 10-8 ohm m

Ditanya: R?
Jawab:

R= l
A

R = 2,6x10−8 0,8 =5,2x10−3 ohm
4 x10 −6

C TUGAS MANDIRI

1. Muatan listrik sebesar 6,4 coulomb menalir pada suatu penghantar selama 10 sekon.
Tentukan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut.

2. Jika dalam 1 menit terdapat 1019 elektrom yang melaui penghantar, maka tentukan
kuat arus pada penghantar tersebut. (e = 1,6x10-19C)

3. Sebuah lampu pijar memiliki hambatan 1000 ohm dipasang pada sumber tegangan
220 volt. Tentukan kuatr arus yang melalui lampu pijar tersebut.

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 5|Page

Rangkaian Listrik Arus Searah

4. Seterika listrik memiliki hambatan 440 ohm dihubungkan pada sumber tegangan. Jika
kuat arus yang melalui seterika listrik tersebut adalah 0,5 ampere, maka tentukan
besar beda potensial dari sumber tegangan tersebut.

5. Suatu kawat panjangnya 200 cm dan luas penampangnya 0,8 mm2. Jika hambatan
kawat tersebut 20 ohm, maka tentukan hambatan jenis kawat tersebut.

6. Suatu benda memiliki hambat jeis 2,5x10-8 ohm m. Jika hambatan kawat tersebut 4
ohm dan luas penampang kawat 0,2 mm2, maka berapakah panjang kawat tersebut?

KEGIATAN BELAJAR 02

A URAIAN SINGKAT MATERI

Hukum I Kirchoff
Seorang ahli fisika Gustav Kichoff (1824 – 1887) mengemukakan aturan yang

berkaitan dengan cara menghitung kuat arus, beda potensial dua titik dalam
rangkaian listrik. Aturan yang dikemukakan kirchoff tersebut dikenal dengan hukum
Kirchoff.
Hukum I Kirchoff
Perhatikan gambar berikut:

I1

I I I2 L1
L2 L2
I I3 L3
L1 I
L3

Gambar 1.3a Gambar 1.3b
Rangkaian tidak bercabang Rangkaian bercabang

➢ Gambar 1.3a adalah rangkaian tidak bercabang. Kuat arus yang melalui lampu L1
sama dengan kuat arus yang melalui lampu L2 dan L3, yaitu I. Jadi pada rangkaian
tidak bercabang, kuat arus pada setiap titik dalam rangkaian tersebut adalah sama
besar.

➢ Gambar 1.3b menunjukkan rangkaian bercabang. Berdasarkan pengukuran yang
teliti, maka jumlah kuat arus I1, I2 dan I3 adalah sama dengan kuat arus I.

Kesimpulan hasil pengukuran tersebut dikenal dengan hukum I Kirchoff, yang
menyatakan : “Dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus yang masuk
titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang meninggalkan titik cabang
tersebut”.
Sesuai dengan gambar 2.1a dan 2.1b, secara matematis hukum Kirchoff dapat ditulis;

I = I1 + I2 + I3
atau secara umum ditulis

∑ = ∑ ……………………………….…………….………..…. (1.7)



Susunan komponen-komponen listrik dalam rangkaian
Dalam praktek kehidupan sehari-hari, komponen-komponen listrik seperti

lampu dirangkai secara seri atau paralel. Jaringan listrik di rumah misalnya dirangkai

6|Page

secara paralel. Itulah sebabnya ketika salah satu jaringan lampu di rumah putus maka
lampu yang lain tidak padam.
a. Susunan hambatan yang dirangkai secara seri (rangkaian seri)

R1 R2 R3

I V1 V2 V3

V

Gambar 1.4 Rangkaian seri

❖ Rangkaian di atas adalah rangkaian tidak bercabang dengan tiga hambatan
disusun secara seri. Pada rangkaian tidak bercabang maka kuat arus pada
setiap titik adalah sama.

Is = I1 = I2 = I3 ……………………………………….…………...(1.8)

Vs = V1 + V2 + V3 …………………………………..…………(1.9)
V = I.R1 + I.R2 + I.R3
I.Rt = I(R1 + R2 + R3)
Rt = (R1 + R2 + R3)

Jadi jika terdapat n hambatan yang dirangkai secara seri, maka hambatan
pengganti rangkaian tersebut adalah Rs

Rs = R1 = R2 = R3 = ……..+ Rn ……………………..…………(1.10)
b. Susunan hambatan yang dirangkai secara paralel (rangkaian paralel)

I1 R1
R2
I I2 R3
I3

V

Gambar 1.5 Rangkaian paralel

Gambar 1.5 adalah rangkaian bercabang dengan hambatan disusun secara
paralel. Pada rangkaian bercabang, maka jumlah kuat arus yang masuk titik
cabang sama dengan jumlah kuat arus yang meninggalkan titik cabang tersebut.
Sehingga:

Ip = I1 + I2 + …I…3 …………………………………………..……………………(1.11)

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 7|Page

Rangkaian Listrik Arus Searah

Vp = V1 = V2 = V3 = V ……………………………………….………….(1.12)

V=V +V +V
R R1 R2 R3

V = V  1 + 1 + 1 
R R1 R2 R3

maka

1= 1+ 1 + 1
R R1 R2 R3

Secara umum apabila terdapat n hambatan yang disusun secara paralel, maka
berlaku;

1 111 1 ………………………………………… (1.13)
= 1 + 2 + 3 + … . +

B LATIHAN TERBIMBING

1. Tiga hambatan masing-masing 6 ohm, 4 ohm dan 8 ohm disusun secara seri dalam
suatu rangkaian listrik seperti gambar berikut.

R1=6Ω R2=4Ω R3=8Ω Tentukan:
a. hambatan pengganti
I b. kuat arus yang mengalir pada
V=4,5 V rangkaian
c. beda potensial ujung-ujung
masing-masing hambatan

Penyelesaian:
a. Rs = R1+R2+R3
Rs = 6Ω + 4Ω + 8Ω = 18Ω

b. I = V = 4,5 = 0,25A
R 18

c. V1 = I.R1 = 0,25x6=1,5 volt
V2 = I.R2 = 0,25x4=1 volt
V3 = I,R3 = 0,25x8=2 volt

2. Tiga hambatan disusun seperti gambar berikut

I1 R1 =12Ω Berdasarkan gambar di samping,
tentukan;
I2 R2=6Ω
I3 R3=12Ω a. hambatan pengganti
b. beda potensial ujung-ujung

sumber tegangan.
c. Kuat arus yang melalui masing-

masing hambatan

I=0,4A V

8|Page

Penyelesaian:

a. 1 = 1 + 1 + 1
R R1 R2 R3
1 = 1 +1+ 1
R 12 6 12
1 = 1 +2+ 1
R 12 6 12
1 = 4 maka R = 3
R 12

b. V = I.R
V = 0,4x3 = 1,2 volt

c. I1= V/R1 = 1,2/12 =0,1 A
I1= V/R2 = 1,2/6 = 0,2 A
I3= V/R3 = 1,2/12 =0,1 A

C TUGAS MANDIRI
1. Perhatikan gambar berikut

R1=12Ω

V=6,0 volt R2=4Ω Tentukan
a. Hambatan pengganti rangkaian
R3=8Ω b. kuat arus yang melalui rangkaian.
c. Beda potensial pada ujung-ujung
hambatan R1, R2, dan R3

2. Tiga hambatan di susun seperti gambar berikut.

R1=12Ω R3=8Ω Tentukan:
R2=6Ω a. hambatan pengganti rangkaian
b. kuat arus rang melalui R1, R2 dan R3.
c. Beda potensial ujung-ujung R1, R2
dan R3.

V=6,0 volt

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 9|Page

Rangkaian Listrik Arus Searah

KEGIATAN BELAJAR 03

A URAIAN SINGKAT MATERI

Rangkaian listrik Jembatan Wheatstone

R1 B Gambar 1.6 adalah rangkaian jembatan
wheatstone. G adalah galvanometer. Pada
A R2 rangkaian tersebut galvanometer
menunjukan angka nol dan berlaku:
GC

R3 R4

D R1 + R3 = R2 + R4 …………. (1.14)
E

Gambar 1.6
Rangkaian Jembatan Wheatstone

Rangkaian Sumber Tegangan
Untuk mendapatkan tegangan atau kuat arus listrik sesuai yang dibutuhkan dari

sumber tegangan (arus searah) maka dapat dilakukan dengan menggabungkan
beberapa sumber tegangan tersebut. Penggabungan beberapa tegangan dapat
dilakukan baik secara seri maupun paralel.

a. Susunan sumber tegangan yang dirangkai secara seri

ε1;r1 ε2;r2 ε3;r3 Dari gambar 1.7 tampak bahwa
beberapa sumber tegangan dususun
R seri bila kutub positif salah satu
sumber tegangan dihubungkan
dengan kutub negative sumber

tegangan yang lain.

Gambar 1.7
Rangkaian seri sumber tegangan

GGL total adalah: ε = ε1 + ε2 + ε3 + …+ εn
ε s= n ε ……………….………………………………………………..…. ..(1.15)

Hambatan dalan pengganti rangkaian seri adalah
rs = n r …………………. (17)

Kuat arus yang melalui rangkaian adalah :

= ……………………………..…………………..…………. (1.16)
+

10 | P a g e

b. GGL disusun secara paralel Pada gambar 1.7 kutub-kutub yang sama dari

ε1;r1 GGL saling dihubungkan. Susunan GGL
ε2;r2
ε3;r3 seperti ini disebut susunan paralel GGL.

I Besar GGL pengganti dari susunan paralel

R GGL adalah;

Gambar 1.8 εp = ε1 = ε2 = ε3 = ε …………. (19)
Rangkaian paralel GGL
Hambatan dalam pengganti pada rangkaian

paralel adalah;

1 = 1 + 1 + 1 + ...+ 1
rp r1 r2 r3 rn

Untuk n hambatan r yang sama, maka

……………………………………………………………………………….(1.17)
=

Kuat arus yang mangalir pada rangkaian adalah;

…………………………………………………..……………………….. (1.18)
=
+



B LATIHAN TERBIMBING

1. Tiga buah baterai masing-masing memiliki GGL 1,5 volt dan hambatan dalam 0,5
ohm. Ketiga baterai tersebut disusun secara seri dan dihubungkan dengan
hambatan7,5 ohm. Tentukan:
a. kuat arus yang melalui hambatan luar.
b. Beda potensial ujujung-ujung hambatan luar.

Penyelesaian:

Diketahui: n = 3, ε = 1,5 volt; r = 0,5 ohm.

Ditanya; a) I ?; b) Vpada hambatan?
Jawab:

a) I =  s
R + nr

I = 3x1,5
7,5 + (3x0,5)

I = 4,5 = 0,5A
9

b) V = IxR
V = 0,5 x 7,5 = 3,75 volt.

2. Dua buah baterai masing-masing dengan GGL 1,5 volt dan hambatan dalam 0,5 ohm.
Keduanya disusun secara paralel dan dihubungkan pada hambatan luar 5,75 ohm.
Tentukan;
a. kuat arus yang melalui rangkaian.
b. Tegangan jepit pada ujung-ujung hambatan.

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 11 | P a g e

Rangkaian Listrik Arus Searah

Penyelesaian:

Diketahui: n=2; ε = 1,5 volt; r = 0,5 ohm disusun paralel

Ditanya; a) I ? dan b)Vpada hambatan ?
Jawab:

a) I = 1,5
5,75 + 0,5
2

I = 1,5 = 0,25 A
6

b) V = IxR
V = 0,25 x 5,75 = 1,4375 volt

C TUGAS MANDIRI
1. Dua GGL masing-masing 3V;0,5 ohm di susun seri dalam dalam rangkaian dan
dihubungkan pada hambatan luar 11 ohm. Tentukan
a. kuat arus yang melalui rangkaian?
b. tegangan jepit pada hambatan luar?
2. Dua GGL masing-masing 6V;1 ohm disusun paralel dan dihubungkan dengan
hambatan luar 17,5 ohm. Tentukan
a. kuat arus yang melalui hambatan luar
b. tegangan pada ujung-ujung hambatan luar

KEGIATAN BELAJAR 04

A URAIAN SINGKAT MATERI
Hukun II Kirchoff
“Pada rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (GGL) dengan
jumlah aljabar dari penurunan tegangan (hasil kali kuat arus dan hambatan)
adalah sama dengan nol”
Secara matematis dituliskan
∑ + ∑ . = 0 …………………………………………………………………..(1.19)

Cara mengerjakan rangkaian 1 loop dan 2 loop
➢ Pemilihan arah loop bebas, tapi jika memungkinkan diusahakan searah
dengan arah arus listrik.
➢ Terapkan hukum Ohm, hukum I Kirchoff dan hukum II Kirchoff
➢ (ggl) tergantung awal bertemu.

12 | P a g e

➢ Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan
tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila arah loop berlawanan arah
dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.

➢ Jika hasil akhir perhitungan kuat arus bernilai negatif, maka kuat arus yang
sebenarnya merupakan kebalikan dari arah yang ditetapkan.

Rangkaian 1 loop

B R2 ε 2, r2 C

ε1, r1 ε 3, r3 R3
R1 D

A

Gambar 1.9 Rangkaian tertutup 1 loop

Perhatikan kembali gambar 1.9, kita tinjau arah loop dari ABCDA, maka;
∑ + ∑ . = 0

(ε1 – ε2 – ε3) + I(r1+R1+r2+R2+r3+R4) = 0

Rangkaian 2 loop

B R2 C R4 E

ε1, r1 Loop 1 Loop 2 ε 2, r2
I2 R5
R1 I1 R3 F
A I3

D

Gambar 1.10 Rangkaian tertutup dengan 2 loop

Perhatikan gambar 1.10
➢ loop 1: arah ABCDA, dengan menggunakan hukum II Kirchoff

ε1 + I1(r1+R1+R2) + I3(R3) = 0 ………………………. ( i )
➢ loop 2: arah CEFDC

ε2 + I2(r2+R4+R5) - I3(R3) = 0 …………………..….. ( ii )
pada titik D, dengan menggunakan hukum I Kirchoff maka;

I2 + I3 = I1 ……………………………………..………….. ( iii )
Dengan mensubstitusi persamaan ( i ), (ii) dan (iii) maka diperoleh harga I1, I2
dan I3.

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 13 | P a g e

Rangkaian Listrik Arus Searah

Untuk menentukan beda potensial antara dua titik, misalnya titik CD digubakan
persamaan:

= ∑ + ( ) ……….………………………………………………….. (1.21)
maka VCD= 0 + I3R3

B LATIHAN TERBIMBING
1. Tentukan besarnya I1, I2 dan I3 serta besar beda potensial antara ujung-ujung CD,
jika diketahui ε1= 3 volt, ε2= 2 volt, ε3 = 4 volt, ε4 = 6 volt, r1= r2 = r3 = r4 = 1 ohm, R1 =
12 ohm, R2 = 24 ohm dan R3 = 12 ohm

B ε 2, r2 C ε 3, r3 E

ε1, r1 R3 I2 ε 4, r4
R1 I3 R2
A F
I1 D

Penyelesaian:
Kita buat dahulu loop pada rangkaian:

B ε 2, r2 C ε 3, r3 E

ε1, r1 Loop 1 Loop 2 ε 4, r4
I2 R2
R1 I1 R3 F
A I3

D

Kita tinjau loop 1 (ABCDA):

∑ + ∑( . ) = 0
(ε1 + ε1) + I1(r1+r2 +R1) + I3(R3) = 0
(3+2) + I1(1+1+12) + I3 .12 = 0

14 I1 + 12 I3 = - 5 ………………………..…….. ( i )
Kita tinjau loop 2 (CEFDE)

∑ + ∑ . = 0
(ε3 – ε4) + I2(r3 + r4 + R2) – I3(R3) = 0
(4 – 6) + I2(1+1+24) – I3(12) = 0

26 I2 – 12 I3 = 2 ……………………………. (ii)
Kita tinjau titik D; I2 + I3 = I1 ………………… (iii)
Substitusi persamaan (i) dan persamaan (iii)
14 (I2 + I3 ) + 12 I3 = - 5
14 I2 + 26 I3 = -5 ……………………………..…… (iv)
eliminasi persamaan (ii) dan (iv)

14 | P a g e

(26 I2 – 12 I3 = 2) x 7, maka 182 I2 – 84I3 = 14
(14 I2 + 26 I3 = -5) x 14, maka 182 I2 + 364 I3 = 70

------------------------- -
-448 I3 = -56
I3 = 0,125 A
Dari persamaan (iv), maka

14 I2 + 26x 0,125 = -5
14 I2 + 3,25 = -5
14 I2 = -8,25

I2 = -0,589 A
Dari persamaan (iii) diperoleh
I2 + I3 = I1
-0,589 + 0,125 = -0,464 A
Kita tinjau untuk menentukan VCD

VCD =  CD + (IR)CD

VCD = 0 + I3.R3
VCD = 0,125 x 12 = 1,5 volt

C TUGAS MANDIRI
1. Perhatikan gambar berikut:

BC E

ε1, r1 ε 2, r2 ε 3, r3
R1 R2 R3

AD F

Jika besar ε1=6V, ε2= 3V , ε3=4,5V, r1= r2= r3= 0,5 ohm, R1=12 ohm, R2=6 ohm dan
R3= 8 ohm.
Tentukan:
a. kuat arus yang melalui hambatan R1, R2, dan R3.
b. Beda potensial CD

2. Pada rangkaian berikut, berapakah kuat arus yang melalui hambatan R2 ?
R1=5,5 Ω a R2=7,5 Ω

ε1 = 6V R2= 11,5 Ω ε3 = 8V
r1 = 0,5 Ω r1 = 0,5 Ω
ε2 = 12V

r1 = 0,5 Ω

b

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 15 | P a g e

Rangkaian Listrik Arus Searah

KEGIATAN BELAJAR 5

A URAIAN SINGKAT MATERI

Energi Listrik
Tentunya kalian pernah menggunakan seterika listrik bukan?. Seterika listrik

yang kita gunakan mengasilkan panas. Panas yang dihasilkan sterika tersebut berasal
dari energi listrik. Ketika kita menyalakan senter, maka terjadi perubahan enegi kimia
menjadi energi listrik dan cahaya. Untuk mengetahui seberapa besar energi yang
dibutuhkan oleh suatu alat listrik, maka dapat dipahami konsep berikut;

AI R B Pada rangkaian tertutup seperti gambar
di samping, arus listrik I mengalir
Gambar 1.11 Rangkaian tertutup melalui hambatan R. Arus listrik
mengalir dari potensial tinggi ke
potensial yang lebih rendah. Arus listrik
tersebut tidak lain adalah gerakn
muatan listrik yang melalui rangkaian
tersebut. Besarnya muatan listrik yang
mengalir pada rangkaian adalah Q = I . t

Besarnya energi listrik yang diperlukan oleh alat listrik R adalah sama dengan usaha
untuk memindahkan muatan listrik Q dari A ke B yang beda potensialnya V, yaitu:
W=Q.V
W = (I.t) . V atau

W=VIt …………………………….………….……………….………… (1.22)

sesuai dengan hukum ohm V=IR, maka persamaan (1.21) menjadi

W = I2 R t …………………………………………….……..……………… (1.23)

persamaan V = IR dapat ditulis I = V/R, sehingga persamaan (1.21) menjadi

2
= …………………………………………………………………. (1.24)
W = energi listrik (J)
V = beda potensial listrik atau tegangan listrik (V)
I = kuat arus listrik (A)
t = lama waktu (t)

Daya Listrik

Daya listrik (P) dinyatakan sebagai besarnya energi listrik tiap satuan waktu.
Secara matematis daya dapat ditulis;

P = W ………………………………………………………………..………… (1.25)
t

P = daya listrik (watt = w)
W= energi listrik (Joule =J)
t = lama waktu (sekon=s)

16 | P a g e

karena W = V.I.t , W = I 2 R.t , W = V 2 t , maka
R

P = V I .………………………………………………………………….…….(1.26)

P = I2 R ………………………………………………………………….………(1.27)

2 ..…………………………………………….………………………… (1.28)
=

Hubungan Satuan Energi listrik dan satuan daya listrik
1 watt = 1joule / 1 sekon
1 watt = 1 Js-1
1joule = 1 Ws

Untuk pengukuran energi listrik dari PLN yang dipakai para konsumen, digunakan
satuan kilowatt hour (kWh) atau kilowatt jam. Peralatan yang digunakan untuk
mengukur penggunaan energi listrik para konsumen adalah kWh meter.
1 kWh = (1 kW) x (1 jam)
1 kWh = (1000 W)x(3.600 s)
1 kWh = 3.600.000 Ws = 3,6 x 106 J
Jadi

1 kWh = 3,6 x 106 J

B LATIHAN TERBIMBING

1. Ujung –ujung suatu hambatan 100 ohm dihubungkan dengan sumber tegangan
listrik 12 volt. Jika rangkaian tersebut dipasnang selama 10 sekon, tentukan:
a. energi yang diserap hambatan tersebut?
b. daya listrik yang digunakan.

Penyelesaian:

Diketahui: R = 100 ohm. V = 12 volt; t = 10 s
Ditanya:

Jawab: a. W = ……?; b. P = ……… ?

a. W = V 2 t
R

W = 122 10 =14,4 J
100

b. P = V 2
R

P = 122 =1,44W
100

2. Suatu keluarga menggunakan 4 lampu masing-masing 25 W selama 10 jam per hari,
sebuah televise 100 W selama 10 jam per hari, sebuah seterika listrik 250 W selama
2 jam per hari. Jika hariga listri Rp200,00/kWh, maka tentukn biaya rekening listrik
keluarga tersebut selama satu bulan (30 hari)

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 17 | P a g e

Rangkaian Listrik Arus Searah

Penyelesaian:
Diketahui : P1 = 4x25W = 100 W = 0,1 kW
t1 = 10 jam
P2 = 100 W = 0,1 kW
t2 = 10 jam
P3 = 2x250W = 500W = 0,5 W
t3 = 2 jam
Ditanya: biaya rekening dalam 1 bulan (30 hari)
Jawab:
W=P.t
W = (0,1 x 10) + (0,1 x 10) + (0,5 x 2) = 3 kWh
Energi yang terpakai selama 1 bulan adalah = 30 x 3 kWh = 90 kWh.

Biaya rekening listrik = 90 kWh x Rp 200,00/kWh = Rp 18.000.00,00

C TUGAS MANDIRI

1. Sebuah seterika listrik memiliki elemen pemanas yang hambatanya 200 ohm.
Seterika tersebut dihubungkan dengan suber tegangan sehingga dialiri arus listrik 2
A. Jika sterika digunakan selama 2 jam, maka hitung energi yang digunakan.
(nyatakan dalam satuan J dan kWh)

2. Suatu keluarga menggunakan sebuah televise 100 W dinyalakan 10 12 jam/hari.
Menggunakan 4 lampu masing-masing 250 W selama 10 jam/hari. Menggunakan
satu seterika 200 W selama 2 jam/hari. Menggunakan kulkas 100 W sepanjang hari.
Jika harga listrik Rp 200,00/kWh, maka hitung biaya listrik keluarga tersebut selama
satu bulan (30 hari)

4 EVALUASI DIRI

A REFLEKSI DIRI

Setelah anda belajar bertahap dan berlanjut melalui kegiatan belajar 1, 2, 3, 4, dan 5,
berikut diberikan table untuk mengukur diri anda terhadap materi yang sudah anda
pelajari. Jawablah dengan jujur terkait dengan penguasaan materi UKBM ini di tabel
berikut.

Tabel Refleksi Diri Pemahaman Materi Ya Tidak

No Pertanyaan

1 Apakah anda sudah memahami tentang hukum Ohm,
Hukum Kirchoff I dan Hukum Kirchoff II?

2 Dapatkan anda menerapkan hukum Ohm, hukum
Kirchoff I dan hukum Kirchoff II pada rangkaian listrik 1
loop?

3 Dapatkan anda menerapkan hukum Ohm, hukum
Kirchoff I dan hukum Kirchoff II pada rangkaian listrik 2
loop?

4 Apakah anda sudah memahami tentang energi dan daya
listrik?

5 Dapatkah anda menghitung biaya pengeluaran listrik di
rumah anda ?

Jika menjawab “TIDAK” pada salah satu pertanyaan di atas, maka pelajarilah kembali
materi tersebut dalam sumber belajar yang disarankan di “Materi Pembelajaran” serta
sumber lain yang relevan.

18 | P a g e

B UJI PEMAHAMAN

Pilihlah satu jawaban yang benar!

1. Muatan listrik 3x10-1C mengalir melalui suatu penghantar selama 1 menit. Besarnya
kuat arus yang melalui penghantar tersebut adalah…
a. 2 mA d. 5 mA

b. 3 mA e. 6 mA
c. 4 mA

2. Kuat arus listrik 0,16 A melalui suatu penghantar. Jumlah electron yang melalui
penghantar tersebut dalam 1 menit adalah ….

a. 1 x 1019 elektron d. 12 x 1019 elektron
b. 6 x 1019 elektron e. 16 x 1019 elektron

c. 8 x 1019 elektron
3. Untuk mengukur kuat arus yang melalui suatu komponen listrik, digunakan…

a. amperemeter yang dipasang seri dengan komponen tersebut
b. amperemeter yang dipasang parallel dengan komponen tersebut

c. voltmeter yang dipasang seri dengan komponen tersebut.
d. voltmeter yang dipasang parallel dengan komponen tersebut.

e. ohmmeter yang dipasang seri dengan komponen tersebut.
4. Satuan kuat arus listrik dalam SI adalah ampere (A) yang sama dengan..
a. coulomb/sekon d. volt sekon

b. coulomb sekon e. ohm volt
c. volt/sekon

5. Ujung-ujung suatu hambatan dipasang pada sumber potensial listrik 12 volt. Jika
hambatan tersebut dilalui arus listrik ¼ A, maka besar hambatan tersebut adalah …

a. 3 ohm d. 30 ohm
b. 6 ohm e. 48 ohm

c. 12 ohm
6. Seutas kawat panjangnya 200 cm dan luas penampangnya 1 mm2. Jika hambat jenis

kawat tersebut 2,5x10-5ohm m, maka hambatan kawat adalah…
a. 12,5 ohm d. 50 ohm

b. 25 ohm e. 500 ohm
c. 45 ohm

7. Tiga hambatan masing-masing 12 ohm, 8 ohm dan 24 ohm. Jika ketiga hambatan
tersebut dirangkai secara parallel, maka hambatan penggantinya adalah …
a. 4 ohm d. 24 ohm

b. 8 ohm e. 44 ohm
c. 12 ohm

8. Suatu rangkaian listrik dipasang pada sumber tegangan 12 volt. Kuat arus yang
melalui rangkaian adalah 500 mA. Energi listrik yang digunakan pada rangkaian

tersebut selama 1 menit adalah … d. 360 J
a. 60 J

b. 100 J e. 600 J
c. 240 J

9. Nilai hambatan pengganti dari rangkaian berikut adalah…

R1= 12Ω a. 3 ohm

a R3=12Ω b. 8 ohm
c. 12 ohm
R2=6Ω b d. 16 ohm
e. 30 ohm

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 19 | P a g e

Rangkaian Listrik Arus Searah

10. Pada rangkaian berikut, kuat arus yang melalui hambatan R2 adalah;

R1=5,5 Ω a R2=7,5 Ω a. 0,5 A
b. 0,75 A
ε1 = 6V R2= 11,5 Ω ε3 = 8V c. 1,0 A
r1 = 0,5 Ω r1 = 0,5 Ω d. 1,5 A
ε2 = 12V e. 2 A

r1 = 0,5 Ω

b

11. Perhatikan rangkaian pada sola no.8, beda potensial pada ab adalah …
a. Nol d. 12 V

b. 6 V e. 18 V
c. 8 V

12. Berikut ini adalah satuan energi listrik adalah…
a. joule sekon d. coulomb.sekon

b. watt/sekon e. watt sekon
c. joule/sekon

13. Sebuah lampu dengan hambatan 200 ohm dialiri arus 0,5 A. Energi yang diserap
lampu selama 1 jam adalah …

a. 40 KJ d. 360 KJ
b. 100 KJ e. 400 KJ

c. 180 KJ

14. Pemasangan amperemeter dan voltmeter pada rangkaian berikut yang paling tepat
adalah ….

a V

d

AV A

A A

b e

V V

c

V

A

15. Elemen pemanas seterika listrik memiliki hambatan 400 ohm. Jika daya listrik

seterika tersebut 100 watt, maka kuat arus yang melalui seterika adalah …
a. 0,25 A d. 4,00A

b. 0,50A e. 4,50A
c. 2,00A

20 | P a g e

C RENCANA TINDAK LANJUT

Soal Pengayaan
1. 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

2. Perhatikan gambar berikut!

Tiga buah sumber tegangan dan tiga
buah hambatan masing-masing Rx =
Ry = Rz = 6 Ω.

Tentukan:
a) Tegangan antara titik A dan B
b) Kuat arus yang melalui Ry

3. Perhatikan gambar seperti dibawah ini.

Jika nilai R1 =6 Ω, R2 = 4 Ω, R3 = 2 Ω,
R4 =3 Ω dan R5 =9 Ω. Berapakah nilai
hambatan pengganti rangkaian
diatas?

4. Diberikan rangkaian seperti gambar dibawah.
Jika R1 = 50 Ω, R2 = 60 Ω, R3 = 40 Ω,
R4 = 20 Ω, R5 = 30 Ω
Hitung hambatan pengganti dari
rangkaian diatas!

5 DAFTAR PUSTAKA

Buku Pintar Belajar Fisika, Sagufindo Kinarya
http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma
http://pak-anang.blogspot.com/
Modul Fisika SMA Kemendikbud

MAN 1 Nganjuk | Berakhlak mulia, unggul, terampil dan peduli lingkungan 21 | P a g e