bahan filpbook ok

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan
berkat dan karunia -Nya penulis dapat menyelesaikan bahan ajar berbasis Project Based
Learning (PjBL) bidang studi fisika yang berjudul “Listrik Arus Searah”

Terima kasih penulis sampaikan kepada bapak Dr. Acep Kusdiwelirawan, M.M.Si
selaku dosen pembimbing dan bapak Sugiyanta, M.Pd, selaku guru pamong dalam
menyelesaikan modul, dan juga kepada semua pihak yang telah membantu
terselesaikannya bahan ajar ini.

Bahan ajar ini menyajikan materi listrik arus searah yang mencakup arus dan
hantaran, alat ukur listrik, rangkaian sederhana, rangkaian hambatan, rangkaian tak
sederhana dan aplikasi arus searah dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, untuk
menambah pemahaman peserta didik, bahan ajar ini dikembangkan dengan
mengedepankan pendekatan higher order thinking skill (HOTS) dan mengintegrasikan
kerangka berpikir technological, pedagogical, content knowledge (TPACK) dilengkapi
dengan contoh soal pada setiap bahasan dan latihan soal diakhir pembahasan ini.

Penulis menyadari bahwa dalam menyusun bahan ajar ini masih terdapat
kekurangan. oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang kontrusktif dari
pembaca. Akhir kata, semoga bahan ajar ini dapat bagi pembaca yang budiman.

Lamandau, Agustus 2022

Penyusun

DAFTAR ISI

Cover ................................................................................... i
Kata Pengantar .................................................................... ii
Daftar Isi ............................................................................. iii
Daftar Tabel ......................................................................... iv
Daftar Gambar ..................................................................... v
Daftar lainnya yang diperlukan (sesuai kebutuhan)
BAB I PENDAHULUAN ....................................................... 1
Latar Belakang ..................................................................... 1
Tujuan Pembelajaran ............................................................ 2
Cakupan Materi .................................................................... 2
Peta Konsep........................................................................... 4
Rangkaian Arus Searah ......................................................... 5
A. Arus dan Hantaran ........................................................... 5
B. Hambatan Jenis Suatu Kawat Penghantar ......................... 8
C. Alat Ukur Listrik ............................................................... 14
D. Rangkaian Sederhana ....................................................... 17
E. Rangkaian hambatan ........................................................ 20
F. Energi pada Rangkaian Listrik ........................................... 25
G. Daya Listrik ..................................................................... 26
H. Hukum Kichoff ................................................................. 27
I. Penerapan Arus Listrik Searah ............................................ 30

Latihan Soal.................................................................... 32

Daftar Pustaka................................................................ 36

iii

DAFTAR TABEL

Tabel. 01 Kompetensi Dasar dan Indikator .................................. 1
Tabel. 02 Hambatan jenis pada bahan yang berbeda ...................... 9

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 01 Rangkaian Arus Searah ............................................ 5
Gambar 02 Analogi arus listrik dengan aliran air ........................... 6
Gambar 03.Kerapatan Arus listrik .............................................. 8
Gambar 04.a. Bahan Konduktor ................................................. 10
Gambar 04.b. Bahan Isolator ..................................................... 11
Gambar 05 Bahan Semi Konduktor ............................................ 12
Gambar 06 bahan Super Konduktor ............................................ 13
Gambar 07 Rangkaian pada amperemater .................................... 14
Gambar 08 Rangkaian pada amperemeter dua .............................. 15
Gambar 09 Rangkaian Voltmeter ............................................... 16
Gambar 10 Rangkaian Arus Searah ............................................ 17
Gambar 11 Hukum Ohm .......................................................... 18
Gambar 12 Rangkaian hambatan Seri ......................................... 20
Gambar 13 Rangkaian hambatan Pararel ..................................... 21
Gambar 14 Resistor Seri dan Pararel ........................................... 23
Gambar 15 Tahanan yang dihubngkan secara pararel ..................... 23
Gambar 16 Ilustrasi Kirchoff 1 .................................................. 28
Gambar 17 Ilustrasi Kirchoff 2 .................................................. 29
Gambar 18 Macam Batu Baterai ................................................ 30
Gambar 19 Contoh Akumulator ................................................. 31

v

PENDAHULUAN

Kompetensi Inti
1. Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
2. Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli

(gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan
menunjukkan sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam
berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
3. Memahami, menerapkan, menganalisis pengetahuan faktual, konseptual, prosedural
berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan teknologi, seni, budaya,
dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan
peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan
prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya
untuk memecahkan masalah.
4. Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait
dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan
mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

Kompetensi Dasar dan Indikator

Tabel 01. Kompetensi Dasar dan Indikator

NO KOMPETENSI DASAR INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI
3.1 Menganalisis prinsip 3.1.1 Menguji Arus listrik dan pengukurannya
3.1.2 Membandingkan arus dan tegangan pada
kerja peralatan listrik
searah (DC) berikut rangkaian seri dan parallel
keselamatannya dalam 3.1.3 Menganalisis prinsip kerja peralatan
kehidupan sehari-hari
listrik searah DC dalam kehidupan
4.1 Melakukan percobaan sehari-hari.
prinsip kerja rangkaian 3.1.4 Menyelidiki hukum ohm
listrik searah (DC) dengan 3.1.5 Meninjau hukum I kirchoff dan hukum
metoda ilmiah berikut II kirchoff
presentasi hasil percobaan 4.1.1 Mendesain langkah percobaan untuk membuat air
cooler sederhana

4.1.2 Membuat laporan percobaan kerja
rangkaian listrik searah (DC)

1

Tujuan Pembelajaran

Melalui kegiatan pembelajaran dengan menggunakan model PjBL (Project
Berbasis Masalah) dan pendekatan STEAM ini, peserta didik mampu
berkolaborasi, menguji arus listrik dan pengukurannya, membandingkan arus dan
tegangan pada rangkaian seri dan pararel, menyelidiki hukum ohm, meninjau hukum
I kirchoff dan hukum II kirchoff, menganalisis dan mengembangkan rencana untuk
menguji prinsip kerja rangkaian listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari
(dengan menggunakan PHET simulation) serta mampu mendesain langkah
percobaan membuat air cooler sederhana dengan metoda ilmiah (TPACK) dengan
mengaktualisasikan sikap relegius, disiplin, berpikir kritis, kreatif (kemandirian),
kerjasama (gotong royong) dan kejujuran (integritas) serta mampu berkomukasi
dengan baik.

CAKUPAN MATERI

1. Arus dan Hantaran
▪ Arus listrik
▪ Kuat arus listrik
▪ Rapat arus listrik
▪ Sifat kelistrikan bahan (konduktor, isolator, dan semikonduktor)

2. Alat Ukur Listrik
▪ Amperemeter
▪ Voltmeter

3. Rangkaian Sederhana
▪ Rangkaian sederhana
▪ Hukum ohm
▪ Energi Pada Rangkain Listrik

4. Rangkaian Hambatan
▪ Rangkaian hambatan seri
▪ Rangkaian hambatan paralel

5. Rangkaian Tak Sederhana
▪ Hukum I Kirchoff
▪ Hukum II Kirchoff
▪ Energi listrik

2

▪ Daya listrik
6. Aplikasi Arus Searah dalam Kehidupan Sehari-hari

▪ Batu baterai
▪ Akumulator (Accu)

3

PETA KONSEP
4

RANGKAIAN ARUS SEARAH

Gambar 1. Rangkaian Arus Searah;
Sumber gambar : https://id.wikihow.com/Membuat-Rangkaian-Listrik

A. Arus dan Hantaran
1. Arus Listrik
Sebelum kita mengetahui apa itu arus listrik, terlebih dahulu kita pelajari
beberapa asas penting yang perlu di ingat dan di pahami kembali yaitu:
a. Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif ( + ) dan muatan
negative ( - )
b. Muatan positif ada pada inti atom, sedangkan muatan negative ada pada
elektron
c. Elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, sedangkan inti tidak
dapat pindah
d. Atom-atom penghantar (konduktor) memiliki electron-elektron bebas yang
sangat mudah berpindah dari satu tempat ke tempat lain di dalam penghantar
itu.
e. Muatan listrik dapat bergerak (mengalir) jika ada beda potensial (tegangan)
Untuk memahami definisi arus listrik, perhatikan gambar aliran air
dibawah. Berdasarkan hukum fisika dan grafitasi, air akan mengalir dari tempat
yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah. Inilah yang disebut aliran air atau
arus air, sedangkan banyaknya air yang mengalir setiap detik disebut debit air.
5

Jika ketinggian sama, maka tidak akan terjadi aliran air, karena air akan diam di
tempat. Perbedaan ketinggian ini disebut dengan tegangan atau beda potensial.

Dapat dilihat pada gambar dibawah, sebuah tangki air yang diletakan di
ketinggian tertentu. Semakin tinggi posisi tangki air, maka akan semakin besar
beda postensial antara tangki dan tanah, artinya arus air pun akan lebih besar.
Arus listrik mengalir secara spontan dari potensial tinggi ke potensial rendah
melalui konduktor, tetapi tidak dalam arah sebaliknya. Aliran muatan ini dapat
dianalogikan dengan aliran air dari tempat (potensial gravitasi) tinggi ke tempat
(potensial gravitasi) rendah. Bagaimanakah agar air mengalir terus-menerus dan
membentuk siklus, sementara air tidak dapat mengalir secara spontan dari
tempat rendah ke tempat tinggi? Satu-satunya cara adalah menggunakan pompa
untuk menyedot dan mengalirkan air dari tempat rendah ke tempat tinggi.

Demikian pula dengan arus listrik. Arus listrik dapat mengalir dari
potensial rendah ke potensial tinggi menggunakan sumber energi, misalnya
pompa pada air. Sumber energi ini, di antaranya adalah baterai. Analogi arus
listrik dengan aliran air yang terus-menerus diperlihatkan pada Gambar 02
dibawah ini.

Gambar 02. Analogi arus listrik dengan aliran air
Sumber gambar : https://www.nafiun.com/2014/06/elektrodinamika-arus-alat-

ukur-listrik-searah-hukum-ohm.html

Tidak akan ada arus air tanpa beda ketinggian atau tidak akan ada arus
listrik tanpa adanya tegangan listrik (beda potensial). Definisi arus listrik dapat

6

dianalogikan dengan debit air yakni banyaknya butiran air yang mengalir dalam
waktu tertentu. Arus listrik adalah banyaknya elektron yang mengalir sebagai
muatan listrik dalam satuan waktu. Satuan muatan listrik (Q) adalah Coulomb
(C) sedangkan satuan arus listrik adalah Ampere (A) yakni Q/t atau
Coulomb/detik. Jika besar arus konstan, maka besarnya arus listrik yang
mengalir (arus listrik), dapat ditulis dalam persamaan :

Keterangan :
I : Arus listrik (Ampere)
Q : Muatan listrik (Coulomb)
t : Waktu (Detik/Sekon)

Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh soal berikut ini !

Contoh soal :
Arus listrik sebesar 5 mA mengalir pada sel saraf selama 0,1 detik. Berapakah
besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf tersebut?
Diketahui:
A = 5 mA = 0,005 A
t = 0,1 s
e = 1,6 x 10-19 C
Ditanyakan: besar muatan dan jumlah elektron yang berpindah pada sel saraf
Jawab:
Besar muatan listrik,

2. Rapat Arus Listrik
Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar,

semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil. Maka secara
matematis dapat ditulis :

Dimana :

7

J = Rapat Arus (A/m)
I = Kuat Arus (Ampere)
A = Luas Penampang Kawat

Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh dibawah ini !

Gambar 03. Kerapatan Arus Listrik
Sumber gambar : https://sinarmonas.co.id/blog/detail/teori-dasar-listrik

Dari gambar diatas, terlihat bahwa Arus listrik mengalir dalam kawat
penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Pada contoh diatas,
terlihat bahwa Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm,
maka kerapatan arusnya 3A/mm (12A/4 mm), ketika penampang penghantar
mengecil 1,5mm, maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm (12A/1,5mm)

B. Hambatan Jenis Suatu Kawat Penghantar
1. Hambatan
Kita mungkin menduga bahwa hambatan yang dimiliki kawat yang tebal
lebih kecil daripada kawat yang tipis, karena kawat yang lebih tebal memiliki
area yang lebih luas untuk aliran elektron. Kita tentunya juga memperkirakan
bahwa semakin panjang suatu penghantar, maka hambatannya juga semakin
besar, karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron.
Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R
kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan
8

luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut.
Secara matematis dituliskan:

dengan:
R = hambatan kawat penghantar (Ω)
l = panjang kawat penghantar (m)
A = luas penampang lintang penghantar (m2)
ρ = hambatan jenis kawat penghantar (Ω.m)
Konstanta pembanding ρ disebut hambatan jenis (resistivitas). Hambatan jenis
kawat berbeda-beda tergantung bahannya.

Tabel 02. Tabel hambatan jenis pada bahan yang berbeda

Contoh Soal 1
Berapakah hambatan seutas kawat aluminium (hambatan jenis 2,65 × 10-8Ω .m)
yang memiliki panjang 40 m dan diameter 4,2 mm?

Penyelesaian:

Diketahui:

Ω .m

l = 40 m

9

d = 4,2 mm → r = 2,1 mm = 2,1 × 10-3 m
Ditanya: R = ... ?
Jawab:
Cari terlebih dahulu luas penampang (A) penghantar tersebut dengan
menggunakan rumus luas lingkaran, yakni:

Jadi besarnya hambatan penghantar tersebut dapat dicari dengan menggunakan
rumus :

2. Sifat Kelistrikan Bahan
a. Konduktor

Gambar 04.a. Bahan Konduktor
Sumber gambar : https://saintif.com/konduktor-adalah/
Benda benda yang tergolong sebagai penghantar listrik konduktor
meliputi semua yang mampu menghantarkan arus listrik dengan baik. Meski
mampu menghantarkan arus listrik dengan baik, namun pada dasarnya
kemampuan masing – masing benda dalam menghantarkan listrik adalah
berbeda.

10

Benda konduktor atau yang disebut sebagai konduktor listrik ini
memungkinkan arus listrik dapat mengalir dengan mudah karena bahannya
yang terbuat dari atom. Di dalam konduktor, elektron terluar dari atomnya
dapat bebas bergerak melalui materi ketika dilewati oleh muatan listrik.

b. Isolator

Gambar 04.b. Bahan Isolator
Sumber Gambar : https://www.youtube.com/watch?v=HejYn0iuaZ8

Isolator merupakan semua bahan yang tidak dapat mengantarkan
arus listrik dengan baik. Kebalikan dari konduktor, isolator justru
merupakan penghambat listrik. Jadi, ketika suatu benda yang bersidat
isolator terkena arus listrik, arus listrik ini akan disimpan karena tidak ada
electron bebas yang bisa menghantarkannya.

Beberapa bahan yang termasuk isolator listrik adalah porselin, karet,
kaca, ebonite, plastik, sutera, parafin, marmer, udara kering, kapas dan
kapas. Diantaranya, ada juga yang disebut sebagai isolator sempurna yang
sama sekali tidak dapat dialiri oleh arus listrik. Isolator sempurna ini
contohnya adalah ruang hampa udara (vakum).

Bahan isolator ini pun memegang peran penting dalam bidang
elektornik. Misalnya saja pada kabel listrik, agar arus listrik yang
dihantarkan tidak keluar dan menyegar benda lain, maka kabel listrik selalu
ditutup dengan bahan isolator. Dengan demikian, meski ada arus listrik
yang sedang berlalu didalam kabel, Anda akan tetap aman ketika
memegangnya, karena terdapat lapisan isolator.

11

c. Semikonduktor
Semikonduktor merupakan jenis bahan yang pada dasarnya

merupakan suatu bahan yang bersifat isolator, namun pada kondisi tertentu
bahan ini dapat berubah fungsi menjadi konduktor. Maksudnya, pada
kondisi umum, benda ini mungkin saja hanyalah isolator, hanya saja, ketika
ada kondisi tertentu yang memungkinkan, maka arus listrik pun dapat
melalui dan dihantarkan oleh benda ini.

Agar lebih jelas, dapat dilihat dari contoh udara. Pada dasarnya,
udara yang kering merupakan suatu isolator. Hanya saja, ketika terjadi
perbedaan potensial yang besar maka udara pun dapat berfungsi sebagai
konduktor.

Misalnya saja ketika terjadi petir. Petir ini mampu menghasilkan
perbedaan potensial listrik yang besar antar lapisan – lapisan udara. Ketika
itulah, konduksi listrik terjadi di udara, meski udara sendiri merupakan
sebuah isolator.

membuat komponen elektronik seperti transistor dan dioda. Pada
komponen – komponen ini, semikonduktor mengantarkan arus listrik ke
satu arah, sedangkan ke arah yang berlawanan dapat menghambatnya.

Contoh bahan yang termasuk semikonduktor yang paling banyak
digunakan dalam elektronik saat ini adalah germanium dan silikon.

Gambar 05. Bahan semikonduktor
Sumber gambar : https://maslatip.com/pengertian-bahan-semikonduktor-

listrik-dan-kegunaannya.html

12

d. Superkonduktor
Superkonduktor adalah bahan material yang memiliki hambatan

listrik yang bernilai nol pada suhu yang sangat rendah. Karakteristik dari
bahan semikonduktor adalah medan magnet dalam superkonduktor bernilai
nol dan mengalami efek meissner.

Efek meissner adalah peristiwa superkonduktor menolak medan
magnet luar yng mengenainya. Sifat khas superkonduktor ini ditemukan
oleh Meissner dan Ochsenfeld pada tahun 1933. Dengan adanya efek
meissner ini, superkonduktor akan mengambang jika diletakkan diatas
medan magnet.

Ketika temperature bahan diturunkan dari temperature ruang normal
sampai pada batas temperature tententu bahan ini akan memiliki sifat
superkonduktor. Temperatur bahan saat terjadinya perubahan sifat bahan ini
dinamakan sebagai temperature kritis (TC). Contoh super konduktor adalah
kabel listrik. Dengan menggunakan bahan superkonduktor, maka energy
listrik tidak akan mengalami dispasi karena hambatan pada semikonduktor
bernilai 0 sehingga akan semakin efektif.

Gambar 06. Contoh bahan Super konduktor
Sumber gambar : https://infopromodiskon.com/news/detail/106/kabel-

listrik--beberapa-info-yang-anda-butuhkan.html

13

C. ALAT UKUR LISTRIK
1. Amperemeter
Untuk mengetahui besarnya kuat arus secara langsung dapat digunakan alat
yang namanya ampermeter. Ampermeter ini dapat dirakit dari alat basic meter
yang dipasang dengan Shunt. Dalam pemasangannya, ampermeter harus dipasang
secara seri dengan alat listrik yang akan diukur kuat arus listriknya. Dalam suatu
rangkaian, amperemeter dipasang secara seri. Maksudnya, terminal positif
amperemeter dihubungkan ke kutub negatif sumber arus. Adapun terminal negatif
amperemeter dihubungkan ke kutub positif sumber arus. Jika dihubungkan secara
terbalik, jarum penunjuk akan menyimpang pada arah kebalikan. Ini dapat
menyebabkan jarum membentur sisi tanda nol dengan gaya yang cukup besar
sehingga dapat merusak amperemeter, perhatikan gambar (a). Sedangkan untuk
bagan rangkaiannya tampak seperti gambar (b)

Gambar 07. Rangkaian pada amperemeter
Sumber gambar : https://mafia.mafiaol.com/2013/04/cara-mengukurpengukuran-

kuat-arus.html

Setelah kita pasang seperti rangkaian gambar (a), maka langkah selanjutnya
adalah membaca hasil pengukuran yang terlihat pada ampermeter, dengan
menggunkan rumus:

14

Keterangan:
I = Hasil pengukuran kuat arus
Imax = batas ukur maksimal
st = skala yang ditunjuk
smax = skala maksimum

agar lebih faham, perhatikan contoh soal berikut :

Gambar 08. Rangkaian pada amperemeter dua
Sumber gambar : https://mafia.mafiaol.com/2013/04/cara-mengukurpengukuran-

kuat-arus.html

Berapakah besarnya kuat arus yang mengalir pada suatu rangkaian jika hasil
pengukurannya seperti gambar di atas?
Penyelesaian:
Jawab:
Imax = 5A
st = 19
smax = 50

2. Voltmeter
Bagaimana cara mengukur beda potensial? Ikutilah pembahasan berikut

ini! Untuk mengukur beda potensial berbagai sumber listrik. Untuk mengukur
tegangan secara langsung, kita dapat menggunakan alat yangdisebut dengan
voltmeter. Voltmeter harus dipasang paralel dengan sumber listrik atau peralatan
listrik yang akan diukur tegangannya. Titik potensial yang lebih tinggi, harus
dihubungkan dengan kutub positif dan titik potensial yang leJika kita hendak
mengukur tegangan lampu pijar, digunakan dua utas kabel untuk menghubungkan

15

paralel kedua ujung lampu pijar (titik A dan B) dengan kedua terminal Voltmeter,
seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Gambar 09. Rangkaian Voltmeter
Sumber gambar : https://www.tneutron.net/elektro/mengukur-kuat-arus-listrik/

Untuk mengukur tegangan sumber listrik arus searah misalnya baterai atau
aki, ujung yang potensialnya lebih tinggi harus dihubungkan ke terminal positif
Voltmeter dan potensial yang lebih rendah dihubungkan ke terminal negatif
Voltmeter.Untuk lebih jelasnya, perhatikan paparan dibawah ini.

Baterai yang dihubungkan ke Voltmeter menghasilkan tegangan tertentu
yang disebut tegangan sumber. Setelah dihubungkan dengan lampu maka
tegangannya menjadi lebih kecil, tegangan dalam rangkaian tersebut dikatakan
tegangan jepit. Apabila beberapa buah baterai dirangkai berurutan (secara seri)
besar tegangannya adalah jumlah dari masing-masing tegangan baterai. Misalnya,
sebuah baterai mempunyai tegangan 1,5 Volt, maka 3 buah baterai yang
dirangkaikan secara seri, tegangan sumbernya menjadi 4,5 Volt. Bila ketiga
baterai dirangkai sejajar (paralel), tegangan sumbernya tetap 1,5 Volt tapi waktu
pemakainnya tiga kali lebih lama.
Secara matematis ditulis sebagai berikut:

Etot = n.E ( untuk rangkain seri)
Etot = E ( untuk rangkain paralel)
Dimana:
n = jumlah baterai

16

D. RANGKAIAN SEDERHANA

Gambar 10 Rangkaian Arus Searah
Sumber gambar : https://www.gramedia.com/literasi/perbedaan-rangkaian-seri-

dan-paralel-pada-listrik/

1. Pengertian Arus Searah
Arus listrik searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu
titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih
rendah. Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung
positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang
lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif
(elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini
menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak”
mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Contoh dari penggunaan listrik arus
searah yaitu penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (dibuat
oleh Thomas Alfa Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah.
Generator komersial yang pertama di dunia juga menggunakan listrik arus
searah. Di tahun 1883, Nicola Tesla dianugerahi hak paten untuk penemuannya,
arus bolak-balik fase banyak
Rangkaian arus searah adalah aliran listrik atau elektron dari titik yang
memiliki aliran berpotensi tinggi ke area yang memiliki titik yang memiliki
aliran berpotensi rendah. Di dalam kawat penghantar, biasanya terdapat aliran
elektron yang memiliki jumlah yang sangat besar. Dan aliran elektron inilah
yang bisa menghasilkan arus listrik.

17

Rangkaian arus searah (DC, direct current) merupakan rangkaian listrik
dengan arus stasioner (dalam arti polaritas tetap) yang tidak berubah terhadap
waktu. Besaranbesaran utama yang menjadi perhatian dalam listrik arus searah
adalah kuat arus (I) dan beda tegangan (V) yang bekerja pada komponen resistif
dengan sumber arus/tegangan konstan. Pembahasan dalam rangkaian arus DC
berupa analisis rangkaian, yaitu mencari hubungan antar variabel komponen
rangkaian dengan menggunakan hukum-hukum dasar tertentu.

Faktor faktor yang mempengaruhi Hambatan Penghantar
2. Hukum Ohm

Untuk menghasilkan arus listrik pada rangkaian, dibutuhkan beda potensial.
Salah satu cara untuk menghasilkan beda potensial ialah dengan baterai. George
Simon Ohm (1787–1854) menentukan dengan eksperimen bahwa arus pada
kawat logam sebanding dengan beda potensial V yang diberikan ke ujung-
ujungnya. Untuk memahami hukum Ohm, perhatikan gambar berikut

Gambar 11 Hukum Ohm
Sumber gambar : https://cerdika.com/hukum-ohm/

Ketika saklar ditekan, ternyata lampu menyala. Lampu menyala dikarenakan ada
arus listrik yang mengalir. Terang redupnya baterai dipengaruhi oleh banyaknya
baterai yang dipasang pada rangkaian. Jika baterai ditambah, maka nyala lampu
makin terang, begitupun sebaliknya. Berapa besar aliran arus pada kawat tidak
hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan
kawat terhadap aliran elektron. Elektron-elektron diperlambat karena adanya
interaksi dengan atom-atom kawat. Makin tinggi hambatan ini, maka makin kuat
arus untuk suatu tegangan V sehingga didapat persamaan:

18

Keterangan
V = Tegangan (Volt)
I = Arus (Ampere)
R = Hambatan (Ohm)
Contoh Soal :
Suatu mainan anak bertuliskan tegangan 6 volt, dan hambatannya 40 ohm.
Berapakah kuat arus yang ada di dalam mainan anak tersebut !
Jawab :
Dik :
Tegangan = 6 volt
Hambatan = 40 Ohm
Dit : Arus = .... Ampere ?
Penyelesaian : I = V/R = 6/40 = 0,15 Ampere

19

E. Rangkaian Hambatan
Apa itu hambatan ?
Hambatan (resistor) adalah komponen dari rangkaian listrik yang berfungsi
menhambat arus listrik. Sebuah resistor mempunya dua terminal listrik yang
dirancang untuk menghambat arus dan menurunkan tegangan. Komponen listrik ini
banyak dipakai untuk sistem pengamanan komponen listrik agar tidak rusak karena
arus dan tegangan yang berlebih. Hambatan diukur dengan satuan Ohm (lambang
Ω). Hambatan dapat disusun atau dirangkai dengan 3 cara: seri, pararel dan
gabungan antara seri dan pararel. Masing-masing susunan punya karakteristik dan
ketentuan masing-masing.

Susunan Hambatan Seri
Berikut ilustrasi rangkaian hambatan seri :

Gambar 12. Rangkaian hambatan seri

Pada hambatan yang disusun seri berlaku rumus dan ketentuan sebagai berikut.
1. Hambatan pengganti pada rangkaian seri sama dengan jumlah dari setiap
hambatan yang ada pada rangkian tersebut. Berlaku rumus
Rs = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 + …. + Rn
2. Kuat arus yang melewati tiap-tiap hambatan adalah sama. Nilai hambatan tersebut
sama pula dengan nilai hambatan penggantinyal

I1 = I2 = I3 = I4 = … = Is
3. Tegangan pada hambatan pengganti sama dengan penjumlahan semua tegangan
pada tiap-tiap hambatannya.

Vs = V1 + V2 + V3 + V4 + … + Vn

20

4. Tegangan pada tiap-tiap hambatan sebanding dengan hambatannya. Jadi semakin
besar hambatan akan semakin besar pula tengangannya.

V1 : V2 : V3 : .. :Vn = R1 : R2 : R3 : …. : Rn
Manfaat Susunan Hambatan Seri
Hambatan disusun secara seri berguna untuk meperbesar hambatan serta membagi
tegangan. Dari pengamatan rumus di atas terlihat bahwa hambatan yang dirangkai
seri akan punya hambatan pengganti yang lebih besar dan akan memperkecil
tegangan.
Susunan Hambatan Pararel
Bagaimana bentuk susunan pararel hambatan bisa sobat amati dalam ilustrasi di
bawah ini.

Gambar 13. ilustrasi rangkaian hambatan pararel
Pada susunan pararel berlaku rumus dan ketentuuan
1. Hambatan pengganti pada susunan pararel dapat dihitung dengan persamaan

Sobat dapat memodifikasi rumus di atas sehingga bisa didapat alternatif rumus
cepat sebagai berikut:
– Jika dalam rangkaian susunan pararel hanya ada dua hambatan R1 dan R2 maka
total hambatan penggantinya dapat dihitung menggunakan rumus

21

– Jika dalam rangkaian terdapat n hambatan dengan nilai hambatan sama besar
maka total hambatan penggantinya adalah

2. Besarnya kuat arus yang melalui hambatan pengganti sama dengan jumlah
keseluruhan kuat arus pada setiap hambatannya.

3. Besarnya tegangan pada setiap hambatan adalah sama. Nilai tersebu sama pula

dengan tegangan pada hambatan penggantinya.

Vp = V1 = V2 = V3 = …. = V4

4. Kuat Arus yang melalui masing-masing hambatan berbanding terbalik dengan

besarnya hambatan tersebut.

Manfaat Susunan Hambatan Pararel
Rangkaian pararel dari hambatan-hambatan dimanfaatkan untuk memperkecil
hamatan karena hambatan pengganti nilainya akan lebih kecil dari nilai tiap
hambatan. Ia juga bermanfaat untuk membagi arus.

22

Susunan Hambatan Gabungan
Rangkaian gabungan adalah kombinasi dari rangkaian seri dan parallel.

Perhatikan Gambar dibawah ini :

Gambar 14. Tiga buah resistor yang dihubungkan secara paralel dan seri
Pada rangkaian tersebut terlihat bahwa tahanan R2 dan R3 disambung secara
paralel di antara titik b dan di titik c. Hambatan pengganti dari tahanan R2 dan R3
dapat diumpamakan sebagai tahanan RP (Rangkaian paralel), kemudian RP ini
dihubungkan secara seri dengan tahanan R1.

Gambar 15. Tahanan yang dihubungkan secara paralel diubah menjadi RP
Arus yang masuk pada rangkaian pada Gambar 1.8 akan melalui tahanan R1

dan RP, seperti halnya arus yang memasuki pada tahanan seri nilainya sama besar.
Jika kita lihat rangkaian pada Gambar 1.7, arus yang masuk akan melewati tahanan
R1 kemudian akan terbagi di titik b, sebagian arus mengalir melewati R2 dan
sebagiannya lagi melewati tahanan R3. Sedangkan arus pada titik c akan sama besar
dengan arus yang masuk pada rangkaian. Sesuai dengan Hukum pertama Kirchoff
yaitu “Jumlah arus yang masuk pada suatu titik cabang harus sama dengan jumlah

23

arus yang meninggalkannya”. Untuk tegangannya dapat dianalisis sesuai dengan
cara sambungannya. Sambungan secara seri memiliki jumlah seluruh tegangan tiap
tahanannya sama dengan tegangan sumber, sedangkan sambungan paralel tegangan
setiap tahanannya sama besar. Maka persamaan arusnya:
• I = I1 = IP
• I = I1 = I2 + I3

Tegangannya,
• V = Vab + Vbc
• Vbc = V2 =
Agar lebih paham, mengenai rangkaian listrik seri dan pararel, pelajarilah contoh
soal dibawah ini !

Contoh soal
Perhatika gambar dibawah ini !

Besar hambatal total yang mengalir pada rangkaian adalah . . .
Penyelesaian :
Pada gambar diatas, hambatan 3 Ohm dan 9 Ohm dirangkai secara seri dapat
dihitung sebagai berikut :

Kemudian hasil perhitungan hmabatan yang disusun seri tadi, diperhitungkan dengan
hambatan yang dirangkai pararel yaitu hambatan 12 Ohm, sehingga perhitungannya
sebagai berikut :

24

F. Energi Pada Rangkaian Listrik

Dalam kehidupan modern, listrik merupakan salah satu kebutuhan manusia.
Banyak peralatan listrik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari. Di daerah
yang belum terjangkau instalasi listrik pun telah memanfaatkan listrik. Misalnya,
berjalan pada malam hari menggunakan senterdan bersepada menggunakan
penerangan lampu dari dinamo sepada.

Peralatan yang kita gunakan seperti setrika, pemanas listrik, pengering
rambut, pemanggang roti dan bola lampu jika dialiri listrik akan mengubah energi
listrik menjadi energi bentuk lain, misalnya energi panas, atau cahaya pada lampu.
Karena setiap alat-alat listrik mempunyai hambatan, dan arus yang melewatinya
merupakan elektron yang bergerak dan kemudian akan bertumbukan dengan atom
pada hambatan kawat, maka hambatan kawat pada alat tersebut menjadi panas.

Besarnya energi (W) ketika muatan (elektron) mengalir dengan beda potensial (V)
adalah sebagai berikut :

Jika , maka :

(Dalam Satuan detik)
Keterangan :
W energi listrik (J)
V tegangan / beda potensial (V)
R hambatan (ohm)
t waktu (s)
Konversi Energi Listrik Menajdi Kalor
Alat alat listrik seperti setrika, kompor listrik dan elemen panas merupakan alata lat
yang memiliki prinsip kerja yang sama, yaitu mengubah energi listrik menjadi
energi kalor. sesuai dengan hukum kekekalan energi maka berlaku persamaan :

25

W=Q
I.R.I.t = m.c.(t2 – t1)
keterangan :
I = kuat arus listrik (A)
R = Hambatan (ohm)
t = waktu yang dibutuhkan (sekon)
m = massa (kg)
c = kalor jenis (J/ kg C)
T1 = suhu mula – mula (C)
T2 = suhu akhir (C)

G. DAYA LISTRIK
Energi yang diubah oleh peralatan listrik bila muatan q bergerak melintasi beda
potensial sebesar V adalah qV. Daya P merupakan kecepatan perubahan energi atau
energi persatuan waktu dan dirumuskan sebagai berikut :

Karena q/t = i, maka persamaan dapat ditulis

Satuan daya listrik dalam SI adalah watt (J/s)
1 watt = J/s
atau
1 watt sekon = 1 J
1 kilowatt jam -= 1000 watt x 3600 sekon
1 kWh = 3,6 x 10 6 watt sekon = 3,6 x 10 6 joule
Daya listrik pada hambatan R dapat dituliskan dalam dua cara

26

Untuk nilai R konstan, besarnya daya listrik sebanding dengan kuadrat kuat arus I
atau kuadrat tegangan V.Pada peralatan listrik selalu tercantum spesifikasi alat,
misalnya 50 W, 220 V yang artinya : “Daya listrik yang dipakai oleh alat tersebut 50
W jika dipasang pada tegangan 220 V”. jika tegangan yang diberikan kepada alat
tersebut kurang dari 220 V, daya yang dipakai alat tersebut juga akan berkurang dari
50 W. daya sesungguhnya yang dipergunakan oleh suatu alat akan memenuhi
persamaan :

Keterangan :
P2 = daya yang dipakai (watt, W)
P1 = daya yang tertulis pada spesifikasi (watt, W)
V2 = tegangan yang diberikan (volt, V)
V1 = tegangan yang tertulis pada spesifikasi (volt, V)
Dengan menganggap bahwa hambatan alat listrik R selalu konstan.
Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per
detik (J/s). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW).
Konversi antara satuan HP (Hourse Power/tenaga kuda) dan watt, dinyatakan
dengan formula sebagai berikut:
1 HP = 746 W = 0,746 kW
1kW = 1,34 HP
Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan
Hourse Power (HP)atau (ft)(lb)/(sec).

H. Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff 1 dan 2
Pada peralatan listrik, kita biasa menjumpai rangkaian listrik yang bercabang-
cabang. Untuk menghitung besarnya arus listrik yang mengalir pada setiap cabang
yang dihasilkan oleh sumber arus listrik.
Gustav Kirchhoff (1824-1887) mengemukakan dua aturan hukum yang dapat
digunakan untuk membantu perhitungan tersebut. Hukum Kirchoff 1 disebut hukum
titik cabang dan Hukum Kirchhoff 2 disebut hukum loop.

27

1. Hukum Kirchoff 1
Di pertengahan abad 19 Gustav Robert Kirchoff (1824 – 1887) menemukan cara
untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian di kenal
dengan Hukum Kirchoff.
Bunyi Hukum kirchoff 1:
“Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah
kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.
Rumus Hukum Kirchoff 1:
Bunyi hukum Kirchoff 1 di atas, Yang kemudian di kenal sebagai hukum
Kirchoff I. Secara matematis dinyatakan :

Bila digambarkan dalam bentuk rangkaian bercabang maka akan diperoleh
sebagai berikut:

Gambar 16. Ilustrasi Kirchoff 1
Sumber gambar : https://muh-amin.com/rangkaian-listrik-dc-seri-paralel-dan-

hukum-kirchoff/

2. Hukum Kirchoff 2
Hukum Kirchoff secara keseluruhan ada 2, setelah yang diatas dijelaskan tentang
hukum beliau yang ke 1. Hukum Kirchoff 2 dipakai untuk menentukan kuat arus
yang mengalir pada rangkaian bercabang dalam keadaan tertutup (saklar dalam
keadaan tertutup).
Perhatikan gambar berikut!

28

Gambar 17. Ilustrasi Kirchoff 2
Sumber gambar : http://tav53.blogspot.com/2015/05/pengertian-dan-bunyi-hukum-

kirchhoff.html

Bunyi Hukum Kirchoff 2:
"Dalam rangkaian tertutup, Jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan
potensial sama dengan nol".
Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi
listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik
bisa digunakan atau diserap.
Untuk lebih jelasnya, pelajarilah contoh soal berikut ini !
Perhatikan gambar dibawah ini !

Besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah ?
Penyelesaian : Pada penyelesaian soal ini, arah arus dipilih searah dengan arah
putaran jarum jam.
-20 – 5I -5I – 12 – 10I = 0
-32 – 20I = 0
-32 = 20I
I = -32 / 20
I = -1,6 Ampere
Karena kuat arus listrik bertanda negatif maka arah arus listrik sebenarnya

29

berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Arah arus listrik tidak sesuai dengan
perkiraan awal yakni searah dengan arah putaran jarum jam.

I. Penerapan Arus Listrik Searah dalam Kehidupan Sehari hari
Arus listrik searah banyak digunakan dalam kehidupan sehari hari, dari mulai

mainan anak anak, senter, mobil,handphone dan masih banyak lagi peralatan lainnya
yang menggunakan arus searah. Arus searah memiliki kelebihan salah satunya dapat
dibawa kemana mana, sehingga yang memanfaatkan sumber arus searah ini dalam
kehidupan sehari hari. Salah satu contoh dari sumber listrik arus searah adalah baterai
kering dan akumulator.

Baterai kering dikatakan arus searah karena arus listrik mengalir terus menerus
dari kutub positif ke kutub negatif. Kutub positif dari setiap baterai dibuat dengan
menggunakan batang granit yang berbentuk silinder yang dipasang pada posisi tepat di
tengah-tengah baterai. Sedangkan bagian yang menonjol keluar ditutup dengan lapisan
kuningan yang merupakan bahan penghantar listrik. Kemudian pada kutub negatifnya
merupakan tabung seng yang dibuat menurut bentuk dari baterai yang
bersangkutan. Zat perantara antara kutub positif dengan kutub negatif tersebut
merupakan bahan elektrolit. Bahan elektrolit dari baterai kering adalah bubuk salmiak
yang mampu mengalirkan arus listrik. Kemudian untuk depolarisator dipakai batu
kawi yang berfungsi menyerap zat cair yang timbul pada kutub positif setelah terjadi
proses kimia. Batu ini dimasukkan dalam sebuah kantong yang mengelilingi batang
arang tersebut.

Gambar 18. Bermacam Batu Baterai
Sumber gambar : https://voi.id/teknologi/35123/selama-ini-jadi-limbah-baterai-bekas-

ternyata-bisa-jadi-makanan-buat-tanaman
30

Sumber arus searah yang lainnya adalah akumulator atau yang lebih dikenal
dengan aki. Sumber listrik dari benda ini banyak sekali dipakai dalam kehidupan sehari-
hari. Misalnya saja untuk sumber listrik pada sepeda, motor, mobil, atau barang-barang
elektronika lainnya yang kebetulan pada daerah di mana belum ada arus listrik
dari PLN yang masuk. Akumulator atau aki yang banyak digunakan sebagai sumber
listrik DC tersebut sebagai bahan pembangkit arus listriknya atau elektrolitnya adalah
menggunakan asam belerang cair atau asam sulfat (H2SO4). Bahan-bahan yang berada
dalam aki itu akan menghasilkan tegangan antara terminal-terminal karena adanya
proses kimia dari pelat-pelat dan asam belerang yang terdapat di dalamnya.

Gambar 19. Contoh Akumulator
Sumber gambar : https://voi.id/teknologi/35123/selama-ini-jadi-limbah-baterai-bekas-

ternyata-bisa-jadi-makanan-buat-tanaman

31

Latihan Soal !
1. zat yang dapat menghantarkan arus listrik baik berupa zat padat,cair atau gas di sebut
A.konduktif B.konduktor C.isolator D.insulator E. Semi konduktor
2. Jika voltmeter AC menunjukkan angka 80 dan batas ukur maksimum voltmeter
adalah 300 volt maka tegangan hambatan R1 pada saat pengukuran sebesar....

A. 100 volt
B. 150 volt
C. 200 volt
D. 250 volt
E. 300 volt
(Sumber soal : Fisikastudycenter.com-Modifikasi EBTANAS 1989)

3. Perhatikan gambar dibawah ini !
Perhatikan gambar susunan hambatan di bawah ini!

Besar kuat arus melalui R1 adalah…
A. 2,0 A
B. 2,5 A
C. 4,0 A
D. 4,5 A
E. 5,0 A
(Soal UN 2011/2012 C61 No.34)

3. Perhatikan gambar rangkaian tertutup dibawah ini !

32

Apabila R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 6Ω, maka kuat arus yang mengalir pada
rangkaian adalah…
A. 1,2 A
B. 1,0 A
C. 0,6 A
D. 0,5 A
E. 0,2 A

(Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.30)
4. Sepotong kawat yang memiliki panjang 2,5 m, dan jari jari 0,65 mm memounyai

hambatan 2 Ω. Jika panjang dan jari jari diubah menjadi 2 kali semula, maka
hambatanya menjadi . . .
A. 1 Ω
B. 2 Ω
C. 3 Ω
D. 4 Ω
E. 5 Ω
5. Kompor listrik yang bertuliskan 500 W, 220 V digunakan untuk memanaskan
300 gram air dari 10°C sampai 90°C. Jika kalor jenis air = 1 kal/gr°C, maka
berapa lama waktu yang diperlukan?
A. 3,36 menit
B. 4,36 menit
C. 2,38 menit
D. 3,38 menit
E. 1,38 menit
6. Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas penampangnya 1 mm2,
mempunyai hambatan jenis 10-7 ohmmeter. Jika antara ujungujung kawat
dipasang beda potensial 60 volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat!
A. 35 Ampere
B. 30 Ampere

33

C. 25 Ampere
D. 20 Ampere
E. 15 Ampere
7. Sebuah Voltmeter mempunyai hambatan dalam 3 kΩ, dapat mengukur

tegangan maksimal 5 Volt. Jika ingin memperbesar batas ukur Voltmeter
menjadi 100 Volt, tentukan hambatan muka yang harus dipasang secara seri
pada voltmeter
A. 57000 Ohm
B. 57500 Ohm
C. 56000 Ohm
D. 67000 Ohm
E. 75000 Ohm
8. Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb
dalam waktu 1 menit, kita dapat menentukan kuat arus listrik yang melintasi
kawat penghantar tersebut adalah
A. 6 A
B. 8 A
C. 7 A
D. 9 A
E. 5 A
.10. Sebuah lampu memiliki spesifikasi 100 watt, 220 Volt.

daya lampu tersebut jika di pasang pada tegangan 110 volt adalah . . . .
A. 20 Watt
B. 25 Watt
C. 30 Watt
D. 35 Watt
E. 15 Watt

34

Essai
Kerjakan soal soal latihan dibawah ini dibuku latihan anda dengan Antusias !

1. Perhatikan gambar dibawah ini !

Beda potensial pada ujung ujung penghantar 20 Ohm adalah . .
2. Perhatikan gambar dibawah ini !

Kuat arus yang mengalir melalui rangkaian listrik (I) adalah ….
3. Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial
antara ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut!
4. Kita ingin memanaskan air samapai mendidih pada 100oC dengan kawat
pemanas yang dihubungkan pada tegangan 220 V. Jika satu lliter air yang
bersuhu 30oC hanya memerlukan waktu 10 menit dan 50% energi diserap
oleh air , berapa besar hambatan kawat yang diperlukan ? (kalor jenis air
=4200 J/kgoC

35

DAFTAR PUSTAKA
Giancoli.2001. Fisika Jilid 2. Jakarta:Erlngga.
Gunawati, Dewi dkk.2008.Pembelajaran Ilmu Pengetahuan Alam Terpadu dan

Konstektual.Jakarta:Pusat Perbukuan Departemen: Pendidikan Nasional
Halliday dan Resnick.1996. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.
Soedojo,Peter, B.Sc.2004. Fisika Dasar. Yogyakarta : Andi
Wariyono, Sukis dan Yani Muharomah.2008.Ilmu Pengetahuan Alam.Jakarta:Pusat

Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

36