Materi Listrik Dinamis Kelas 12: Rumus dan Contoh Soal

Ilustrasi materi listrik dinamis kelas 12. Foto: Pixabay

Daftar isi

Materi listrik dinamis kelas 12 pelajaran fisika akan membahas tentang kuat arus, beda potensial, hukum Ohm, hambatan listrik, dan rangkaian listrik. Listrik dinamis adalah listrik yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari, seperti lampu, lemari pendingin, dan charger.

Dikatakan listrik dinamis karena muatannya bergerak yang menyebabkan munculnya arus listrik. Lebih lengkap tentang materi listrik dinamis kelas 12, simak artikel ini hingga habis.

Materi Listrik Dinamis Kelas 12

Ilustrasi materi listrik dinamis kelas 12. Foto: unsplash

Merangkum Modul Pembelajaran SMA Fisika kelas XII terbitan Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan pada 2020, berikut ini uraian lengkap materi listrik dinamis kelas 12 serta contoh soalnya.

1. Kuat Arus Listrik

Arus listrik adalah aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor yang bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari kutub positif ke kutub negatif, dan dari anoda ke katoda. Arah arus listrik berlawanan dengan arus elektron.

Kemudian, muatan listrik dapat berpindah jika terdapat beda potensial yang dihasilkan sumber listrik, misalnya akumulator dan baterai.

Sementara itu, kuat arus listrik yang mengalir pada kawat adalah jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Sehingga, kuat arus listrik bisa didefinisikan dengan rumus berikut:

I = Q/∆t

Di mana,

I = kuat arus listrik (A)
∆t = selang waktu (s)
Q = muatan listrik (C)

Perhatikan contoh soal di bawah ini untuk menambah pemahaman tentang materi kuat arus listrik!

Contoh Soal

Selama 5 detik, muatan listrik sebanyak 20 Coulomb dapat mengalir melalui kawat. Berapa kuat arus listrik tersebut?

Diketahui:

∆t = 5 s
Q = 20 C

Ditanya: I = ?

Jawab:

I = Q/∆t

= 20 / 5

= 4

Jadi, kuat arus listrik tersebut adalah 4 A.

2. Beda Potensial

Potensial listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan yang ada pada sebuah benda. Sebuah benda dikatakan memiliki potensial listrik lebih tinggi dari benda lain, apabila jumlah muatan positif benda tersebut lebih banyak dibandingkan jumlah muatan positif benda lain.

Sementara itu, beda potensial (tegangan) muncul saat dua benda memiliki potensial listrik yang berbeda dan dihubungkan dengan sebuah penghantar. Beda potensial berfungsi mengalirkan muatan dari sebuah titik ke titik lainnya.

Satuan beda potensial adalah volt (V) dan alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik adalah voltmeter. Berikut ini rumus untuk menghitung beda potensial:

V = W / Q

Di mana,

V = beda potensial (V)
W = usaha atau energi (J)
Q = muatan listrik (C)

Sekarang, perhatikan contoh soal di bawah ini untuk menambah pemahaman tentang beda potensial.

Contoh Soal

Untuk memindahkan muatan 4 Coulomb dari titik A ke B diperlukan usaha sebesar 10 Joule. Tentukan beda potensial antara titik A dan B!

Diketahui:

Q = 4 C
W = 10 J

Ditanya: V = ?

Jawab:

V = W / Q

= 10 / 4

= 2,5 volt

Jadi, beda potensial antara titik A dan B adalah 2,5 volt.

3. Hukum Ohm

Hukum Ohm dikemukakan Georg Simon Ohm pada 1826, bahwa: "Pada suhu tetap, kuat arus yang mengalir pada sebuah penghantar listrik (I) sebanding dengan tegangannya (V). Hubungan inilah yang disebut hukum Ohm."

Perbandingan antara beda potensial (V) dan kuat arus listrik (I) tersebut dinamakan hambatan listrik (R). Perbandingan antara tegangan listrik dan kuat arus listrik dapat dituliskan dalam rumus hukum Ohm di bawah ini:

R = V / I

Dimana,

R = hambatan listrik (Ohm)
V = beda potensial atau tegangan listrik (V)
I = kuat arus listrik (A)

Berikut ini contoh soal tentang hukum Ohm untuk menambah pemahaman peserta didik.

Contoh Soal

Diketahui kuat arus sebesar 0,5 Ampere mengalir pada sebuah penghantar yang memiliki beda potensial 6 Volt. Berapa hambatan listrik penghantar tersebut?

Diketahui:

V = 6 V
I = 0,5 A

Ditanya: R = ?

Jawab:

R = V / R

= 6 / 0,5

= 12 Ohm

4. Hambatan Listrik

Listrik yang mengalir tak selalu lancar, tentunya ada hambatan yang mempengaruhinya. Hambatan listrik bisa berupa jenis bahan, panjang, dan luas penampang kawat atau bahan yang digunakan untuk mengalirkan listrik.

R = 𝜌 (l /A)

Di mana,

R = hambatan kawat (Ohm)
𝜌 = hambatan jenis (Ohm meter)
l = panjang kawat (m)
A = luas penampang (m^2)

Sekarang, simak contoh soal di bawah ini untuk menambah pemahaman tentang hambatan listrik.

Contoh Soal

Diketahui sebuah kawat penghantar memiliki panjang 100 meter, luas penampang, 2,4 mm^2, dan hambatan jenisnya sebesar 17 x 10^-7 Ohm meter. Tentukan besar hambatan kawatnya!

Diketahui:

l = 100 m
A = 2,5 mm^2 = 25 x 10^-7 m^2
𝜌 = 17 x 10^7 Ohm meter

Ditanyakan: R = ?

Jawab:

R = 𝜌 (l /A)

= (17 x 10^-7) x (100 / (25 x 10^7))

= 68 Ohm

Jadi, besarnya hambatan kawat tersebut adalah 68 Ohm.

5. Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik dibedakan menjadi rangkaian listrik dengan hambatan seri dan rangkaian listrik dengan hambatan paralel.

Pada rangkaian listrik dengan hambatan seri, kuat arus total sama dengan kuat arus yang ada di hambatan 1, 2, dan lainnya. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

Itot = I1 = I2 = I...

Sementara itu, tegangan yang mengalir di hambatan 1 dan lainnya tak sama, sehingga bisa ditulis sebagai berikut:

Vtot = V1 + V2 + V...

Begitu pula dengan hambatan totalnya tak sama dengan hambatan lain yang ada pada sebuah rangkaian.

Rtot = R1 + R2 + R...

Berbeda dengan rangkaian listrik paralel, jumlah total kuat arus total tak sama dengan kuat arus yang ada di hambatan 1, 2, dan lainnya. Namun, jumlah tegangan totalnya sama. Dapat ditulis sebagai berikut:

Itot = I1 + I2 + I...

Vtot = V1 = V2 = V...

Sehingga, untuk mencari hambatan pada rangkaian listrik paralel bisa menggunakan rumus di bawah:

1/R = 1/R1 + 1/R2 +...

(NSF)