Fisika

Materi Fisika Kelas IX

Listrik Statis

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menggunakan alat-alat listrik, seperti radio, TV, dll, alat tersebut akan bekerja jika ada arus listrik yang mengalir. Arus listrik mengalir karena adanya perpindahan muatan listrik. Muatan listrik berkaitan langsung dengan susunan zat suatu benda. Dimana benda tersebut tersusun atas partikel-partikel yang kecil yang disebutATOM. Atom terdiri atas inti atom (nukleus) dan elektron. Inti atom terdiri atas PROTON dan NEUTRON
Atom bermuatan positif jika jumlah elektronnya lebih sedikit dari jumlah protonnya, sedangkan atom bermuatan negatif jika jumlah elektronnya lebih banyak dari jumlah protonnya

Interaksi benda-benda bermuatan listrik
"Ketika penggaris plastik atau ebonit digosokkan dengan kain wol maka penggaris plastik atau ebonit akan bermuatan negatif, hal ini dikarenakan elektron berpindah dari kain wol ke plastik atau ebonit"

"Ketika batang kaca digosokkan dengan kain sutera maka batang kaca akan bermuatan positif, hal ini di karenakan elektron dari batang kaca pindah ke kain sutera"

Jika dua buah benda bermuatan sejenis di dekatkan maka interaksi yang terjadi adalah TOLAK-MENOLAK
Jika dua buah benda bermuatan tidak sejenis di dekatkan maka interaksi yang terjadi adalah TARIK-MENARIK

Arus listrik mengalir pada bahan konduktor yaitu : bahan yang mudah mengahantar arus listrik contohnya : perak, tembaga, dan alumunium, sedangakan yang tidak mudah menghantar arus listrik disebut isolator, contohnya : karet, plastik, PVC

Hukum Coulomb
"Gaya listrik ( gaya tarik-menarik atau tolak-menolak ) antara dua buah muatan listrik sebanding dengan besar muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan listrik"
Dari pernyataan tersebut dapat di rumuskan sbb:

dengan :
F = gaya coulomb (Newton)

Q1, Q2 = besar muatan masing-masing benda (Coulomb)

r = jarak antara 2 muatan (meter)



Contoh soal:
Berapa gaya coulomb yang timbul antara muatan +2 C, dan +4 C yang terpisah pada jarak 20 cm?

 

 

 

 

 

Medan Listrik 

Medan listrik digambarkan sebagai garis gaya listrik yang berupa anak-anak panah, seperti pada gambar

Kuat medan listrik adalah besaran vektor, dimana kuat medan listrik dirumuskan sebagai berikut:

  

dengan : 

E = kuat medan listrik (N/C)

F = gaya coulomb (N)

q = muatan listrik (C) 

Elektroskop

Elektroskop adalah alat untuk menguji benda bermuatan listrik, secara umum elektroskop terdiri atas kepala elektroskop berupa tutup logam dan daun elektroskop berupa kertas emas atau alumunium yang sangat tipis.

gambar elektroskop

dimana:

a = daun elektroskop, c = tabung elektroskop,  b = batang logam, d = kepala elektroskop

Cara kerja elektroskop:

1. Awal mula kepala elektroskop bermuatan netral (muatan positip = muatan negatip)
2. Apabila sebuah benda bermuatan negatif didekatkan ke kepala elektroskop maka elektron pada kepala elektroskop berpindah ke benda sehingga kepala elektroskop bermuatan positif dan daun elektroskop bermuatan negatif sehingga terjadi gaya tolak menolak dan daun elektroskop membuka/mekar. begitu juga sebaliknya.

Manfaat listrik statis  

Manfaat dari listrik statis antara lain:

1. Cat semprot

2. Mesin fotokopi

3. Printer laser

4. Penggumpal Asap

Alat ini berfungsi membersihkan partikel-partikel abu hasil pembakaran gas sehingga mengurangi pencemaran udara 

5. Generator Van de Graaff

Alat ini berfungsi menghasilkan muatan listrik yang besar

       

Generator Van de Graaff

Diagram Van de Graaff

Bahaya listrik statis 

Selain bermanfaat , listrik juga berbahaya bagi kehidupan manusia. Bahaya listrik statis antara lain sebagai berikut:

1. Petir

Petir disebabkan awan besar yang bermuatan listrik negatif sangat kuat. Apabila awan kelebihan elektron berada diatas sebuah gedung maka gedung terinduksi menjadi bermuatan positif. Untuk menghindari gedung tersambar petir maka gedung dilengkapi dengan penangkal petir. Prinsip kerja penangkal petir memanfaatkan sifat-sifat muatan listrik yang terkumpul pada bagian yang lancip. Penangkal petir melindungi petir sambaran petir melalui 2 cara berikut:

1. Loncatan elektron dari awan mengalir melalui penangkal petir dan masuk ke dalam tanah
2. Jika molekul-molekul udara bermuatan listrik positif berkumpul disekitar ujung runcing penangkal petir mengalir ke luar, maka muatan listrik (negatif)terinduksi pada atap berkurang . Sebagian mautan negatif pada awan menjadi netral

2. Percikan api

Listrik Dinamis  

Arus listrik

Pada listrik statis diketahui bahwa aliran muatan positif berasal dari potensial tinggi menuju tempat yang potensial rendah. Muatan listrik dapat berpindah apabila terdapat beda potensial sehingga arus listrik tetap mengalir.

Rangkaian tertutup

Kuat arus listrik

Besarnya kuat arus listrik (I) di defenisikan sebagai muatan listrik (q) yang mengalir melalui kawat   konduktor tiap detik (t). Hubungan antara  I, q, dan t adalah sebagai berikut:

dimana:

i = kuat arus listrik (ampere)

q = muatan listrik (coulomb)

t = selang waktu (detik)

Contoh soal:

Muatan listrik sebesar 100 C mengalir selama 20 detik dalam suatu kawat penghantar. Maka besarnya kuat arus listrik yang mengalir dalam kawat tersebut adalah......

 

 

 

 

 

Hukum ohm

" Sebuah kawat penghantar mempunyai hambatan 1 ohm apabila beda potensial 1 volt pada ujung-ujung penghantar itu menghasilkan kuat arus listrik sebesar 1 ampere"

 dirumuskan sebagai berikut:

Persamaan hukum Ohm

dimana:

I = kuat arus (ampere, A)

V = tegangan listrik (volt, V)

R = hambatan (ohm)

Sumber Tegangan Listrik

Gaya gerak listrik (GGL)
Untuk memahami GGL perhatikan ilustrasi berikut:
Sebuah rangkaian listrik terdiri dari : sumber tegangan, beban, volt meter, dan saklar, seperti gambar  berikut:

Rangkaian terbuka

Berdasarkan gambar tersebut diatas, maka arus (I) tidak mengalir sehingga apabila voltmeter dipasang paralel dengan sumber tegangan, maka nilai yang terbaca pada voltmeter disebut Gaya Gerak Listrik

Rangkaian tertutup

 Berdasarkan gambar tersebut diatas (rangkaian tertutup), maka arus (I) mengalir sehingga apabila voltmeter dipasang paralel dengan sumber tegangan, maka nilai yang terbaca pada voltmeter disebut Tegangan Jepit

Elemen Listrik Primer  
Elemen listrik primer adalah : sumber tegangan listrik yang tidak dapat diisi kembali bila muatan listriknya telah habis.  
Hal ini disebabkan oleh reaksi kimia yang terjadi dalam elemen tersebut.
Macam-macam elemen primer:

1. Elemen Volta
2. Elemen Leclanche
3. Elemen Daniell
4. Elemen Kering (Batu baterai) 

Baterai dan bagian-bagiannya

Elemen Daniell

Elemen Leclanche

  







  

Elemen sekunder
Elemen sekunder merupakan sumber tegangan listrik yang dapat diisi ulang bila muatan listriknya habis.
Macam-macam elemen sekunder:

1. Aki (akumulator)
2. Baterai isi ulang ( baterai nikel-kadmium, baterai nikel-metal hidrat, batrerai lithium-ion)

aki

baterai Ni-Cd

baterai Ni-MH

baterai Li-ion

Energi dan Daya Listrik

1. Energi listrik
Faktor-faktor yang mempengaruhi energi listrik:
1. Tegangan listrik
2. Kuat arus listrik
3. Waktu pemakaian alat listrik
Secara matemtis dirumuskan :
  
dengan:
W = energi listrik (Joule)
 V = tegangan listrik (Volt)
 i = kuat arus (Ampere)
 t = selang waktu (Detik)
Energi listik dapat di tulis juga:  
  
atau 
  
Dengan:  
W = energi listrik (Joule)
V = tegangan listrik (Volt)
i = kuat arus listrik (Ampere)
R = hambatan listrik (Ohm)
t = selang waktu  (Detik)   
2. Daya listrik 
Daya listrik didefenisikan : besarnya energi listrik yang dihasilkan setiap detik. Secara matematis ditulis sebagai berikut: 
   
Biaya pemakaian listrik  
Sebagai pengguna jasa listrik PLN setiap bulannya kita dikenakan biaya listrik.Energi listrik yang digunakan untuk keperluan rumah diukur dengan kilowatt hour meter, disingkat kWh. Satu kilowatt jam (1 kwH ) adalah jumlah energi listrik yang digunakan oleh suatu alat listrik yang memiliki daya 1 kilowatt selama 1 jam. Ongkos listrik setiap kwhnya ditentukan PLN.
Contoh:
Sebuah rumah memakai 4 lampu 20 watt, 2 lampu 60 watt, dan 1 buah tv 60 watt, setiap hari dinyalakan rata-rata 8 jam. Jika harga energi listrik setiap kwhnya Rp.555,30, berapakah biaya yang harus dibayarkan selama 1 bulan ( 30 hari )?
Penyelsaian:
Daya total alat-alat listik yang terpakai:
P = (4 x 20 w) + (2 x 60 w) + (1 x 60 w)
P = 260 watt
P = 0,26 kilowatt 
Energi listrik yang terpakai selama 1 bulan (30 hari):
W = P x t
W = 0,26 kw x 8 x 30
W = 62,4 kwh
Biaya listrik yang terpakai atau dibayar adalah = 62,4 x Rp.555,30 = 34.650,72

gambar kwh meter

  
3. Perubahan bentuk energi
A. Energi listrik menjadi energi kalor
contohnya:

Setrika listrik

Kompor listrik

Energi listrikdiubah oleh elemen pemanas menjadi energi kalor Q untuk menaikkan suhu air. Persamaan energi kalor adalah:
P = Q

 



B. Energi lstrik menjadi energi cahaya
Contohnya:

Lampu pijar

C. Energi listrik menjadi  energi gerak 
Contohnya:

Kipas angin

  











Penghematan listrik
Cara penghematan energi listrik adalah:  
1. Penggunaan lampu 
2. Penggunaan pemanas air
3. Penggunaan lemari es
4. Penggunaan mesin cuci
5. Penggunaan setrika listrik
6. Penggunaan televisi, radio, tape recorder
7. Penggunaan kipas angin
8. Penggunaan pengatur suhu udara 

Kemagnetan

Cara membuat magnet
Ada 3 cara membuat magnet yaitu: menggosok, induksi, dan elektromagnetik, untuk jelasnya silahkan lihat dipostingan berjudulKEMAGNETAN
Sifat kemagnetan dapat dihilangkan dengan cara:
1. Dipukul dengan palu
2. Dipanaskan atau dibakar
3. Dialiri arus listrik bolak-balik
Medan gaya magnet  
Medan gaya magnet adalah : Daerah disekitar magnet yang masih dipengaruhi gaya tarik magnet

Pola garis gaya magnet

Arah garis gaya magnet

   



Dari kedua gambar tersebut diatas terlihat bahwa garis gaya magnet keluar dari kutub UTARA magnet masuk atau menuju ke kutub SELATAN magnet.
  
Bumi sebagai magnet
Sebuah magnet jarum kompas dalam keadaan bebas tanpa pengaruh gaya lain akan selalu menunjukkan kearah utara dan selatan bumi. Kutub utara jarum kompas ditarik oleh kutub selatan magnet bumi sedangkan kutub selatan jarum kompas ditarik oleh kutub utara magnet bumi.

Deklinasi adalah: penyimpangan arah jarum kompas dengan arah utara-selatan bumi
Inklinasi adalah : penyimpangan arah jarum kompas dengan bidang horizontal bumi 

Medan magnet disekitar arus listrik
A. Percobaan Oersted
1. Disekitar kawat penghantar yang dialiri arus listrik timbul medan magnet
2. Arah medan magnet ditentukan oleh arah arus listrik yang mengalir dalam kawat penghantar

Percobaan Oersted

B. Arah garis gaya magnet disekitar kawat berarus listrik

Arah garis gaya magnet di sekitar kawat berarus listrik dapat ditentukan dengan KAIDAH TANGAN KANAN.

Kaidah tangan kanan

Dari gambar diatas maka ibu jari menunjukkan arah kuat arus (I), sedangkan ke empat jari lainnya menunjukkan arah garis gaya magnet 

C. Elektrmagnet

Jika ke dalam kumparan dimasukkan inti besi maka medan magnet yang ditimbulkan menjadi jauh lebih besar. Untuk memperbesar medan magnet pada sebuah elektromagnet dilakukan dengan bebrapa cara:
1. memperbanyak jumlah lilitan
2. memperbesar kuat arus
Beberapa alat yang prinsip kerjanya berdasarkan elektromagnet :
1. Bel listrik

bel listrik

2. Relai

relay

3. pesawat telepon 

pesawat telepon

  



Gaya magnet penghantar berarus listrik di dalam medan magnet 
Suatu penghantar berarus listrik yang berada dalam medan magnet akan mengalami gaya yang disebut GAYA LORENTZ.
Untuk menentukan arah gaya yang dialami penghantar berarus listrik di dalam medan magnet adalah dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

kaidah tangan kanan untuk gaya Lorentz

Dari gambar diatas:
"Ibu jari menunjukkan arah arus listrik (I), keempat jari yang dirapatkan menunjukkan arah medan magnet (B), maka terbukanya telapak tangan dan tegak lurus terhadap B dan I menunjukkan gaya (F)"  
Besarnya gaya Lorentz di tentukan oleh beberapa faktor:
1. Besarnya kuat arus listrik (I)
2. Besarnya kuat medan magnet (B)
3. Panjang kawat penghantar (l)
Secara matematis dapat di tulis:

F =  B . I . l 
Dengan:
F = gaya Lorentz (Newton)
B = kuat medan magnet (Tesla)
I =  kuat arus listrik (Ampere)
l = panjang kawat (meter)
Contoh alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz:
1. Motor listrik

prinsip kerja motor listrik

2. Alat ukur listrik

voltmeter

  

Sumber : http://elektrosains-jeremyferdinand.blogspot.com/2012/04/materi-fisika-kelas-ix.html