Bahan Ajar_Materi Listrik Arus Searah_EDO ANUGRAH_06111282328024.pdf

Pada bahan ajar ini akan dibahas konsep listrik arus searah dan asesmen penilaian peserta didik.

1. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 1


Konsep Dasar Arus Listrik dan Listrik Arus Searah (DC)
Dalam kajian listrik statis, dibahas mengenai partikel yang memiliki muatan
listrik di dalam atom, yaitu proton dan elektron. Elektron merupakan partikel yang
membawa muatan listrik negatif. yang dapat digunakan untuk menjelaskan
terjadinya arus listrik serta proton yang membawa muatan positif. Arus listrik
adalah aliran muatan listrik atau muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu
(Giancoli, 2008). Muatan itu sendiri merupakan bagian terkecil dari atom atau sub-
bagian dari atom. Agar dapat bergerak, muatan memerlukan pengaruh energi
eksternal. Selama muatan terus bergerak, arus listrik akan tetap ada, namun jika
muatan berhenti, arus pun akan menghilang. Arus listrik selalu mengalir dari daerah
berpotensial tinggi ke potensial rendah, yang berlawanan arah dengan pergerakan
elektron.

Gambar 1. Penghantar yang menghubungkan dua benda berbeda potensial
Listrik arus searah (DC) merupakan aliran muatan listrik yang bergerak
secara tetap dalam satu arah, yakni dari kutub negatif ke kutub positif. Sumber
utama arus ini meliputi baterai, panel surya, dan sel bahan bakar, yang menyediakan
tegangan stabil tanpa perubahan arah. Listrik dinamis adalah cabang ilmu yang
mempelajari aliran listrik. Pada energi listrik Statis, muatan listrik yang telah
dipelajari biasanya tidak mengalir sama sekali. atau jika terdapat aliran, maka aliran
itu terjadi dengan sangat cepat dan sangat sedikit. sehingga tidak dapat diukur
dengan alat pengukur arus (Ni Putu Trisna Sulistyan, 2022).

BAHAN AJAR

2. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 2

Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik
melalui suatu penghantar (Giancoli, 2008). Kuat arus listrik dapat dipengaruhi oleh
beberapa faktor meliputi tegangan listrik, hambatan dalam rangkaian, dan
karakteristik penghantar yang digunakan. Satuan dari kuat arus listrik adalah
Ampere (A) yang diambil dari nama seorang ilmuwan Perancis yaitu Andrey Marie
Ampere (1775 – 1836) yang berarti 1 ??????=1 ??????/�. Kuat arus listrik yang mengalir
melalui kawat didefinisikan sebagai total muatan yang melintasi suatu titik dalam
selang waktu tertentu. Dengan demikian, arus listrik ?????? dapat dirumuskan:

Gambar 2. Muatan listrik q melalui penampang penghantar A tiap satuan waktu

??????=
�
∆�


Dengan,
??????: kuat arus listrik (??????)
�: muatan listrik (??????)
∆�: selang waktu (�)

Hambatan
Resistivitas suatu material didefinisikan sebagai perbandingan antara kuat
medan listrik dan kerapatan arus (David Halliday & Robert Resnick, 1989). Dalam
Sistem Satuan Internasional (SI), resistivitas dinyatakan dalam satuan ohm meter
(Ωm). Material dengan resistivitas rendah merupakan konduktor yang baik,
sedangkan material dengan resistivitas tinggi berfungsi sebagai isolator yang baik.

3. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 3

Secara umum, resistivitas cenderung meningkat seiring dengan kenaikan suhu.
Nilai resistivitas untuk beberapa jenis bahan dapat ditemukan pada Tabel 1.1.

Tabel 1.1. Hambatan jenis dan koefsien suhu bahan pada suhu kamar (20°)
Bahan ??????(????????????) ??????(??????/??????)
Aluminium 2,8×10
−8
3,9×10
−3

Besi 10×10
−8
5,0×10
−3

Belerang 1×10
15
-
Kaca 10
10
−10
14
-
Kayu 10
8
−10
14
-
Karet 10
13
−10
16
-
Karbon 3,5×10
3
−0,5×10
−3

Perak 1,6×10
−8
3,8×10
−3

Tembaga 1,7×10
−7
3,9×10
−3

Timah 22×10
−8
4,3×10
−3


Resistansi suatu bahan akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Hal
ini terjadi karena meningkatnya temperatur menyebabkan elektron bergerak lebih
aktif, sehingga frekuensi tumbukan antar partikel bertambah dan menghambat
aliran arus listrik. Komponen dalam rangkaian listrik yang memiliki nilai hambatan
spesifik antara ujung-ujungnya disebut resistor. Nilai hambatan suatu resistor
biasanya ditunjukkan oleh kode warna berupa cincin-cincin pada badan resistor.
Secara umum, sebuah resistor memiliki empat cincin warna untuk menunjukkan
nilai resistansinya.


Gambar 3. Representasi gambar hambatan atau resistor

4. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 4

Hambatan suatu kawat penghantar dapat diukur langsung menggunakan
ohmmeter. Sementara itu, alat yang dapat digunakan untuk mengukur hambatan
(�), beda potensial (�), dan kuat arus (??????) disebut multimeter. Multimeter merupakan
kombinasi dari voltmeter, ammeter, dan ohmmeter dalam satu perangkat. Dengan
memutar saklar selektor, alat ini dapat digunakan sebagai ammeter, voltmeter, atau
ohmmeter sesuai kebutuhan.
Resistansi suatu penghantar berperan dalam mengatur besar arus listrik yang
mengalir dalam suatu rangkaian. Dalam perangkat elektronik seperti radio dan
televisi, resistansi digunakan untuk menjaga arus dan tegangan tetap pada nilai
tertentu, sehingga komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan optimal. Jika
panjang kawat penghantar dinyatakan dengan l dan luas penampangnya dengan A,
maka hubungan antara resistansi, panjang, dan luas penampang penghantar dapat
dinyatakan sebagai berikut:
�=??????
�
??????


Hambatan suatu kawat penghantar memiliki karakteristik sebagai berikut:
1) Sebanding dengan panjang kawat penghantar (�) – Semakin panjang kawat,
semakin besar hambatannya.
2) Berbanding terbalik dengan luas penampang kawat penghantar (??????) –
Semakin besar luas penampang kawat, semakin kecil hambatannya.
3) Bergantung pada jenis bahan penghantar (??????) – Setiap material memiliki
resistivitas (??????) yang berbeda, yang menentukan seberapa besar hambatan
kawat tersebut.

Hukum Ohm
George Simon Ohm (1789–1854) merumuskan hubungan antara kuat arus
listrik (??????), hambatan (�), dan beda potensial (�), yang kemudian dikenal sebagai

5. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 5

Hukum Ohm (Giancoli, 2008). Kuat arus listrik dalam suatu rangkaian dipengaruhi
oleh besar tegangan sumber dan hambatan kawat penghantar. Dalam kawat
penghantar, elektron mengalami perlambatan akibat interaksi dengan atom-atom di
dalamnya. Semakin besar hambatan suatu bahan, semakin kecil arus listrik yang
mengalir. Oleh karena itu, kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan,
yang secara matematis dapat dinyatakan dengan rumus segitiga hukum ohm:

Gambar 4. Rumus segitiga hukum ohm
Beberapa fisikawan berpendapat bahwa Hukum Ohm bukanlah hukum
dasar fisika, melainkan deskripsi yang berlaku untuk jenis bahan tertentu. Namun,
dalam praktiknya, hukum ini tetap digunakan selama batasannya diperhatikan. Jika
suatu bahan tidak mengikuti Hukum Ohm, maka bahan tersebut disebut sebagai
bahan nonohmik.

Gambar 5. Grafik mengikuti hukum ohm dan nonohmik

6. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 6

Rangkaian Listrik Arus Searah (DC)
Diketahui bahwa ketika dua benda dengan potensial listrik berbeda
berinteraksi, potensial listriknya dapat dibandingkan untuk menentukan mana yang
memiliki potensial lebih tinggi dan mana yang lebih rendah (David Halliday &
Robert Resnick, 1989). Elektron bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi
karena benda dengan potensial rendah memiliki lebih banyak elektron
dibandingkan benda dengan potensial tinggi.
Dalam suatu penghantar, jika terdapat beda potensial, maka elektron akan
mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Namun, jika muatan positif
dianggap dapat bergerak, maka muatan positif akan bergerak dari potensial tinggi
ke potensial rendah. Aliran muatan positif inilah yang disebut sebagai arus listrik.
Dengan demikian, arah arus listrik selalu mengalir dari potensial tinggi ke potensial
rendah, yang berlawanan dengan arah aliran elektron. Ilustrasi arah aliran listrik
antara dua benda bermuatan dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 6. Benda A mempunyai potensial lebih tinggi dari benda B, sehingga
arah arus listrik mengalir dari A ke B
Untuk mengetahui arah arus listrik dan arah aliran elektron dalam suatu
rangkaian listrik tertutup (loop) dapat dilihat seperti gambar berikut:

Gambar 7. a. Arah arus listrik: A-B-C-D; b. Arah aliran elektron: D-C-B-A

7. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 7

Agar arus listrik dapat mengalir melalui kawat penghantar, harus ada
perbedaan potensial antara kedua ujung kawat tersebut. Perangkat yang dapat
menjaga satu titik dengan potensial lebih tinggi dibandingkan titik lainnya disebut
sebagai sumber tegangan. Beberapa contoh sumber tegangan meliputi dinamo,
generator, baterai, aki, dan stop kontak. Berdasarkan penggunaannya, sumber
tegangan dikategorikan menjadi tiga jenis:
1. Sumber arus listrik primer, seperti baterai (elemen Leclanché), elemen
Volta, dan elemen Daniel. Sumber ini tidak dapat diisi ulang setelah
keseimbangan potensial tercapai karena terjadi perubahan atau kerusakan
pada salah satu atau beberapa komponennya.
2. Sumber arus listrik sekunder, seperti aki (accumulator) dan elemen alkaline
(Energizer). Sumber ini dapat diisi ulang setelah mencapai keseimbangan
potensial dengan proses penyetruman listrik.
3. Sumber arus listrik mekanis, seperti generator, dinamo, dan stop kontak dari
PLN, yang menghasilkan listrik melalui proses mekanis.
Sebelum suatu sumber tegangan mengalirkan arus listrik, perbedaan
potensial antara kutub-kutubnya disebut gaya gerak listrik (ggl) atau electromotive
force (emf). Namun, saat sumber tegangan mulai mengalirkan arus, perbedaan
potensial tersebut disebut beda potensial atau tegangan jepit. Dengan kata lain,
ketika rangkaian dalam kondisi terbuka, beda potensial antara kutub positif dan
kutub negatif disebut gaya gerak listrik (ggl), sedangkan dalam kondisi tertutup
disebut tegangan jepit. Nilai ggl selalu lebih besar dibandingkan tegangan jepit
karena sebagian energi listrik mengalami penurunan akibat hambatan dalam sumber
tegangan.
Hukum I Kirchhoff
Terdapat dua hukum Kirchhoff, namun yang pertama akan dibahas adalah
Hukum I Kirchhoff, sementara Hukum II Kirchhoff akan dijelaskan pada bagian
terpisah. Hukum I Kirchhoff menyatakan “Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu
titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut”. Hukum

8. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 8

ini pada dasarnya merupakan bentuk lain dari hukum kekekalan muatan listrik,
yang menyatakan bahwa muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam
suatu rangkaian listrik. Secara matematis, Hukum I Kirchhoff dapat dituliskan
sebagai:
∑??????
�??????�??????�=∑??????
�??????�????????????�


??????
1+??????
2+??????
3=??????
4+??????
5
Gambar 8. Amperemeter pada masing-masing cabang
Contoh Soal
1. Kuat arus di dalam sepotong kawat penghantar sama dengan 5??????, apabila
kedua ujungnya diberi beda potensial sebesar 12�. Berapakah hambatan
kawat kedua kawat tersebut ?
Penyelesaian:
Diketahui:
??????=5??????
�=12�
Ditanya:
�?
Jawab:
�=
�
??????
=
12�
5??????
=2,4Ω

9. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 9

2. Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada
gambar! Kuat arus ??????
1=10?????? dan ??????
2=5?????? arah menuju titik A. Kuat arus
??????
3=8?????? arah keluar dari titik A. Berapakah besar dan arah kuat arus ??????
4?
Penyelesaian:
∑??????
�??????�??????�=∑??????
�??????�????????????�
∑??????
�??????�??????�=??????
1+??????
2=10??????+5??????=15??????
??????
3=8?????? arah keluar dari titik A
??????
4 harus berarah keluar juga agar seimbang
∑??????
�??????�????????????�=??????
3+??????
4=8+??????
4
Maka, ??????
1+??????
2=??????
3+??????
4
??????
5=8+??????
4
??????
4=15−8
??????
4=7??????
3. Seutas kawat besi panjangnya 20� dan luas penampangnya 1��
2
,
mempunyai hambatan jenis 10
−7
Ω�. Jika antara ujung-ujung kawat
dipasang beda potensial 60�, tentukan kuat arus yang mengalir dalam
kawat!
Penyelesaian:
Diketahui:
�=20�
??????=1��
2
=1×10
−6
�
2

�=60�
??????=10
−7
Ω�
Ditanya:
???????
Jawab:
�=??????
�
??????
=10
−7
.
20
1×10
−6
=2Ω
??????=
�
�
=
60�
2Ω
=30??????

10. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 10

Percobaan Rangkaian Arus Searah (DC)
Tujuan:
Menyelidiki hubungan antara tegangan (�) dan kuat arus (??????).
Alat dan Bahan:
1) 3 buah baterai masing-masing 1,5 V
2) 3 buah lampu pijar kecil
3) kawat nikrom secukupnya
4) ampere meter
Langkah Kerja:
1) Susunlah tiga macam rangkaian seperti pada gambar di bawah ini!

2) Catatlah hasil yang ditunjukkan ampere meter pada setiap percobaan (a), (b)
dan (c).
Jumlah Baterai Tegangan (�) Kuat Arus (??????) Tegangan/Kuat
Arus (�/??????)
1 1,5 … …
2 3 … …
3 4,5 … …
3) Buat grafik V – I.

4. Buat kesimpulan, dan faktor yang mempengaruhi hasil percobaan.

11. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 11

ASESMEN/PENILAIAN

Mata Pelajaran : Fisika
Materi : Listrik Arus Searah (DC)
Nama Peserta Didik :
Nama Sekolah :
NISN/NIS :
Alamat Sekolah :
Kelas/Semester :

A. Penilaian Sikap
Jurnal Sikap
Karakter yang
dibangun
Perilaku yang diamati Kategori
MB MBK B M
Mandiri Mengerjakan percobaan
dan memahami materi
tanpa bergantung dengan
orang lain.

Bernalar Kritis Menghubungkan teori
listrik arus searah dengan
fenomena sehari-hari.

Bergotong
royong
Bekerja sama dengan
teman dalam diskusi atau
percobaan.

12. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 12

Kategori Capaian Deskripsi
Memerlukan Bimbingan (MB) Peserta didik belum menampilkan
perilaku sesuai indikator.
Memerlukan Berkembang (MBK) Peserta didik sudah menunjukkan
perilaku, namun belum konsisten.
Berkembang (B) Peserta didik mulai konsisten dalam
menampilkan perilaku.
Membudaya (M) Peserta didik selalu konsisten
menampilkan perilaku.

B. Penilaian Pengetahuan
Soal Essai
Kerjakanlah soal essai di bawah ini dengan benar dan tepat!
1. Hitung usaha dan daya rata-rata yang diperlukan untuk
memindahkan muatan 96.000?????? dalam waktu 1 jam pada beda
potensial 50�.
2. Kuat arus yang sebenarnya 5?????? mengalir dalam konduktor yang
mempunyai hambatan 20Ω dalam waktu 1 menit. Tentukanlah :
a. Besar energi listrknya.
b. Besar daya listriknya.
3. Sebuah tungku listrik yang mempunyai daya 300� hanya dapat
dipasang pada beda tegangan 120�. Berapa waktu yang diperlukan
untuk mendidihkan 500 gram air dari 28℃ sampai pada titik didih
normalnya. Kalor jenis air = 1 kalori per gram 0℃.
4. Kawat penghantar dengan hambatan total 0,2Ω menyalurkan daya
10 KW pada tegangan 250�, menuju pada sebuah pabrik mini.
Berapa efisiensi dari transmisi tersebut.
5. Sebuah Voltmeter yang mempunyai hambatan 1000Ω dipergunakan
untuk mengukur potensial sampai 120�. Jika daya ukur voltmeter =
6�, berapa besar hambatan multiplier agar pengukuran dapat
dilakukan?

13. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 13

C. Penilaian Keterampilan
Percobaan Rangkaian Arus Searah
Aspek yang dinilai:

No.

Aspek yang diamati
Skor
1 2 3 4
1. Melakukan langkah percobaan dengan
benar.

2. Menghitung hasil yang ditunjukkan
amperemeter pada setiap percobaan
dengan benar.

3. Menjelaskan hasil percobaan secara
sistematis.

4. Menarik kesimpulan yang sesuai
dengan teori.


Keterangan Skor:
• 1 = Kurang (tidak mampu melaklukan dengan baik).
• 2 = Cukup (mampu melakukan percobaan dengan cukup baik
namun masih memerlukan bimbingan dalam melakukan)
• 3 = Baik (dapat melakukan percobaan dengan baik namun masih
memerlukan sedikit bimbingan)
• 4 = Sangat Baik (mampu melakukan percobaan secara mandiri
dengan sangat baik dan benar).

14. Bahan Ajar Fisika SMA Kelas XII



Created by Edo Anugrah | NIM. 06111282328024
Page | 14

D. Penilaian Diri
Berilah tanda centang (√) pada kolom “Ya” atau “Tidak” sesuai dengan
keadaan yang sebenarnya!
No. Pernyataan Ya Tidak
1. Saya mengikuti langkah-langkah percobaan
dengan baik.

2. Saya melakukan analisis perhitungan dari
hasil percobaan yang terjadi dengan teliti.

3. Saya memahami konsep listrik arus searah
dengan baik.

4. Saya dapat menjelaskan konsep dan
rangkaian listrik arus searah dengan baik.

5. Saya mampu menjawab pertanyaan guru
tentang materi listrik arus searah dengan
baik dan benar.