Listrik Dinamis — IPA SMP/MTs (Deep Learning)

Materi: Listrik Dinamis

Tujuan Pembelajaran

• Siswa memahami konsep dasar listrik dinamis (arus listrik, beda potensial, hambatan).
• Siswa dapat menerapkan hukum Ohm dan menghitung arus, tegangan, serta hambatan dalam rangkaian sederhana.
• Siswa mampu merancang dan melakukan percobaan sederhana untuk mengukur arus dan tegangan.
• Siswa mengembangkan keterampilan berpikir kritis melalui soal analisis dan masalah kontekstual.

Pendahuluan — Apa itu Listrik Dinamis?

Listrik dinamis adalah aliran muatan listrik yang bergerak melalui penghantar (seperti kawat tembaga). Muatan yang mengalir ini disebut arus listrik. Berbeda dengan listrik statis (muatan yang diam), listrik dinamis berhubungan langsung dengan alat sehari-hari seperti baterai, lampu, dan bel listrik.

Contoh singkat: Ketika kamu menghubungkan sebuah baterai ke lampu kecil menggunakan kawat, muatan listrik akan mengalir dari kutub baterai melalui kawat, mengaliri filamen lampu, hingga lampu menyala — itu adalah listrik dinamis.

Konsep Utama

1. Arus listrik (I): banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Satuan: ampere (A). Arus dapat dihitung secara sederhana melalui hukum Ohm: I = V / R.
2. Beda potensial / Tegangan (V): dorongan listrik yang menyebabkan muatan bergerak. Satuan: volt (V). Sumber tegangan umum: baterai, adaptor.
3. Hambatan (R): sifat penghantar yang menghambat aliran arus. Satuan: ohm (Ω). Bentuk fisik mempengaruhi hambatan (panjang, luas penampang, bahan).
4. Hukum Ohm: hubungan linier antara tegangan (V), arus (I), dan hambatan (R): V = I × R (atau persamaan terbalik I = V/R, R = V/I).
5. Rangkaian listrik: susunan komponen (sumber tegangan, penghantar, beban). Rangkaian seri dan paralel memiliki sifat berbeda terhadap arus dan tegangan.

Rangkaian Seri dan Paralel

Rangkaian Seri: Komponen disusun berurutan. Arus yang mengalir sama pada setiap komponen, tegangan terbagi. Hambatan total = R_total = R₁ + R₂ + ...

Rangkaian Paralel: Komponen disusun bercabang. Tegangan pada setiap cabang sama, arus terbagi. Hambatan total untuk dua resistor: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂.

Tipe	Sifat Utama
Seri	Arus sama pada semua komponen; tegangan terbagi; hambatan total bertambah.
Paralel	Tegangan sama pada setiap cabang; arus terbagi; hambatan total berkurang.

Alat & Bahan (Percobaan Sederhana)

• Baterai 1,5 V (atau 3V untuk variasi)
• Holder baterai
• Lampu senter kecil (bohlam kecil) atau LED dengan resistor pembatas
• Kawat penghubung (krokodil atau kabel dengan isolasi)
• Resistor beberapa nilai (mis. 10 Ω, 100 Ω, 220 Ω) atau kawat panjang untuk mengamati perubahan hambatan
• Multimeter untuk mengukur tegangan dan arus (jika tersedia)
• Papan roti (breadboard) opsional

Langkah Percobaan — Mengukur Arus dan Tegangan

Tujuan:

Mengamati hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan; membuktikan Hukum Ohm secara sederhana.

Langkah-langkah:

1. Siapkan rangkaian seri sederhana: baterai — lampu — kawat — kembali ke baterai.
2. Jika menggunakan multimeter: ukur tegangan pada kutub baterai (V) dengan fungsi voltmeter (paralel) dan ukur arus yang melewati lampu (I) dengan fungsi ammeter (seri).
3. Catat nilai tegangan baterai dan arus yang terukur.
4. Ulangi percobaan dengan menambah hambatan (mis. menambahkan resistor seri atau menggunakan lampu lain) lalu catat perubahan arus.
5. Hitung hambatan menggunakan R = V / I, lalu bandingkan dengan nilai hambatan yang diketahui (jika ada).

Contoh Tabel Hasil:

No	Tegangan (V)	Arus (A)	Hambatan R = V/I (Ω)
1	1.5	0.15	10
2	1.5	0.05	30

Analisis: Jika tegangan tetap dan arus turun ketika hambatan bertambah, itu sesuai dengan Hukum Ohm (I = V/R). Siswa diminta menjelaskan mengapa hal tersebut terjadi dengan bahasa sendiri.

Beberapa Kesalahan Umum (Misconceptions)

• Mengira voltase adalah jumlah arus — padahal voltase adalah perbedaan potensial, bukan "jumlah" arus.
• Menganggap semua bahan menghantarkan listrik sama — bahan isolator (karet, plastik) sangat berbeda dengan konduktor (tembaga).
• LED akan menyala tanpa resistor pembatas pada tegangan berlebih — LED mudah rusak tanpa resistor yang tepat.

Latihan Soal — Pilihan Ganda (5 soal)

1. Arus listrik diukur menggunakan alat bernama ...
   1. Voltmeter
   2. Ammeter
   3. Ohmmeter
   4. Galvanometer
2. Hukum Ohm dirumuskan sebagai ...
   1. V = I × R
   2. I = V + R
   3. R = I × V
   4. V = R / I
3. Pada rangkaian seri yang terdiri dari dua hambatan, arus pada tiap hambatan adalah ...
   1. Beda (bervariasi)
   2. Sama
   3. Lebih besar pada hambatan kecil
   4. Selalu nol
4. Jika sebuah lampu diberi tegangan tetap dan hambatan diperbesar, maka arus akan ...
   1. Naik
   2. Turun
   3. Tidak berubah
   4. Mendadak nol
5. Benda yang bukan konduktor listrik adalah ...
   1. Tembaga
   2. Air tawar
   3. Karet
   4. Aluminium

Kunci Jawaban Pilihan Ganda:

1. b. Ammeter
2. a. V = I × R
3. b. Sama
4. b. Turun
5. c. Karet

Soal Uraian / Higher Order Thinking (3 soal)

1. Jelaskan mengapa menambah hambatan pada rangkaian seri menyebabkan arus keseluruhan turun. Gunakan konsep energi dan pergerakan muatan dalam jawabanmu.
2. Seorang siswa mengukur tegangan baterai 1,5 V dan arus 0,10 A pada sebuah rangkaian. Hitung hambatan rangkaian tersebut. Jika siswa mengganti baterai dengan baterai 3 V tapi tetap menggunakan hambatan yang sama, berapa arus baru yang diharapkan? Jelaskan.
3. Rancang percobaan sederhana untuk membandingkan hambatan dua kawat berbeda (mis. kawat tembaga pendek vs kawat tembaga panjang). Tulis alat, langkah, dan cara menganalisis data.

Kunci Jawaban Singkat Soal Uraian

1. Menambah hambatan berarti partikel penyebab hambatan (atom, elektron) membuat aliran muatan semakin sulit; energi yang dibawa muatan harus "melewati" hambatan yang lebih besar, sehingga laju muatan (arus) berkurang.
2. Hambatan R = V/I = 1.5 / 0.10 = 15 Ω. Jika V baru = 3 V dan R sama (15 Ω), I = V/R = 3 / 15 = 0.20 A. Jadi arus dua kali lipat karena tegangan dua kali lipat (asumsi R tetap).
3. Alat: dua kawat (panjang berbeda), sumber tegangan, ammeter, voltmeter, konektor. Langkah: rakit rangkaian dengan masing-masing kawat sebagai hambatan; ukur tegangan dan arus; hitung R = V/I; bandingkan nilai R. Analisis: kawat lebih panjang biasanya memiliki hambatan lebih besar (R ∝ panjang / luas penampang).

Aktivitas Tambahan (Proyek Mini)

Buatlah proyek mini berupa lampu indikator sepeda sederhana menggunakan baterai, saklar, dan lampu LED. Desain rangkaian, gambar skemanya, lalu jelaskan bagaimana tegangan dan arus bekerja pada proyekmu.

Referensi & bahan bacaan lanjutan: buku IPA SMP, modul praktikum listrik, serta sumber daring sederhana untuk materi konsep listrik (untuk guru: tambahkan simulasi PhET "Circuit Construction Kit" bila tersedia).