Buku siswa

GAYA GERAK LISTRIK

Pernahkah kamu memerhatikan tulisan 1,5 V pada baterai, atau 6 V dan 12 V pada akumulator? Besaran 1,5 V, 6 V atau 12 V yang tertulis pada badan baterai atau akumulator menunjukkan beda potensial listrik yang dimilikinya. Hal itu sering disebut gaya gerak listrik (GGL). Untuk membantumu memahami pengertian gaya gerak listrik, perhatikan Gambar 1.1 dan perhatikan pula penjelasannya. Jika sakelar (sk) ditutup, elektron di kutub negatif baterai akan bergerak melalui penghantar menuju kutub positif. Selama dalam perjalanannya, elektron mendapat tambahan energi dari gaya tarik kutub positif. Namun, energi itu akan habis karena adanya tumbukan antarelektron; di dalam lampu tumbukan itu mengakibatkan filamen berpijar dan mengeluarkan cahaya. Sesampainya di kutub positif, elektron tetap cenderung bergerak menuju ke kutub negatif kembali. Namun, hal itu sulit jika tidak ada bantuan energi luar. Energi luar tersebut berupa energi kimia dari baterai. Energi yang diperlukan untuk memindah elektron di dalam sumber arus itulah yang disebut gaya gerak listrik (GGL).

Pada Gambar 9.1 tegangan terukur pada titik AB (misalnya menggunakan voltmeter) ketika sakelar terbuka merupakan GGL baterai. Adapun tegangan terukur ketika sakelar tertutup merupakan tegangan jepit. Nilai tegangan jepit selalu lebih kecil daripada gaya gerak listrik. Tahukah kamu mengapa demikian?

SUMBER ARUS LISTRIK

Kamu sudah mengetahui bagaimana terjadinya arus listrik. Selain itu kamu juga sudah mengenal komponen yang dapat membantu gerakan elektron dalam suatu rangkaian. Suatu komponen yang berfungsi sebagai tempat untuk mengubah satu jenis energi, misalnya energi kimia dan energi gerak, menjadi energi listrik disebut sumber arus listrik. Contohnya baterai, akumulator, dan generator.
Sumber arus listrik dibedakan menjadi dua, yaitu sumber arus listrik bolak-balik (AC) dan sumber arus listrik searah (DC). Sumberarus listrik AC dihasilkan oleh dinamo arus AC dan generator. Ada beberapa macam sumber arus searah, misalnya sel volta, elemen kering (baterai), akumulator, solar sel, dan dinamo arus searah.
Elemen volta, batu baterai, dan akumulator merupakan sumber arus searah yang dihasilkan oleh reaksi kimia. Oleh karena itu, elemen volta, batu baterai, dan akumulator sering disebut elektrokimia. Dikatakan elektrokimia sebab alat tersebut mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Elemen dibedakan menjadi dua, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer adalah elemen yang setelah habis muatannya tidak dapat diisi kembali. Contohnya elemen volta dan batu baterai. Elemen sekunder adalah elemen yang setelah habis muatannya dapat diisi kembali. Contohnya akumulator (aki). Pada elemen volta, baterai, dan akumulator terdapat tiga bagian utama, yaitu
a. anode, elektrode positif yang memiliki potensial tinggi,
b. katode, elektrode negatif yang memiliki potensial rendah,
c. larutan elektrolit, cairan yang dapat menghantarkan arus listrik.

a. Elemen Volta
Tahun 1800 Alessandro Volta menemukan dua buah logam yang berbeda jenisnya diletakkan
dalam bak berisi larutan elektrolit, maka akan timbul beda potensial antara kedua logam itu.
Perhatikan

Gambar 1.2

Lempeng tembaga dan seng diletakkan dalam bejana berisi asam sulfat encer. Reaksi kimia yang terjadi menyebabkan elektron terkumpul pada lempeng seng, akibatnya seng berfungsi sebagai kutub negatif. Sebaliknya lempeng tembaga sebagai kutub positif. Jika elemen volta digunakan sebagai sumber tegangan, maka timbul gelembung-gelembung gas. Gelembung ini menghalangi aliran muatan, sehingga harus terus-menerus dihilangkan. Oleh karena itu, elemen volta tidak praktis digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

b. Baterai (sel kering)
Jika kamu membuka baterai, kamu akan menemukan susunan yang mirip dengan Gambar 1.3

Gambar 1.3

Baterai terdiri atas wadah seng yang berisi pasta kimia dengan batang karbon menggantung di tengah-tengah pasta itu. Pasta tersebut berupa senyawa kimia MnO2 dan NH4Cl. Jika kutub-kutub baterai dihubungkan dalam rangkaian, misalnya dengan lampu terjadi reaksi kimia dalam pasta dan seng. Sebagai hasilnya, elektron-elektron terkumpul pada seng, menyebabkan seng berlaku sebagai kutub negatif, dan batang karbon yang terletak pada pasta berlaku sebagai kutub positif. Beda potensial antara kutub-kutub baterai ini sebesar 1,5 volt. Apabila baterai digunakan, lama-kelamaan muatan yang terkumpul pada seng semakin sedikit, dan beda potensialnya menurun. Pada keadaan ini baterai biasanya dikatakan “habis” dan tidak dapat dipakai lagi. Karena bersifat sekali pakai, baterai dengan elektroda karbon dan seng disebut elemen primer.

c. Aki (sel basah)
Aki sering disebut sel basah. Sel basah terdiri atas dua lempeng logam yang berbeda diletakkan dalam cairan elektrolit. Sebagai contoh, lempeng logam pada aki mobil adalah timbal (Pb) dan timbal peroksida (PbO2) yang terletak dalam larutan asam sulfat (H2SO4). Reaksi kimia yang terjadi menyebabkan elektron terkumpul pada timbal, sehingga timbal sebagai kutub negatif dan
timbal peroksida sebagai kutub positif. Aki mobil umumnya mengandung 6 sel, tiap sel menghasilkan beda potensial 2 volt. Oleh karena itu, beda potensial yang dihasilkan aki mobil sebesar 12 volt. Jika digunakan, maka timbal dan timbal peroksida berangsur-angsur berubah menjadi timbal sulfat. Kedua kutub aki tersebut akhirnya tidak memiliki beda potensial lagi. Apa yang harus dilakukan, agar aki tersebut dapat berfungsikembali? Dibandingkan baterai seng karbon, aki memiliki keunggulan,
yaitu dapat diisi ulang. Caranya dengan mengalirkan arus listrik melalui aki tersebut dari sumber tegangan lain dengan arah terbalik seperti Gambar 1.5 . Dengan cara ini, maka timbal sulfat tersebut kembali lagi menjadi timbal dan timbal peroksida, maka aki siap dipakai lagi. Kemampuan aki yang dapat dipakai berulang-ulang dengan cara diisi lagi menjadikan aki tergolong sebagai elemen
sekunder.


Gambar 1.4 Gambar 1.5

d. Stop kontak
Berbagai peralatan listrik di rumahmu dirancang untuk menggunakan listrik dari PLN. Beda potensial listrik ini sebesar 220 volt, disebut tegangan jala-jala. Sumber tegangan listrik ini dapat kamu jumpai pada stop kontak di dinding rumahmu, seperti Gambar 1.6


Gambar 1.6

Energi listrik ini dihasilkan oleh generator listrik. Generator listrik mengubah bentuk energi lain seperti energi air, uap atau nuklir menjadi energi listrik. Kamu akan belajar lebih banyak tentang generator ini pada Bab Elektromagnetik.

C. PENGUKURAN TEGANGAN LISTRIK

Kamu sudah mengetahui bahwa alat ukur lsitrik yang cukup penitng, selain amperemeter, adalah voltmeter. Amperemeter digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Adapun, voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial. Misalnya beda potensial antara kutub-kutub baterai atau beda potensial di dua titik suatu rangkaian listrik. Dalam suatu rangkaian, penggunaan voltmeter secara paralel. Maksudnya, terminal positif voltmeter (berwarna merah) dihubungkan dengan kutub positif batu baterai. Adapun kutub negatif voltmeter dihubungkan dengan kutub negatif batu baterai.
Salah satu contoh penggunaan voltmeter yaitu pada pengukuran gaya gerak listrik dan tegangan jepit suatu rangkaian.Untuk lebih jelasnya, lakukan Kegiatan praktikum 1.1(terdapat dalam LKS 01) secara berkelompok
Perbedaan antara besarnya GGL dengan tegangan jepit menimbulkan adanya kerugian tegangan. Baterai atau sumber arus listrik lainnya memiliki hambatan dalam. Dalam suatu rangkaian, hambatan dalam (r) selalu tersusun seri dengan hambatan luar (R). Perhatikan Gambar 1.7
.
Gambar 1.7 hambatan dalam

Berdasarkan gambar, rumus Hukum Ohm dapat ditulis sebagai berikut.

Untuk beberapa elemen yang dipasang secara seri berlaku :
Etotal E1 E2 ... En nE
Rtotal r1 r2 rn nr
Sehingga : I =nE/(R+nR

Gambar 1.8 rangkaian elemen secara seri

Untuk beberapa elemen yang dipasang secara paralel berlaku :
ETotal E1 E2 E3 E

1/(r tot)=1/(r 1)+ 1/(r 2)+⋯+11/(r n)

rtot=r/n gambar 1.9 rangkaian elemen secara pararel

sehingga: I= E/(R+r/n)
Keberadaan hambatan dalam itulah yang menyebabkan kerugian tegangan. Kerugian tegangan dilambangkan dengan U satuannya volt. Hubungan antara GGL, tegangan jepit,
dan kerugian tegangan dirumuskan.
E = V + U
dengan:
E = gaya gerak listrik satuannya volt (V)
V = tegangan jepit satuannya volt (V)
U = kerugian tegangan satuannya volt (V)


RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
( RPP )


Sekolah : SMP....
Kelas : IX (Sembilan)
Mata Pelajaran : IPA FISIKA
Waktu : 2 x 40 menit

Standar Kompetensi
3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar
3.3 Mendeskripsikan prinsip kerja elemen dan arus listrik yang ditimbulkannya serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

A. Indikator
1. Kognitif
a. Produk
1. Menjelaskan konsep gaya gerak listrik (GGL) sumber arus listrik.
2. Mengukur GGL dan mengukur tegangan jepit.
3. Mengetahui perbedaan antara GGL dengan tegangan jepit

b. Proses
Melakukan ekperimen Mengukur elemen dan mengukur tegangan jepit, meliputi :
1) Mengamati
2) Menyimpulkan

2. Psikomotor
Mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan mengukur tegangan jepit.

3. Afektif
a. Karakter: Berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja teliti, jujur, dan bertanggung jawab, peduli, serta berperilaku santun
b. Keterampilan sosial: bekerjasama, menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang baik, dan menanggapi pendapat orang lain


B. Tujuan Pembelajaran
1. Kognitif
a. Prroduk :
Peserta didik dapat:
1. Menjelaskan pengertian gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit.
2. Membedakan gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit.
3. Mengetahui cara mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit.
4. Mengukur beda potensial listrik.

b. Proses
Siswa diminta untuk melakukan eksperimen untuk mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan mengukur tegangan jepit. Sesuai dengan rincian tugas yang ditentukan di LKS.

2. Psikomotor
a. Siswa diminta untuk melakukan eksperimen untuk mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan mengukur tegangan jepit.
b. Siswa dapat membedakan antara GGL dengan tegangan jepit
c. Siswa dapat memberikan kesimpulan dari dari percobaan mengukur GGL dan tegangan jepit.

3. Afektif
a. Terlibat aktif dalam pembelajaran dan menunjukkan karakter berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja teliti, jujur, dan berperilaku santun sesuai LP: pengamatan perilaku berkarakter.
b. Bekerjasama dalam kegiatan praktik dan aktif menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang baik, dan menanggapi pendapat orang lain dalam diskusi sesuai LP: Ketrampilan sosial.

C. Materi Pembelajaran
Listrik Dinamis

D. Metode Pembelajaran
1. Model : - Cooperative Learning
2. Metode : - Diskusi kelompok
- Eksperimen

E. Sumber Belajar
1. Buku siswa “Listrik dinamis”
2. LKS
3. Lingkungan sekitar



F. Alat dan Bahan
 Baterai
 Lampu
 Jembatan Penghubung
 Kabel Penghubung
 Multitester
 Papan Rangkaian
 Dudukan Lampu


G. Kegiatan Belajar Mengajar

Pertemuan I (2 x 40 menit)
No
Aktivitas Pembelajaran Penilaian
1 2 3 4
A Pendahuluan (5 menit)
1 Motivasi dan Apersepsi :
Mengapa Radio bisa mengeluarkan suara.tapi ketika menggunakan baterai jika dipakai terus menerus suaranya melemah?
2 Mengkomunikasikan tujuan pembelajaran: kognitif (produk, proses); psikomotorik; dan afektif (ket berampilan sosial dan perilaku berkarakter).


B Kegiatan Inti (70 menit)
1 Siswa dibimbing oleh guru untuk membentuk kelompok diskusi.
2 Guru membagikan LKS 0-1 kepada masing-masing kelompok.
3 Siswa diminta menuliskan hipotesis tentang percobaan megukur ggl dan tegangan jepit.
4 Guru mendemonstarikan cara memasang rangkaian serta cara mengukur ggl dan tegangan jepit.
5 Dibimbing oleh guru, siswa melakukan percobaan tentang mengukur ggl dan tegangan jepit sesuai dengan prosedur percobaan pada LKS-01 serta seperti yang telah di demonstarikan sebelumnya.
6 Setelah melakukan percobaan, siswa di diminta mengerjakan petanyaan diskusi pada LKS-01.
7 Perwakilan dari tiap kelompok diminta untuk membacakan hasil pengukuran dan hasil diskusi kelompok.
8 Siswa diminta menyimpulkan hasil percobaan tentang ggl dan tegangan jepit.
9 Guru memberikan penguatan tentang kesimpulan percobaan dan tegangan jepit.
10 Perwakilan siswa diminta untuk dapat menyebutkan perbedaan antara ggl dan tegangan jepit.
11 Guru memberikan penguatan tentang perbedaan ggl dan tegangan jepit.

C Penutup (5 menit)
1 Guru membimbing siswa untuk menyimpulkan hasil percobaan tentang hal-hal yang berhubungan dengan mengukur ggl elemen dan mengukur tegangan jepit.
2 Guru meminta setiap kelompok berdiskusi untuk memperoleh jawaban tentang pertanyaan-pertanyaan yang ada dalam LP-01 di rumah. Hasil kerja kelompok harus dipresentasikan pada pertemuan berikutnya.
3 Guru memberikan waktu kepada siswa untuk bertanya atau menyampaikan usulan agar pembelajaran berikutnya lebih baik.


Pertemuan II (2 x 40 menit)
No Aktivitas Pembelajaran Penilaian
1 2 3 4
A Pendahuluan (5 menit)
1 Motivasi dan Apersepsi:
Guru memberikan sebuah fenomena alam yang berkaitan dengan elemen listrik.. kemudian siswa memberikan tanggapannya.
2 Mengkomunikasikan tujuan pembelajaran: kognitif (produk, proses); psikomotorik; dan afektif (keterampilan sosial dan perilaku berkarakter).

B Kegiatan Inti (70 menit)
1 Siswa (dibimbing oleh guru) mendiskusikan pengertian elemen listrik.
2 Guru memberikan penguatan atas jawaban siswa.
3 Siswa diminta dapat menjelaskan perbedaan elemen primer dan elemen sekunder.
4 Siswa memperhatikan penjelasan guru mengenai perbedaan elemen primer dan elemen sekunder.
5 Perwakilan peserta didik diminta untuk menyebutkan beberapa contoh elemen primer dan elemen sekunder.
6 Guru membagi siswa kedalam 10 kelompok.
7 Guru membagi tugas kelompok:
 2 kelompok diberi tugas untuk menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja elemen volta.
 2 kelompok diberi tugas untuk menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja baterai.
 2 kelompok diberi tugas untuk menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja akumulator (aki).
 2 kelompok diberi tugas untuk menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja dinamo.
 2 kelompok diberi tugas untuk menjelaskan karakteristik dan prinsip kerja sel surya.
8 Guru meberikan waktu kepada setiap kelompok untuk melakukan diskusi kelompok.
9 Setiap kelompok diminta untuk mempresentasikan hasil diskusinya di depan kelompok yang lain.
10 Guru menanggapi hasil diskusi kelompok dan memberikan informasi yang sebenarnya.


C Penutup (5 menit)
1 Guru memberikan penghargaan kepada setiap kelompok yang memiliki kinerja kerjasama yang baik.
2 Siswa diberi LP-03 untuk mengukur penguasaan konsep mereka tentang elemen volta.
3 Guru memberikan waktu kepada siswa untuk bertanya atau menyampaikan usulan agar pembelajaran berikutnya lebih.

H. Penilaian
Teknik : Penilaian Produk (LP-01 dan LP-03)
Penilaian Kinerja (LKS-01)
Penilaian Afektif (LP-02)





...............,......................
Mengetahui
Kepala SMP Guru Mata Pelajaran



......................... ..............................
NIP. NIP.




Eksperimen

STANDAR KOMPETENSI
3. Memahami konsep kelistrikan dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar
3.3 Mendeskripsikan prinsip kerja elemen dan arus listrik yang ditimbulkannya serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

A. Indikator
1. Kognitif:
a. Produk
1. Menjelaskan konsep gaya gerak listrik (ggl) sumber arus listrik.
2. Mengukur gaya gerak listrik (GGL) dan tegangan jepit.
3. Mengetahui perbedaan antara GGL dengan tegangan jepit?

b. Proses
Melakukan ekperimen mengukur gaya gerak listrik (GGL) dan tegangan jepit, meliputi :
1. Mengamati
2. Menyimpulkan

2. Psikomotor:
Mengukur gaya gerak listrik (GGL) dan tegangan jepit.

3. Afektif
a. Karakter: Berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja teliti, jujur, dan bertanggung jawab peduli, serta berperilaku santun
b. Keterampilan sosial: bekerjasama, menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang baik, dan menanggapi pendapat orang lain

B. Tujuan Pembelajaran
1. Kognitif
a. Produk:
1. Menjelaskan pengertian gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit.
2. Membedakan gaya gerak listrik (ggl) dan tegangan jepit.
3. Menjelaskan cara mengukur gaya gerak listrik (ggl).
4. Menjelaskan cara mengukur tegangan jepit.
5. Mengukur beda potensial listrik.



b. Proses
Siswa diminta untuk melakukan eksperimen untuk mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan mengukur tegangan jepit. Sesuai dengan rincian tugas yang ditentukan di LKS.

2. Psikomotorik:
1. Siswa diminta untuk melakukan eksperimen untuk mengukur gaya gerak listrik (ggl) dan mengukur tegangan jepit.
2. Siswa dapat membedakan antara GGL dengan tegangan jepit
3. Siswa dapat memberikan kesimpulan dari dari percobaan mengukur GGL dan tegangan jepit.

3. Afektif:
a. Terlibat aktif dalam pembelajaran dan menunjukkan karakter berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja teliti, jujur, dan berperilaku santun sesuai LP: pengamatan perilaku berkarakter.
b. Bekerjasama dalam kegiatan praktik dan aktif menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang baik, dan menanggapi pendapat orang lain dalam diskusi sesuai LP: Ketrampilan sosial.


Tujuan:

1. Mengukur ggl elemen dan mengukur tegangan jepit.
2. Mengetahui perbedaan antara GGL dengan tegangan jepit?


Alat dan Bahan:
 Lampu
 Papan rangkaian
 Baterai 1,5 Volt (2 buah)
 Voltmeter
 kabel penghubung
 Jembatan Penghubung
 Dudukan Baterai





Cara Kerja:
1. Siapkan alat dan bahan.
2. Ukurlah tegangan baterai sebelum dirangkaikan dengan rangkaian (GGL).
3. Rangkai alat dan bahan yang tersedia seperti gambar.
4. Amati angka yang ditunjukkan skala voltmeter sebagai tegangan jepitnya.
5. Catatlah hasil pengamatan kelompokmu pada tabel hasil percobaan!.


Tabel Hasil Percobaan

NO
GGL Tegangan Jepit
(Satu Lampu)
1


Pertanyaan Diskusi:
1. Lebih besar manakah antara gaya gerak listrik baterai (GGL) dengan tegangan jepitnya?
2. Nyatakan kesimpulan kelompokmu berdasarkan hasil percobaan!.