II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Prosedur Penelitian Pengembangan
Metode penelitian ini yaitu research and development atau penelitian
pengembangan. Pengembangan yang dilakukan adalah pembuatan media
pembelajaran berupa modul interaktif untuk SMA pada konsep listrik
dinamis. Modul interaktif yang dikembangkan dijadikan sebagai latihan
penguasaan konsep fisika terutama pada materi listrik dinamis
Untuk dapat menghasilkan produk tersebut, digunakan penelitian dan
pengembangan yang diawali dengan analisis kebutuhan. Selanjutnya, untuk
menguji produk agar dapat berfungsi di masyarakat luas, maka diperlukan
penelitian dan pengembangan untuk menguji produk tersebut. Dalam menguji
produk yang telah dibuat ada beberapa prosedur yang harus dilakukan.
Beberapa ahli telah mengemukakan prosedur penelitian dan pengembangan,
diantaranya sebagai berikut:
1. Prosedur pengembangan media intruksional pembelajaran menurut
Sadiman dkk. (2011), yang memuat langkah-langkah pokok penelitian
pengembangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu produk.
Prosedur pengembangan Sadiman ini meliputi sepuluh tahapan
pengembangan produk dan uji produk, yaitu: (1) analisis kebutuhan
7
pengembangan, (2) tujuan, (3) pokok materi, (4) instrumen penelitian, (5)
naskah awal/prototipe, (6) evaluasi, (7) revisi, (8) naskah akhir, (9) uji
coba, dan (10) produk final.
2. Prosedur penelitian pengembangan menurut Sugiyono (2010), langkah-
langkah penelitian dan pengembangan sebagai berikut: (1) potensi dan
masalah, (2) mengumpulkan informasi, (3) desain produk, (4) validasi
desain, (5) perbaikan desain, (6) uji coba produk, (7) revisi produk, (8) uji
coba pemakaian, (9) revisi produk, (10) pembuatan produk masal.
3. Prosedur pengembangan media intruksional pembelajaran menurut
Suyanto dan Sartinem (2009), memuat langkah-langkah pokok penelitian
pengembangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu produk. Model
pengembangan tersebut meliputi tujuh prosedur pengembangan produk
dan uji produk, yaitu: (1) analisis kebutuhan, (2) identifikasi sumber daya
untuk memenuhi kebutuhan, (3) identifikasi spesifikasi produk yang
diinginkan pengguna, (4) pengembangan produk, (5) uji internal: uji ahli
desain dan uji ahli materi produk, (6) uji eksternal: uji kemenarikan, uji
kegunaan, dan uji kemanfaatan produk oleh pengguna, (7) produksi
Dari kajian di atas, prosedur penelitian dan pengembangan menurut Sadiaman
dkk. (2011) dan prosedur penelitian pengembangan menurut Sugiyono (2010)
memerlukan waktu yang cukup lama, sehingga tidak memilih prosedur
penelitian pengembangan menurut Sadiman dkk. (2011) dan prosedur
penelitian pengembangan Sugiyono (2010) karena keterbatasan waktu studi
8
dari peneliti. Tahap penelitian dan pengembangan yang dilakukan peneliti
menggunakan prosedur penelitian pengembangan menurut Suyanto dan
Sartinem (2009) yang hanya melalui 7 tahapan, yaitu: (1) analisis kebutuhan
yang dilakukan pada kelas XI IPA4 SMA N 5 Bandar Lampung, (2)
identifikasi sumber daya untuk memenuhi kebutuhan yang dilakukan pada
SMA N 5 Bandar Lampung, (3) identifikasi spesifikasi produk yang
diinginkan pengguna untuk membuat modul interaktif, (4) pengembangan
produk dikembangkan berupa modul interaktif, (5) uji internal: uji ahli desain
media dan uji ahli materi produk dilakukan kepada dosen pendidikan fisika
ahli desain media pembelajaran dengan latar belakang pendidikan bidang
teknologi pendidikan dan uji ahli materi dipilih dosen pendidikan fisika yang
ahli dalam pemahaman materi fisika SMA, (6) uji eksternal: uji kemenarikan,
uji kegunaan, dan uji kemanfaatan produk dilakukan pada kelas X1 SMA N 5
Bandar Lampung, (7) produksi modul interaktif dilakukan dengan cara
publish secara offline.
B. Modul
Modul adalah bahan ajar yang relatif mudah dipelajari sendiri oleh siswa
secara mandiri dengan bantuan terbatas dari orang lain. Modul disiapkan
untuk memudahkan siswa belajar sesuai dengan kecepatan dan
kemampuannya sendiri. Sanjaya (2010: 156), dalam sebuah modul minimal
berisi tentang:
a. Tujuan yang harus dicapai, yang biasanya dirumuskan dalam
bentuk perilaku yang spesifik sehingga keberhasilannya dapat
diukur.
9
b. Petunjuk penggunaan, yakni petunjuk bagaimana siswa
mempelajari modul.
c. Kegiatan belajar,berisi tentang materi yang harus dipelajari oleh
siswa.
d. Rangkuman materi, yakni garis-garis besar materi pelajaran.
e. Tugas dan latihan.
f. Sumber bacaan, yakni buku-buku bacaan yang harus dipelajari
untuk mempelajari untuk memperdalam dan menambah wawasan.
g. Item-item tes, soal-soal yang harus dijawab untuk melihat
keberhasilan siswa dalam penguasaan materi pelajaran.
h. Kriteria keberhasilan, yakni rambu-rambu keberhasilan siswa
dalam mempelajari modul.
i. Kunci jawaban.
Kutipan di atas merupakan penjelasan dari isi modul dalam bentuk cetakan.
Berdasarkan kutipan di atas, modul adalah media instruksional yang dibuat
dengan tujuan siswa dapat belajar mandiri sesuai dengan kecepatan masing-
masing, tanpa terikat oleh waktu, tempat, dan hal-hal lain di luar dirinya
sendiri.
Modul memiliki manfaat bagi pelaku pendidikan, yaitu peserta didik.
Manfaat modul ini bagi peserta didik berdasarkan Suprawoto (2009: 2) yaitu:
1. peserta didik memiliki kesempatan melatih diri belajar secara
mandiri,
2. belajar menjadi lebih menarik karena dapat dipelajari di luar kelas
dan di luar jam pembelajaran,
3. berkesempatan mengekspresikan cara-cara belajar yang sesuai
dengan kemampuan dan minatnya,
4. berkesempatan menguji kemampuan diri sendiri dengan
mengerjakan latihan yang disajikan dalam modul,
5. mampu membelajarkan diri sendiri,
6. mengembangkan kemampuan peserta didik dalam berinteraksi
langsung dengan lingkungan dan sumber belajar lainnya.
Selain itu juga modul memeiliki manfaat bagi pendidik. Manfaat modul untuk
pendidik berdasarkan Suprawoto (2010: 2) yaitu:
1. mengurangi ketergantungan terhadap ketersediaan buku teks,
10
2. memperluas wawasan karena disusun dengan menggunakan
berbagai referensi,
3. menambah khasanah pengetahuan dan pengalaman dalam menulis
bahan ajar,
4. membangun komunikasi yang efektif antara dirinya dengan peserta
didik karena pembelajaran tidak harus berjalan secara tatap muka,
5. menambah angka kredit jika dikumpulkan menjadi
buku/multimedia dan diterbitkan.
Keuntungan yang diperoleh dari pembelajaran dengan penerapan modul
Santyasa (2010: 11) adalah sebagai berikut:
1. Meningkatkan motivasi siswa, karena setiap kali mengerjakan
tugas pelajaran yang dibatasi dengan jelas dan sesuai dengan
kemampuan.
2. Setelah dilakukan evaluasi, guru dan siswa mengetahui benar, pada
modul yang mana siswa telah berhasil dan pada bagian modul yang
mana mereka belum berhasil.
3. Siswa mencapai hasil sesuai dengan kemampuannya.
4. Bahan pelajaran terbagi lebih merata dalam satu semester.
5. Pendidikan lebih berdaya guna, karena bahan pelajaran disusun
menurut jenjang akademik.
Berdasarkan kutipan Suprawoto dan Santyasa di atas dapat disimpulkan
bahwa modul bermanfaat bagi peserta didik yaitu peserta didik
mengembangkan kemampuannya dalam berinteraksi langsung dengan
lingkungan dan sumber belajar lain sesuai dengan kemampuannya.
Sedangkan, bagi pendidik yaitu menambah wawasan dan memudahkan dalam
mengevaluasi hasil belajar peserta didik.
C. Modul Interaktif
Mukti dan Hwa (2004: 143), berpendapat bidang pendidikan dihadapkan
dengan berbagai tantangan baru dalam memenuhi tuntutan pengajaran dan
belajar untuk abad ke-21. Salah satu tantangan baru adalah panggilan untuk
11
integrasi ICT (Information Comunication and Technology) dalam proses
belajar mengajar sebagai alternatif. Multimedia misalnya, memiliki potensi
dalam mengubah ruang kelas tradisional menjadi dunia lingkungan imajinasi
tak terbatas.
Pembelajaran interaktif adalah pembelajaran dimana didalamnya terjadi
interaksi baik antara siswa dan guru ataupun siswa dan media/sumber belajar
yang digunakan untuk mencapai indikator pembelajaran. Definisi tersebut
didukung oleh pendapat Munir dan Sanjaya, seperti kutipan dibawah ini:
Dalam proses pembelajaran interaktif, terjadi beberapa bentuk
komunikasi, yaitu satu arah (one ways communication), dua arah (two
ways communication), dan banyak arah (multi ways communication)
berlangsung antara pengajar dan pebelajar. Pengajar menyampaikan
materi pembelajaran dan pembelajar memberikan tanggapan (respon)
terhadap materinya. Dalam pembelajaran interaktif pengajar berperan
sebagai materi, menerima umpan balik dari pembelajar, dan
memberikan penguatan (reinforcement) terhadap hasil belajar yang
dicapai pembelajaran Munir (2010: 88).
Selanjutnya, Sanjaya (2010: 172) menyatakan bahwa:
Prinsip interaktif mengandung makna, bahwa mengajar bukan hanya
sekedar menyampaikan pengetahuan dari guru ke siswa; akan tetapi
mengajar dianggap sebagai proses mengatur lingkungan yang dapat
merangsang siswa untuk belajar.
Berdasarkan uraian di atas mengenai pembelajaran interaktif, maka modul
interaktif dapat didefinisikan sebagai sebuah multimedia yang berupa
kombinasi dua atau lebih media (audio, teks, grafik, gambar, animasi dan
video) yang disajikan dalam bentuk compact disk (CD) dan terjadi interaksi
(hubungan timbal balik/komunikasi dua arah atau lebih) antara media dan
penggunanya. Seperti halnya modul dalam bentuk cetakan, modul non
12
cetakan ini bertujuan agar peserta didik dapat mengembangkan
kemampuannya dalam berinteraksi langsung dengan lingkungan dan sumber
belajar lain sesuai dengan kemampuannya secara mandiri.
Munir (2010: 92) berpendapat bahwa:
Terdapat tiga modul yang biasa dikembangkan di dalam pengembangan
pembelajaran berbasis komputer, yaitu Modul Pengukuhan (untuk
pengukuhan pengajaran pengajar atau mengukuhkan pembelajaran
pembelajar), Modul Pengulangan (untuk pembelajar yang kurang
paham dan perlu mengulangi lagi), dan Modul Pengayaan (untuk
pembelajar yang cepat paham dan memerlukan bahan tambahan sebagai
pengayaan).
Modul interaktif ini merupakan bahan pelajaran yang bersifat mandiri
sehingga perlu dikemas sedemikian rupa sehingga melalui modul ini siswa
dapat belajar secara mandiri.
Hubing dkk. (2002: 159) mengungkapkan bahwa, modul interaktif harus
ringkas, fleksibel, dan dapat secara efektif melengkapi alat pembelajaran di
kelas. Modul juga harus meningkatkan kemampuan pemecahan masalah atau
memperjelas konsep untuk dipertimbangkan layak dimasukkan dalam kelas
terbatas waktu yang tersedia. Akhirnya yang paling penting, modul berbasis
komputer yang efektif harus memenuhi tantangan memegang perhatian siswa.
Hasil penelitian Stelzer dkk. (2008: 182) menyatakan bahwa sebuah studi
dilakukan membandingkan keampuhan modul pembelajaran multimedia
dengan buku teks untuk siswa secara acak ditugaskan untuk tiga kelompok
yang berbeda mengalami persentase yang berbeda. Satu kelompok menerima
multimedia pembelajaran modul dan dua lainnya menerima presentasi
13
melalui teks tertulis. Semua siswa kemudian diuji pada pembelajaran mereka
dua minggu kemudian para siswa menerima multimedia modul pembelajaran
lebih baik daripada siswa menggunakan buku teks.
D. Software Pendukung Dalam Pembuatan Modul Interaktif
1. Learning Content Development System (LCDS)
LCDS digunakan untuk membuat modul interaktif dengan format file html.
Microsoft menyediakan LCDS merupakan software gratis yang
memungkinkan untuk menciptakan konten pembelajaran yang berkualitas
tinggi, interaktif dan dapat diakses secara online. LCDS memungkinkan
setiap orang dalam komunitas atau organisasi tertentu untuk menerbitkan
e-learning dengan menggunakan LCDS secara mudah dengan konten yang
dapat disesuaikan, interaktif activity, kuis, games, ujian, animasi, demo,
dan multimedia lainnya Taufani dan Iqbal (2011: 2).
Syarat yang diperlukan untuk menjalankan LCDS:
a) Operating system: windows XP service pack 3
b) Browser: microsoft mnternet explorer 7.0 or later
c) Developer platform: microsoft .net framework 3.5 or later
d) XML software development services: microsoft core XML services
(MSXML) 6.0
e) Installation and configuration service: windows installer 3.1
14
f) Multimedia player: adobe flash player 8 or later, microsoft silverlight
2.0
Manfaat menggunakan LCDS:
a) Mengembangkan dan mempublish konten dengan cepat, tepat waktu
dan relevan.
b) Memberikan konten web yang sesuai dengan SCORM 1.2 dan dapat di
host dalam sebuah learning management system.
c) Upload atau publish konten yang ada. (LCDS mendukung beberapa
format file).
d) Membuat rich e-learning content yang berbasiskan silverlight secara
mudah.
e) Mengembangkan struktur pelatihan dan dengan mudah mengatur
ulang setiap saat.
Beberapa fitur terbaru pada LCDS v2.5, sebagai berikut:
a) Kompatibel dengan firefox 3.5.9 dan firefox 3.6.3.
b) Microsoft silverlight 4 Media Player untuk animasi yang meliputi
closed captioning.
c) Peningkatan aksesibilitas keyboard dan untuk tile game, adventure
interactivity, dan voice of the expert element.
d) Authoring LCDS dan e-learning dibuat sepenuhnya kompatibel
dengan microsoft silverlight 4.0.
15
Langkah membuat konten pada LCDS:
1. Create: Pada tahap pertama yaitu membuat konten course/pelatihan.
Menentukan tema, nama, struktur dan jenis pelatihan. Pada LCDS
telah tersedia template-template untuk setiap topik yang memudahkan
untuk membuat konten e-learning yang berkulitas.
2. Review: Template yang sesuai konten pelatihan dapat dilihat pada
menu preview. Hal ini memudahkan untuk mengetahui hasil e-
learning yang telah dibuat.
3. Refine: Untuk mengedit kembali template yang diinginkan.
4. Delight: Publikasikan pelatihan dan mendistribusikannya kepada
audiens melalui web
Gambar 2.1 Tampilan area kerja LCDS
2. Pinnacle Studio 14
Pinnacle studio 14 adalah sebuah program video editing untuk semi
profesional dan cukup populer dipergunakan oleh banyak kalangan karena
kemudahan dan kelengkapan fiturnya. Tampilan jendela pada program
pinnacle studio 14 terdiri dari :
16
a. Tombol Switch
Pada bagian ini terdapat tiga tombol utama yaitu Capture, Edit, dan
Make movie, ketiga tombol ini mencerminkan proses capture kemudian
dilakukan pengeditan, dan terakhir produksi final.
b. Album
Album merupakan tempat penyimpanan dan pengambilan bahan
sumber untuk menyusun video, didalam album terdapat video sumber,
title, transisi, images, suara, dll.
c. Jendela Movie
Movie merupakan jendela untuk melakukan proses penyusunan dan
pengeditan video. Jendela movie digunakan untuk meletakan objek klip
video, title, transisi, suara, dan image yang membentuk sebuah video
final.
d. Jendela Preview
Jendela merupakan tempat melihat dan memainkan sebuah clip video
dan audio.
Untuk proses produksi video dibagi menjadi tiga tahap, yaitu capture
(menangkap video), edit (mengedit video) dan make movie (membuat
video final dalam bentuk file atau VCD dan DVD)
Gambar 2.2. Tahap produksi video dalam pinnacle studio 14
Capture Edit Make Movie
17
Gambar 2.3. Tampilan capture video
Capture adalah digunakan untuk menangkap gambar video dari camcoder.
Penangkapan gambar membutuhkan penanganan khusus, gambar video
hasil tangkapan di simpan dalam bentuk file video dengan format AVI atau
MPEG.
Gambar 2.4. Tampilan edit video
Menu edit digunakan untuk penyusunan video, image, suara, transisi,
narasi dan title berdasarkan skenario yang diinginkan.
18
Gambar 2.5. Tampilan make movie video
Make movie digunakan untuk membuat video final dari video hasil
komposisi (pengeditan) yang telah dilakukan pada tahapan kedua. Video
final yang dihasilkan dalam berupa file
Pinnacle studio 14 digunakan untuk membuat video atau mengedit video
yang ada dalam modul interaktif.
3. Macromedia Flash
Macromedia flash merupakan sebuah program aplikasi standar authoring
tool profesional yang digunakan untuk membuat animasi vektor dan
bitmap yang sangat menakjubkan untuk membuat suatu situs web yang
interaktif, menarik dan dinamis. Software ini berbasis animasi vektor yang
dapat digunakan untuk menghasilkan animasi web, presentasi, game, film,
maupun CD interaktif, CD pembelajaran.
Macromedia flash adalah program animasi yang banyak digunakan
animator untuk menghasilkan animasi yang profesional. Di antara
19
program-program animasi yang ada, macromedia flash merupakan
program yang fleksibel dalam pembuatan animasi, seperti animasi, game,
company profile, presentasi, movie, dan tampilan animasi lainnya.
Macromedia flash digunakan untuk membuat animasi pada modul
interaktif dengan format swf. Adapun tampilan halaman kerja macromedia
flash MX, dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Tampilan area kerja macromedia flash.
Macromedia flash juga mengenalkan bagaimana membuat movie clip,
animasi frame, animasi tween motion, serta perintah action script-nya.
4. Adobe Photoshop CS 5 Portable
Adobe photoshop 5 merupakan salah satu program aplikasi yang ditujukan
untuk menyunting dan memanipulasi image (image-editing). Dengan
adobe photoshop 5 dapat dengan mudah membuat dan menyunting image
dengan kualitas yang tinggi yang siap untuk dicetak, ditempatkan di situs
web dan untuk keperluan lainnya (Cristian, 2015).
Adobe photoshop 5 merupakan program aplikasi pengolah image atau
gambar bitmap, image atau gambar bitmap yang sering disebut raster,
20
merupakan gambar yang dibentuk dari grid-grid warna. Grid ini adalah
elemen dasar dari sebuah image atau gambar yang disebut pixel atau
picture elements. Adobe photoshop CS 5 portable digunakan untuk
mengedit gambar yang akan digunakan untuk membuat modul interaktif.
Gambar 2.7. Tampilan area kerja photoshop CS 5 portable
5. Adobe Flash Player
Adobe flash adalah salah satu perangkat lunak komputer yang merupakan
produk unggulan adobe systems. Adobe flash digunakan untuk membuat
gambar vektor maupun animasi gambar tersebut. Berkas yang dihasilkan
dari perangkat lunak ini mempunyai file extension .swf dan dapat diputar
di penjelajah web yang telah dipasangi adobe flash player (Bonaditya,
2015).
adobe flash player digunkan untuk membuka file animasi yang memiliki
format swf pada modul interaktif.
21
6. Mozilla Firefox
Fitur firefox meliputi penggunaan tab, pengecekan ejaan,
pencarian, markah buku (bookmark), mengembalikan session,
pengunduhan, dan private browsing. firefox menerapkan beberapa standar
web, termasuk HTML4 (juga sebagian HTML5), XML, XHTML,CSS,
javascript, dan DOM (Future, 2015).
Di antara fitur populer firefox adalah pemblokir pop-up yang sudah
terpasang di dalamnya, dan sebuah mekanisme pengembangan (extension)
untuk menambah fungsionalitas tambahan. Meskipun fitur-fitur ini sudah
tersedia untuk beberapa lamanya di peramban-peramban web lainnya.
firefox merupakan peramban web pertama yang mendapatkan penerimaan
dalam skala sebesar ini.
Mozilla firefox digunakan untuk membuka modul interaktif yang telah
dibuat dengan format file html.
7. Microsoft Silverlight
Microsoft silverlight adalah sebuah plug-in lintas browser dan lintas
platform untuk menyajikan pengalaman media berbasis .net generasi
selanjutnya serta aplikasi-aplikasi web yang interaktif. silverlight dapat
menghantarkan RIA (Rich Internet Application) seperti video, audio,
dan animasi yang menarik dan interaktif (Agung, 2013).
22
microsoft silvelight adalah plug-in yang digunakan untuk dapat membuka
modul interaktif pada mozilla firefox.
E. Listrik Dinamis
Listrik terbentuk karena energi mekanik dari generator yang menyebabkan
perubahan medan magnet di sekitar kumparan. Perubahan ini menyebabkan
timbulnya aliran muatan listrik pada kawat/penghantar. Aliran muatan
listrik pada kawat dikenal sebagai arus listrik. Aliran muatan dapat berupa
muatan positif (proton) dan muatan negatif (elektron). Aliran listrik yang
mengalir pada penghantar dapat berupa arus searah atau direct current (DC)
dan dapat berupa arus bolak-balik atau alternating current (AC). Listrik
pada dasarnya dibedakan menjadi dua macam, yaitu listrik statis (berkaitan
dengan muatan listrik dalam keadaan diam) dan listrik dinamis (berkaitan
dengan muatan listrik dalam keadaan bergerak). Pada saat saklar pada
suatu rangkaian listrik ditutup, lampu akan menyala, dan sebaliknya saat
saklar dibuka lampu mati.
1. Arus Listrik
Arus listrik adalah aliran muatan-muatan listrik pada suatu rangkaian
tertutup. Arus listrik dapat timbul karena ada beda potensial pada dua
titik dan arahnya dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah.
Besarnya arus listrik dinamakan kuat arus listrik didefinisikan sebagai
banyaknya muatan positif yang melalui suatu titik tiap satu satuan
waktu.
23
Gambar 2.8. Kuat arus listrik merupakan kelajuan muatan yang
melewati suatu luasan tertentu
Dalam suatu selang waktu (Δt), muatan yang melewati penampang (𝐴)
pada gambar di atas adalah Δq, sehingga kuat arus listrik (𝐼) yang mengalir
dapat ditulis:
𝐼 = 𝛥𝑞
𝛥𝑡 (pers. 1)
Dengan Δq adalah banyaknya muatan yang mengalir untuk selang waktu
Δt yang sangat kecil. Untuk arus searah, jumlah muatan yang mengalir
melalui penampang kawat/konduktor adalah konstan, sehingga dapat
ditulis:
𝐼 = 𝑞
𝑡 (pers. 2)
Dengan demikian, satuan arus listrik dalam SI adalah Coulumb per sekon
(C/s) atau ampere (A), diambil dari nama seorang fisikawan Perancis
bernama Andre Marie Ampere. Besaran kuat arus 𝐼 termasuk besaran
pokok, sedangkan muatan q dan waktu t adalah besaran turunan.
24
Jika luas penampang yang dilewati arus sebesar 𝐴, rapat arus (𝐽) dapat
ditulis:
𝐽 = 𝐼
𝐴 (pers. 3)
Rapat arus (𝐽) didefinisikan sebagai besarnya kuat arus per satuan luas
penampang. Rapat arus 𝐽 mempunyai satuan A/m2. Kuat arus listrik ini
dapat diukur dengan alat yang dinamakan amperemeter.
2. Mengukur Kuat Arus Listrik
Alat yang dapat digunakan untuk mengetahui kuat arus listrik adalah
amperemeter. Pada pengukuran kuat arus listrik, amperemeter disusun
seri pada rangkaian listrik sehingga kuat arus yang mengalir melalui
amperemeter sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar.
Cara memasang amperemeter pada rangkaian listrik adalah:
a) Terminal positif amperemeter dihubungkan dengan kutub positif
sumber tegangan (baterai).
b) Terminal negatif amperemeter dihubungkan dengan kutub negatif
sumber tegangan (baterai).
Jika saklar pada rangkaian dihubungkan, maka lampu pijar menyala dan
jarum pada amperemeter menyimpang dari angka nol. Besar simpangan
jarum penunjuk pada amperemeter tersebut menunjukkan besar kuat arus
yang mengalir.
25
Jika saklar dibuka, maka lampu pijar padam dan jarum penunjuk pada
amperemeter kembali menunjuk angka nol. Artinya tidak ada aliran
listrik pada rangkaian tersebut. Dengan demikian, dapat disimpulkan
bahwa arus listrik hanya mengalir pada rangkaian tertutup.
3. Beda Potensial
Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu
benda. Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi
daripada benda lain, jika benda tersebut memiliki muatan positif lebih
banyak daripada muatan positif benda lain.
Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki
potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda
potensial ini berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik
lainnya. Satuan beda potensial adalah volt (V). Alat yang digunakan untuk
mengukur beda potensial listrik disebut voltmeter. Secara matematis beda
potensial dapat dituliskan sebagai berikut:
𝑉 = 𝑊𝑄
(pers. 4)
Dengan :
𝑉 : beda potensial (V)
𝑊 : Usaha/ Energi (J)
𝑄 : Muatan (C)
26
4. Alat Ukur Beda Potensial/ Tegangan
Alat yang digunakan untuk mengukur suatu tegangan adalah voltmeter.
Saat mengukur beda potensial listrik, voltmeter harus dipasang secara
paralel dengan benda yang diukur beda potensialnya. Untuk memasang
voltmeter, Anda tidak perlu memotong rangkaian, namun cukup
menghubungkan ujung yang potensialnya lebih tinggi ke kutub positif dan
ujung yang memiliki potensial lebih rendah ke kutub negatif.
5. Hukum Ohm
Hasil eksperimen George Simon Ohm pada tahun 1827 menunjukkan
bahwa arus listrik 𝐼 yang mengalir pada kawat penghantar sebanding
dengan beda potensial 𝑉 yang diberikan pada ujung-ujungnya.
𝐼 ∞ 𝑉 (pers. 5)
Jika beda potensial diperbesar maka arus yang mengalir juga semakin
besar. Hasil eksperimen ini dikenal dengan hukum Ohm. Hubungan antara
V dan I secara grafik adalah:
𝑉
𝐼
Gambar 2.9. Grafik hubungan arus dengan beda potensial
27
Dari gambar tampak bahwa kuat arus listrik sebanding dengan tegangan
yaitu:
𝐼 ∞ 𝑉 (pers. 6)
Sehingga:
𝐼 = 𝐶 𝑉 (pers. 7)
Konduktansi dari konduktor yang merupakan kebalikan dari Resistansi,
maka:
C = 1
𝑅 𝐼 = (
1
𝑅) 𝑉 (pers.8)
Sehingga
𝐼 = 𝑉
𝑅 (pers. 9)
Dengan:
𝑅 : hambatan listrik (Ohm, Ω)
𝑉 : beda potensial atau tegangan (volt, V)
𝐼 : kuat arus listrik (ampere, A)
Perumusan di atas untuk kasus 𝑅 konstan dikenal sebagai Hukum Ohm
yang berbunyi: kuat arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar
listrik sebanding dengan tegangan (beda potensial) antara dua titik pada
penghantar tersebut, asalkan 𝑅 konstan. Melihat grafik hubungan 𝐼
28
terhadap 𝑉, semakin miring (curam) grafik 𝐼 terhadap 𝑉 maka
hambatannya makin besar dan begitu juga sebaliknya.
6. Hambatan Listrik
Resistor adalah suatu komponen dengan bahan konduktor yang dibuat
sedemikian hingga mempunyai hambatan tertentu. Elemen pemanas dalam
kompor listrik, pengering rambut, setrika, dan alat sejenis lainnya
merupakan resistor seperti halnya filamen pada lampu pijar biasa. Resistor
dibuat dengan hambatan yang sangat beragam nilainya untuk digunakan
dalam rangkaian elektronika.
Hambatan (resistence) dari sebuah penghantar diantara titik dapat
didefiisikan dengan menerapkan perbedaan potensial 𝑉 dan mengukur
arus 𝐼, sehingga diperoleh:
𝑅 = 𝑉
𝐼 (pers. 10)
Semakin besar resistivitas, semakin besar pula medan yang diperlukan
untuk menyebabkan sebuah kerapatan arus yang diberikan atau semakin
kecil pula kerapatan arus yang disebabkan oleh sebuah medan yang
diberikan.
Sebuah isolator sempurna akan mempunyai resistivitas tak berhingga.
Logam dan campuran logam mempunyai resistivitas paling kecil dan
merupakan konduktor terbaik. Resistivitas isolator lebih besar daripada
resistivitas logam sebanyak faktor yang sangat besar, yang besarnya 1022.
29
Sebuah material yang menurut Hukum Ohm secara baik dinamakan
sebuah konduktor ohmik atau sebuah konduktor linear. Untuk material
tersebut, pada suatu suhu yang diberikan, 𝜌 adalah sebuah konstanta yang
tidak bergantung pada nilai 𝐸.
Banyak material memperlihatkan penyimpangan yang nyata dari perilaku
Ohm, material itu adalah material nonohmik atau material nonlinear.
Dalam material ini, 𝐽 bergantung pada 𝐸 dengan cara yang lebih rumit.
7. Rangkaian Seri dan Paralel
a) Rangkaian Seri
Rangkaian seri berarti sambungan antara ujung komponen satu dengan
pangkal komponen lain secara berurutan. Dalam susunan seri, kuat
arus yang melalui tiap-tiap penghambat adalah sama besar.
Sedangkan tegangan pada ujung-ujung hambatan pengganti seri sama
dengan jumlah tegangan pada ujung-ujung tiap penghambat. Hubungan
seri komponen-komponen listrik serta rangkaian penggantinya dapat
dilihat pada gambar berikut:
R1 R2
V
II
a b c
Gambar 2.10. Contoh rangkaian yang dihubungkan secara seri
30
Dapat dipahami dari Gambar 2.10 bahwa pada hubungan seri,
komponen-komponen listrik dialiri oleh arus listrik yang sama besar.
Tegangan antara a dan c adalah:
𝑉 = 𝑉𝑎𝑏 + 𝑉𝑏𝑐 = 𝐼𝑅1 + 𝐼𝑅2 = 𝐼(𝑅1 + 𝑅2) (pers. 11)
Karena
𝑉 = 𝐼𝑅𝑎𝑐, maka 𝑅𝑎𝑐 = 𝑅1 + 𝑅2
Dengan kata lain, hambatan gabungan (𝑅𝑔𝑎𝑏) beberapa hambatan yang
terhubung secara seri dapat ditulis:
𝑅𝑔𝑎𝑏 = 𝑅1 + 𝑅2 + … + 𝑅𝑛 (pers. 12)
Hubungan Seri
a. Bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian.
b. Berfungsi sebagai pembagi tegangan.
𝑉1 ∶ 𝑉2 ∶ 𝑉3 = 𝑅1 ∶ 𝑅2 ∶ 𝑅3
c. Kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama.
b) Hubungan Paralel
Rangkaian paralel listrik dapat dilihat pada gambar berikut:
31
R1
R2
a b
I2
I1
I
Gambar 2.11. Rangkaian paralel listrik
Dapat dipahami dari gambar di atas bahwa pada hubungan paralel,
komponen-komponen listrik mendapatkan beda potensial yang sama
besar. Dengan menggunakan Hukum I Kirchoff, diperoleh:
𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 (pers. 13)
atau
𝐼 = 𝑉
𝑅1 +
𝑉
𝑅2 = 𝑉 (
1
𝑅1 +
1
𝑅2 ) =
𝑉
𝑅𝑔𝑎𝑏 (pers. 14)
Dari hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa hambatan gabungan
(𝑅𝑔𝑎𝑏) beberapa hambatan yang terhubung secara paralel dapat
dituliskan sebagai:
1
𝑅𝑔𝑎𝑏 =
1
𝑅1 +
1
𝑅2 (pers. 15)
Jika ada n buah hambatan yang dihubungkan secara paralel, hambatan
penggantinya 𝑅𝑔𝑎𝑏 akan memenuhi:
1
𝑅𝑔𝑎𝑏 =
1
𝑅1 +
1
𝑅2 + … +
1
𝑅𝑛 (pers. 16)
32
Untuk dua hambatan yang dihubungkan secara paralel dapat ditulis:
𝑅𝑔𝑎𝑏 = 𝑅1 𝑅2
𝑅1+𝑅2 (pers. 17)
Sedangkan, jika ada n buah resistor yang sama besar yang dihubungkan
secara paralel, dapat ditulis:
𝑅𝑔𝑎𝑏 = 𝑅
𝑛 (pers. 18)
Salah satu contoh hubungan paralel adalah peralatan listrik di rumah
kita. Peralatan-peralatan harus mendapat tegangan yang sama, misalnya
220 V. Jadi, seluruh peralatan terhubung secara paralel terhadap sumber
tegangan.
Hubungan Paralel
a. Bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian
b. Berfungsi sebagai pembagi arus.
𝐼1 ∶ 𝐼2 ∶ 𝐼3 = 1
𝑅1+
1
𝑅2+
1
𝑅3
c. Beda potensial setiap hambatan adalah sama.
8. GGL dan Tegangan Jepit
Ggl adalah tegangan antar kedua kutub baterai ketika baterai tidak
terbebani (tidak mensuplai arus). Tegangan jepit 𝑉 adalah tegangan jepit
antar kedua kutub baterai jika baterai terbebani.
33
𝑉𝑗𝑒𝑝𝑖𝑡 = 𝜀 – 𝐼𝑟 = 𝐼𝑅 (pers. 19)
Dengan demikian, beda potensial antara kutub suatu elemen (tegangan
jepit) tidak konstan. Jika kuat arus bertambah, tegangan (beda potensial)
antara kutub-kutubnya berkurang. Ini karena hambatan dalam suatu
elemen. Persamaan di atas sering digunakan untuk menentukan kuat arus
listrik mengalir dalam suatu rangkaian sederhana, yaitu:
𝐼 = 𝑉𝑗𝑒𝑝𝑖𝑡
𝑅 =
𝜀
𝑅+𝑟 (pers. 20)
Arah arus listrik pada baterai
a) Jika arus listrik keluar dari kutub positif suatu baterai, berarti baterai
tersebut sedang dipakai (memberikan energi listrik)
b) Sebaliknya, jika arus listrik masuk ke kutub positif suatu baterai,
berarti baterai tersebut sedang diisi (menerima energi listrik)
9. Hukum I Kirchoff tentang Arus pada Titik Simpul
Rangkaian listrik biasanya terdiri dari banyak hubungan, sehingga akan
terdapat banyak cabang maupun titik simpul. Titik simpul adalah titik
pertemuan tiga cabang atau lebih.
Bunyi dari Hukum I Kirchoff yaitu:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan
jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
34
Hukum I Kirchoff sebenarnya tidak lain dari hukum kekekalan muatan
listrik, seperti analogi gambar berikut:
I2
I3I1Aliran keluar
Aliran masuk
(a) (b)
Gambar 2.12. (a) Skema diagram untuk Hukum I Kirchoff,
(b)Analogi mekanik Hukum I Kirchoff
Secara matematis, Hukum I Kirchoff dapat ditulis:
𝛴𝐼𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 = 𝛴𝐼𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 (pers. 21)
10. Hukum II Kirchoff
Ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan dengan menggunakan
kombinasi seri dan paralel. Jika ada dua atau lebih ggl di dalam rangkaian,
atau komponen rangkaian dihubungkan dengan cara yang rumit. Misalnya,
seperti pada Gambar 2.13, 𝑅1 dan 𝑅2 tidak paralel karena ujung bawah
kedua resistor dipisahkan oleh 𝑅3. 𝑅1dan 𝑅3 tidak seri karena arus yang
keluar dari 𝑅1 dapat mengalir ke 𝑅3 atau ke 𝑅4. Penyederhanaan rangkaian
seperti ini memerlukan suatu teknik khusus yang bukan merupakan
kombinasi seri maupun paralel.
35
R1
R4
R3
R2
R5
ε
Gambar 2.13. Rangkaian ini tidak dapat dianalisis dengan
menggunakan kombinasi seri dan parallel
Untuk menyederhanakan rangkaian yang rumit, dapat digunakan Hukum II
Kirchoff yang berbunyi:
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (𝜀)
dengan penurunan tegangan (𝐼𝑅) sama dengan nol.
Secara matematis, dapat ditulis:
𝛴𝜀 + 𝛴𝐼𝑅 = 0 (pers. 22)
Aturan untuk menggunakan Hukum II Kirchoff ini adalah sebagai berikut:
a. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu.
Pada dasarnya, pemilihan arah loop bebas. Tetapi jika memungkinkan,
usahakan searah dengan arus.
b. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, penurunan
tegangan (𝐼𝑅) bertanda positif. Sedangkan jika berlawanan arah,
penurunan tegangan (𝐼𝑅) bertanda negatif.
c. Jika saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih
dahulu dijumpai adalah kutub positif, ggl 𝜀 bertanda positif.
36
Sebaliknya, jika kutub negatif yang lebih dahulu dijumpai adalah
kutub negatif, ggl 𝜀 bertanda negatif.
11. Energi dan Daya Listrik
Suatu hambatan yang dilalui oleh arus listrik, hambatan tersebut menjadi
panas karena tumbukan antara muatan yang mengalir dengan elektron
konduktor. Dengan kata lain, muatan yang mengalir (𝑞) karena adanya
beda potensial (𝑉) pada konduktor memberikan energi (𝑊) sebesar:
𝑊 = 𝑞 (pers. 23)
Karena muatan listrik 𝑞 = 𝐼𝑡 dan beda potensial 𝑉 = 𝐼𝑅, Persamaan di
atas dapat ditulis menjadi tiga bentuk berikut:
𝑊 = 𝑉 𝐼 𝑡 (pers. 24)
𝑊 = 𝑉²
𝑅 𝑡 (pers 25)
Daya didefinisikan sebagai energi per satuan waktu. Secara matematis,
daya listrik (𝑃) dapat ditulis:
𝑃 = 𝑊
𝑡 (pers. 26)
Dengan memperhatikan persamaan (2), daya listrik (𝑃) dapat juga
diperoleh dari hubungan:
𝑃 = 𝑉 𝐼 = 𝐼2 𝑅 = 𝑉²
𝑅 (pers. 27)
37
Untuk hambatan listrik yang konstan, besar daya listrik sebanding dengan
kuadrat tegangan ataupun kuadrat arus seperti pada kurva berikut ini:
P
I V
(a) (b)
P
Gambar 2.14 (a) Kurva daya terhadap kuat arus, (b) kurva daya
terhadap tegangan, keduanya berbentuk parabola
12. Penerapan Listrik AC-DC dalam Kehidupan Sehari-hari
Salah satu keuntungan DC daripada AC adalah bahwa sumber arus DC
seperti aki dan batu baterai mudah dibawa kemana-mana, sehingga
sumber listrik DC banyak digunakan pada peralatan elektronika.
Sifat dari listrik DC yang hanya mengalir dalam satu arah dimanfaatkan
untuk:
a. Melapisi logam dengan logam lain secara kimia, misalnya melapisi
piala dengan emas.
b. Motor listrik yang digunakan untuk mengatur kecepatan, yaitu yang
biasa digunakan pada mainan anak-anak.
38
Listrik AC memberikan lebih banyak keuntungan daripada listrik DC.
Alat-alat listrik seperti seterika listrik, kipas angin, rice cooker, lemari
es, mesin cuci, lampu-lampu penerangan, dan lain-lain menggunakan
catu daya tegangan AC yang disuplai oleh PLN ke rumah-rumah.
Jika input dari peralatan elektronik, misalnya radio, tape recorder,
televisi, dan komputer, adalah arus AC. Maka pada umumnya dalam
rangkaian tersebut dipasang rangkaian penyearah yang disebut rectifier
atau adaptor yang berfungsi mengubah AC menjadi DC, sehingga dapat
menggunakan sumber tegangan DC.
Untuk pengamanan jaringan listrik dan peralatan listrik akibat
kelebihan arus listrik (konsleting) maka dapat digunakan alat pemutus
arus yang disebut sekering. Kawat sekering akan cair dan putus jika
dialiri arus listrik yang melampaui batas tertentu yang tertulis pada
sekering.