Zafran IPA Kelas 9 Semester 2 71 1 4/9/2025
IPA Kelas 9 Semester 2
Zafran @zafran17 April 9, 2025 71 1

Panduan Penulisan yang Dipakai:

  • Tanda desimal dilambangkan dengan titik bukan koma. Contoh: 5.6, 10.25, 3.14, 2.17, dan 5.333….
  • Tanda pemisah ribuan tidak digunakan. Contoh, satu juta ditulis 1000000. Kecuali jika diperlukan—seperti angka yang sangat besar—maka spasi penggabung (non-breaking space atau  ) akan digunakan. Contoh, satu triliun ditulis 1 000 000 000.
  • Variabel dicetak miring. Contoh, $x = 3y$, $F = ma$, $V = IR$.
  • Satuan TIDAK dicetak miring. Contoh, satu volt ditulis $1\;\mathrm{V}$, tiga ampere ditulis $3\;\mathrm{A}$, sepuluh kilogram ditulis $10\;\mathrm{kg}$.

I—Atom

II—Listrik§

Listrik tidak dapat dilihat, kita hanya dapat melihat gejalanya, seperti panas, cahaya, gerakan, tagihan listrik melonjak, dan lain-lain.

A. Listrik Statis§

Muatan listrik statis cenderung tidak bergerak. Terjadi karena ketidakseimbangan muatan (elektron dan proton+).

Karena ketidakseimbangan muatan tersebutlah terjadi arus listrik. Benda yang bermuatan negatif (lebih banyak elektron) akan memindahkan elektronnya ke benda yang bermuatan positif.

Muatan negatif berpindah kepada muatan positif karena berbeda jenis, maka saling tarik-menarik (±seperti magnet).

Bisa dibuat dengan menggesekkan dua benda, memindahkan elektron dari suatu benda ke benda lain.

Muatan biasanya dilambangkan dengan $Q$ atau $q$ dan satuannya adalah $\mathrm{C}$ (coulomb). Satu coulomb sama dengan muatan 6.241509 × 1018 elektron, atau

6 241 509 074 460 762 607.776 e.

Dilambangkan dengan $Q$ karena muatan adalah kuantitas (quantity) dari listrik yang dialirkan dengan kuat arus satu ampere dalam satu detik.

$$ \boxed{1\;\mathrm{C} = 1\;\mathrm{A} \times 1\;\mathrm{s}} $$

Penjelasan di bagian selanjutnya.

B. Listrik Dinamis§

Sedangkan listrik dinamis adalah muatan listrik yang dapat bergerak dalam suatu rangkaian listrik (electric circuit). Muatan listrik bergerak di dalam konduktor (kabel, dan semacamnya), aliran ini disebut sebagai arus listrik, seolah-olah sungai yang mengalir.

Arus listrik bergerak dari positif ke negatif. Tetapi, elektron (e) bergerak dari negatif ke positif.

Arus listrik bergerak dari potensial tinggi (positif) ke potensial rendah (negatif). Seperti ketinggian pada sungai, air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah. Begitulah arus listrik, bergerak karena ada perbedaan potensial. Beda potensial ini memiliki satuan volt $(\mathrm{V})$, beda potensial juga disebut sebagai tegangan dan voltase (voltage).

Nah, muatan listrik (coulomb) juga bisa dianalogikan sebagai air di sungai yang mengalir. Muatan listrik adalah air di sungai tersebut. Arus listrik adalah kecepatan (debit) air di sungai. Tegangan listrik adalah perbedaan ketinggian di sungai.

Didapat rumus berikut.

$$ I = \frac{Q}{t} $$

  • $I$: kuat arus listrik, atau banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu tertentu.
  • $Q$: muatan listrik.
  • $t$: waktu.

Kuat arus dilambangkan dengan $I$ karena asalnya dari bahasa Prancis “intensité du courant” (intensitas arus).

Pernah lihat baterai? Satuan muatan listriknya adalah $\mathrm{mAh}$ (milliampere-hour atau miliampere-jam, satu ampere sama dengan seribu miliampere). Kenapa tidak coulomb? Karena untuk kemudahan menghitung masa pakai baterai. Contohnya, baterai dicas dengan kuat arus $500\;\mathrm{mA}$ selama $3\;\mathrm{jam}$, maka muatan listriknya adalah $1500\;\mathrm{mAh}$,

$$ \begin{align*} Q &= It \\ &= (500\;\mathrm{mA})(3\;\mathrm{h}) \\ &= (500 \cdot 3)\;\mathrm{mA}\cdot\mathrm{h} \\ Q &= 1500\;\mathrm{mAh} \; \llap{\boxed{\phantom{Q = 1500\;\mathrm{mAh}}}} , \end{align*} $$

tinggal kalikan saja kedua angka tersebut dan gabungkan satuannya.

Kalau ingin tahu, $1\;\mathrm{mAh}$ sama dengan $3.6\;\mathrm{C}$. Berikut penyelesaiannya.

$$ \begin{align*} 1\;\mathrm{mAh} &= \cancel{1}\;\mathrm{mA}\cdot\mathrm{h} \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1\;\mathrm{A} = 1000\;\mathrm{mA},} \\ &\phantom{=} {\color{gray} \phantom{\because} 1\;\mathrm{h} = 60\;\mathrm{min}} \\ &= \left(\frac{1}{1000}\;\mathrm{A}\right)\left(60\;\mathrm{min}\right) \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1\;\mathrm{min} = 1\;\mathrm{s}} \\ &= \left(\frac{1}{1000}\;\mathrm{A}\right)\left(60\left(60\;\mathrm{s}\right)\right) \\ &= \frac{1}{1000}\;\mathrm{A} \cdot 60 \cdot 60\;\mathrm{s} \\ &= \frac{1}{1000}\;\mathrm{A} \cdot 3600\;\mathrm{s} \\ &= \frac{1}{1000} \cdot 3600\;\mathrm{A}\;\mathrm{s} \\ &= \frac{3600}{1000}\;(\mathrm{A}\cdot\mathrm{s}) \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1\;\mathrm{A} \times 1\;\mathrm{s} = 1\;\mathrm{C}} \\ 1\;\mathrm{mAh}&= 3.6\;\mathrm{C} \; \llap{\boxed{\phantom{1\;\mathrm{mAh} = 3.6\;\mathrm{C}}}} \\ \end{align*} $$

$\because$ bermakna “karena.”

Baterai dengan kapasitas $6000\;\mathrm{mAh}$ dicas dengan kuat arus $2\;\mathrm{A}$, berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengecas baterai tersebut sampai penuh? Hitunglah kapasitas baterai dalam coulomb!

Hukum Ohm

Hukum Ohm menjelaskan keterkaitan kuat arus listrik, tegangan listrik, dan hambatan (resistansi atau resistance). Ia menyatakan bahwa jika tegangan dinaikkan, arusnya akan naik.

Didapatkan rumus berikut.

$$ {I = \frac{V}{R}}\text{ atau }\boxed{V = IR}\text{ atau }{R = \frac{V}{I}} $$

  • $V$: tegangan atau voltase, satuannya volt $(\mathrm{V})$.
  • $R$: hambatan atau resistansi, satuannya ohm $(\mathrm{\Omega})$.

C. Rangkaian Listrik§

1. Rangkaian Seri

Gambar 2.1 Rangkaian seri dengan tiga resistor

Gambar di samping adalah rangkaian seri yang memiliki tiga resistor. Total hambatan rangkaian adalah jumlah masing-masing hambatan,

$$ R = R_1 + R_2 + R_3.$$

Arus yang mengalir sama di semua titik,

$$ I = I_1 = I_2 = I_3. $$

Tegangan total sama dengan jumlah tegangan di tiap resistor,

$$ V = V_1 + V_2 + V_3. $$

Rangkaian Seri

Gambar 2.2 Rangkaian seri dengan 𝔫 resistor

$$ \begin{gather*} \text{Hambatan:} \\ R = R_1 + R_2 + R_3 + \cdots + R_\mathfrak{n} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Kuat Arus:} \\ I = I_1 = I_2 = I_3 = \cdots = I_\mathfrak{n} \\ \textit{kuat arusnya konstan} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Tegangan:} \\ V = V_1 + V_2 + V_3 + \cdots + V_\mathfrak{n} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Hubungan:} \\ \boxed{V_\mathfrak{n} = I \times R_\mathfrak{n}} \\ \text{atau} \\ I = \frac{V_\mathfrak{n}}{R_\mathfrak{n}} \\ \text{atau} \\ R_\mathfrak{n} = \frac{V_\mathfrak{n}}{I} \end{gather*} $$

  • $V_\mathfrak{n}$: tegangan di resistor $\mathfrak{n}$.
  • $I$: kuat arus total.
  • $R_\mathfrak{n}$: hambatan resistor $\mathfrak{n}$.

2. Rangkaian Paralel

Gambar 2.3 Rangkaian paralel dengan tiga resistor

Total hambatan dari rangkaian listrik di samping adalah,

$$ \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}. $$

Kuat arus akan di-“bagi” menjadi tiga, maka total kuat arusnya,

$$ I = I_1 + I_2 + I_3, $$

seolah-olah sungai yang bercabang, tentu saja jumlah air yang melewati cabang-cabangnya lebih kecil.

Sedangkan tegangan di tiap-tiap resistor tetap sama, maka

$$ V = V_1 = V_2 = V_3. $$

Rangkaian Paralel

Gambar 2.4 Rangkaian paralel dengan 𝔫 resistor

$$ \begin{gather*} \text{Hambatan:} \\ \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_\mathfrak{n}} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Kuat Arus:} \\ I = I_1 + I_2 + \cdots + I_\mathfrak{n} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Tegangan:} \\ V = V_1 = V_2 = \cdots = V_\mathfrak{n} \\ \textit{tegangannya konstan} \end{gather*} $$


$$ \begin{gather*} \text{Hubungan:} \\ \boxed{V = I_\mathfrak{n} \times R_\mathfrak{n}} \\ \text{atau} \\ I_\mathfrak{n} = \frac{V}{R_\mathfrak{n}} \\ \text{atau} \\ R_\mathfrak{n} = \frac{V}{I_\mathfrak{n}} \end{gather*} $$

3. Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchoff pertama menyatakan bahwa,

Pada setiap titik persambungan, jumlah seluruh arus yang masuk persambungan sama dengan jumlah seluruh arus yang meninggalkan persambungan.

$$ \Sigma I_\textbf{masuk} = \Sigma I_\text{keluar} $$

  • $\Sigma I_\text{masuk}$: jumlah kuat arus yang menuju titik temu/persambungan.
  • $\Sigma I_\text{keluar}$: jumlah kuat arus yang meninggalkan titik temu/persambungan
Gambar 2.5 Rangkaian dengan persambungan

Pada Gambar 2.5, berlaku Hukum Kirchoff pertama,

$$ {\color{blue} \Sigma i} = {\color{red} \Sigma I}, $$

atau bisa dijabarkan seperti

$$ i_1 + i_2 + i_3 + \cdots + i_\mathfrak{m} = I_1 + I_2 + \cdots + I_\mathfrak{n}. $$

Latihan SAT IPA Kelas 9 Semester 2, Bu Lita

Perhatikan gambar di bawah!

hayolo gambar apa ni

Kuat arus yang mengalir pada hambatan $3\;\mathrm{\Omega}$ adalah ….

Klik untuk melihat penyelesaian

$$ \begin{align*} R_1 &:= 2\;\Omega \\ R_2 &:= 3\;\Omega \\ R_3 &:= 4\;\Omega \\ R_4 &:= 4\;\Omega \\ \boldsymbol{V} &:= 16\;\mathrm{V} \end{align*} $$

  • $\boldsymbol{V}$: total tegangan rangkaian.

Pertama-tama, cari total hambatan paralel ($R_2$, $R_3$, dan $R_4$), dengan rumus $\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots$.

$$ \begin{align*} \frac{1}{R_{2,3,4}} &= \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4} \\ &= \frac{1}{3\;\Omega} + \frac{1}{4\;\Omega} + \frac{1}{4\;\Omega} \\ &= \frac{1}{3\;\Omega} + \frac{2}{4\;\Omega} \\ &= \frac{1}{3\;\Omega} + \frac{1}{2\;\Omega} \\ &= \frac{1}{3\;\Omega} {\color{orange} {\cdot} \frac{2}{2}} + \frac{1}{2\;\Omega} {\color{orange} {\cdot} \frac{3}{3}} \\ &= \frac{2}{6\;\Omega} + \frac{3}{6\;\Omega} \\ &= \frac{2+3}{6\;\Omega} \\ \frac{1}{R_{2,3,4}} &= \frac{5}{6\;\Omega} \\ \frac{R_{2,3,4}}{1} &= \frac{6\;\Omega}{5} \\ R_{2,3,4} &= \frac{6}{5}\;\Omega \;\llap{\boxed{\phantom{R_{2,3,4} = \frac{6}{5}\;\Omega}}} \end{align*} $$

Setelah itu, cari total hambatan serinya ($R_1$ dan $R_{2,3,4}$) dengan rumus $R = R_1 + R_2 + \cdots$.

$$ \begin{align*} \boldsymbol{R} &= R_1 + R_{2,3,4} \\ &= 2\;\Omega + \frac{6}{5}\;\Omega \\ &= \frac{2\;\Omega}{1} \cdot {\color{orange} \frac{5}{5}} + \frac{6\;\Omega}{5} \\ &= \frac{10\;\Omega}{5} + \frac{6\;\Omega}{5} \\ &= \frac{10\;\Omega+6\;\Omega}{5} \\ &= \frac{16\;\Omega}{5} \\ \boldsymbol{R} &= \frac{16}{5}\;\Omega \;\llap{\boxed{\phantom{\boldsymbol{R} = \frac{16}{5}\;\Omega}}} \end{align*} $$

  • $\boldsymbol{R}$: total hambatan pada rangkaian.

Lalu, cari kuat arus listrik pada rangkaian, misalkan $\boldsymbol{I}$ adalah total kuat arus listrik pada rangkaian.

$$ \begin{align*} \boldsymbol{V} &= \boldsymbol{I}\boldsymbol{R} \\ \frac{\boldsymbol{V}}{\boldsymbol{R}} &= \boldsymbol{I} \\ \boldsymbol{I} &= \frac{\boldsymbol{V}}{\boldsymbol{R}} \\ &= \frac{16\;\mathrm{V}}{\frac{16}{5}\;\Omega} \\ &= \left(16\;\mathrm{V}\right) \div \left(\frac{16 \;\Omega}{5}\right) \\ &= \left({\color{orange} 16}\;\mathrm{V}\right) \times \left(\frac{5}{{\color{orange} 16}\;\Omega}\right) \\ &= 1\;\mathrm{V} \times \frac{5}{1\;\Omega} \\ &= \frac{5\;\mathrm{V}}{1\;\Omega} \\ \boldsymbol{I} &= 5\;\mathrm{A} \;\llap{\boxed{\phantom{\boldsymbol{I} = 5\;\mathrm{A}}}} \end{align*} $$


Nah, tegangan di rangkaian seri ($R_1$ dan $R_{2,3,4}$) berbeda. Karena kita ingin mencari kuat arus di $R_2$, maka kita harus mencari tegangan di $R_{2,3,4}$. Kuat arus tidak perlu, karena kuat arus di rangkaian seri sama.

Gunakan rumus $V_\mathfrak{n} = I \times R_\mathfrak{n}$ untuk rangkaian seri.

$$ \begin{align*} V_{2,3,4} &= \boldsymbol{I} \times R_{2,3,4} \\ &= ({\color{orange} 5}\;\mathrm{A}) \times \left(\frac{6}{\color{orange} 5}\;\Omega\right) \\ &= 1\;\mathrm{A} \times 6\;\Omega \\ V_{2,3,4} &= 6\;\mathrm{V} \;\llap{\boxed{\phantom{V_{2,3,4} = 6\;\mathrm{V}}}} \end{align*} $$


Sekarang fokus ke rangkaian paralel (2, 3, dan 4). Kita perlu mencari kuat arus di $R_2$. Ingat, di rangkaian paralel tegangan akan bernilai sama.

Gunakan rumus $V = I_\mathfrak{n} \times R_\mathfrak{n}$ untuk rangkaian paralel.

$$ \begin{align*} V_{2,3,4} &= I_2 \times R_2 \\ \frac{V_{2,3,4}}{R_2} &= I_2 \\ I_2 &= \frac{V_{2,3,4}}{R_2} \\ &= \frac{6\;\mathrm{V}}{3\;\Omega} \\ &= 2\;\frac{\mathrm{V}}{\Omega} \\ I_2 &= 2\;\mathrm{A} \;\llap{\boxed{\phantom{I_2 = 2\;\mathrm{A}}}} \end{align*} $$

Didapatkan bahwa kuat arus listrik yang mengalir di resistor $3\;\Omega$ adalah $2\;\mathrm{A}$.


D. Energi Listrik§

Energi listrik tergantung pada tegangan dan muatan listrik yang mengalir, dapat dirumuskan

$$ W = V \cdot Q $$

Energi listrik dilambangkan dengan $W$ karena berasal dari bahasa Inggris “work” yang berarti usaha.

*Tolong dicatat $W$ sebagai variabel bermakna energi listrik, $\mathrm{W}$ sebagai satuan bermakna watt.

Dapat disimpulkan bahwa $$ \begin{gather*} \boxed{W = V \cdot Q} \\ \text{atau} \\ W = V \cdot I \cdot t \\ \text{atau} \\ W = I^2 \cdot R \cdot t \\ \text{atau} \\ W = \frac{V^2}{R} \cdot t \end{gather*} $$

  • $W$: energi listrik.
  • $V$: tegangan.
  • $Q$: muatan listrik.
  • $I$: kuat arus.
  • $t$: waktu.
  • $R$: hambatan.

Energi listrik juga bisa menggunakan satuan $\mathrm{kWh}$ (kilowatt-hour atau kilowatt-jam), penjelasan ada di bagian selanjutnya.

E. Daya Listrik§

Daya listrik adalah energi listrik yang digunakan dalam satu satuan waktu. Satuan daya listrik adalah $\mathrm{W}$ (watt). Nah, $1\;\mathrm{W} = 1\;\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{s}}$ atau bisa ditulis $1\;\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}$.

$$ \begin{gather*} \boxed{P = \frac{W}{t}} \\ \text{atau} \\ P = VI \end{gather*} $$

  • $P$: daya listrik $(\mathrm{W})$.
  • $W$: energi listrik $(\mathrm{J})$.
  • $t$: waktu.
  • $V$: tegangan.
  • $I$: kuat arus.

*Tolong dicatat $W$ sebagai variabel bermakna energi listrik, $\mathrm{W}$ sebagai satuan bermakna watt.

Dilambangkan dengan $P$ karena berasal dari bahasa Inggris “power.”

Satuan joule (joule sama dengan watt-sekon: $1\;\mathrm{J} = 1\;\mathrm{W}{\cdot}\mathrm{s}$) terlalu kecil untuk kebutuhan pemakaian listrik sehari-hari. Dipakailah satuan yang lebih besar, yaitu watt-jam $(\mathrm{Wh})$ dan kilowatt-jam $(\mathrm{kWh})$. Persamaannya $1\;\mathrm{kWh}$ sama dengan $3.6 \times 10^6\;\mathrm{J}$ atau $3.6\;\mathrm{MJ}$ (megajoule, megajoule sama dengan sejuta joule).

$$ \begin{align*} 1\;\mathrm{kWh} &= \cancel 1\;\mathrm{kW}\cdot \cancel 1\;\mathrm{h} \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1\;\mathrm{kW} = 1000\;\mathrm{W}} \\ &= (1000\;\mathrm{W}) \cdot (60\;\mathrm{min}) \\ &= (1000\;\mathrm{W}) \cdot (60(60\;\mathrm{s})) \\ &= (1000\;\mathrm{W}) \cdot (60 \cdot 60\;\mathrm{s}) \\ &= 1000\;\mathrm{W} \cdot 60 \cdot 60\;\mathrm{s} \\ &= 1000 \cdot 60 \cdot 60\;\mathrm{W}\cdotp\mathrm{s} \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1\;\mathrm{Ws} = 1\;\mathrm{J}} \\ 1\;\mathrm{kWh} &= 3600000\;\mathrm{J} \;\llap{\boxed{\phantom{1\;\mathrm{kWh} = 3600000\;\mathrm{J}}}} \end{align*} $$

Tagihan Listrik

Tagihan listrik dihitung setiap energi listrik yang digunakan. Biasanya harga listrik PLN adalah Rp1300/kWh sampai Rp1600/kWh.

Kulkas dengan daya 500 watt digunakan selama 5 jam per hari, berapa kWh yang digunakan kulkas tersebut selama 7 hari? Jika harga listrik adalah Rp1500/kWh, berapa besar tagihan listrik untuk menggunakan kulkas tersebut?

Klik untuk melihat penyelesaian

$$ \begin{align*} P &:= 500\;\mathrm{W} \\ t &:= 5\;\frac{\mathrm{h}}{\mathrm{d}} \times 7\;\mathrm{d} \end{align*} $$

  • $:=$ bermakna “didefinisikan dengan.” Digunakan untuk mendefinisikan, seperti pernyataan dari soal.

Variabel:

  • $P$: daya listrik kulkas.
  • $t$: lama waktu kulkas dipakai.
  • $W$: energi listrik yang dipakai kulkas.

Satuan:

  • $\mathrm{W}$: watt.
  • $\mathrm{h}$: jam (hour).
  • $\mathrm{d}$: hari (day).

Sederhanakan $t$,

$$ \begin{align*} t &= 5\;\frac{\mathrm{h}}{\color{red} \mathrm{d}} \times 7\;\mathrm{\color{red} d} \\ &= 5\;\mathrm{h} \times 7 \\ &= 35\;\mathrm{h}. \end{align*} $$

Ingat rumus $P = \frac{W}{t}$,

$$ \begin{align*} P &= \frac{W}{t} \\ P \cdot t &= W \\ W &= P \cdot t \\ &= (500\;\mathrm{W}) \cdot (35\;\mathrm{h}) \\ &= 500 \cdot 35 \; \mathrm{W}{\cdot}\mathrm{h} \\ &= 17500\;\mathrm{W}\,\mathrm{h} \\ &= 17.5 \times 1000\;\mathrm{W}\,\mathrm{h} \\ &= 17.5 \times \left(1000\;\mathrm{W}\right) \times \mathrm{h} \\ &\phantom{=} {\color{gray} \because 1000\;\mathrm{W} = 1\;\mathrm{kW}} \\ &= 17.5\;\mathrm{kW}\,\mathrm{h} \\ W &= 17.5\;\mathrm{kWh} \; \llap{\boxed{\phantom{W = 17.5\;\mathrm{kWh}}}}. \end{align*} $$

Didapatkan energi listrik yang digunakan adalah 17.5 kWh.


$$ h_\text{s} := \frac{\mathrm{Rp}1500}{\mathrm{kWh}} $$

  • $h_\text{s}$: harga satuan listrik.
  • $H$: harga total.

$$ \begin{align*} H &= h_\text{s} \times W \\ &= \frac{\mathrm{Rp}1500}{\color{red} \mathrm{kWh}} \times 17.5\;\mathrm{\color{red} kWh} \\ &= \mathrm{Rp}1500 \times 17.5 \\ H &= \mathrm{Rp}26250 \; \llap{\boxed{\phantom{H = \mathrm{Rp}26250}}} \end{align*} $$

Didapatkan tagihan listrik yang harus dibayar adalah Rp26250.

III—Kemagnetan

work in progress. semoga saya mood untuk melanjutkan.