2. SUHU/TEMPERATUR
SUHU
Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat
untuk mengukur suhu adalah termometer, termometer ini memiliki sifat
termometrik zat yang berubah jika dipanaskan. Jenis dan paparan
skala pada termometer ada beberapa macam, coba sebutkan?. Pada
prinsipnya semua termometer mempunyai acuan yang sama dalam
menetapkan skala, titik lebur es murni dipakai sebagai titik tetap
bawah, sedangkan suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada
tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas. Termometer Celcius menandai
titik tetap bawah dengan angka 0 oC dan titik tetap atas dengan 100 oC,
jarak antara kedua titik tetap dibagi atas 100 skala dan tiap bagian adalah
1 oC. Termometer Reamur menggunakan skala dari 0 oR sampai dengan
80 oR. Pada Termometer Fahrenheit titik lebur es diberi angka 32 oF dan
titik didih air diberi angka 212 oF sehingga memiliki range 180 skala.
Sedangkan skala Kelvin yang disepakati sebagai satuan Internasional
memiliki skala dari 273 Ksampai dengan 373 K. Maka tiap-tiap termometer
dapat dikalibrasi skalanya dengan termometer lainnya.
3. SKALA SUHU
Gambar 1:
Perbandingan skala Celcius(C), Kelvin(K), Fahrenheit(F), dan Reamur(R).
100 -- 373-- 212-- 80-- titik tetap atas(tta)
d C-- l K -- g F-- s R--
c k f r
0 -- 273-- 32-- 0-- titik tetap bawah(ttb)
4.
5. KALOR
• Kalor atau bahang adalah salah satu bentuk energi yang
mengalir karena adanya perbedaan suhu dan atau karena
adanya usaha atau kerja yang dilakukan pada sistem.
• Kalor mempunyai satuan kalori, satu kalori didefinisikan
sebagai kalor yang dibutuhkan 1 gram air untuk menaikkan
suhunya 1OC. Dalam sistem SI satuan kalor adalah Joule. Satu
kalori setara dengan 4,18 joule.
• Kalor jenis (c) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu setiap 1kg massa benda dan setiap 1 °C kenaikan suhu.
• Kapasitas kalor ( C ) adalah banyaknya kalor yang digunakan
untuk menaikkan suhu benda setiap 1 °C.
Dari kenyataan bahwa:
• Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan
suhu.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding
massa benda.
• Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung
jenis benda.
6.
7.
8.
9. PERUBAHAN WUJUD ZAT
• Kita kenal ada tiga wujud zat, yaitu padat, cair, dan gas. Pada umumnya
semua zat pada suhu dan tekanan tertentu dapat berubah dari satu wujud
ke wujud yang lain. Misalkan H20 pada wujud padat berupa es, dalam
wujud cair berupa air, dan dalam wujud gas berupa uap.
• Jumlah kalor yang diperlukan/dilepaskan saat perubahan wujud (suhu
tetap) dinyatakan dengan formula:
Q=m.L
• Q=jumlah kalor, satuannya joule.
• m=massa zat, satuannya kg.
• L=kalor laten (kalor lebur, kalor beku, kalor uap, dan kalor embun)
satuannya joule/kg.
ASAS BLACK
• Jika ada dua macam zat yang berbeda suhunya dicampurkan atau
disentuhkan, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepas kalor yang
sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih
rendah.
• Q lepas = Q serap
• Kekekalan energi pada pertukaran kalor seperti persamaan diatas pertama
kali dikemukakan oleh Black seorang ilmuwan Inggris.
10. 2. Seratus gram air dengan suhu 30OC dicampur
dengan 50 gram air bersuhu 80OC, tentukan
suhu campurannya! (kalor jenis air-1 kal/gr.OC)
Air dingin
t1= 30OC ;m1= 100 gr
Air panas
t2= 80OC ;m2= 50 gr
t
Penyelesaian
Qdiserap=Qdilepas
Q1=Q2
m1.c1.ΔT1=m2.c2.ΔT2
100.1.(t-30) = 50.1.(80-t)
2t-60 = 80-t
3t = 140
t = 46,7 OC
11. Suhu dan Pemuaian
• Pada Kehidupan Sehari-hari temperatur merupakan indikator panas atau
dinginya benda
Es Dikatakan Bertemperatur Rendah Api Dikatakan Bertemperatur Tinggi
12. Pemuaian
• ΔL = αLoΔT
• ΔA = βAoΔT
• ΔV = γVoΔT
•Suatu zat jika dipanaskan pada umumnya akan memuai
dan menyusut jika didinginkan
ΔL, ΔA, ΔV = Perubahan panjang,
luas dan volume
L0, Ao, Vo = Panjang, luas dan volume awal
ΔT = Perubahan suhu(0C)
α, β, γ= Koefisien muai panjang, luas dan
volume (0C-1)
γ= 3α dan β= 2α
13. •Jika dua sistem dengan temperatur yang berbeda
diletakkan dalam kontak termal, maka kedua sistem
tersebut pada akhirnya akan mencapai temperatur yang sama.
•Jika dua sistem dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga,
maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain
14. - Alat Yang Di Gunakan Untuk Mengukur Temperatur Di Sebut Termometer
- Untuk Mengukur Temperatur Secara Kuantitatif, perlu skala numerik seperti °C, °R, K, °F
15. PEMUAIAN ZAT PADAT
1. PEMUAIAN PANJANG
Dari gambar di samping, diperoleh
a. lt = … atau Δl = ….
b. Koefisien muai panjang(α) suatu
bahan adalah perbandingan antara
pertambahan panjang(Δl) terhadap
panjang mula-mula(lо) persatuan
kenaikan suhu(Δt). Secara
matematis dinyatakan:
α = … atau Δl = … ,
sehingga lt = ………………
c. Apa satuan α dan tuliskan
dimensinya.
lo
lt
Δl
lo = initial length
lt = panjang pada suhu t
Δl = the length increases
to = suhu awal
t = suhu akhir
α = coefficient of linier expansion
16. Contoh Soal:Pemuaian Zat Padat
1. Sebatang baja berpenampang kecil yang
panjangnya 20 meter bersuhu 20OC. Baja
mengalami pemanasan sampai suhu 40OC
kemudian didinginkan sampai suhu -30OC.
Berapakah perbedaan thd pjng awal?.
Penyelesaian:
αbaja= 12. 10-6 /OC
a. Δl = lO α Δt
= 20 m . 12. 10-6 /OC. (40-20)OC
= 4,8 mm
b. Δl = lO α Δt
= 20 m . 12. 10-6 /OC. (-30-20)OC
= -12 mm
17. 2. Sebuah plat baja berbentukpersegi dengan sisi
30 cm bersuhu 20OC. Bila Plat Baja dipanaskan
sampai 130 OC,tentukan luas baja sekarang?.
Penyelesaian: β=2.α
ΔA = AO β Δt
= 900 cm2 . 24. 10-6 /OC. (130-30)OC
= 2,38 cm2
At = AO+ ΔA
= 900 cm2 + 2,38 cm2
= 902,38 cm2
Cara lain: (coba
dihitung)
At = AO(1+ β Δt)
18. PEMUAIAN ZAT CAIR
• Formula:
Vt = VO ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume zat
cair (diket. Dari data
muai volume zat cair)
Penyelesaian:
Diket: Ditanya: Vt?
VO = 2 liter
Δt = 50OC-20OC= 30OC
= 210. 10-6/OC
Jawab: Vt = VO ( 1 + Δ t )
= 2 ( 1 + 210.10-6.30 )
= 2 (1,0063)
= 2,0126 liter
Contoh:
Air sebanyak 2 liter bersuhu 20OC dipanaskan dalam
panci hingga suhunya 50OC. Berapa volume air
setelah dipanaskan?(γ=210.10-6/OC)
19. PEMUAIAN GAS
• Formula:
Vt = VO ( 1 + Δ t )
Keterangan:
= koef. Muai volume gas
= 1/273
T = suhu harus dlm Kelvin
Maka formula dapat dalam
bentuk:
Contoh:
Gas sebanyak 2 liter bersuhu 27OC.
Berapa volume gas setelah dipanaskan
hingga suhunya 77OC?
Penyelesaian:
Diket: Ditanya: V2?
V1 = 2 liter T1= 27 +273 = 300 K
T2= 77+273= 350 K
Jawab:
2
2
1
1
T
V
T
V
literV
V
T
V
T
V
33,2
350300
2
2
2
2
2
1
1
20. PERAMBATAN KALOR
1. Konduksi
Perambatan kalor secara konduksi terjadi pada logam yang dipanaskan.
Partikel-partikel logam tidak berpindah, perpindahan kalornya terjadi secara
berantai oleh partikel yang bergetar semakin cepat pada saat kalor yang
masuk logam semakin besar dan getaran partikel akan memindahkan kalor
pada partikel disampingnya, demikian dan seterusnya. (cari contohnya
perambatan kalor dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
Formula:
)(
.
12 TT
L
Ak
t
Q
(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
L = panjang bahan (m)
K = kondusivitas bahan (W/m.K)
Δ T = selisih suhu (OC atau K)
21. 2. Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi pada zat
cair dan gas. Pada perpindahan kalor ini bagian yang
mendapat kalor partikel-partikelnya akan berpindah
ke suhu yang lebih rendah, demikian dan seterusnya
sehingga terjadi arus konveksi. (cari contoh perambatan kalor
ini dalam kehidupan sehari-hari, minimal 3 contoh)
Formula:
).(. 12 TTAh
t
Q
(Q/t)= laju perpindahan kalor (J/s=W)
A = luas penampang (m2)
h = koef. konveksi (W/m2.K)
Δ T = selisih suhu (OC atau K)
22.
23. Contoh Soal Perpindahan Kalor
1. Balok besi berpenampang kecil dengan suhu
kedua ujung dibuat tetap yaitu 500OC dan 100OC.
Jika panjang besi 50 cm. Berapakah laju kalor
persatuan luas yang melewati balok tersebut.
(konduksivitas termal besi= 75 W/m.K)
Penyelesaian:
L=50 cm= 0,5 m k= 75 W/m.K ΔT=400K
2
/60000400
5,0
75
.
mWT
L
k
At
Q
24. 3. Sebuah benda sumber panas mempunyai luas
permukaan 10 cm2 dan emisivitasnya 0,4 bersuhu
727OC. Hitung kalor yang dipancarkan benda selama 1
menit.
Penyelesaian:
A=10 cm2=0,001 m2 ε= 0,4
T=727+273=1000K σ= 5,67.10-8 W/m2.K4
t=60 sekon Q?
Q= ε.σ.A.T4.t
= 0,4. 5,67.10-8. 0,001. (1000)4.60
= 136,08 j
26. Menentukan arus listrik dan arus elektron.
Arah elektronArah arus listrik
Arus elektron adalah aliran elektron dari potensial
rendah ke potensial tinggi
Arus lisrik adalah aliran muatan positif dari potensial
tinggi ke potensial rendah
27. Menentukan syarat arus listrik dapat mengalir pada suatu rangkaian
• Lampu mati
• Arus listrik tidak mengalir
Rangkaian Terbuka
• Lampu menyala
• Arus listrik mengalir
Rangkaian Tertutup
Arus listrik dapat mengalir jika dalam rangkaian tertutup
28. Arus listrik identik dengan arus air
hA
hB
hA > hB
EPA > EPB
hA = hB
EPA = EPB
Potensial A = Potensial B
Arus air dapat mengalir jika ada perbedaan energi potensial
29. Benda A Potensial tinggi Benda B Potensial rendah
Arus listrik dapat mengalir jika ada beda potensial
Konduktor
Arus elektron
Arus listrik
30. Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik adalah banyaknya muatan
yang mengalir pada penghantar tiap detik.
I = Kuat arus listrik ( Ampere )
Q = muatan ( Coulomb )
t = waktu ( secon )t
Q
I
31. Contoh
• Sebuah akumulator pada kutub-kutubnya dihubungkan pada
terminal lampu jika kuat arus yang mengalir pada lampu 0,5 A
dan lampu dinyalakan selama 2 menit berapakah muatan
listrik yang telah melewati lampu ?
Diketahui
I = ……………… A
t = ……………… s
Jawab
Q = ………… x …………….
= ………….x …………….
= …………………………. C
32. Pengukuran Kuat arus listrik
Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk
mengukur kuat arus listrik
Pemasangan Amperemeter dalam rangkaian
listrik disusun secara seri
33. Nilai yang terukur = x Batas ukur
Cara membaca Amperemeter
skala maksimum
skala yang ditunjuk jarum
skala batas ukur
Nilai yang ditunjuk jarum
Nilai maksimum
34
100
X 1 = 0,34 A
34. Beda Potensial
Q
W
V
Energi yang diperlukan untuk memindah muatan listrik tiap satuan muatan
V = Beda Potensial ( Volt )
W = Energi ( Joule )
Q = Muatan ( Coulomb )
1 Volt = 1J/C
Satu volt adalah untuk memindah muatan listrik sebesar 1 Coulumb
memerlukan energi sebesar 1 Joule.
35. Contoh
• Sebuah baterai memiliki beda potensial sebesar 1,5 volt jika
baterai digunakan untuk menyalakan lampu maka sejumlah
50 coulomb muatan listrik yang melewati lampu. Berapakah
besar energi yang dikeluarkan baterai
Diketahui
V = ………………… Jawab
Q = …………………. W = ………….. X ……………..
Ditanya = ………….. X ……………..
W = ? = ………………… J
36. Pengukuran Beda Potensial
• Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda
potensial listrik ( tegangan )
• Pemasangan voltmeter dalam rangkaian listrik disusun secara
parallel seperti gambar.
38. HUKUM OHM
Jml
Batrai
V I
1
2
3
1,20,20 2,60,40 4,00,54
Dari tabel data dapat kita ketahui jika beda potensial diperbesar maka kuat
arus listriknya juga turut membesar.
Hubungan yang didapatkan antara beda potensial dengan kuat adalah
Beda potensial sebanding dengan kuat arus listrik
V I~
39. Grafik Hubungan Beda potensail (V)
terhadap kuat arus listrik ( I )
0,1
I( A)
V(volt)
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
V I~
V I R=
V
I
R
= Beda potensial ( volt )
= Kuat arus listrik ( A )
= Hambatan ( Ω )
R
V
=
I
40. Grafik Hubungan Hambatan (R) terhadap
kuat arus listrik ( I )
0,25
I( A)
R(Ω)
0,50 0,75 1,0 1,5
10
20
30
40
50
Data
R 10 20 30 40
I 1,0 0,5 0,3 0,25
Jika V dibuat tetap = 10 V
I1 =
V
R
I1 =
10
10
I1 = 1,0 A
I2 =
V
R
I2 =
10
20
I2 = 0,5 A
I3 =
V
R
I3 =
10
30
I3 = 0,3 A
I4 =
V
R
I4 =
10
40
I4 = 0,25 A
41. Tujuan : Menyelidiki faktor yang mempengaruhi
besar hambatan kawat
Semakin panjang kawat maka hambatan kawat semakin besar
1
Variabel manipulasi : panjang kawat
Variabel respon : hambatan kawat
Variabel kontrol : jenis kawat, luas penampang kawat
A
B
IA > IB
RA < RB
lA < lB R ~ ℓ
Hambatan kawat sebanding dengan panjang kawat.
42. Variabel manipulasi : jenis kawat
Variabel respon : Hambatan
Variabel kontrol : panjang, luas penampang kawat
2
IA < IB
RA > RB
rA > rB
Semakin besar hambatan jenis kawat maka hambatan kawat semakin besar
Hambatan kawat sebanding dengan hambatan jenis kawat.
R r~
A B
43. 3
Variabel manipulasi : luas penampang kawat
Variabel respon : hambatan kawat
Variabel kontrol : jenis kawat, panjang kawat
IA < IB
RA > RB
AA < AB
Semakin besar luas penampang kawat maka hambatan kawat semakin kecil
Hambatan kawat berbanding terbalik dengan luas penampang kawat.
R 1
A
~
A B
44. Faktor yang mempengaruhi besar hambatan
pada kawat adalah :
1. Panjang kawat ( l )
2. Luas penampang kawat ( A )
3. Hambatan jenis kawat ( r )
A
ρR
R = Hambatan (Ω )
l = Panjang kawat ( m )
A Luas penampang kawat ( m2 )
r = Hambatan jenis kawat ( Ω m )
46. Hukum I Kirchhoff
Pada rangkaian tidak bercabang ( seri ) kuat arus listrik
dimana-mana sama
L1 L2
Rangkaian seri
47. Pada rangkaian bercabang (Paralel)
Jumlah kuat arus listrik yang masuk pada
titik cabang sama dengan jumlah kuat arus
yang keluar dari titik cabang
L1
L2
Rangkaian Paralel
Σ Imasuk = Σ Ikeluar
48. Contoh
1. Perhatikan rangkaian di bawah
dan tentukan nilai I1, I2, I3 ?
10A
40 A P
Q S
25A
I1
I2
I3
2. Tentukanlah kuat arus I1 sampai dengan I6 ?
50 mA I1 I2 I3
30mA
I4
I5
15 mA
I6 23mA
3. Perhatikan rangkaian di bawah
dan tentukan nilai I1 sampai I7 ?
12 A I1
I2
I7
I3
I4
I5
I6
Jika I1 = I2
I3 : I4 = 1 : 2
dan I5 = 2 I6
49. Susunan seri pada Hambatan
a b c d
R1 R2 R3
Vab Vbc Vcd
Vad = Vab + Vbc + Vcd
Rsa d
I Rs = I R1 I R2 I R3++
Vad
Rs = R1 R2 R3++
50. Susunan Paralel pada Hambatan
a b
R1
R2
R3
I = I1 + I2 + I3
Rpa
RP R1 R2 R3
++
Vab
RP R1 R2 R3
++
b
I
I1
I2
I3
I
VabVab VabVab
=
=
1 1 1 1
53. Perhatikan gambar di bawah
Tentukan
a.Kuat arus total
b.Kuat arus I1 dan I2
c.Tegangan ab dan tegangan bc
R2
1
RP R1
+=
1 1
RP 6 3+=
1 1 1
RP 6=
1 3
=RP 2 Ω
Rs = R3 + Rp
Rs = 4 + 2
Rs = 6Ω
a
R
V
I
I 18 volt
6Ω
I 3 A
6Ω
3Ω
a
b c
4Ω
I2
I1
I
V = 18 volt
R1
R2
R3
I1 : I2 =
R1 R2
:
1 1
I1 : I2 =
6 3
:
1 1
x6
I1 : I2 = 1 : 2
I1 =
3
1 x I
I1 =
3
1 x 3
I1 = 1 A
I2 =
3
2 x I
I2 = 2 A
I2 = x 3
3
2
b
c
Vab = I R3
Vab = 3 x 4
Vab = 12 V
Vbc = I1 R1
Vbc = 1 x 6
Vbc = 6 V
atau
Vbc = I2 R2
Vbc = 2 x 3
Vbc = 6 V
54. Latihan
3Ω2 Ω
4Ω
5Ω
4Ω
1Ω
I2
I1
12 V
I
b
a
Tentukan
a. Hambatan pengganti
b. Kuat arus total
c. Kuat arus I1 dan I2
d. Tegangan Vab
Tentukan
a. Hambatan pengganti
b. Kuat arus tiap hambatan
c. Tegangan tiap hambatan
2Ω 2Ω 4Ω
4Ω
2Ω
2Ω
2Ω
2Ω
2Ωa
b c
d e
V = 12 V
f
1
2
55. GAYA GERAK LISTRIK (E)
• Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara ujung-ujung
sumber tegangan pada saat tidak mengalirkan arus listrik atau
dalam rangkaian terbuka.
V
Pengukura ggl
56. TEGANGAN JEPIT (V)
• Tegangan jepit adalah beda potensial antara ujung – ujung
sumber tegangan saat mengalirkan arus listrik atau dalam
rangkaian tertutup .
V
Pengukura Tegangan Jepit
57. Susunan Seri GGL
E
r
E E
r r
Etotal = n E
rtotal = n r
E = ggl ( volt)
r = hambatan dalam ( Ω )
n = jumlah baterai
Susunan Paralel GGL
E
r
E
E
r
r
Etotal = E
rtotal =
r
n
58. Hukum Ohm dalam rangkaian tertutup
Untuk sebuah ggl
Kuat arus yang mengalir dalam rangkaian
I = Kuat arus ( A )
E = ggl ( volt )
R = hambatan luar ( Ω )
r = hambatan dalam ( Ω )
Vpq = tegangan jepit ( volt )
E , r
p qR
I
Tegangan jepit
rR
E
I
Vpq = I R
E = Vpq + I r
Hubungan ggl dengan tegangan jepit
59. LATIHAN
Tiga buah elemen yang
dirangkai seri masing –
masing memiliki GGL 4 V
dan hambatan dalam 0,2 Ω,
dirangkai dengan hambatan
luar seperti gambar
Tentukan :
a. Hambatan luar
b. Kuat arus total ( I )
c. Kuat arus I1 dan I2
d. Tegangan Vab, Vbc
e. Tegangan jepit
E
r
E E
r r
3 Ω
6 Ω
4 Ω
a
b c
V = 4 V
r = 0,2 Ω
I
I1
I2
60. R2=8ΩR1=2Ω
R3=3Ω R4=12Ω
BR5=24ΩA
Hitung Rangkaian
pengganti AB
R1.R4 = R2.R3
Syarat Jembatan dalam keadaan
seimbang :
Jika Syarat itu terpenuhi, maka R5
diabaikan
Sehingga RAB menjadi :
R2=8ΩR1=2Ω
R3=3Ω R4=12Ω
BA
Rs1
Rs2
Rs1= R1 + R2
Rs1= 2 + 8
Rs1= 10 Ω
Rs2= R3 + R4
Rs2= 3 + 12
Rs2= 15 Ω
1 1 1
RAB Rs1 Rs2
= +
1 1 1
RAB 10 15
= +
1 5
RAB 30
=
RAB = 6Ω
61. R2=8ΩR1=2Ω
R3=4Ω R4=12Ω
BR5=4ΩA
Hitung Rangkaian
pengganti AB
R1.R4 = R2.R3
Syarat Jembatan seimbang tidak
terpenuhi :
Jika Syarat tidak terpenuhi, maka R5
tidak dapat diabaikan
Sehingga RAB diubah menjadi :
A
R2=8ΩR1=2Ω
R3=4Ω R4=12Ω
BR5=4Ω
Rb
Ra
Rc
Ra =
R1.R3
R1+R3+R5
Rb =
R1.R5
R1+R3+R5
Rc =
R3.R5
R1+R3+R5
62. Rs1= Rb + R2
Rs1= 0.8 + 10
Rs1= 10.8 Ω
Rs2= Rc + R4
Rs2= 1.6 + 6
Rs2= 7.6 Ω
1 1 1
Rp Rs1 Rs2
= +
1 1 1
Rp 10.8 7.6
= +
1 18.4
Rp 82.08
=
Rp = 4,46Ω
Ra =
(2)(4)
2+4+4
Rb =
(2)(4)
2+4+4
Rc =
(4)(4)
2+4+4
=
=
=
0.8
0.8
1.6
A
R2=8Ω
R4=12Ω
B
Rs1
Rb
Ra
Rc
Rs2
Maka :
RAB= 0.8 Ω + 4.46Ω
RAB= Ra + Rp
RAB= 5.26 Ω
63. E1 =3V
R1 =2Ω
Hukum II Kirchoff:
Jumlah GGL dan Tegangan Jepit Dalam suatu Rangkaian
Tertutup sama dengan Nol
E2 =6V
E3 =3V
R2 =2Ω
R3 =2Ω
R4 =2Ω
R5 =2Ω
Tentukan besar arus yang melewati tiap-tiap cabang
penghantar!
65. 7.4 Energi dan Daya Listrik
a. Energi Listrik
b. Daya Listrik
Contoh :
1. Pada sebuah lampu pijar tertera 100 W, 220 V. Tentukan
hambatan lampu tsb !
2. Lampu pijar dari 60 W, 220 V, dipasang pada tegangan
110 V, tentukan daya yg dapakai lampu tsb !
R
V
RIVI
t
W
P
2
2
t
R
V
RtIVItW
2
2
70. Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak
ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter
yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude,
kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak
antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu
satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan
energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi
berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan
semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.
Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam
semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi,
semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi
frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan
energi elektromagnetik.
Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah
sebagai berikut:
1. Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga
kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada
tempat yang sama.
2. Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus
terhadap arah rambat gelombang.
71. 3. Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang
transversal.
4. Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami
peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi
karena termasuk gelombang transversal.
5. Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan
magnetik medium yang ditempuhnya.
Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi
elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell menunjukkan bahwa gelombang
elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang
gelombang dan frekuensi, bisa saja ada. Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat
oleh Heinrich Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak
oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi
memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi
tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan juga buat
televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah contoh-contoh dari radiasi
elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell.
72. SUMBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
1. Osilasi listrik.
2. Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah.
3. Lampu merkuri menghasilkan ultra violet.
4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam menghasilkan sinar X
(digunakan untuk rontgen).
Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma.
SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan
frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah
disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi
yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang
radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi
tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.
Contoh spektrum elektromagnetik :
Gelombang Radio
Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika
panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi
73. gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya.
Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat
penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator.
Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat
mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi
gelombang menjadi energi bunyi.
Gelombang mikro
Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu
diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek
pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan
menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam
microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.Gelombang mikro juga
dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan
menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar
memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang
elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran
dengan penerimaan.
Sinar Inframerah
Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang
gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh
sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum
74. ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi
di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron
dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti
memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada
suhu dan warna benda.
Cahaya tampak
Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat
didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi
oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari
panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk
cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada
bidang telekomunikasi dan kedokteran.
Sinar ultraviolet
Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam
daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul
dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet
dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi
menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan
kehidupan makluk hidup di bumi.
75. Sinar X
Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat
pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus
kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal
1 cm.
Sinar Gamma
Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang
antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika
diserap oleh jaringan tubuh.
Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari :
1. Radio
Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang
gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak
adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk
mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan,
pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar
antara 0.8 – 100 cm.
2. Microwave
Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya
terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak,
dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan
refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah
76. Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi
microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer
bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.
3. Infrared
Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah
dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah
sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm
pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan
menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar
inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga
kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.
d. Ultraviolet
Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman
penyakit kulit.
e. Sinar X
Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan
tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan
sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X
yang terlalu lama.
77. * Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300
MmHz
* Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz
* Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeVm
Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar
gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang
radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas
dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode
deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam
elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk
energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah “spektrum
optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun
sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 – 700 nm)[1].
Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :
1. Radar
(Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang.
2. Infra Merah
Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari
struktur molekul
78. 3. Sinar tampak
mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.
4. Ultra ungu
dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi
80. A. Pemantulan Cahaya
1. Pengertian Cahaya
Cahaya yang biasanya kita lihat adalah merupakan kelompok sinar-sinar
cahaya yang disebut berkas cahaya. Terdapat tiga macam berkas cahaya, yaitu:
•Berkas cahaya sejajar, yaitu berkas cahaya yang arahnya sejajar satu sama lain.
•Berkas cahaya menyebar (divergen), yaitu berkas cahaya yang berasal dari satu titik
kemudian menyebar ke beberapa arah.
•Berkas cahaya mengumpul (konvergen), yaitu berkas cahaya yang menuju ke satu titik
tertentu.
81. Terdapat dua jenis pemantulan cahaya, yaitu:
a. Pemantulan teratur adaah pemantulan cahaya yang terjadi jika suatu berkas cahaya
jatuh pada benda yang mempunyai permukaan licin (rata) dan mengkilap, sehingga
arah pantulan cahaya tersebut menuju ke suatu arah tertentu.
b. Pemantulan baur (difus) adalah pemantulan cahaya yang terjadi jika suatu berkas
cahaya jatuh pada benda yang mempunyai permukaan kasar (tidak rata), sehingga
arah pantulan cahaya tidak teratur.
82. Pada pemantulan cahaya berlaku hukum Snellius, yaitu:
a. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
b. Sudut datang besarnya sama denagn sudut pantul.
2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar
Cermin datar adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa sebuah bidang
datar.
a. Pemantulan Berkas Cahaya yang Datang Sejajar
Berkas cahaya yang datang sejajar yang jatuh pada cermin datar akan dipantulkan
sejajar pula.
b. Pemantulan Berkas Cahaya yang Menyebar (Divergen)
Berkas cahaya yang datang menyebar yang jatuh pada cermin datar akan
dipantulkan menyebar pula.
c. Pembentukan Bayanagn pada Cermin Datar
Untuk melukis bayangan pada cermin datar, kita gunakan hukum pemantulan
cahaya, yaitu:
83. Sudut datang = Sudut pantul
Sifat-sifat bayangan pada cermin datar, yaitu:
•Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin,
•Bayangannya maya,
•Ukurannya sama dengan ukuran benda,
•Bayangan yang terbentuk tegak dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya, dan
•Bentuk bayangan sama dengan bentuk benda.
cermin datar tersebut dapat dicari dengan rumus berikut.
dengan ketentuan jika:
• 360/A = GENAP, maka m = 1
• 360/A = GANJIL, maka m = 0
3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung
Cermin cekung adalah cermin dimana bagian yang memantulkan cahaya
permukaannya berupa cekungan yang merupakan bagian dalam suatu bola.
84. a. Pemantulan Berkas Cahaya yang Datang Sejajar
Berkas cahaya yang datang sejajar yang jatuh pada permukaan cermin cekung
akan dipantulkan mengumpul (konvergen).
b. Pemantulan Berkas Cahaya yang Datang Menyebar
Berkas cahaya yang datang menyebar yang jatuh pada permukaan cermin cekung
akan dipantulkan sejajar.
c. Pemantulan Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung
Pemantulan sinar-sinar istimewa pada cermin cekung adalah sebagai berikut.
1) Sinar datang yang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus (F).
2) Sinar datang yang melalui titik fokus (F) dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
85. 3) Sinar datang yang melalui pusat kelengkungan cermin dipantulkan melalui titik pusat
kelengkungan cermin tersebut.
d. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung
Sifat-sifat bayangan pada cermin cekung adalah sebagai berikut.
1) Bila benda berada di antara titik O dan titik F, maka bayangannya: maya, tegak dengan
bendanya, diperbesar dari bendanya, dan berada di belakang cermin.
2) Bila benda berada di titik F, maka tidak terbentuk bayangan.
3) Bila benda berada di antara titik F dan titik M maka bayangannya nyata, terbalik
dengan bendanya, diperbesar dari bendanya dan berada di depan cermin.
4) Bila benda berada di titik M, maka bayangannya nyata, terbalik dengan bendanya,
sama besar dengan bendanya dan berada di depan cermin.
5) Bila benda berada di titik M dan titik tak terhingga, maka bayangannya nyata, terbalik
dengan bendanya, diperkecil dari bendanya, dan berada di depan cermin.
86. 4. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung
Cermin cembung adalah cermin dimana bagian yang memantulkan cahaya
permukaannya berupa cembungan dan merupakan bagian luar dari suatu bola.
a. Pemantulan Sinar Datang yang Sejajar
Berkas sinar datang yang sejajar yang jatuh pada cermin cembung akan
dipantulkan menyebar.
b. Pemantulan Sinar Datang yang Menyebar
Berkas sinar datang yang menyebar yang jatuh pada cermin cembung akan
dipantulkan menyebar juga.
c. Pemantulan Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cembung
a) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik
fokus (F).
b) Sinar datang yang seolah-olah menuju titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama.
c) Sinar datang yang seolah-olah menuju ke titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan
seolah-olah berasal dari titik pusat itu juga.
87. d. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung
Pembentukan bayangan pada cermin cembung dapat menggunakan sinar-sinar
istimewa di atas. Paling sedikit digunakan dua sinar istimewa dalam melukis bayangan.
Sifat-sifat bayangan pada cermin cembung, yaitu:
1) Maya,
2) Tegak seperti bendanya,
3) Diperkecil dari bendanya, dan
4) Benda di belakang cermin.
5. Perhitungan pada Cermin Cekung dan Cembung
Istilah-istilah berikutsering digunakan dalam perhitungan pada cermin cekung dan
cembung.
•Jarak/panjang fokus adalah jarak antara titik pusat bidang cermin (O) dengan titik fokus
utama (F), Jarak fokus dilambangkan dengan f.
•Jari-jari cermin adalah jarak antara titik pusat bidang cermin (O) dengan titik pusat
kelengkungan cermin (M). Jari-jari cermin dilambangkan dengan R. Hubungan antara R dan
f adalah R = 2f atau f = ½ R
•Jarak benda adalah jarak antara titik pusat bidang cermin (O) dengan letak benda. Jarak
benda dilambangkan dengan s.
•Jarak bayangan adalah jarak antara titik pusat bidang cermin (O) dengan letak bayangan.
Jarak bayangan dilambangkan dengan s’.
88. Pada cermin berlaku hubungan.
Perjanjian tanda:
a. Untuk cermin cekung, R dan f positif.
b. Untuk cermin cembung, R dan f negative
c. Untuk bayangan nyata, s’ positif.
d. Untuk bayangan maya, s’ negatif.
89. Perbesaran benda dihitung dengan persamaan:
Dengan: M = perbesaran
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
Jika 0 < M < 1, maka bayangan diperkecil.
Jika M > 1, maka bayangan diperbesar.
Jarak fokus.
Keterangan: M = perbesaran bayangan,
h = tinggi benda,
h’ = tinggi bayangan
s = jarak benda
s’ = jarak bayangan
f = jarak fokus
R = jari-jari kelengkungan cermin
90. B. Pembiasan Cahaya
1. Hukum Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan
cahaya karena
melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya.
Selain pemantulan, Willeboard Snellius juga melakukan eksperimen-
eksperimen tentang pembiasan cahaya dan ia menemukan hubungan antara
sinar datang dan sinar bias yang kemudian dikenal dengan Hukum Snellius,
yaitu:
a. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
b. Jika sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium yang kurang
rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal.
91. c. Jika sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat,
maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal.
d. Perbandingan sinus sudut datang (i) dengan sinus sudut bias (r) merupakan suatu
bilangan tetap. Bilangan tetap inilah yang sebenarnya menunjukkan indeks bias.
92. 2. Indeks Bias
a. Indeks Bias Mutlak
Indeks bias mutlak adalah suatu ukuran kemampuan medium itu untuk
membelokkan cahaya. Jadi tipa medium akan memiliki indeks bias yang berbeda indeks bias
mutlak juga menunjukkan kerapatan dan kerenggangan suatu bahan misalnya gelas lebih
rapat dari pada air maka indeks bias gelas lebih besar dari pada air.
dimana n = indeks bias mutlak, i = sudut datang, dan r = sudut bias.
Indeks bias mutlak suatu medium hampa dirumuskan sebagai berikut.
b. Indeks Bias Relatif
Seberkas sinar merambat dari medium 1 (n1) ke medium 2 (n2), misal dari kaca
menuju air. Indeks bias relatif kaca terhadap air dapat ditulis sebagai berikut.
n1 sin i = n2 sin r
93. c. Pemantulan Sempurna
Sinar dapat mengalami pemantulan sempurna. Pemantulan sempurna akan
terjadi apabila sudut datang sinar (i) lebih besar dibanding sudut kritis/sudut batas (ik).
Sudut kritis atau sudut batas antara dua medium adalah sudut datang dari
medium lebih rapat menuju medium kurang rapat yang menghasilkan sudut bias 900. Besar
sudut kritis dapat ditemtukan sebagai berikut. Misal sinar merambat dengan sudut datang i
= ik ke medium yang lebih renggang n2 (n2< n1) dengan sudut bias r = 900, maka:
n1 sin i = n2 sin r
n1 sin i = n2 sin 900
n1 sin ik = n2 x 1
94. d. Pembiasan pada Kaca Planparalel
Apabila seberkas sinar datang dari suatu medium dengan indeks bias n1 ke
suatu kaca plan-paralel dengan indeks bias n2, maka sinar yang keluar dari kaca plan
parallel akan sejajar dengan sinar masuk, namun mengalami pergeseran dari arah semula
seperti tampak pada gambar berikut:
Keterangan: d = pergeseran sinar
t = tebal kaca
i = sudut datang
r = sudut bias
95. e. Pembiasan pada Bidang Lengkung
Adapun perbesaran bayangan (M) adalah:
Jari-jari kelengkungan bernilai positif jika sinar datang mengenai permukaan yang
cembung. Jari-jari kelengkungan bernilai negatif jika sinar datang mengenai permukaan
yang cekung.
96. f. Pembiasan pada Bidang Datar
Jari-jari permukaan R = , sehingga:
= 0
dengan demikian: s’ s
Jika n1 > n2, bayangan yang dibentuk bersifat maya (s’ = negatif) dan terletak di
antara benda dengan permukaan bias. Jika n1 < n2, bayangannya berdifat maya dan terletak
di belakang benda.
g. Pembiasan pada Prisma
Sinar yang keluar dari prisma mengalami penyimpangan:
= i1 + r2 = dengan = r1 + i2
Jika sudut datang diubah-ubah suatu saat mencapai simpangan minimum. Pada
saat mencapai simpangan maksimum berlaku.
Untuk sudut kecil (< 150)
98. C. Lensa Tipis
1. Lensa Cembung
Lensa Cembung (konveks) memiliki bagian tengah yang lebih tebal daripada
bagian tepinya. Lensa cembung terdiri atas 3 macam bentuk yaitu:
•Lensa Bikonveks (Cembung Rangkap);
•Lensa Plankonveks (Cembung Datar) dan;
•Lensa Konkaf Konveks (Cembung Cekung).
Lensa cembung disebut juga lensa positif. Lensa cembung memiliki sifat dapat
mengumpulkan cahaya sehingga disebut juga lensa konvergen. Apabila ada berkas cahaya
sejajar sumbu utama mengenai permukaan lensa, maka berkas cahaya tersebut akan
dibiaskan melalui satu titik.
Seperti halnya cermin, lensa cembung juga memiliki tiga sinar istimewa, yaitu:
1. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus aktif.
2. Sinar datang melalui titik fokus pasif dibiaskan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui titik pusat optik diteruskan tanpa pembiasan.
99. Berikut langkah-langkah pembentukan bayangan pada lensa cembung.
a. Lukis dua buah sinar istimewa (agar lebih sederhana gunakan sinar istimewa pada
poin 1 dan 3)
b. Sinar selalu datang dari depan lensa dan dibiaskan ke belakang lensa. Perpanjangan
sinar-sinar bias ke depan lensa dilukis sebagai garis putus-putus.
c. Perpotongan kedua buah sinar bias yang dilukis pada langkah 1 merupakan letak
bayangan. Jika perpotongan didapat dari sinar bias, terjadi bayangan nyata, tetapi jika
perpotongan didapat dari perpanjangan sinar bias, bayangan yang dihasilkan adalah
maya.
100. Persamaan yang berlaku dalam lensa cembung sebagai berikut.
Keterangan:
s = jarak benda
s' = jarak bayangan
f = jarak fokus
M = perbesaran
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
101. 2. Lensa Cekung
Lensa cekung adalah lensa yang memiliki struktur permukaan melengkung keluar.
Lensa cekung juga disebut lensa konkaf atau lensa divergen. Lensa ini bersifat menyebarkan
cahaya (divergen).
Lensa cekung juga dibagi menjadi beberapa macam yakni :
•Cekung-cekung Simetris (Symmetrical Biconcaf Lens)
•Cekung-cekung Asimetris (Asymmetrical Biconcaf Lens)
•Cekung-Datar (Concaf-Plano)
•Cekung-cembung (Concaf-convex)
102. Lensa cekung memiliki tiga sinar istimewa yakni sebagai berikut :
1) Sinar datang sejajar sumbu utama dan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus aktif f1.
2) Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus pasif f2 dan dibiaskan sejajar sumbu
utama.
3) Sinar datang melalui pusat optik dan diteruskan tanpa membias.
103. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cekung selalu bersifat maya, tegak, diperkecil
dan terletak di ruang antara titik pusat (O) dan titik fokus aktif f1, jika benda terletak di
depan lensa. Berikut adalah langkah-langkah menggambar bayangan pada lensa cekung.
1) Melukis dua buah sinar utama (biasanya digunakan sinar 1 dan 3).
2) Sinar selalu datang dari depan lensa dan dibiaskan ke belakang lensa.
3) Perpotongan kedua buah sinar bias yang dibentuk oleh sinar 1 dan 3 adalah letak
bayangan. Jika perpotongan didapat dar perpanjangan sinar bias, maka bayangan
yang terjadi adalah maya dan dilukis dengan garis putus-putus.
104. Persamaan yang berlaku dalam lensa cembung berlaku pula untuk lensa cekung, yaitu:
Keterangan:
s = jarak benda
s' = jarak bayangan
f = jarak fokus
M = perbesaran
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
3. Hubungan Jarak Fokus, Indeks Bias, dan Jari-jari Kelengkungan pada Lensa Tipis
Dinyatakan dengan persamaan berikut.
105. 4. Kekuatan Lensa
Kekuatan lensa adalah kemampuan sebuah lensa dalam mengumpulkan atau
menyebarkan sinar yang diterimanya. Makin kuat lensa tersebut memfokuskan sinar, makin
besar kekuatan lensanya. Pada gambar di atas tampak bahwa lensa cembung yang berada
di paling atas, paling kuat memfokuskan (membelokkan) sinar.
Oleh karena itu, lensa cembung tersebut memiliki kekuatan lensa lebih
besar. Kekuatan lensa dirumuskan :
Keterangan:
P = kekuatan lensa (dioptri)
f = jarak fokus (meter)
106. 5. Gabungan Dua Lensa dengan Sumbu Utama Berimpit
Di dalam alat otik yang menggunakan susunan lensa terdapat dua atau lebih lensa
yang di susun dengan jarak tertentu dan dengan sumbu utama berimpit.
Sehingga diperoleh hubungan:
107. Keterangan:
d = jarak antara kedua lensa
s’1 = jarak bayangan lensa 1
s1 = jarak benda 1
s’1 = jarak bayangan lensa 1
s’2 = jarak bayangan lensa 2
Mtot = jarak antara kedua lensa
6. Lensa Gabungan
Lensa Gabungan adalah dua atau lebih lensa yang digabung menjadi satu. Jarak
fokus dan kekuatan lensa gabungan dinyatakan sebagai berikut.
a. Jarak Fokus
Apabila fgab bernilai positif, berarti menghasilkan lensa cembung dan
jika bernilai negatif, berarti menghasilkan lensa cekung.
108. b. Kekuatan Lensa
Kekuatan lensa gabungan dapat ditulis dengan persamaan berikut.
Pgab = P1 + P2 + P3
Dengan P = kekuatan lensa
7. Perjanjian Tanda pada Lensa
1. Perjanjian tanda untuk benda
a. Jika benda didepan lensa , maka benda nyata (s = positif )
b. Jika benda dibelakang lensa, maka benda maya (s = negatif )
2. Perjanjian tanda untuk bayangan
a. Jika bayangan dibelakang lensa , maka bayangan nyata (s’ = positif )
b. Jika bayangan didepan lensa, maka bayangan maya (s’ = negatif )
3. Perjanjian tanda untuk lensa
a. Jika lensa cembung, maka fokusnya positif
b. Jika lensa cekung, maka fokusnya negatif
109. D. Alat Optik
1. Mata
Setiap manusia memiliki alat optik tercanggih yang pernah ada, yaitu mata. Mata
merupakan bagian dari pancaindra yang berfungsi untuk melihat. Mata membantu kita
menikmati keindahan alam, melihat teman-teman, mengamati benda-benda di sekeliling,
dan masih banyak lagi yang dapat kita nikmati melalui mata. Coba bayangkan bila manusia
tidak mempunyai mata atau mata kita buta, tentu dunia ini terlihat gelap gulita.
Apabila diamati, ternyata mata terdiri atas beberapa bagian yang masing-masing
mempunyai fungsi berbeda-beda tetapi saling mendukung. Bagian-bagian mata yang
penting tersebut, antara lain, kornea, pupil, iris, aquaeus humour, otot akomodasi, lensa
mata, retina, vitreous humour, bintik kuning, bintik buta, dan saraf mata.
110. •Kornea. Kornea merupakan bagian luar mata yang tipis, lunak, dan transparan. Kornea
berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang masuk pada mata, serta melindungi
bagian mata yang sensitif di bawahnya.
•Pupil. Pupil merupakan celah sempit berbentuk lingkaran dan berfungsi agar cahaya dapat
masuk ke dalam mata.
•Iris. Iris adalah selaput berwarna hitam, biru, atau coklat yang berfungsi untuk mengatur
besar kecilnya pupil. Warna inilah yang Anda lihat sebagai warna mata seseorang.
•Aquaeus Humour. Aquaeus humour merupakan cairan di depan lensa mata untuk
membiaskan cahaya ke dalam mata.
•Otot Akomodasi. Otot akomodasi adalah otot yang menempel pada lensa mata dan
berfungsi untuk mengatur tebal dan tipisnya lensa mata.
•Lensa Mata. Lensa mata berbentuk cembung, berserat, elastis, dan bening. Lensa ini
berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya terbentuk bayangan pada retina.
•Retina. Retina adalah bagian belakang mata yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya
bayangan.
• Vitreous Humour. Vitreous humour adalah cairan di dalam bola mata yang berfungsi untuk
meneruskan cahaya dari lensa ke retina.
•Bintik Kuning. Bintik kuning adalah bagian dari retina yang berfungsi sebagai tempat
terbentuknya bayangan yang jelas.
•Saraf Mata. Saraf mata befungsi untuk meneruskan rangsangan bayangan dari retina
menuju ke otak.
111. Dalam perkembangannya, banyak manusia yang mengalami gangguan
penglihatan.
Gangguan penglihatan itu sering disebut juga sebagai cacat mata. Beberapa macam contoh
dari cacat mata adalah:
1) RABUN JAUH (MIOPI) yaitu mata tidak dapat melihat benda-benda jauh dengan jelas,
disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang dekat/mata dekat). Penyebab terbiasa
melihat sangat dekat sehingga lensa mata terbiasa tebal. Miopi sering dialami oleh
tukang arloji, penjahit, orang yang suka baca buku (kutu buku) dan lain-lain. Untuk mata
normal (emetropi) melihat benda jauh dengan akomodasi yang sesuai, sehingga
bayangan jatuh tepat pada retina. Mata miopi melihat benda jauh bayangan jatuh di
depan retina, karena lensa mata terbiasa tebal. Mata miopi ditolong dengan kacamata
berlensa cekung (negatif).
Dalam perhitungan:
So = letak benda sebenarnya (~)
Si = - PR (batas maksimum jangkauan penglihatan) tanda (-) menggambarkan bayangan
di depan lensa.
Dari persamaan :
diperoleh bahwa:f = - PR
Ukuran lensa yang digunakan adalah :
112. P = kekuatan lensa dalam satuan dioptri (D)
f = jarak fokus lensa kaca mata dalam satuan meter (m)
2) RABUN DEKAT (HIPERMETROPI) tidak dapat melihat jelas benda dekat, disebut juga
mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh). Rabun dekat mempunyai titik dekat
yang lebih jauh daripada jarak baca normal. Penyebab terbiasa melihat sangat jauh
sehingga lensa mata terbiasa pipih. Rabun dekat sering dialami oleh penerbang (pilot),
pelaut, sopir dan lain-lain. Rabun jauh ditolong dengan kacamata berlensa cembung
(positif).
Dalam perhitungan:
So = Sn (jarak baca normal = 25 cm)
Si = - PP (titik dekat hipermetropi), tanda minus menunjukkan bahwa bayangan maya yang
terletak di titik dekatnya
3) MATA TUA (PRESBIOPI) adalah keadaan dimana mata tidak dapat melihat dengan jelas
benda-benda yang sangat jauh dan benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan daya
akomodasi telah berkurang akibat lanjut usia (tua). Pada mata tua titik dekat dan titik jauh
keduanya telah bergeser. Mata tua diatasi atau ditolong dengan menggunakan kacamata
berlensa rangkap (cembung dan cekung). Pada kacamata dengan lensa rangkap, lensa
negatif bekerja seperti lensa pada kaca mata miopi, sedangkan lensa positif bekerja seperti
halnya pada kacamata hipermetropi.
113. 4) ASTIGMATISME (MATA SILINDRIS) disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk
sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang dari pada bidang
lainnya. Akibatnya benda yang berupa titik difokuskan sebagai garis. Mata astigmatisma
juga memfokuskan sinar-sinar pada bidang vertikal lebih pendek dari sinar-sinar pada
bidang horisontal. Astigmatisma ditolong / dibantu dengan kacamata silindris.
2. Lup
Lup atau kaca pembesar adalah alat optik yang terdiri atas sebuah lensa
cembung. Lup digunakan untuk melihat benda-benda kecil agar nampak lebih besar dan
jelas. Ada 2 cara dalam menggunakan lup, yaitu dengan mata berakomodasi dan dengan
mata tak berakomodasi.
Pada saat mata belum menggunakan lup, benda tampak jelas bila diletakkan pada
titik dekat pengamat (s = sn) sehingga mata melihat benda dengan sudut pandang α . Pada
Gambar (b), seorang pengamat menggunakan lup dimana benda diletakkan antara titik O
dan F (di ruang I) dan diperoleh bayangan yang terletak pada titik dekat mata pengamat (s'
= sn). Karena sudut pandang mata menjadi lebih besar, yaitu β , maka mata pengamat
berakomodasi maksimum.
114. Perbesaran sudut dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Perbesaran sudut untuk penglihatan menggunakan lup tanpa berakomodasi dapat dihitung
dengan persamaan:
3.Mikroskop
Mikroskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang
sangat kecil. Mikroskop terdiri atas dua jenis lensa, yaitu lensa objektif (lensa yang dekat dg
benda) dan lensa okuler (lensa yang dekat mata/pengamat). Jarak fokus lensa okuler lebih
besar daripada jarak fokus lensa objektif. Hal ini agar benda yang diamati dapat kelihatan
sangat besar dan mikroskop tidak terlalu panjang.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, terbalik, dan
diperbesar, sedangkan bayangan yang dibentuk lensa okuler bersifat maya, terbalik, dan
diperbesar.
a. Mata Berakomodasi Maksimum
115. Panjang mikroskop merupaka jarak pusat antara kedua lensa (L) dan dinyatakan dengan
persamaan berikut.
L = sob‘ + sok
b. Mata Tidak Berakomodasi
Panjang mikroskop merupaka jarak pusat antara kedua lensa (L) dinyatakan dengan
persamaan berikut.
L = sob‘ + fok
116. 4. Teropong/Teleskop
Teropong merupakan alat optik ntuk melihat benda-benda jauh. Teropong
berfungsi “mendekatkan” benda ke mata kita. Ada dua jenis teropong, yaitu teropong bias
dan teropong pantul. Teropong bias menggunakan lensa, teropong pantul menggunakan
cermin.
a. Teropong Bias
1) Teropong Bintang
Teropong bintang atau teropong astronomi merupakan alat untuk mengamati
bintang, planet atau benda-benda angkasa. Teropong bintang terdiri dari dua buah lensa
cembung yaitu lensa objektif dengan ukuran lebih besar daripada lensa okuler. Jarak fokus
lensa objektif jauh lebih besar nilainya dibandingkan jarak titik fokus lensa okulernya.
117. a) Mata Tidak Berakomodasi
Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:
Dengan ketentuan:
d = Jarak lensa objektif dan lensa okuler
M = Pembesaran teropong bintang
fob = Jarak fokus lensa objektif
fok = Jarak fokus lensa okuler
119. 2)Teropong Bumi
Apabila melihatbenda-benda di bumi menggunakan teropong bintang akan
diperoleh bayangan yang terbalik. Hal itu tidak dikehendaki. Untuk mengambalikan atau
membalik bayangan, maka kita harus menempatkan sebuah lensa positif di antara objektif
dan okuler. Lensa ini disebut lensa pembalik. Susunan lensa tadi akan menghasilkan
teropong bumi yang baik.
Persamaan perbesaran untuk mata berakomodasi maksimum sebagai berikut.
Panjang teropong:
L = fob + 4fp + sok
Persamaan panjang teropong dan perbesaran untuk mata tidak berakomodasi sebagai
berikut.
dan L = fob + 4fp + sok
120. 3) Teropong Panggung
Untuk memperpendek panjang teropong bumi, pembalikkan bayangan dapat dilakukanoleh
lensa sebagai lensa okuler. Susunan semacam ini dinamakan teropong panggung atau
teropong Galileo.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif merupakan benda maya bagi lensa okuler.
Untuk mata yang tidak berakomodasi panjang teropong dirumuskan:
L = fob + fok
121. b. Teropong Pantul
Teropong pantul merupakan teropong yang menggunakancermin cekung sebagai
pengganti lensa objektif.Hal ini dikarenakan:1.Cermin lebih mudah dibuat dan murah
daripada lensa 2. Cermin tidak mengalami aberasi kromatik (penguraian warna)seperti
lensa 3. Cermin lebih ringan daripada lensa yang ukurannya sama,sehingga lebih mudah
digantung.
122. 5. Periskop
Periskop merupakan alat optik untuk mengamati dari posisi tersembunyi,
membantumu melihat-lihat melewati dinding, sudut, atau hambatan lain yang menghalangi
pandanganmu. Periskop digunakan oleh Angkatan Laut agar para pelaut yang berada di
dalam kapal selam dapat melihat apa yang ada di permukaan air, bahkan jika kapal itu
sendiri di bawah ombak. Periskop juga biasa ditemukan pada kendaraan tempur lapis baja.
Periskop sederhana dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang diberikan cermin
paralel yang saling berhadapan dengan sudut 45° pada setiap sisinya.
6. Proyektor Slide
Proyektor slide adalah alat yang memiliki fungsi menampilkan bayangan sebuah
gambar positif yang dapat ditembus cahaya.
123. Daftar Pustaka
Anindya Dwicahyani. “Rumus Umum pada Lensa Cekung dan Cembung”.
http://aninonymos.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 03 Juni 2012.
ASAZ. “Hukum Pembiasan Gelombang Cahaya”.
http://fisikasmasmk.blogspot.com/. /. Diakses pada 04:19 PM.
Jihan Hafis Bagaskara. “Sinar Istimewa Pada Lensa Cembung dan Cekung”.
http://jihanhafizbagaskara.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 06 Februari 2013.
Fransisca Harumningtyas. “Kekuatan Lensa”. http://ciskakerenz.blogspot.com/.
Dewi Ratna Ningsih. “Lensa Cembung”. http://aqudanfisika.blogspot.com/.
Diakses pada tanggal 11 Agustus 2010.
Galih Utomo. “Rumus-rumus Umum dalam Lensa”.
http://mediabelajaronline.blogspot.com/.
Hidayat. “Pemantulan Cahaya”. http://yatsuta-thelucky.blogspot.com.
Rahma. “Teropong panggung”. http://rahmandj-fisika.blogspot.com/. Diakses
pada tanggal 01 FEBRUARI 2012.
pEnjAga~Hati. “Pembiasan Cahaya”. http://bublepop-purple.blogspot.com.
Diakses pada tanggal 04 Desember 2010.
Abadi, Rinawan & Chasanah, Risdiyani. 2012. Fisika. Klaten: Intan Pariwara
