Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
16Rangkaian Listrik Pertama
Klik — senter melemparkan berkas cahayanya ke seberang ruangan yang gelap. Di dalam tabung plastik itu tinggal sebuah baterai, sebuah bohlam kecil, dan dua lempeng logam, yang memainkan permainan dengan aturan yang ketat. Hari ini kita bongkar permainannya: dengan sebuah baterai, sebuah bohlam, dan dua kawat, kita akan membuat cahaya dengan tangan kita sendiri.
16.1 Sebuah bohlam, sebuah baterai, dua kawat
Definisi 16.1 (Baterai)
Sebuah baterai adalah tempat penyimpan listrik yang kecil. Ia punya dua ujung yang berbeda, yang disebut kutub: satu bertanda (plus), yang lain bertanda (minus). Kedua ujungnya penting — listrik hanya bermain kalau keduanya ikut dalam permainan.
Definisi 16.2 (Bohlam)
Sebuah bohlam adalah lampu kecil dengan benang tipis di dalam kacanya yang berpijar putih membara ketika listrik mengalir melewatinya. Amati baik-baik kaki logamnya: bohlam juga punya dua tempat sentuh — ujung di bagian paling bawah, dan sisi logam kakinya. Dua kutub pada baterai, dua tempat sentuh pada bohlam: itu bukan kebetulan.
Metode 16.3 (Menyalakan bohlam)
Dengan satu baterai, satu bohlam, dan dua kawat:
- pasang satu kawat dari kutub baterai ke ujung kaki bohlam;
- pasang kawat yang lain dari kutub baterai ke sisi logam kakinya;
- bohlamnya menyala — kamu sudah membangun sebuah rangkaian!
Kalau tetap gelap, periksalah tersangka yang biasa: kawat yang menyentuh kacanya alih-alih tempat sentuh logamnya, sambungan yang longgar, atau baterai yang sudah habis.
16.2 Rangkaiannya harus tertutup
Definisi 16.4 (Rangkaian listrik)
Sebuah rangkaian listrik adalah lingkar lengkap bagi listrik: keluar dari satu kutub baterai, melewati kawat dan bohlam, lalu kembali masuk ke kutub yang lain. Ketika lingkarnya lengkap kita katakan rangkaiannya tertutup; kalau ada celah di mana pun, rangkaiannya terbuka.
Proposisi 16.5 (Hukum lingkar)
Bohlam menyala hanya ketika rangkaiannya tertutup — satu lingkar tanpa putus dari satu kutub, melewati bohlam, kembali ke kutub yang lain. Satu celah saja, di mana pun pada lingkar itu, dan bohlamnya padam: listrik tidak melompati celah, dan ia tidak mengalir ke jalan buntu.
Contoh 16.6 (Mengapa kedua ujungnya?)
Hubungkan dua kawat dari kutub baterai ke kedua tempat sentuh bohlam, dan biarkan kutub sendirian: tidak terjadi apa-apa. Satu kawat dari dan satu dari , tetapi keduanya ke ujung bohlam: sekali lagi tidak terjadi apa-apa. Bohlam menyala hanya ketika lingkarnya menyinggahi kedua kutub baterai yang berbeda dan kedua tempat sentuh bohlam yang berbeda — satu perjalanan bolak-balik yang lengkap.
Contoh 16.7 (Sakelar)
Sebuah sakelar adalah pintu di dalam rangkaian: jembatan logam kecil yang direbahkan oleh bunyi klik (tertutup — lingkarnya lengkap, terang!) atau diangkat sampai terbuka (ada celah — gelap). Tombol senter, sakelar lampu di dinding, tombol bel pintu: semuanya pintu di dalam sebuah lingkar. Kamu dapat membuatnya sendiri dari jepitan jemuran dan sepotong aluminium dapur yang dilipatkan pada rahangnya.
Catatan 16.8 (Gambar yang rapi)
Alih-alih menggambar setiap tonjolan baterai dan ulir bohlam, para ahli listrik memakai lambang: dua garis yang tidak sama panjang untuk baterai (yang panjang adalah ), lingkaran bersilang untuk lampu, jembatan angkat kecil untuk sakelar, dan garis lurus untuk kawat. Gambar lambang sebuah rangkaian lebih cepat dibuat, dan siapa pun di dunia dapat membacanya — kita akan memakai gambar seperti ini bertahun-tahun lamanya.
Catatan 16.9 (Baterai boleh, stopkontak jangan pernah)
Semua yang ada di bab ini dimainkan dengan baterai bulat atau pipih yang kecil: dorongannya mungil dan aman untuk percobaan. Stopkontak di dinding adalah dunia yang lain — dorongannya ratusan kali lebih perkasa, cukup untuk melukai atau membunuh. Jangan pernah memasukkan kawat, jari, atau apa pun ke dalam stopkontak, dan jangan pernah membongkar apa pun yang dicolokkan ke sana. Permainan baterai: boleh. Stopkontak: jangan pernah.
16.3 Latihan
Latihan 16.1 ★
Sebutkan kedua kutub sebuah baterai dan kedua tempat sentuh sebuah bohlam.
Latihan 16.2 ★
Apa itu rangkaian tertutup? Apa itu rangkaian terbuka? Pada yang mana bohlamnya menyala?
Latihan 16.3 ★
Lea menghubungkan kutub baterai ke ujung bohlam dengan satu kawat, lalu berhenti di situ. Bohlamnya tetap gelap. Apa yang kurang, menurut kata-kata hukum lingkar?
Latihan 16.4 ★
Apa pekerjaan sebuah sakelar di dalam lingkar? Apa yang terdapat di dalam sakelar ketika ia tertutup?
Latihan 16.5 ★
Gambarlah, dengan lambang yang rapi pada Catatan 16.8, sebuah rangkaian dengan satu baterai, satu sakelar tertutup, dan satu lampu. Lambang mana untuk apa?
Solusi
Solusi Latihan 16.5.
Sebuah lingkar dari garis lurus yang menghubungkan: dua garis yang tidak sama panjang (baterainya, garis panjangnya adalah ), lambang jembatan angkat yang terbaring tertutup (sakelarnya), dan lingkaran bersilang (lampunya).
Latihan 16.6 ★
Senter padam di tengah perjalanan berkemah. Sebutkan tiga celah atau kerusakan yang mungkin untuk diperiksa, dari Metode 16.3.
Latihan 16.7 ★
Pada rangkaian bel pintu, di mana “sakelarnya”? Mengapa belnya berbunyi hanya selama tombolnya ditekan?
Solusi
Solusi Latihan 16.7.
Tombolnya adalah sakelarnya. Menekannya merebahkan jembatan logam dan menutup lingkarnya, sehingga belnya berbunyi; melepaskannya mengangkat jembatan itu, celahnya terbuka, dan bunyinya berhenti.
Latihan 16.8 ★
Mengapa kamu tidak boleh menyodokkan apa pun ke dalam stopkontak, padahal bermain dengan baterai tidak apa-apa? (Lihat Catatan 16.9.)
Solusi
Solusi Latihan 16.8.
Dorongan baterai mungil dan aman; dorongan stopkontak ratusan kali lebih perkasa dan dapat melukai atau membunuh. Stopkontak bukan tempat percobaan — tidak pernah.
Latihan 16.9 ★
Sebuah bohlam dipegang dengan ujungnya menempel pada kutub baterai, dan satu kawat dari kutub baterai ditekankan pada sisi logam kaki bohlam: apakah bohlamnya akan menyala? Telusurilah lingkarnya dengan jarimu untuk memutuskan.
Latihan 16.10 ★★
Sam membangun sebuah lingkar: baterai, kawat, bohlam, kawat, kembali ke baterai — tetapi ia memasang kedua kawatnya pada kutub yang sama, , “karena letaknya lebih dekat”. Bohlamnya tetap gelap walaupun lingkarnya tampak lengkap. Jelaskan apa yang kurang pada lingkarnya, dengan Contoh 16.6.
Solusi
Solusi Latihan 16.10.
Lingkarnya tidak pernah menyinggahi kutub yang kedua. Sebuah rangkaian harus berjalan dari satu kutub melewati bohlam ke kutub yang lain: keluar dari lalu kembali ke adalah perjalanan yang tidak ke mana-mana — dorongan baterai memerlukan kedua ujungnya yang berbeda ikut bermain.
Latihan 16.11 ★★
Seuntai lampu pesta kehilangan satu bohlam, dan seluruh untaiannya gelap, padahal semua bohlam yang lain baik-baik saja. Apa yang diberitahukan hal ini tentang cara bohlam itu disusun di dalam lingkar? (Bab rangkaian tahun depan akan memberi susunan itu sebuah nama.)