Physics · Buku 1 · Grades 1–9

Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama

Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9

41Rangkaian Listrik dan Keselamatan

Tiga tahun bergelut dengan lingkar, bohlam, dan cabang sudah menjadikanmu pembangun rangkaian. Tahun ini kamu menjadi sesuatu yang lebih langka: penulis rangkaian. Tukang listrik di setiap negeri membaca dan menggambar bahasa tanpa kata yang sama — dan tata bahasanya, ditambah satu bab kearifan keselamatan yang mahal harganya, itulah yang berdiri di antara pemasangan yang cerdik dan jari yang melepuh.

41.1 Bahasa tanpa kata

Definisi 41.1 (Diagram rangkaian)

Sebuah diagram rangkaian adalah gambar baku sebuah rangkaian: tiap alat ditampilkan oleh lambang yang disepakati untuknya, dan kawatnya oleh garis lurus yang digambar bersudut siku. Diagram menunjukkan bagaimana rangkaiannya terhubung — siapa memberi makan siapa, apa bercabang di mana — dan dengan sengaja mengabaikan bagaimana kawat yang sungguhan meliuk di atas meja.

Abjadnya: enam lambang membawa hampir setiap rangkaian dalam buku ini. Tanda yang sama dibaca dari bengkel ke bengkel di seluruh dunia.
Abjadnya: enam lambang membawa hampir setiap rangkaian dalam buku ini. Tanda yang sama dibaca dari bengkel ke bengkel di seluruh dunia.

Metode 41.2 (Dari meja ke kertas, dan sebaliknya)

Untuk menggambar rangkaian yang sudah dibangun:

  1. daftarkan alatnya, lalu pilih lambang masing-masingnya;
  2. ikuti lingkar yang sungguhan dengan jari mulai dari kutub ++ baterai, sambil mencatat urutan alatnya dan setiap percabangannya;
  3. gambarlah ulang sebagai persegi panjang yang rapi: lambangnya berjarak, kawatnya lurus, sudutnya siku — hubungan yang sama, tanpa liukan.

Untuk membangun dari sebuah diagram, jalankan penerjemahannya mundur — lalu sesudahnya, periksalah seperti biasa: setiap lingkar yang ditelusuri dari ++ harus mencapai −- lewat setidaknya satu alat.

Contoh 41.3 (Rangkaian yang sama, dua potret)

Di atas meja: sebuah baterai, sekusut kawat berjepit buaya yang melingkar di atas kotak pensil, sebuah lampu yang bersandar pada buku, sebuah sakelar yang menjuntai. Di atas kertas: sebuah persegi panjang yang tenang — baterai di kiri, sakelar di atas, lampu di kanan. Kekusutan dan persegi panjang itu adalah rangkaian yang sama: setiap hubungannya sama persis. Untuk memutuskan apakah dua rangkaian itu sama, ajukan satu pertanyaan saja: siapa terhubung dengan siapa?

Contoh 41.4 (Motor dan bel ikut bermain)

Dua pendatang baru dalam kotak alatmu berperilaku persis seperti lampu di dalam diagram: motor (lambang: huruf M di dalam lingkaran) berputar setiap kali arus mengalir melewatinya — kipas, mobil mainan, bor; bel listrik (lingkaran yang terpalang) berbunyi setiap kali diberi makan — bel pintu, alarm. Aturan seri dan paralel berlaku bagi keduanya tanpa perubahan: sakelar yang seri memerintah mereka; cabang yang paralel membuat mereka mandiri.

41.2 Aturan lama dalam bahasa yang baru

Contoh 41.5 (Membaca diagram seperti ahli)

Terhadap diagram apa pun, tanyailah ia dengan jalan-jari dari bab rangkaian paralel: dari ++, jalanilah setiap jalan menuju −-. Semua alat pada satu jalan: seri — satu celah menghentikan semuanya, urutannya bebas, kecerahannya dibagi. Jalan yang bercabang pada titik sambungan: paralel — cabangnya mandiri, masing-masing terang penuh, dan penempatan sakelarnya kini menjadi keputusan yang sungguhan. Bahasanya berubah; hukumnya tidak.

Bacalah sebelum membangunnya: satu sakelar pada jalan bersamanya, lalu sebuah percabangan — lampu pada satu cabang, motor kipas pada cabang yang lain. Sakelarnya memerintah keduanya; cabang-cabangnya mengabaikan kesulitan satu sama lain.
Bacalah sebelum membangunnya: satu sakelar pada jalan bersamanya, lalu sebuah percabangan — lampu pada satu cabang, motor kipas pada cabang yang lain. Sakelarnya memerintah keduanya; cabang-cabangnya mengabaikan kesulitan satu sama lain.

41.3 Bab tentang bekas luka

Aturan keselamatan listrik dibayar dengan kebakaran dan hal yang lebih buruk. Inilah aturannya, beserta alasannya — seorang profesional mengetahui keduanya.

Definisi 41.6 (Korsleting)

Yang disebut korsleting terjadi ketika sebuah jalan penghantar yang telanjang menghubungkan kedua sisi baterai (atau stopkontak) secara langsung, dengan melewatkan setiap alat. Karena tidak ada yang berguna menghalangi jalannya, arusnya menyerbu liar — kawat memanas, isolasinya melebur, baterai rusak, dan pemasangan listrik rumah dapat terbakar. Bab rangkaian tahun depan mempelajari penjahat ini dari dekat; tahun ini, kenalilah wajahnya dan jauhkan ia dari bangunanmu.

Catatan 41.7 (Para pengawal rumah)

Lihatlah ke dalam kotak sekring di rumah: berderet sakelar kecil — pemutus arus — satu untuk tiap cabang rangkaian paralel besar milik rumahmu. Masing-masing berjaga atas cabangnya: kalau sebuah kerusakan membiarkan arusnya menyerbu — korsleting, stopkontak yang kelebihan beban — sang pengawal mematikan dirinya sendiri dalam sekejap, memutus cabangnya sebelum kawatnya terlalu panas. Ketika sebuah pemutus arus “turun”, ia bukan sedang berulah: ia baru saja melakukan satu-satunya tugasnya. Carilah kerusakannya sebelum menaikkannya kembali.

Catatan 41.8 (Aturannya, beserta alasannya)

  1. Percobaan dengan baterai saja; stopkontak, jangan pernah. Listrik rumah mendorong ratusan kali lebih kuat — lewat kulit yang lembap ia dapat menghentikan jantung.
  2. Jangan ada kawat telanjang yang melintang langsung pada baterai. Itulah korsleting: sel yang rusak, kawat yang panas, jari yang melepuh.
  3. Air dan listrik rumah tidak pernah berbagi jangkauan satu ruangan: tidak ada peranti di dekat bak mandi, tidak ada tangan basah pada steker — kulit yang lembap adalah penghantar.
  4. Jangan pernah menyodokkan apa pun ke dalam stopkontak. Pengawal di kotak sekring memang cepat, tetapi kamu tidak boleh pernah bertaruh padanya.
  5. Kabel yang rusak masuk ke tempat sampah, bukan ke laci: isolasi yang retak adalah pagar yang berlubang.

41.4 Latihan

Latihan 41.1 ★

Apa yang ditunjukkan sebuah diagram rangkaian dengan setia, dan apa yang diabaikannya dengan sengaja?

Solusi

Solusi Latihan 41.1.

Dengan setia: hubungannya — alat mana bergabung dengan alat mana, di mana jalannya bercabang. Yang diabaikan: panjang, warna, dan liukan kawat yang sungguhan di atas meja.

Latihan 41.2 ★

Gambarlah dari ingatan lambang berikut: baterai; lampu; sakelar terbuka; sakelar tertutup; motor; bel listrik. Tanda mana yang menyebutkan sisi ++ baterai?

Solusi

Solusi Latihan 41.2.

Baterai: dua garis sejajar yang tidak sama panjang; lampu: lingkaran bersilang; sakelar terbuka: jembatan angkat yang terangkat; sakelar tertutup: jembatannya terbaring rata; motor: huruf M di dalam lingkaran; bel listrik: lingkaran yang terpalang. Garis yang panjang menandai kutub ++ baterainya.

Latihan 41.3 ★

Gambarlah diagram sebuah bel pintu: baterai, sakelar tekan, dan bel listrik pada satu lingkar. Mengapa belnya berhenti ketika jarinya diangkat?

Solusi

Solusi Latihan 41.3.

Satu persegi panjang: baterai, sakelar tekan, dan bel listrik pada satu lingkar. Mengangkat jarinya membuka sakelarnya — sebuah celah pada satu-satunya jalan, dan hukum lingkar membungkam belnya seketika.

Latihan 41.4 ★

Dua rangkaian dibangun dari kotak suku cadang yang sama: apakah keduanya “rangkaian yang sama”? Satu pertanyaan apa yang memutuskan?

Solusi

Solusi Latihan 41.4.

Belum tentu. Pertanyaan yang memutuskan: siapa terhubung dengan siapa? Alat yang sama dengan hubungan yang sama — rangkaian yang sama, sekusut apa pun tampaknya.

Latihan 41.5 ★

Pada diagram lampu-dan-motor dalam bab ini, apa yang terjadi pada kipasnya kalau lampunya putus? Dan pada keduanya kalau sakelarnya terbuka? Aturan lama yang mana yang menjawab?

Solusi

Solusi Latihan 41.5.

Kipasnya terus berputar: matinya lampu hanya menggelapkan cabangnya sendiri — itulah kemandirian paralel. Sakelar yang terbuka duduk pada jalan bersama sebelum percabangannya, sehingga ia menghentikan keduanya: itulah aturan pos komando.

Latihan 41.6 ★

Apa itu korsleting, dan mengapa ia memanaskan kawat? Sebutkan dua korbannya.

Solusi

Solusi Latihan 41.6.

Sebuah jalan penghantar telanjang yang menghubungkan kedua sisi sumbernya secara langsung, dengan melewatkan setiap alat: arusnya menyerbu tanpa halangan dan kawatnya memanas. Korbannya: baterainya (terkuras dan rusak), isolasi kawatnya — dan, pada listrik rumah, kadang seluruh rumahnya.

Latihan 41.7 ★

Sebuah pemutus arus di kotak sekring baru saja turun. Apa yang baru saja dilakukannya untuk rumah itu? Apa yang harus dilakukan sebelum menaikkannya kembali?

Solusi

Solusi Latihan 41.7.

Ia memutus cabangnya dalam sekejap karena arusnya mulai menyerbu — itu sebuah kerusakan, bukan keisengan. Carilah lalu perbaiki kerusakannya (cabut yang dicurigai, periksa cabangnya) sebelum menaikkan sang pengawal kembali.

Latihan 41.8 ★

Sebutkan alasan di balik tiap aturan: tidak ada peranti di dekat bak mandi; kabel yang rusak masuk tempat sampah; permainan baterai boleh, stopkontak jangan pernah.

Solusi

Solusi Latihan 41.8.

Bak mandi: kulit yang lembap menghantarkan, dan dorongan listrik rumah lewat tubuh yang basah dapat mematikan. Kabel yang rusak: isolasi yang retak adalah pagar yang berlubang — jari dapat bertemu tembaga. Baterai boleh, stopkontak jangan pernah: dorongan baterai mungil; dorongan stopkontak ratusan kali lebih perkasa.

Latihan 41.9 ★★

Terjemahkan menjadi sebuah diagram (dengan kata atau gambar): sebuah baterai; dari kutub ++-nya, sebuah kawat menuju sakelar tertutup; dari sakelarnya sebuah percabangan — satu cabang lewat bel listrik, satu lewat lampu; kedua cabangnya bergabung kembali lalu pulang ke −-. Ramalkan apa yang terdengar dan terlihat, dan apa yang berubah kalau cabang belnya saja mendapat sakelar tambahannya sendiri, dalam keadaan terbuka.

Solusi

Solusi Latihan 41.9.

Diagramnya: baterai, sakelar tertutup pada jalan bersamanya, lalu sebuah percabangan — cabang bel dan cabang lampu — yang bergabung kembali menuju −-. Ramalannya: lampunya menyala dan belnya berbunyi, secara mandiri. Dengan sakelar tambahan yang terbuka pada cabang belnya: sunyi di sana, tetapi lampunya tetap menyala — sakelar cabang hanya memerintah cabangnya sendiri.

Latihan 41.10 ★★

Sebuah kipas mainan dipasang: kutub ++ baterai ke motor, motor ke kutub −- baterai, dan — “supaya kukuh” — satu kawat telanjang tambahan langsung dari ++ ke −-. Kipasnya nyaris tidak berputar dan kawat tambahannya menjadi panas. Diagnosislah dengan Definisi 41.6: jalan mana yang lebih disukai arusnya, dan mengapa bangunannya berbahaya?

Solusi

Solusi Latihan 41.10.

Kawat tambahannya adalah korsleting: jalan telanjang yang langsung dari ++ ke −-. Arusnya lebih menyukai jalan kosong yang mudah daripada motor yang bekerja keras, sehingga kipasnya kelaparan sementara kawat pintasnya membawa serbuan itu lalu memanas — menguras baterainya dan mengundang luka bakar. Singkirkan kawat “kukuh” itu.

Latihan 41.11 ★★

Kebiasaan bengkel Kakek: sebelum menyentuh lampu apa pun, ia mematikan sakelar dindingnya dan pemutus arus seluruh cabangnya di kotak sekring. Dengan cara berpikir seri, jelaskan apa yang dicapai tiap pemutusan itu — dan mengapa orang yang cermat melakukan keduanya.

Solusi

Solusi Latihan 41.11.

Sakelar dindingnya membuka lingkar lampu itu sendiri — jalan lampunya terputus. Pemutus arusnya membuka seluruh cabangnya lebih jauh ke hulu — bahkan kalau pemasangan kabel lampunya rusak atau sakelar dindingnya salah label, cabangnya sudah mati. Dua celah yang seri: masing-masing sendirian sudah menghentikan arusnya, dan keduanya bersama memaafkan kekeliruan tentang salah satunya.

Latihan 41.12 ★★★

Rancanglah pemasangan kabel sebuah panggung boneka: satu sakelar utama yang menggelapkan segalanya; dua lampu panggung yang harus dapat mati sendiri-sendiri; sebuah motor tirai dan sebuah bel tanda pertunjukan, masing-masing dengan sakelar pengendalinya sendiri. Ceritakan (atau gambarlah) diagramnya — alat mana yang menunggangi jalan bersama, mana yang menunggangi cabang, di mana tiap sakelarnya duduk — lalu periksalah rancanganmu terhadap setiap aturan seri dan paralel yang kamu miliki.

Solusi

Solusi Latihan 41.12.

Baterai, lalu sakelar utama pada jalan bersamanya, lalu empat cabang paralel: lampu panggung 1; lampu panggung 2; motor tirai dengan sakelar serinya sendiri; bel listrik dengan sakelar serinya sendiri. Pemeriksaannya: sakelar utama memerintah semuanya (jalan bersama); lampunya mati sendiri-sendiri (cabang terpisah); motor dan belnya masing-masing menurut kepada sakelarnya sendiri (seri di dalam cabangnya) dan saling mengabaikan (paralel antarcabang).

41.5 Soal: Memasang Kabel Gudang Kebun

Soal 41.1

Soal akhir pekan — sebuah keluarga memasang kabel gudang kebunnya; diagram sebelum obeng; daftar periksa sang pemeriksa

Keluarga itu merencanakan jaringan kecil bertenaga baterai untuk gudangnya di atas kertas lebih dahulu — seperti yang dilakukan para profesional.

Bagian I — Rencana di atas kertas. Daftar keinginannya: satu lampu langit-langit yang disakelari di pintu; satu lampu meja kerja dengan sakelarnya sendiri; satu kipas pengudaraan kecil (motor) dengan sakelarnya sendiri.

  1. Mengapa ketiga alatnya harus menunggangi cabang paralel alih-alih satu lingkar seri? Sebutkan dua kenyamanan yang akan rusak kalau dipasang seri.
  2. Tiap cabang membawa sakelarnya sendiri. Apa yang diperintah tiap sakelar, dan apa yang tidak diperintah satu pun di antaranya?
  3. Di mana sakelar utama harus duduk supaya menggelapkan dan membungkam seluruh gudangnya sekaligus?
  4. Gambarlah (atau ceritakan dengan tepat) diagram lengkapnya: baterai, sakelar utama, tiga cabang, empat sakelar seluruhnya.

Bagian II — Bangunannya, diperiksa.

  1. Sesudah dibangun dan dinyalakan, lampu langit-langitnya menyala — tetapi redup, dan lampu meja kerjanya hanya menyala ketika sakelar kipasnya tertutup. Jalan-jari menemukan lampu meja dan kipasnya berbagi satu cabang, yang satu di belakang yang lain. Sebutkan susunannya, lalu jelaskan kedua gejalanya dengan aturan lama.
  2. Berikan perbaikan satu kawat yang memulihkan rencananya.
  3. Ketika berbenah, sebuah obeng sejenak terbaring melintang pada kedua kutub telanjang baterainya lalu menjadi hangat. Sebutkan nama peristiwanya, lalu nyatakan apa yang harus diperiksa keluarganya tentang baterainya sesudah itu.
  4. Orang tua yang bertugas memeriksa menambahkan sebuah aturan: “setiap sambungan dibungkus, tidak ada tembaga telanjang di mana pun.” Dua bahaya yang mana yang dijaga oleh satu aturan itu?

Bagian III — Malam badai.

  1. Malam yang hujan: atap gudangnya bocor ke atas meja kerja. Mengapa keluarganya tidak boleh menyentuh pemasangan kabelnya dengan tangan basah, bahkan di gudang bertenaga baterai — dan mengapa sentuhan yang sama akan jauh lebih gawat di rumah yang memakai listrik rumah?
  2. Lampu rumahnya sendiri berkedip dan satu pemutus arus turun. Apa yang dideteksi pemutus arus itu, dan bagaimana urutan tindakan yang bijak?
  3. Pagi hari: keluarganya berdebat tentang menambah bel pintu — bel listrik di gudang, sakelar tekan di rumah, sepasang kawat panjang di antaranya. Seri atau paralel terhadap jaringan gudangnya? Dari mana arusnya datang? Sketsalah lingkarnya.
  4. Tulislah piagam keselamatan tiga baris milik keluarga itu untuk gudangnya, satu baris masing-masing: stopkontak, air, kawat telanjang.
Solusi

Solusi Soal 41.1.

1. Pada rangkaian seri, satu alat yang mati atau dimatikan akan menggelapkan segalanya, dan ketiga alatnya akan berbagi dorongannya, semuanya redup dan lemah. Rangkaian paralel menjaga tiap alat tetap mandiri dan pada kekuatan penuh. 2. Tiap sakelar memerintah tepat alat pada cabangnya sendiri; tidak satu pun di antaranya memerintah cabang yang lain. 3. Pada jalan bersamanya, di antara baterainya dan percabangan yang pertama — di hulu setiap cabang. 4. Baterai →\to sakelar utama →\to titik cabang yang memisah menjadi tiga cabang — (lampu langit-langit ++ sakelarnya), (lampu meja ++ sakelarnya), (motor kipas ++ sakelarnya) — yang bergabung kembali lalu pulang ke baterainya. 5. Keduanya terangkai seri pada satu cabang: berbagi dorongannya (keduanya lemah — lampu langit-langit yang redup itu sebenarnya gejala milik pasangan meja kerjanya), dan sakelar kipasnya, yang duduk pada jalan bersama mereka, memerintah keduanya. 6. Pisahkan keduanya: pasanglah satu kawat baru supaya lampu mejanya mendapat cabangnya sendiri melintang pada sumbernya — masing-masing lalu berkekuatan penuh dan mandiri. 7. Sebuah korsleting yang melintang pada kutubnya. Periksalah apakah baterainya masih menyalurkan — korsleting menguras dan dapat merusak selnya (baterai yang hangat layak dipensiunkan). 8. Korsleting (kawat telanjang yang saling bertemu) dan sengatan atau luka bakar (jari yang bertemu tembaga telanjang). 9. Kulit yang lembap menghantarkan jauh lebih baik daripada yang kering; bahkan bangunan bertenaga baterai pun layak mendapat disiplin tangan kering — dan di rumah sentuhan yang sama bertemu dorongan listrik rumah, ratusan kali lebih perkasa: mungkin mematikan. Kebiasaan harus dilatih pada rangkaian yang aman. 10. Pemutus arusnya mendeteksi bahwa terlalu banyak arus menyerbu di cabangnya — sebuah kerusakan, mungkin hujan di sebuah fitting. Urutan yang bijak: biarkan pemutusnya tetap turun, cabut lalu periksa cabangnya, perbaiki atau keringkan kerusakannya, baru naikkan kembali. 11. Lingkarnya sendiri, terpisah dari jaringan gudangnya (atau sebagai satu cabang paralel lagi pada baterai gudangnya): baterai, sakelar tekan di rumah, sepasang kawat panjang, bel listrik di gudang, lalu kembali lagi — bel pintu adalah lingkar seri tersendiri sepanjang apa pun kawatnya terbentang. 12. Misalnya: “Stopkontak: percobaan kami berakhir pada baterai — stopkontak bukan milik kami. Air: tangan basah tidak menyentuh pemasangan kabel apa pun, di dalam maupun di luar rumah. Kawat telanjang: setiap sambungan dibungkus; kawat telanjang adalah kerusakan, bukan jalan pintas.”

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 393 istilah di glosarium