Bab III Hukum Kirchoff [PDF]

Citation preview

PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



BAB III HUKUM KIRCHOFF 3.1. Tujuan Tujuan dari praktikum kali ini adalah menyelidiki hubungan arus datang dan arus pergi pada suatu percabangan. 3.2. Dasar Teori Hukum I Kirchoff berbunyi sebagai berikut, “Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut”. Secara matematis ditulis sebagai berikut. Σ Imasuk = Σ Ikeluar



…………..….…........................................ (Persamaan 3.1.)



*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014



Gambar 3.1. Hukum Kirchoff I Aturan Kirchoff I adalah pernyataan tentang kekekalan muatan listrik. Semua muatan yang memasuki titik tertentu dalam sebuah rangkaian harus keluar dari titik tersebut karena muatan tidak dapat bertambah pada sebuah titik. Hukum



pertama



Kirchoff



hanya



dapat



digunakan



jika padat



muatan konstan. Anggap arus masuk ke dalam sebuah lempeng dari kapasitor. Jika ada permukaan tertutup di sekitar satu (hanya satu dari dua) lempeng tersebut, arus masuk melalui permukaan tapi tidak keluar, maka kasus ini melanggar hukum pertama Kirchoff. Namun, arus yang melalui suatu permukaan yang melingkupi seluruh kapasitor (kedua lempeng) akan memenuhi hukum pertama Kirchoff karena arus yang masuk ke dalam salah satu lempeng akan sama besar dengan arus yang keluar dari lempeng satunya, dan biasanya dalam analisis sirkuit hanya itu yang diperhitungkan, namun masalah akan muncul jika yang dilihat hanya satu lempeng. Contoh kasus lain dimana hukum Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



ini tidak bekerja adalah arus pada antena. Karena pada antena, arus masuk ke dalam antena dari transmitter, tapi tidak ada arus yang keluar dari ujung lainnya. Maxwell memperkenalkan konsep arus perpindahan untuk menjelaskan kasus - kasus tersebut. Arus yang masuk ke dalam lempeng kapasitor sama dengan kecepatan akumulasi muatan maka juga sama dengan kecepatan perubahan fluks listrik karena muatan tersebut (fluks listrik juga menggunakan satuan coulomb seperti muatan listrik dalam satuan SI). Kecepatan perubahan fluks inilah, yang disebut Maxwell sebagai arus perpindahan Jika arus perpindahan digunakan, maka hukum pertama kirchoff dapat berlaku kembali. Arus perpindahan bukanlah arus sebenarnya karena bukan berupa muatan yang bergerak, arus perpindahan hanyalah faktor koreksi untuk membuat hukum pertama Kirchoff berlaku. Dalam kasus lempeng kapasitor, arus sebenarnya yang masuk ke dalam lempeng tersebut dihilangkan dengan jumlah yang sama oleh arus perpindahan yang meninggalkan lempeng tersebut dan menuju lempeng satunya. Hal ini juga bisa dituliskan dengan menggunakan besaran medan vektor dengan



menggunakan divergensi dari Hukum



Ampere dan



koreksi



yang



diberikan Maxwell, serta menggabungkan dengan hukum Gauss, menghasilkan: Persamaan ini adalah persamaan kekekalan muatan (dalam bentuk integral, persamaan ini menyatakan bahwa jumlah arus yang keluar dari satu permukaan tertutup sama dengan kecepatan berkurangnya muatan dalam ruang yang ditutupi oleh permukaan tersebut (teorema divergensi). Hukum II Kirchoff berbunyi “Di dalam suatu rangkaian tertutup jumlah aljabar gaya gerak listrik dengan penurunan tegangan sama dengan nol”. Pada penggunaan hukum Kirchoff II pada rangkaian tertutup (loop) terdapat beberapa aturan penting, yaitu memilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Kuat arus bertanda positif (+) jika searah dengan loop dan bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop Ketika mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan dijumpai lebih dahulu maka a bertanda positif (+) dan sebaliknya. Secara matematis ditulis sebagai berikut. Σ ε= Σ I . R



Kelompok 5



………………………………………………… (Persamaan 3.2.)



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



Keterangan : ε = Gaya gerak listrik (Vs) I = Kuat arus listrik (A) R = Hambatan listrik (ohm) (Zaelani, 2006) Penggunaan hukum II Kirchoff pada rangkaian tertutup (loop) tersebut terdapat beberapa aturan yang perlu diperhatikan: a. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu (bebas, tetapi jika memungkinkan usahakan searah dengan arus). b. Kuat arus bertanda positif (+) jika searah dengan arah loop yang ditentukan dan bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop yang ditentukan. c. Apabila saat mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan dijumpai lebih dahulu daripada kutub negatifnya gerak gaya listrik (ε) bertanda positif (+). Sebaliknya jika kutub negatif dijumpai lebih dahulu, gerak gaya listrik (ε) bernilai negatif (-). (Anonim, 2012) Terdapat berbagai macam alat ukur listrik yaitu amperemeter yang merupakan suatu alat untuk mengukur kuat arus listrik yang melalui suatu rangkaian listrik dan voltmeter yang merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik yang melalui suatu rangkaian listrik dan voltmeter yang merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik pada suatu rangkaian listrik. Amperemeter harus dipasang secara seri dengan bagian rangkaian atau komponen listrik yang akan diukur kuat arusnya, sedangkan voltmeter harus dipasang paralel dengan bagian rangkaian atau komponen listrik yang akan diukur tegannya. Rangkaian Listrik majemuk adalah rangkaian listrik yang terdiri dari dua buah loop atau lebih. Gambar berikut adalah rangkaian listrik majemuk beserta cara memecahkannya



Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT *Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014



Gambar 3.2. Rangkaian Listrik Majemuk Langkah - langkah untuk menyelesaikan rangkaian majemuk di atas adalah: 1. Andaikan arah loop I dan loop II seperti pada gambar 2. Arus listrik yang melalui r1, R1, dan R4 adalah sebesar I1, yang melalui r2, R2, dan R3 adalah sebesar I2, dan R5 dilalui arus sebesar I3 3. Persamaan Hukum I Kirchoff pada titik cabang b dan e adalah I1 + I 2 = I 3 I3 = I 1 + I 2 Persamaan Hukum I Kirchoff pada setiap loop adalah seperti berikut



*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014



Gambar 3.3. Contoh Rangkaian Loop I Hukum Kirchoff I a-b-e-f-a (arah loop sama dengan arah arus) ΣE + ΣV = 0 I1R1 + I3R5 + I1R4 + I1r1 – E1 = 0 E1 = I1(r1 + R1 + R4) + I3R5



*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014



Gambar 3.4. Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



Contoh Rangkaian Loop II Hukum Kirchoff I b-e-d-c-b (arah loop searah dengan arah arus) ΣE + ΣV = 0 I3R5 + I2R3 + I2r2 – E2 + I2R2 = 0 Dengan menggunakan Hukum I Kirchoff, diperoleh persamaan I 3 = I1 + I2, dan dari Hukum II Kirchoff diperoleh persamaan (1) dan persamaan (2). Dari ketiga persamaan tersebut dapat ditentukan nilai dari I1, I2, dan I3. Jika dalam perhitungan didapat kuat arus berharga negatif, berarti arah arus sebenarnya berlawanan dengan arah arus yang anda andaikan. Namun perhitungannya tidak perlu diulang karena nilai arusnya adalah tetap sama hanya arahnya saja yang berbeda. 3.3. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah sebagai berikut: 1. Catu Daya Catu daya adalah sebuah piranti elektronika yang berguna sebagai sumber daya untuk piranti lain, terutama daya listrik.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.5. Catu Daya 2. Kabel Penghubung Kabel penghubung disebut merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mentransmisikan sinyal dari satu tempat ke tempat lain.



Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.6. Kabel Penghubung 3. Papan Rangkaian Alat ini berfungsi sebagai alat untuk merangkai jembatan penghubung dan penghubung alat listrik lainnya. Cara kerja dari alat ini yaitu papan rangkaian diletakkan mendatar kemudian jembatan penghubung atau penghubung alat listrik lainnya diletakkan pada plugsheet.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.7. Papan Rangkaian 4. Jembatan Penghubung Alat ini berfungsi untuk menghubungkan aliran arus listrik dengan cara mencolokkan kedua kaki jembatan penghubung pada papan rangkaian.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.8. Jembatan Penghubung 5. Hambatan 47 Ω Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 47 Ω.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.9. Hambatan 47 Ω 6. Hambatan 56 Ω Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 56 Ω.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.10. Hambatan 56 Ω 7. Hambatan 100 Ω Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 100 Ω.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.11. Hambatan 100 Ω 8. Saklar Satu Kutub



Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



Alat ini berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan lampu, serta juga berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik ke beban.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.12. Saklar Satu Kutub 9. Pemegang Lampu dan Bola Lampu Pijar Pemegang lampu berfungsi sebagai tempat dipasangnya bola lampu pijar yang sebagai penanda rangkaian percobaan berhasil atau tidak.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.13. Pemegang Lampu dan Bola Lampu Pijar 10. Basic Meter 90 Basic Meter 90 merupakan alat ukur yang dipakai untuk mengukur tegangan listrik, arus listrik, dan hambatan.



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.14. Basic Meter 90



Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



3.4. Prosedur Kerja 1. Menyusun rangkaian seperti pada gambar berikut



*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014



Gambar 3.15. Rangkaian Listrik 2. Hidupkan catu daya 3. Tutup saklar (posisi 1) 4. Amati lampu dan simpangan jarum amperemeter. Bila jarum amperemeter diam (lampu padam), buka (matikan) saklar dan periksa kembali rangkaiannya. Apabila lampu dapat menyala maka baca kuat arus I 1 pada amperemeter dan catatlah. 5. Matikan saklar (posisi 0), tukarkan tempat kedudukan kabel amperemeter dengan penghubung jembatan C. 6. Ulangi langkah 2 – 3 untuk mengetahui kuat arus I2. 7. Lakukan seperti langkah 4, yakni menukarkan penghubung jembatan D, E, F dan G dengan kedua kabel basic meter untuk menentukan kuat arus I3, I4, I5 dan I6. 3.5. Pengolahan Data Tabel 3.1. Tabel Hasil Pengamatan Hukum Kirchoff I Tegangan (V)



Dititik Percabangan Arus P Arus Masuk Arus Keluar (A) I1 = 45



3 Volt Jumlah = 45 I1 = 80 6 Volt Jumlah = 80 Kelompok 5



(A) I2 = 25 13 = 20 Jumlah = 45 I2 = 50 13 = 35 Jumlah = 85



Dititik Percabangan Arus Q Arus Masuk Arus Keluar (A) I3 = 20 15 = 15 Jumlah = 35 I3 = 35 15 = 30 Jumlah = 65



(A) 16 = 35 Jumlah = 35 16 = 70 Jumlah = 70



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



I1 = 115



9 Volt 12 Volt



I2 = 65 I3 = 25 13 = 50 15 = 25 Jumlah = 115 Jumlah = 115 Jumlah = 50 I1 = 145 I2 = 85 I3 = 50 13 = 85 15 = 40 Jumlah = 145 Jumlah = 170 Jumlah = 90



16 = 45 Jumlah = 45 16 = 90 Jumlah = 90



3.6. Pembahasan Pembahasan dari tabel percobaan hukum Kirchoff di titik P pada voltase 3 Volt arus yang masuk sebesar I1 = 45 A dan arus yang keluar sebesar I2 = 25 A I3 = 20 A jumlah menjadi 45 A jadi Imasuk = Ikeluar. Pada voltase 6 volt arus masuk I1 = 80 A dan arus keluar I2 = 50 A dan I3 = 35 A jumlah 85 A sama dengan Ikeluar disini Imasuk tidak sama dengan Ikeluar karena tidak di kalibrasi terlebih dahulu. Pada voltase 9 volt menghasilkan I masuk I1 = 45 A dan arus keluar I2 + I3 = 65 A + 50 A = 115 A sehingga Imasuk = Ikeluar. Pada voltase 12 volt arus yang masuk I1 = 145 A dan arus keluar = I2 + I3= 85 A + 65 A = 150 A, Imasuk ≠ Ikeluar Tabel percobaan hukum Kirchoff diatas pada titik Q dengan voltase 3 V menghasilkan arus masuk = I3 + I5 = 20 A + 15 A = 35 A dan arus keluar 35 A sesuai dengan hukum Kirchoff. Pada voltase 6 V arus yang masuk



I6 = I 3 + I5



= 35 A + 30 A = 65 A dan arus yang keluar I6 = 70 A terjadi kesalahan tidak sesuai dengan hukum Kirchoff. Pada voltase 9 V arus masuk I3 + I5 = 25 A + 25 A = 50 A, arus kleuar I6 = 45 A sehingga Imasuk tidak sama dengan Ikeluar. Pada voltase 12 V arus yang masuk I3 + I5 = 50 A + 40 A = 90 A dan Ikeluar, I6 = 90 A sehingga Ikeluar sama dengan Imasuk.



Kelompok 5



PRAKTIKUM FISIKA DASAR PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT



3.7. Penutup 3.7.1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan Hukum Kirchoff ini adalah sebagai berikut: a. Pada hukum Kirchoff arus yang sama dengan arus yang keluar b. Kesalahan yang menyebabkan tidak sama antara arus yang masuk dengan arus yang keluar disebabkan karena alat tidak di kalibrasi terlebih dahulu. 3.7.2. Saran Adapun saran untuk praktikum ini adalah: a. Sebaiknya waktu yang diberikan dapat diperpanjang agar hasil percobaan lebih optimal. b. Alat praktikum ditambah agar lebih efisien pada waktu melakukan percobaan serta mengkalibrasi alat agar lebih akurat.



Kelompok 5