Jurnal Hukum Kirchoff [PDF]

Citation preview

PENERAPAN HUKUM KIRCHOFF PADA RANGKAIAN LISTRIK The application of kirchoff’s law on electrical circuits Alpiando F. Timothy, Linda Lusiana, Puja kusuma, Sartika Sari



Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Palangka Raya, JL. Hendrik Timang, Kampus UPR Tanjung Nyaho, Palangka Raya *[email protected]



ABSTRACT



In this experiment applying the Kirchoff law on electrical circuits and determining the current strength of each branch in an electric current circuit. The results of calculations and measurements in this experiment there are few differences and the maximum error value obtained at the experiment is 6%,so it can be concluded that in this experiment applied the law of electricity voltage and electric current and in determining the current strength in each branch in a series of aech obstacle where the results have been proven in experiments. Keywords: Kirchoff law, electric current, electric voltage.



ABSTRAK Pada percobaan ini menerapkan hukum kirchoff pada rangkaian listrik dan menentukan kuat arus pada setiap cabang dalam suatu rangkaian arus listrik. Adapun hasil perhitungan dan pengukuran pada percobaan ini terdapat sedikit perbedaan dan didapatkan nilai error maksimum pada percobaan sebesar 6%, sehingga dapat disimpulkan bahwa dalam percobaan ini telah diterapkan mengenai hokum kirchoff tegangan listrik dan arus listrik dan dalam menentukan kuat arus pada setiap cabang dalam suatu rangkaian pada masing masing hambatan dimana hasilnya telah terbukti pada percobaan. Kata kunci : hukum kirchoff, arus listrik, tegangan listrik.



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



1



I.



PENDAHULUAN Listrik merupakan suatu kebutuhan yang sangat diperlukan oleh masyarakat dalam kehidupan sehari-hari, dalam listrik sendiri terdapat beberapa hal yang mempengaruhi listrik itu sendiri, yaitu seperti arus dan tegangan. Dalam kehidupan sehari-hari pun kita juga sering didengarkan dengan namanya hambatan, arus dan tegangan, namun kita sering tidak pernah mengerti apakah yang sebenarnya dimaksud dengan hambatan, arus dan tegangan. Hambatan listrik merupakan suatu hambatan pada rangkaian yang nantinya dapat menghambat arus listrik yang mengalir. Semakin besar hambatan yang mengalir pada suatu rangkaian dan pada suatu variabel V (tegangan yang tetap), maka arus yang mengalir pada rangkaian pun juga makin kecil. Adapun tujuan yang akan dicapai antara lain: Menentukan kuat arus pada setiap cabang dalam suatu rangkaian listrik dan menentukan besarnya beda pontensial antara dua titik dalam suatu rangkain listrik Hukum Kirchhoff adalah dua persamaan yang berhubungan dengan arus dan beda potensial (umumnya dikenal dengan tegangan) dalam rangkaian listrik. Hukum ini pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845. Hukum Kirchoff dapat digunakan untuk menganalisis suatu rangkaian yang kompleks. Hukum ini merupakan salah satu teori elektronika untuk menganalisis lebih lanjut tentang rangkaian elektronika. Loop merupakan suatu rangkaian atau suatu jalan konduksi yang tertutup. Titik-titik cabang dalam jaringan (rangkaian) merupakan tempat bertemunya beberapa konduktor. Tujuan dari analisa rangkaian listrik pada umumnya untuk menentukan kuat arus dan beda potensial (tegangan). Pada suatu rangkaian listrik untuk analisis rangkaian ini di samping Hukum Ohm, hukum yang banyak dipakai adalah Hukum Kirchhoff. Terdapat dua Hukum Kirchoff, yakni Hukum Kirchhoff atau KCL (Kirchoff Current Law) dan Hukum II Kirchoff atau KVL (Kirchhoff Voltage Law). Hukum Kirchoff I menyatakan bahwa jumlah aljabar kuat arus yang menuju suatu titik cabang rangkaian listrik sama dengan jumlah aljabar arus yang meninggalkan titik cabang tersebut, atau:



ƩI menuju titik cabang= ƩI meninggalkan titik cabang



Gambar 1.2 arus listrik 2



I1 = I2 + I3 ….. (2.1) Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa jumlah aljabar penurunan tegangan (voltage drop) pada rangkaian tertutup (loop) menurut arah yang ditentukan sama dengan jumlah aljabar kenaikan tegangan (voltage rise)-nya, atau:



Ʃ V drope =Ʃ V rise .…(2.2)



Gambar 2.2. Penurunan Tegangan (Voltage Drop) dan Kenaikan Tegangan (Voltage Rise) pada Rangkaian Tertutup (Loop) Pada gambar 2.2, arah pembacaan mengikuti arah jarum jam seperti yang ditunjukkan oleh panah melingkar. Jadi, mengikuti arah a-b-c-d-e-f-a pada baterai, arah pembacaan dari a ke b atau dari – ke +, sehingga dari a ke b terjadi kenaikan tegangan (voltage rise) sebesar Ʃ1. Sebaliknya, dari d ke e terjadi penurunan tegangan (voltage drop) sebesar Ʃ2. Pada resistor R1, arah pembacaan dari b ke c dan arus mengalir dari b ke c juga. Oleh karena itu, arus mengalir dari tegangan tinggi ke tegangan rendah, maka tegangan b lebih besar daripada tegangan c, sehingga dari b ke c terjadi penurunan tegangan sebesar IR 2, IR4, dan IR3. Maka, pada rangtkaian tertutup (loop) berlaku persamaan:



ƩVdrop = ƩVrise IR 1+ IR 2+ E2 + IR4 + IR 3=E 1¿ ¿



I ( R 1+ R 2+ R 3+ R 4 ) =E1−E2 ………………. (2.3) Pada waktu menggunakan hukum tersebut, jika dari perhitungan diperoleh harga arus bertanda aljabar, maka arus yang benar adalah berlawanan dengan arah yang telah ditentukan secara sembarang pada langkah awal. Secara sistematis, Hukum Kirchhoff II dapat dituliskan sebagai berikut:



Ʃ E + ƩIR =0 … … … … … … …..(2.4 )



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



3



Pada pengunaan Hukum Kirchhoff II pada rangkaian tertutup (loop), terdapat beberapa aturan penting, yaitu pilihlah loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Kuat arus bertanda (+) jika searah dengan loop dan bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop. Ketika mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan dijumpai lebih dahulu maka E bertanda positif (+) dan demikian juga sebaliknya.



Gambar 2.3. Rangkaian Satu Loop



Gambar 2.4. Rangkaian dua loop Dalam rangkaian I loop, kuat arus yang mengalir adalah sama yaitu sebesar I, dimana apabila pada rangkaian seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.3 dibuat loop a-b-c-d-a, maka secara hukum kirchhoff I dapat ditulis:2



∑ ε +∑ IR =0 ε 2−ε 1 +1 ( R4 + r 2+ R 5+ r 1 )=0 … … .. ( 2.5 )



Dimana jika dua loop maka dapat diselesaikan dengan cara berdasarkan gambar 2.4: Hukum kirchhoff I : I 1+ I 2=I Loop I : ε 1+ I r 1 + I R 1 + I 1 R2=0



ε 1+ I ( r 1 + R1 ) + I 1 R2=0



Loop II : ε 2+ I 2 r 2−I R 2+ I 2 R3 =0



ε 2−I 2 R2 + I 2 ( r 2 + R3 ) =0 Terdapat berbagai macam alat ukur listrik yaitu ampermeter 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.



4



II.



PERALATAN DAN METODE II.1.



Peralatan Peralatan yang digunakan pada penerapan Hukum Kirchoff pada rangkaian listrik adalah : resistor, konektur, papan rangkaian, catu daya, kabel, dan basic meter.



II.2.



Prosedurpengerjaan 1. Menyusun rangkaian percobaan seperti gambar 2.5 dengan menggunakan R1 = 47 Ω , R2 = 47 Ω , dan R3= 100 Ω , ε 1=9 v dan ε 2=9 v 2. Mengukur arus yang melewati R1, R2, danR3. Kemudian catatlah pada table pengamatan 3. MengukurteganganVab,Vbc, danVbd. Kemudian catatlah pada table pengamatan. 4. Selanjutnya bandingkanlah hasil pengukuran dan perhitungan. 5. Mengulangi langkah 1 sampai 4 untuk R1= 47 47 Ω , R2 = 47 Ω , dan R3= 100 Ω ,



ε 1=12 v dan ε 2=12 v



Gambar 2.5. rangkaian percobaan



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



5



III. HASIL DAN PEMBAHASAN III.1.



Hasil



Dari praktikum yang dilakukan didapatkan hasil pengukuran dan perhitungan tegangan listrik dan arus listrik. Dapat dihitung nilai error pada percabaan ini dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:



I=



Nilai perhitungan−nilai pengukuran ×100 % nilai perhitungan



Sehingga diperoleh nilai error pada setiap pengukuran dan perhitungan dalam table. Tabel I. Tegangan listrik dan arus listrik E1 = 9 volt & E2 = 9 volt Pengukuranteganganlistrik Komponen pengukuran Perhitungan



Nilai error



Pengukuranaruslistrik pengukuran perhitungan



Nilai error



R1= 47 Ω



Vab=1,6 v



1,7 v



5,9 %



I1= 0,034 A



0,036 A



5,5 %



R2= 47 Ω



Vbc= 1,6 v



1,7 v



5,9 %



I2= 0,036 A



0,036 A



0%



R3= 100 Ω



Vbd= 1,6 v



7,2 v



5,9 %



I3= 0,070 A



0,072 A



2,8 %



Tabel 2. Tegangan listrik dan arus listrik pada E1= 12 volt & E2= 12 volt Komponen



Pengukuranteganganlistrik Pengukuran Perhitungan



Nilai error



Pengukuraaruslistrik pengukuran



perhitungan



Nilai error



R1= 47 Ω



Vab= 2,4 v



2,3 v



4%



I1 = 0,050 A



0,049 A



2%



R2= 47 Ω



Vbc= 2,2 v



2,3 v



4%



I2 = 0,046 A



0,049 A



6%



R3= 100 Ω



Vbd= 9,6 v



9,8 v



2%



I3 = 0,095 A



0,098 A



3%



Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan dari data I dan data II yang telah dilaksanakan terdapat sedikit perbedaan antara pengukuran dan perhitungan.



6



III.2.



Pembahasan Berdasarkan praktikum Hukum Kirchoff untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik pada penerapan Hukum Kirchoff dapat dilakukan dua percobaan dengan susunan rangkaian dan suatu tegangan ,untuk susunan rangkaian percobaan pertama yaitu,



R1=47 , R2=47 , dan R3=100 .Setelah menggunakan tegangan sebesar E1=9Volt dan E2=9 Volt ,pada percobaan pertama didapat hasil pada multimeter I 1=0,034 A , I 2=0,036 A , dan I 3=0,072 A dan pada rangkaian secara paralel arus menyebar menjadi 0,034 A dan 0,036 A. Setelah melakukan pengukuran pada arus setelah itu mengukur tagangan dengan menggunakan tegangan E1=9Volt dan E2=9 Volt ketika catu



daya



dinyalakan



maka



multimeter



menunjukan



hasil



V ab=1,6 V , V bc =1,6 V , danV bd =¿¿7,0 V. Pada percobaan yang kedua menggunakan resistor yang berbeda yaitu , R1=47 ,



R2=47 , dan R3=100 .Serta menggunakan tegangan sebesar E1=12 Volt , E2=12Volt . Pada percobaan kedua didapat hasil pada multimeter I 1 =0,050 A, I 2=0,046 A , dan



I 3=0,095 A . Dengan menggunakan tegangaan



E1=12 Volt , E2=12Volt .Setelah



melakukan pengukuran arus setelah itu mengukur tegangan dengan menggunakan tegangan E1=12 Volt , E2=12Volt pada catu daya dinyalakan multimeter menunjukan hasilV ab =2,4 V ,V bc =2,2 V , danV bd=¿¿9,6 V. Nilai error adalah selisih antara selisih antara nilai duga (predicted vasue) dengan nilai pengamatan yang sebenarnya pada percobaan pertama didapat nilai error I 1 =5,5 % ,



I 2=0 %,



I 3=2,8 % .Dan



dan



nilai



error



pada



tegangan



yaitu



V ab=5,9 % ,V bc=5,9 % , danV bd=¿¿5.9% sedangkan nilai error pada percobaan yang kedua



yaitu



I1



=2% ,



I 2=6 %,



dan



I 3=3 % .Serta



nilai



error



dari



V ab=4 % ,V bc=4 % , danV bd =¿¿2% . Ada beberapa faktor yang mempengaruhi dalam pengukuran yaitu : 1. Kesalahan pada alat ukur Kerusakan dan ketidak sempurnaan alat ukur salah satu hal yang menyebabkan kesalahan dalam pengukuran, keakuratan,dan pengukuran kurang maksimal 2. kesalahan manusia Kurangnya konsentrasi dan penguasaan alat dapat menyebabkan kesalahan pengukuran Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



7



3. Kesalahan hitungan Kesalahan perhitungan biasanya berawal dari kesalahan analisis data itu sendiri. Arah pada arus listrik mengalir dari tinggi ke rendah atau dari positif ke negatif. Adapun rangkaian yang di gunakan pada percobaan ini yaitu rangkaian seri.



IV.



Kesimpulan Pada rangkaian hasil yang di peroleh antara teori dan praktikum sudah mendekati keakuratan walau terdapat sedikit perbedaan. Arus yang masuk sama dengan arus yang keluar dan dalam menentukan kuat arus pada setiap cabang dalam suatu rangkaian listrik dan menentukan tegangan pada masing masing hambatan yang dimana hasilnya telah terbukti pada perhitungan dan pengukuran pada data I dan data II.



8



DAFTAR PUSTAKA Lab. Fisika Dasar, Penuntun praktikum fisika dasar II. Jurusan Biologi. FMIPA-UPR Palangka raya. Gioncolli,C,Douglas. 2014. Fisika prinsip dan aplikasi, jilid I. Jakarta : Erlangga Tipler , P. Soeyijono, B. 1996. Fisika untuk sains dan teknik. Jakarta : Erlangga



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



9



Lampiran



10



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



11



12



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



13



14



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



15



16



Alpiando. F, timothi1), Linda Lusiana2), dan Puja Kusuma3 Sartika Sari 4)- menerepkan hokum



17



Rangkaian listrik



18