Kirchoff - 20410018 - Sabila Maharani [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 2 KIRCHOFF



Nama



: Sabila Maharani Ayusandra



NPM



: 20410018



Grup



: 1T1



DOSEN



: Dr. Valentinus Galih V. P., M.Sc., S.Si



Asisten Dosen



: 1. Ngadiyono, ST. 2. Endah P., S.T.



POLITEKNIK STTT BANDUNG Jl. Jakarta No. 31, Batununggal, Kota Bandung 40272



2021



DAFTAR ISI ABSTRAK......................................................................................................................... 3 BAB I ................................................................................................................................ 4 1.1 PENDAHULUAN ........................................................................................................ 4 1.2 TUJUAN ..................................................................................................................... 4 BAB II ............................................................................................................................... 5 LANDASAN TEORETIS ................................................................................................... 5 BAB III ............................................................................................................................ 10 METODE EKSPERIMEN................................................................................................ 10 3.1 Alat dan Bahan...................................................................................................... 10 3.2



Langkah Kerja ................................................................................................... 10



BAB IV ............................................................................................................................ 12 HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................................................... 12 4.1 Hasil Data ............................................................................................................. 12 BAB V ............................................................................................................................. 29 PENUTUP ...................................................................................................................... 29 V.I SIMPULAN ........................................................................................................... 29 V.II Saran ................................................................................................................... 30 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 31



2



Jurnal Praktikum Fisika Dasar Politeknik STTT Bandung https://sttttekstil.ac.id KIRCHOFF Sabila Maharani Ayusandra, 20410018, Teknik Tekstil (1T1), Politeknik STTT Bandung Jalan Jakarta No. 31 Bandung, 40272, Indonesia E-Mail : [email protected] Phone : 081326444312 ABSTRAK Hukum kirchoff adalah hukum yang digunakan untuk mengetahui arus yang mengalir pada tiap bagian rangkaian yang rumit. Hukum kirchoff mempelajari hukum tegangan Kirchoff dan hukum arus Kirchoff, serta mempelajari hukum rangkaian loop. Pada rangkaian tertutup suatu cabang sama dengan jumlah arus lewat dari cabang tersebut. Hukum kirchoff sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dalam penerapannya seperti digunakan pada lampu, televisi, komputer dan sebagainya. Terdapat dua hukum yang berlaku, diantaranya hukum Kirchoff I dan hukum Kirchoff II. Pada tugas kali ini rangkaian yang digunakan ada tiga, yaitu rangkaian seri, rangkaian paralel, dan rangkaian campuran. Mahasiswa di haruskan untuk menghitung secara teori tegangan dan arus listrik menggunakan hukum kirchoff I dan hokum kirchoff II yang mengalir di tiap-tiap resistor pada rangkaian seri, rangkaian paralel dan rangkaiaan campuran.



3



BAB I 1.1 PENDAHULUAN Loop merupakan suatu rangkaian atau suatu jalan konduksi yang tertutup. Titik-titik cabang dalam jaringan (rangkaian) merupakan tempat bertemunya beberapa konduktor. Dalam kehidupan sehari-hari Hukum Kirchoff ini erat hubungannya dengan ilmu elektronika. Hukum Kirchoff sendiri berfungsi untuk melakukan penghitungan pada sebuah tegangan dan arus listrik yang ada di sebuah rangkaian. Hukum ini merupakan salah satu teori elektronika untuk menganalisis lebih lanjut tentang rangkaian elektronika. banyak diterapakan pada pemasangan lampu, Alat elektronik seperti televisi, komputer dan lainnya. Alat-alat tersebut, di dalamnya terdapat rangkaiaan listrik sehingga terjadi aliran listrik yang mengakibatkan alat tersebut berfungsi atau menyala. Teori tentang rangkaian listrik sangat penting untuk dipelajari karena digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Teori rangkaian listrik ini berasal dari hukum dasar fisika yang ditemukan oleh Colomb (1885), Ohm (1827), Faraday (1831), dan Kirchoff (1857). Pada konduktor elektrolit terdapat muatan bebas berupa ion-ion positif dan negatif yang mudah bergerak. Jika dalam konduktor terdapat suatu medan listrik, maka muatanmuatan tersebut akan bergerak atau mengalir, dan gerakan dari muatan-muatan ini dinamakan arus listrik. Rangkaian listrik terdiri dari sejumlah elemen rangkaian tunggal yang saling berhubungan. Pada umumnya, rangkaian listrik mengandung paling sedikit satu sumber tegangan atau arus. Dalam listrik arus searah dalam suatu rangkaian listrik sederhana dikenal adanya Hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff ditemukan oleh fisikawan asal Jerman, Gustav Robert Kirchoff. Kirchoff menjelaskan hukumnya ke dalam dua bagian, yaitu Hukum Kirchoff I dan Hukum Kirchoff II. 1.2 TUJUAN Adapun tujuan dilakukannya praktikum kirchoff ini adalah: 1. Mahasiswa dapat memahami tentang Hukum Kirchoff I dan Hukum Kirchoff II. 2. Mahasiswa dapat membaca nilai resistor dengan menggunakan kode warna. 3. Mahasiswa dapat menghitung secara teori tegangan dan arus listrik pada tiap-tiap resistor di rangkaian seri, paraller dan campuran. 4



BAB II LANDASAN TEORETIS Teori yang membentangi tiap elemen dan arus yang mengalir melalui tiap elemen dalam sebuah rangkaian listrik diatur oleh kedua hukum Kirchoff. Secara historis, Gustav Robert Kirchoff (1824-1887) dalam membuat analissinya tentang hukum terseut, dengan cermat mengikuti Faraday dalam memaparkan induksi listrik, Oersted dalam menghubungkan gaya dengan arus listrik, dan Ohm dalam mengaitkan tegangan dan arus. Arus listrik adalah gerakan dari muatan-muatan pada suatu konduktor. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/second (Cs-1 ) atau Ampere (A), sedangkan muatan listrik diukur dalam satuan Coulomb. Jika arus listrik konstan, maka besar arus (I) dalam satuan Ampere dapat dinyatakan dalam Persamaan berikut :



Dengan : = Kuat arus liatrik (A) = Muatan listrik (C) = Waktu (s) Hukum Kirchoff I ini disebut juga dengan Hukum Arus Kirchoff yang berbunyi “jumlah arus yang menuju titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang meninggalkan titik percabangan tersebut. Artinya jumlah kuat arus pada semua cabang yang bertemu pada satu titiksama dengan nol. Hukum ini adalah konsekuensi dari hukum kekekalan muatan. Muatan yang masuk kesebuah simpul harus meninggalkan simpul tersebut karena muatan tisak dapat terakumulasi pada sebuah simpul. Berikut adalah ilustrasi dari Hukum Kirchoff I dengan i1 + i2 + i3 = i4 + i5.



5



Gambar 1. Gambaran rangkaian sesuai hokum kirchoff I



Dari Hukum I Kirchoff tersebut diperoleh persamaan, ∑ Hukum ini disebut juga Hukum tegangan Kirchoff yang berbunyi : “jumlah tegangan yang mengelilingi lintasan tertutup sama dengan nol.” Hukum ini merupakan konsekuensi kekekalan energi dan sufat konservatif rangkaian listrik. Hukum tegangan Kirchoff dapat diterpkan pada rangkaian dengan beberapa cara yang berbeda. Sebuah metode yang memberikan sedikit kesalahan penulisan persamaan dibandingkan lainnya, terdiri dari gerakkan sekeliling rangkaian tertutup menurut arah jarum jam dan menulis langsung tegangan setiap elemen yang terminal(+) nya dijumpai dan menulis negatif bagi setiap tegangan yang pertama dijumpai tanda (-).



Gambar 2. Gamnaran sesuai hokum kirchoff II



Secara matematis hukum tegangan Kirchoff dapat dituliskan sebagai berikut : ∑



=∑



∑



Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah V ab + Vbc + Vcd + Vda = 0. Hukum II Kirchoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listri yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai:



∑



∑



6



Dengan : ∑



= Jumlah GGL sumber arus (V)



∑



= Jumlah penurunan tegangan (V) = Kuat arus listrik (A) = Hambatan (ohm)



Dalam tugas kali ini kita diharuskan dapat membaca nilai dari tiap-tiap resistor. Resistor adalah komponen yang terbuat dari arang dan bersifat menghambat, dimana komponennya dalam suatu rangkaian elektronika berfungsi sebagai pembatas aliran listrik atau penghambatnya. Jadi, komponen elektronika ini memiliki hambatan atau nilai resistansi tertentu yang termasuk dalam komponen elektronika pasif. Komponen ini paling banyak difungsikan sebagai penghambat dalam aliran listrik. Satuannya sendiri dinyatakan dalam Ohm ( ). Hukum Ohm menyatakan bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansi (Ohm), resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut. Berikut adalah simbol resistor dalam bentuk gambar yang sering digunakan dalam suatu desain rangkaian elektronika.



Gambar 3. Komponen dan Simbol pada rangkaian elektronika



7



Berdasarkan bentuknya dan proses pemasangannya pada PCB, Resistor terdiri 2 bentuk yaitu bentuk Komponen Axial/Radial dan Komponen Chip. Untuk bentuk Komponen Axial/Radial, nilai resistor diwakili oleh kode warna sehingga kita harus mengetahui cara membaca dan mengetahui nilai-nilai yang terkandung dalam warna tersebut sedangkan untuk komponen chip, nilainya diwakili oleh Kode tertentu sehingga lebih mudah dalam membacanya. Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang. Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor : NILAI



NILAI



NILAI



RING 1



RING 2



RING 3



HITAM



0



0



0



1



COKLAT



1



1



1



10



1%



100 ppm



MERAH



2



2



2



10



2



2%



50 ppm



ORANGE



3



3



3



10



KUNING



4



4



4



10



HIJAU



5



5



5



10



BIRU



6



6



6



10



UNGU



7



7



7



10



ABU-ABU



8



8



8



PUTIH



9



9



9



WARNA



MULTIPLIER



TOLERANSI



THERMAL COEFICIENT



3



15 ppm



4



25 ppm



5



0,5%



6



0,25%



7



EMAS



5%



PERAK



20% Tabel 1. Keterangan Warna Resistor



8



Gambar 4 - Contoh Menghitung Resistor



Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama). Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2.Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3. Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n) merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut.



Gambar 5 - Contoh Menghitung Resistor



Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2. Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke3.Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n).Merupakan Toleransi dari nilai resistor tersebut. 9



BAB III METODE EKSPERIMEN Pada metode eksperimen akan dijabarkan bagaimana metode yang digunakan serta alat dan bahan yang dipakai dalam eksperimen Kircoff. 3.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang akan digunakan pada eksperimen ini adalah: 



Project Board







Resistor







Jumper Wires







Power Suply DC







Kabel



3.2 Langkah Kerja 



Rangkaian Seri 1. Siapkan bahan dengan 3 resistor, Project Board, Power Suply DC 5 Volt 2. Taruh resistor di tengah-tengah project board dengan saling terhubung kakikakinya atara resistor satu dengan resistor yang lainnya 3. Pasang abel pada ujung R1 untuk arus positif DC dan ujung R3 untuk arus negatif DC 4. Pasangkan kabel ke Arus positif DC berwarna merah dan kabel ke arus negatif DC berwarna hitam, kemudian sambungkan kebel ke R1 untuk yang positif dan R3 untuk yang negatif 5. Gunakan pruf untuk menyambungkan poject board dengan resistor agar mengetahui tegangan di tiap resistor 6. Nyalakan arus project board, amati dan catatat tegangan mean tertingginya



10







Rangkaian Paralel 1. Siapkan bahan dengan 3 resistor, Project Board, Power Suply DC 5 Volt 2. Taruh resistor di tengah-tengah project board dengan posisi semua kakinya tersusun baris memanjang seperti rangkaian paralel atara resistor satu dengan resistor yang lainnya 3. Pasang abel pada ujung ujung kiri R2 untuk arus positif DC dan ujung kanan R2 untuk arus negatif DC 4. Pasangkan kabel ke Arus positif DC berwarna merah dan kabel ke arus negatif DC berwarna hitam, kemudian sambungkan kebel ke kiri R2 untuk yang positif dan kanan R2 untuk yang negatif 5. Gunakan pruf untuk menyambungkan poject board dengan resistor agar mengetahui tegangan di tiap resistor 6. Nyalakan arus project board, amati dan catatat tegangan mean tertingginya







Rangkaian Gabungan 1. Siapkan bahan dengan 3 resistor, Project Board, Power Suply DC 5 Volt 2. Taruh resistor di tengah-tengah project board dengan posisi R1 dirangkai seri dan R2, R3 dirangkai paralel 3. Pasang kabel pada ujung kiri R1 untuk arus positif DC dan ujung kanan R3 untuk arus negatif DC 4. Pasangkan kabel ke Arus positif DC berwarna merah dan kabel ke arus negatif DC berwarna hitam, kemudian sambungkan kebel ke R1 untuk yang positif dan R3 untuk yang negatif 5. Gunakan pruf untuk menyambungkan poject board dengan resistor agar mengetahui tegangan di tiap resistor 6. Nyalakan arus project board, amati dan catatat tegangan mean tertingginya



11



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Data WARNA



NILAI RING 1



NILAI RING 2



NILAI RING 3



MULTIPLIER



TOLERANSI



THERMAL COEFICIENT



HITAM



0



0



0



1



COKLAT



1



1



1



10



1%



100 ppm



MERAH



2



2



2



10



2



2%



50 ppm



ORANGE



3



3



3



10



KUNING



4



4



4



10



HIJAU



5



5



5



10



BIRU



6



6



6



10



UNGU



7



7



7



10



ABU-ABU



8



8



8



PUTIH



9



9



9



3



15 ppm



4



25 ppm



5



0,5%



6



0,25%



7



EMAS



5%



PERAK



20% Tabel 2 – Tabel Wrana Resistor







Rangkaian Seri R1 = Coklat, Kuning, Jingga, Emas R2



R2 = Merah, Ungu, Kuning, Emas



R3



R3 = Hitam, Abu, Briu, Emas R1



R4 = Ungu, Abu, Hijau, Emas Memiliki Tegangan



,



R4



Gambar 6 – Rangkaian Seri



12







Rangkaian Paralel



R3



R1 = Biru, Merah, Jingga, Emas R2



R2 = Ungu, Biru, Hijau, Emas



R1



R3 = Putih, Ungu, Kuning, Emas Memiliki Tegangan



, Gambar 7 – Rangkaian Paralel







Rangkaian Gabungan atau Campuran R2



R3



R1 = 400 R1



R2 = 450



R4



R3 = 500 R5



R4 = 550 R5 = 600 Memiliki Tegangan



Gambar 8 – Rangkaian Paralel



,



1. Rangkaian Seri R1 = Coklat, Kuning, Jingga, Emas :



dengan toleransi 5%



R2 = Merah, Ungu, Kuning, Emas



:



dengan toleransi 5%



R3 = Hitam, Abu, Briu, Emas



:



dengan toleransi 5%



R4 = Ungu, Abu, Hijau, Emas



:



dengan toleransi 5%



Maka, Resistor total adalah: = =(



)



= =



13







Hukum Kirchoff I ∑ ∑



∑



Arus Rangkaian Seri



Karena rangkaian ini adalah seri maka Arus ditiap resistornya memiliki besar yang sama yakni



.



Tegangan pada Setiap Resistor a.



b.



c.



d.



14



Arus Ditiap Resistor



Karena rangkaian ini adalah seri maka Arus ditiap resistornya memiliki besar yang sama yakni 



.



Hukum Kirchoff II



∑



∑



∑



∑



Resistor Total Rangkaian Seri = =(



)



= =



15



Kuat Arus Listrik pada Rangkaian Seri



∑



∑ (



)



(



) (



)



(



terbukti benar dalam Hukum Kirchoff 2 ∑



karena hasil nya



mendekati 0



2. Rangkaian Paralel R1 = Biru, Merah, Jingga, Emas



:



R2 = Ungu, Biru, Hijau, Emas



:



R3 = Putih, Ungu, Kuning, Emas



:



dengan toleransi 5% dengan toleransi 5% dengan toleransi 5%



Maka, Resistor total adalah: = =( = (



) )



=



16







Hukum Kirchoff I Kuat Arus Rangkaian Paralel pada Tiap Resistor



Karena rangkaian ini adalah Paralel maka Arus ditiap resistornya memiliki besar yang berbeda yakni



dan



Terlihat bahwa perhitungan tersebut menghasilkan angka yang benar yang berarti bahwa



merupakan hasil dari



dengan meggunakan jumlah



tegangan yang sama besar karena merupakan rangkaian paralel.



Kuat Arus Rangkaian Paralel pada Tiap Resistor



17



Terlihat bahwa perhitungan tersebut menghasilkan angka yang mendekati dari tegangan yang telah di ketahui yang berarti bahwa







.



Hukum Kirchoff II



I1



R1



R2 I2



I3



R3



Hambatan Listrik Total pada Rangkaian Paraller = =( = (



) )



=



18



Kuat Arus Listrik pada Rangkaian Parallel Karena resistor dirangkai secara paraller maka



. Jadi untuk



mencari kuat arus listrik pada resistor maka :



Kuat Arus pada setiap Resistor di Rangkaian Parallel Karena resistor dirangkai secara paraller maka



. Jadi untuk



mencari kuat arus listrik pada resistor maka:  ∑



∑



 ∑



∑



 ∑



∑



19



Tegangan pada seriap Resistor di Rangkaian Parallel Karena resistor dirangkai secara paraller maka mencari kuat arus listrik pada resistor maka ∑



. Jadi untuk merupakan salah satu dari



. 



∑



 ∑



 ∑



20



Hukum Kirchoff 2 ∑ ∑



∑



terbukti bahwa Hukum Kirchoff 2 ∑



karena hasil dari perhitungan



menggunakan Hukum Kirchoff 2 mendekati 0.



21



3. Rangkaian Campuran atau Gabungan



I1 R1 1Ω 400



I2



ITotal I3



R2 1Ω 450



R3 1Ω 500 R4 1Ω 550



R5 1Ω 600



Menghitung Rangkaian seri 1



R Seri 1 I1 R1 1Ω 400



ITotal



I2



I3



950Ω



R4 1Ω 550 R5 1Ω 600



Menghitung Rangkaian Paralel



22



R1 1Ω 400



R Paralel



Ω ITotal



Menghitung Rangkaian seri 2



Kuat Arus pada Rangkaian Campuran atau Gabungan



R Paralel 400Ω



R1 1



Ω 𝐴



Tegangan di R1 Dan R Paralel Tegangan Di R1



Tegangan Di R Paralel



Kuat



Arus



Di



Paralel



= , . Sehinggan V1=V2=V3



yang



berarti 23



R Seri 1



I1/I Seri



Kuat arus di I seri , I2, I3



R1 1Ω 400



Kuat arus di I seri



I2



ITotal



I3



950Ω



R4 1Ω 550 R5 1Ω 600



Kuat arus di I 2 𝐴



𝐼 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐼 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙



𝐼



/𝑆𝑒𝑟𝑖



𝐼



𝐼



𝐼 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐼 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙



𝐴



Kuat arus di I 3



Tegangan di R2 Dan R3 Tegangan di R2



Tegangan di R3



24



Hukum Kirchoff 2 Resistor dirangkai secara campuran atau seri dengan parallel maka kita harus menentukan hambatan total terlebih dahulu. Menghitung Hambatan



I1 R1 1Ω 400



I2



ITotal I3



R2 1Ω 450



R3 1Ω 500 R4 1Ω 550 R5 1Ω 600



Menghitung Rangkaian seri 1



R Seri 1 I1 R1 1Ω 400



ITotal



I2



I3



950Ω



R4 1Ω 550 R5 1Ω 600



Menghitung Rangkaian Paralel



25



R1 1Ω 400



R Paralel



Ω ITotal



Menghitung Rangkaian seri 2



Kuat Arus pada Rangkaian Campuran atau Gabungan ∑



∑



Kuat Arus Listrik pada setiap Resistor di Rangkaian Gabungan Karena hasil akhir dari rangkaian gabungan merupakan rangkaian seri maka untuk mencari kuat arus di



=



.



26







∑



∑ [(



)



(



)]



[(



) (



∑



(



)



∑ ( (



)



) (



)



(



(



) (



∑



) )



Karena pada rangkaian 



)]



dan



di rangkai secara seri maka



.



∑ ( (



)



) (



)



(



) (



(



)



)



27







∑



∑ ( (



)



)



(



)



(



) (



(



)



)



Tegangan pada setiap Resistor di rngkaian Gabungan Karena pada hasil akhir rangkaian gabungan adalah seri jadi ∑ ∑ 



∑ ∑ ∑



∑



, dimana



. ∑ (



)



(



(



Jadi terbukti bahwa ∑



) )



(



)



∑



28



BAB V PENUTUP



V.I SIMPULAN Setelah melakukan perhitungan secara teori bagaimana cara menghitung kapasitor suatu rangkaian arus listrik, besar tegangan tiap kapasitor, dan bagaimana cara menghitung bagaimana jika rangkaian tersebuat adalah rangkaian seri, paralel atau bahkan campuran. Setlah melakukan perhitungan tersebut didapatkan hasil yakni, Rangkaian Seri No.



Resistor



1



R1



2



R2



3



R3



4



R4



Kuat Arus ( )



Hambatan ( )



Tegangan (



)



Kuat Arus ( )



Hambatan ( )



Tegangan (



)



Total



Rangkaian Paralel No.



Resistor



1



R1



2



R2



3



R3 Total



29



Rangkaian Gabungan atau Campuran No.



Resistor



1



R1



2



R2



3



R3



4



R4



5



R5



Kuat Arus ( )



Hambatan ( )



Tegangan (



)



Total V.II Saran Pada Laporak Kirchoff ini disarankan agar lebih teliti dalam menghitung berdasarkan terori supaya mendapatkan hasil yang akurat, semoga pemahaman dalam menyelesaikan soal ini dapat menambah pengetahuan yang dapat di implementasikan kedepannya.



30



DAFTAR PUSTAKA 1 Zidan, 2017, “Resistor Karakteristik Nilai dan Fungsinya”, Zidantaram, http://zinatadaram.blogspot.co.id/2017/08/, Diakses pada tanggal 22 Februari 2021



31