Makalah Arus Listrik Searah.docx

MAKALAH ARUS LISTRIK SEARAH (HUKUM OHM, HK.KIRCHOFF ARUS DAN TEGANGAN) Dosen Pengampu : Dr.Adi Sutopo, M.Pd,MT

Disusun Oleh Nama : - Arjun Korintian Purba (5183230005) -Muhammad Rifky Darmawan (5181230010) Kelas : Teknik Elektro B

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO PRODI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2019

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Hukum Ohm dikemukakan oleh seorang fisikawan dari Jerman, Georage Simon Ohm pada tahun 1825. Kemudian Hukum Ohm dipublikasikan pada tahun 1827 melalui sebuah paper yang berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.”

Hokum ohm mempelajari arus listrik pada rangkaian tertutup. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar, seperti lampu senter,radio, dan televise. Alat-alat tersebut dapat menyala (berfungsi) karena adanya aliran listrik dari sumber tegangan yang dihubungkan peralatan tersebut sehingga menghasilkan beda potensial.

Jika arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut sebanding lurus dengan tegangan listrik yang terdapat antara kedua penghantar tadi (Tilloy, 1980).

Perlawanan adalah volt peramper hambatan konduktor adalah 1 ohm jika potensa berbeda disamping terminal di dalam konduktor adalah volt ketika arus di konduktor 1 ampere (Richards, 1987). Begitu juga hokum kirchoff Pada peralatan listrik, kita biasa menjumpai rangkaian listrik yang bercabang-cabang. Untuk menghitung besarnya arus listrik yang mengalir pada setiap cabang yang dihasilkan oleh sumber arus listrik. Gustav Kirchhoff (1824-1887) mengemukakan dua aturan hukum yang dapat digunakan untuk membantu perhitungan tersebut. Hukum Kirchoff pertama disebut hukum titik cabang dan Hukum Kirchhoff kedua disebut hukum loop. 1.2 Rumusan Masalah

1. 2. 3. 4.

Apa itu hukum ohm dan bunyinya? Menjelaskan aplikasi tentang hukum ohm! Apa itu hukum kirchoff dan bunyinya? Menjelaskan bagaimana cara mengaplikasikan hukum ohm!

1.3 Tujuan 1. 2. 3. 4.

Untuk mengetahui apa itu hukum ohm,penemu hukum ohm dan apa bunyinya! Untuk memahami lebih dalam apa itu hukum ohm! Untuk mengetahui apa itu hukum kirchof,siapa penemunya dan apa saja bunyinya! Untuk memeahami aplikasi dari hukum kirchoff supaya lebih dimengerti!

BAB II PEMBAHASAN

I. Hukum Ohm Pengertian Hukum Ohm merupakan sebuah teori yang membahas mengenai hubungan antara Tegangan (Volt), Arus (Ampere), dan Hambatan listrik dalam sirkuit (Ohm). 1 Ohm adalah hambatan listrik yang menyebabkan perbedaan satu volt saat arus sebasar 1 Ampere mengalir. Bunyi hukum Ohm: "Kuat arus listrik pada suatu beban listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan". Rumus Hukum Ohm: Lambang dari hambatan adalah R, lambang dari Arus adalah I, dan lambang dari tegangan adalah V. Berdasarkan hukum Ohm diatas maka bisa diambil rumus sebagai berikut ini;

Keterangan: I = Besar arus yang mengalir pada penghantar => dengan satuan Volt V = Besar tegangan pada penghantar => dengan satuan Volt R = Besar hambatan => dengan satuan Ohm Berdasarkan patokan rumus diatas maka kita bisa mencari Nilai I, V, dan R pada suatu rangkaian listrik. Untuk mencari R, caranya cukup dengan menggunakan logika berdasarkan rumus diatas.

Misal jika 5=10/2, maka 10=5X2 dan 2=10/5. Berdasarkan logika tersebut untuk mencari V rumusnya adalah V=I X R sedangkan untuk mencari nilai R digunakan rumus R=V/I.

Contoh Kasus dalam Praktikum Hukum Ohm Untuk lebih jelas mengenai Hukum Ohm, kita dapat melakukan Praktikum dengan sebuah Rangkaian Elektronika Sederhana seperti dibawah ini :

Kita memerlukan sebuah DC Generator (Power Supply), Voltmeter, Amperemeter, dan sebuah Potensiometer sesuai dengan nilai yang dibutuhkan. Dari Rangkaian Elektronika yang sederhana diatas kita dapat membandingkan Teori Hukum Ohm dengan hasil yang didapatkan dari Praktikum dalam hal menghitung Arus Listrik (I), Tegangan (V) dan Resistansi/Hambatan (R).

Menghitung Arus Listrik (I) Rumus yang dapat kita gunakan untuk menghitung Arus Listrik adalah I = V / R Contoh Kasus 1 : Setting DC Generator atau Power Supply untuk menghasilkan Output Tegangan 10V, kemudian atur Nilai Potensiometer ke 10 Ohm. Berapakah nilai Arus Listrik (I) ? Masukan nilai Tegangan yaitu 10V dan Nilai Resistansi dari Potensiometer yaitu 10 Ohm ke dalam Rumus Hukum Ohm seperti dibawah ini : I=V/R I = 10 / 10 I = 1 Ampere Maka hasilnya adalah 1 Ampere.

Berikut ini contoh penerapan Hukum Ohm untuk menghidupkan lampu LED.

penerapan hukum ohm pada lampu LED

Menghitung Resistor Seri Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua resistor yang disusun seri tersebut. Hal ini mengacu pada pengertian bahwa nilai kuat arus disemua titik pada rangkaian seri selalu sama.

rangkaian resistor seri

Menghitung Resistor Paralel Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun secara paralel, perhitungan nilai resistor totalnya mengacu pada pengertian bahwa besar kuat arus yang masuk ke percabangan sama dengan besar kuat arus yang keluar dari percabangan (I in = I out). Dengan mengacu pada perhitungan Hukum Ohm maka dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

rangkaian resistor paralel

Menghitung Kapasitor Seri Pada rangkaian kapasitor yang disusun seri maka nilai kapasitor totalnya diperoleh dengan perhitungan berikut.

rangkaian kapasitor seri

Menghitung Kapasitor Paralel Pada rangkaian beberapa kapasitor yang disusun secara paralel maka nilai kapasitor totalnya adalah penjumlahan dari semua nilai kapasitor yang disusun paralel tersebut.

rangkaian kapasitor paralel

II. HUKUM KIRCHOFF ARUS Hukum kirchoff tentang arus biasa disebut KCL (Kirchoff Current Law) berikut bunyi hukum arus kirchoff redaksi penulis: “ Jumlah arus yang mengalir masuk ke sebuah node ( titik percabangan ) akan sama dengan jumlah arus yang keluar dari node tersebut.”

Hukum kirchhoff-arus menyatakan bahwa dalam rangkaian loop tertutup, jumlah arus yang masuk ke dalam suatu titik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. Hukum Kirchoff I ini sering diterapkan pada kehidupan sehari-hari, di mana suatu beban listrik dirangkai secara paralel antara satu dengan yang lainnya. Sehingga hasilnya adalah arus total memiliki nilai sama dengan jumlah arus tiap cabang beban.

Hukum Arus Kirchoff

Hukum ini juga disebut Hukum I Kirchhoff, Hukum titik Kirchhoff, Hukum percabangan Kirchhoff, atau KCL (Kirchhoff's Current Law). Prinsip dari kekekalan muatan listrik mengatakan bahwa: Pada setiap titik percabangan dalam sirkuit listrik, jumlah dari arus yang masuk kedalam titik itu sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. atau Jumlah total arus pada sebuah titik adalah nol. Mengingat bahwa arus adalah besaran bertanda (positif atau negatif) yang menunjukan arah arus tersebut menuju atau keluar dari titik, maka prinsip ini bisa dirumuskan menjadi : ∑k=1nIk=0 n adalah jumlah cabang dengan arus yang masuk atau keluar terhadap titik tersebut. Persamaan ini juga bisa digunakan untuk arus kompleks: ∑k=1nI~k=0 Hukum ini berdasar pada kekekalan muatan, dengan muatan (dalam satuan coulomb) adalah hasil kali dari arus (ampere) dan waktu (detik).

Padat muatan berubah Hukum pertama Kirchhoff 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 Kirchhoff. Namun, arus yang melalui suatu permukaan yang melingkupi seluruh kapasitor (kedua lempeng) akan memenuhi hukum pertama Kirchhoff 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 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, ψ , yang disebut Maxwell sebagai arus perpindahan IDdan disatukan dengan rumus ID=dψdt Jika arus perpindahan digunakan, maka hukum pertama kirchhoff dapat berlaku kembali. Arus perpindahan bukanlah arus sebenarnya karena bukan berupa muatan yang bergerak, arus perpindahan hanyalah faktor koreksi untuk membuat hukum pertama Kirchhoff 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 Ampère dan koreksi yang diberikan Maxwell, serta menggabungkan dengan hukum Gauss, menghasilkan: ∇⋅J=−∇⋅∂D∂t=−∂ρ∂t 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).

Penggunaan Hukum Kirchhoff dapat digunakan dengan matrix dan merupakan dasar dari hampir semua program simulasi sirkuit, seperti SPICE. Persamaan hukum kirchhoff arus : Keterangan :

Iinput 1 = Nilai arus masuk 1 (A) Iinput 2 = Nilai arus masuk 2 (A) Iinput (n) = Nilai arus masuk n (A) Ioutput 1 = Nilai arus keluar 1 (A) Ioutput 2 = Nilai arus keluar 2 (A) Ioutput (n) = Nilai arus keluar n (A) Contoh soal :

Dua buah resistor dirangkai secara paralel dan dihubungkan degan sumber tegangan DC 12V. Jika nilai masing masing resistor adalah 1KΩ, dan 2,2KΩ, maka tentukan besar arus listrik yang mengalir pada masing-masing resistor dan arus listrik total sumber! Diketahui : Vs = 12V R1 = 1KΩ = 1000Ω R2 = 2,2KΩ = 2200Ω Ditanya : IR1 = ? IR2 = ? It = ? Jawab : Arus pada resistor 1 :

Arus pada resistor 2 :

Arus total :

III. HUKUM KIRCHOFF TEGANGAN Hukum kirchoff tentang tegangan biasa disebut KVL (Kirchoff Voltage Law) berikut bunyi hukum tegangan kirchoff redaksi penulis “ Jumlah tegangan tiap komponen pada sebuah loop sama dengan nol”

Hukum ini juga disebut sebagai Hukum kedua kirchhoff, Hukum putaran (loop) Kirchhoff, dan KVL (Kirchhoff's Voltage Law). Prinsip kekekalan energi mengatakan bahwa Jumlah terarah (melihat orientasi tanda positif dan negatif) dari beda potensial listrik (tegangan) di sekitar sirkuit tertutup sama dengan nol. atau secara lebih sederhana, jumlah dari emf dalam lingkaran tertutup ekivalen dengan jumlah turunnya potensial pada lingkaran itu. atau Jumlah hasil kali resistansi konduktor dan arus pada konduktor dalam lingkaran tertutup sama dengan total emf yang ada dalam lingkaran (loop) itu. Mirip dengan hukum pertama Kirchhoff, dapat ditulis sebagai:

Disini, n adalah jumlah tegangan listrik yang diukur. Tegangan listrik ini juga bisa berbentuk kompleks:

Hukum ini berdasarkan kekekalan "energi yang diserap atau dikeluarkan medan potensial" (tidak termasuk energi yang hilang karena disipasi). Diberikan sebuah tegangan listrik, suatu muatan tidak mendapat atau kehilangan energi setelah berputar dalam satu lingkaran sirkuit karena telah kembali ke potensial awal. Hukum ini tetap berlaku walaupun resistansi (yang mengakibatkan disipasi energi) ada dalam sirkuit. Validitas hukum ini dalam kasus tadi dapat dimengerti dengan menyadari bahwa muatan tidak kembali ke tempat asalnya karena ada disipasi energi. Pada terminal negatif, muatan sudah hilang. Artinya energi yang diberikan oleh beda potensial sudah terpakai seluruhnya oleh resistansi yang mengubah energi tadi menjadi disipasi panas. .

Jumlah aljabar dari hasil kali antara arus dan resistansi dari setiap konduktor/resistor dalam sembarang rangkaian listrik tertutup ditambah jumlah aljabar ggl atau sumber tegangan yang ada di dalam rangkaian tersebut sama dengan nol. Jadi : Σ I.R + Σ U = 0 Perhatian: Tanda dari Turun tegangan (voltage drop) pada resistor tergantung pada arah arus yang melaluinya, tetapi tidak tergantung pada polaritas sumber tegangan (U) yang ada di dalam rangkaian tersebut.

Gambar 3.34 Turun Tegangan pada Resistor Apabila tegangan dibaca dari + ke -, dengan arah baca yang sama dengan arah arus I yang mengalir, maka harga V=RI adalah penurunan tegangan. Untuk memahaminya beri tanda positif (+) pada V dan beri tanda positif (+) pada RI. Sedangkan apabila pembacaan tegangan berlawanan dengan arah arus berilah tanda (-) V atau (-)RI. Sedangkan untuk sumer tegangan atau sumber arus berlaku ketentuan sebagai berikut:

Gambar 3.35 Sumber Tegangan Bila arah baca dari a ke b, maka adalah suatu penurun tegangan berilah tanda positif pada V. Atau dengan kata lain, apabila menuruti arah baca + dari sumber tegangan, tulis V positif. Sebalik jika pembacaan dari kutub – sumber tegangan maka V ditulis dengan tanda negatif.

Hukum Kirchoff-tegangan menyatakan bahwa dalam rangkaian loop tertutup, jumlah aljabar tegangan dalam cabang tertutup hasilnya nol gambar-1.24. Istilah lain jumlah drop tegangan sama dengan tegangan sumber tegangan. Tanda sumber tegangan berlawanan dengan tanda drop tegangan di setiap Resistor. Persamaan hukum Kirchoff-tegangan U+(-U1)+(-U2)=0 U-U1-U2=0 Dimana : U = Tegangan sumber U1 = Drop tegangan R1 U2 = Drop tegangan R2 Contoh soal : Sumber tegangan DC 10V, dirangkai dengan 4 Resistor R1 10 ohm, R2 47ohm, R3 100 ohm dan R4 X ohm. Hitunglah besarnya R4 X dan U4 dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan jika arus yang mengalir 20 mA. Jawaban : Pertama, menghitung drop tegangan tiap Resistor U1 = I.R1 = 20 m Amp. X 10 ohm = 0,02 Amp. X 10 ohm = 0,20 Volt U2 = I.R2 = 20 m Amp. X 47 ohm = 0,02 Amp. X 47 ohm = 0,94 Volt U3 = I.R3 = 20 m Amp. X 100 ohm = 0,02 Amp. X 100 ohm = 2,00 Volt

Kedua, gunakan hukum Kirchoff tegangan untuk menghitung U4 Us - U1- U2 - U3 - U4 = 0 U4 = Us - U1- U2 - U3 = 10V - 0,2V - 0,94V - 2,0V = 6,86 Volt Ketiga, gunakan hukum Ohm untuk menghitung R4 R4 = U4 / I = 6,86 Volt / 20 m Amp. = 343 ohm

Contoh penggunaan KCL dan KVL pada analisis rangkaian listrik :

Hukum kirchoff tegangan menyatakan bahwa tegangan yang diberikan pada rangkaian tertutup, nilainya sama dengan jumlah drop tegangan pada rangkaian tersebut. Tegangan Sumber = Total Drop Tegangan

Dengan memindahkan seluruh sisi kanan ke sisi kiri, maka menjadi

Contoh 1:

BAB III PENUTUP

3.1 KESIMPULAN Jadi Hokum ohm mempelajari arus listrik pada rangkaian tertutup. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar, seperti lampu senter,radio, dan televise. Alat-alat tersebut dapat menyala (berfungsi) karena adanya aliran listrik dari sumber tegangan yang dihubungkan peralatan tersebut sehingga menghasilkan beda potensial.

Jika arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut sebanding lurus dengan tegangan listrik yang terdapat antara kedua penghantar tadi. Dan Hukum Kirchhoff 1 merupakan Hukum Kirchhoff yang berkaitan dengan dengan arah arus dalam menghadapi titik percabangan. Hukum Kirchhoff 1 ini sering disebut juga dengan Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current . Hukum Kirchhoff 2 merupakan Hukum Kirchhoff yang digunakan untuk menganalisis tegangan (beda potensial) komponen-komponen elektronika pada suatu rangkaian tertutup. Hukum Kirchhoff 2 ini juga dikenal dengan sebutan Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL). 3.2 SARAN Kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan makalah ini.