Rangkaian Dc 2009

RANGKAIAN DC Brilianta Budi Nugraha [email protected]

ARUS LISTRIK Arus Listrik adalah muatan yang bergerak. Dalam konduktor padat sebagai pembawa muatan adalah elektron bebas dan dalam konduktor cair atau elektrolit pembawa muatannya adalah ion.

ARUS LISTRIK (cont..) Elektron bebas dan ion dalam konduktor bergerak karena pengaruh medan listrik.

ARUS LISTRIK (cont..) ♦ Arus listrik didefinisikan sebagai jumlah

total muatan listrik yang melewati suatu titik dalam rangkaian listrik per satuan waktu

∆Q I= ∆t

$O DW

♦ Satuan arus listrik ( Coulomb/detik

atau Ampere (A) )

ARUS LISTRIK (cont..) Rapat arus banyaknya arus listrik yang mengalir padakawat penghantar per satuan Luas

I γ= A Contoh Soal Arus sebesar 2,5 A mengalis pada kawat selama 4 menit ♦ berapa besar muatan yang mengalir melalalui suatu titik pada rangkaian ♦ akan menjadi berapa elektronkah muatan ini ?

HUKUM OHM “Arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan beda potensial yang diberikan ke ujung-ujungnya dan berbanding terbalik dengan hambatan”

V I= R dimana R = hambatan kawat atau alat lainnya ( Ohm) V = beda potensial yang melintasi alat tersebut (volt ) I = Arus listrik yang mengalir ( Ampere

)

HUKUM OHM (cont..) Contoh soal Sebuah bola lampu kecil menarik arus 300 mA dari baterai 1,5 V ♦ Berapa hambatan bola lampu tersebut ♦ Jika tegangan turun sampai 1,2 V berapa arus listrik yg lewat bola lampu

HAMBATAN Hambatan R kawat berbanding lurus dengan panjang L dan berbanding terbalik dengan luas penampang A

L R =ρ A

♦ Harga kebalikan dari resistivitas adalah

konduktivitas :

γ 1 σ= = E ρ

satuan konduktivitas = Ω -1.m-1

Contoh ♦ berapa diamater sebuah kawat tembaga (ρ=

1,68 x 10-8 Ω.m) yang harus digunakan agar hambatannya 0,10 Ω untuk panjang kawat 20 m ♦ Jika kawat dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V, berapa arus yang mengalir pada kawat tersebut ?

PENGARUH SUHU TERHADAP HAMBATAN Resistivitas ini sangat tergantung dengan suhu sehingga R juga tergantung suhu, untuk berbagai logam resistivitas bertanbah dengan naiknya suhu.

ρ = ρ 0 [1 + α (T − T0 )] ♦ ρ = resistivitas pada suhu t ♦ ρo = resistivitas pada suhu acuan To biasanya (0 oC atau 20oC) ♦ Ro = adalah tahanan pada suhu 0o ♦ α

= adalah koefisien temperatur bahan

Contoh soal Hambatan lilitan tembaga pada 0o C adalah 3,35 ohm. Berapa hambatannya pada 50º C jika koefisien temperatur tembaga 4,3.10-3 oC-1

PEMBACAAN NILAI HAMBATAN SEBUAH RESISTOR

DAYA LISTRIK adalah energi yang diubah bila muatan Q bergerak melintasi beda potensial V persatuan waktu

QV P= t P = IV daya yang hilang dalam hambatan : 2 V 2 P = VI = IRI = I R = R

CONTOH 1 kWh = 1000 Wh = 1000 = 1000 x 3600 = 3.6 x 106 J . A small motor draws a current of 2 A from a 120 V line. Assuming 100% efficiency, what is the cost of operating the motor for 10 hours if the power company charges $0.050/kWh?

Solution:

The motor has a power output of ♦ P = VI = 2 x 120 = 240 W . ♦ Operating it for 10 hours will consume an amount of energy E = Pt = 240 W x 10 h x = 2.4 kWh . ♦ It will thus cost 2.4 x $0.05=$.12 to operate the motor

Rangkaian DC Baterai Resistor Kapasitor Penghantar tanpa hambatan

♦ arus listrik mengalir dalam rangkaian karena

adanya beda potensial sumber tegangan ( baterai, generator sebagai source of electromotive force) ♦ EMF : beda potensial terminal-terminal sumber tegangan ketika tidak ada arus yang mengalir diluar rangkaian

Rangkaian DC (cont..)

tegangan terminal Vba = Vb-Va Jika ada hambatan dalam

Vba = E – Ir

Contoh

HAMBATAN PENGGANTI (equivalent resistance) a. Hambatan pengganti resistor terhubung seri

HAMBATAN PENGGANTI (equivalent resistance) (cont..) b. Hambatan penganti resistor terhubung paralel

LATIHAN #1

LATIHAN #2

LATIHAN #3 ♦ Hitung – besar arus yang ditarik dari baterai – tegangan terminal baterai – arus pada resistor 6,0 ohm

JAWAB

JAWAB (cont..)

RESISTOR “LADDER”

HUKUM KIRCHHOFF HK Kircchoff I ( Hukum titik ) Pada setiap titik percabangan, jumlah arus yang memasuki percabangan harus sama dengan jumlah arus yang meninggalkan percabangan HK Kircchoff II ( Hukum Loop ) Jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian adalah nol

HK Kirchhoff I I0 = I1 + I2

I0 + I2 = I1

HK Kirchhoff II   Ir  IR  0 Vab  Vbc  Vca  0

Vab  Vb  Va

HK Kirchhoff Dalam penggunaan HK Kirchoff II, perlu diperhatikan: ♦ Jka sebuah hambatan dilintasi dalam arah arus, maka

perubahan potensialnya –IR, karena arus mengalir dari potensial tinggi ke rendah ♦ Jika hambatan dilintasi dalam arah yang berlawanan dengan arah arus maka perubahan potensialnya adalah +IR ♦ Jika arus melewati sumber teganngan dalam arah E (dari (-) ke (+) ) maka perubahan potensialnya +E ♦ Jika araus melewati sumber tegangan dalam arah berlawanan dengan arah E perubahan potensialnya –E

Contoh

Example Using Kirchhoff’s Law , calculate I1, I2 and I3 in each of branch of the circuit

Solution Apply Khirchhoff’s junction role at point a

I 3 = I1 + I 2

Apply Khirchhoff’s loop rule to two different closed loop 80 + 30 I1 I2 = = 3.8 +1.4 I1 Closed loop #1(ahdefga) 21 − 30 I1 + (20 + 1) I 2 − 80 = 0

Closed loop #2 (ahdcba) − 30 I1 + 45 − (40 + 1) I 3 = 0 (-) Sign indicates that the direction I1 is actually apposite to that initially assumed

I3 =

45 − 30 I1 = 1.1 − 0.73I1 41

I1 =I 3−I 2= 1.1 − 0.73I1 − 3.8 −1.4 I1 3.1I1 = −2.7 I1 = −0.87 A I 2 = 3.8 +1.41I1 = 2.6 A I 3 = 1.1 − 0.73I1 = 1.7 A

latihan ♦ arus 3,5 mA mengalir melalui resistor 4

kOhm, berapa besar tegangan terminal Vba dari baterai

JAWAB ♦ Vcd = 3,5 mA x 4 103 Ohm = 14 V ♦ Arus total yang mengalir melalui hambatan 4 kΩ dan 8 kΩ

adalah ♦ i = 14 V /( 2,7 KΩ) = 5,2 mA ♦ ( 5,2 mA juga merupakan arus yang mengalir melalui hambatan 5 kΩ, hambatan dalam 1Ω dan kedua sumber tegangan)

Menggunakan HK Kirchhoff II i.5KΩ + i.2,7KΩ + 12 V + i.1Ω - Vba = 0 Vba = 5,2 mA . 5 KΩ + 5,2 mA . 2,7 KΩ +12 V + 5,2mA . 1Ω = 26 V+ 14,04 V + 12 V + 0,0052 V = 52,0452 V

Latihan 1

Latihan 2

Latihan 3

Latihan 4

Latihan Dari rangkaian dibawah ini, tentukan ♦ besar arus listrik yang melalui masingmasing resistor dan ♦ hambatan pengganti total ( equivalent resistance )

JAWAB