MODUL3 : HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE & CURRENT

DIVIDER, MESH, NODAL, THEVENIN

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. 1. Tugas Pendahuluan
2. 2. Laporan Akhir

1. Pendahuluan[Kembali]

hukum ohm menjelaskan kaitan antara arus listrik dan beda potensial. dalm kebnayakn konduktor, arus yang mengalir sebanding dengan tegangan yang diterapkan padanya. George Simon Ohm, seorang ilmuwan asal jerman merupakan orang pertama yang membuktikan hukum ini melalui eksperimen. hukum ohm menyatakan bahwa tegangan dalam sebuah konduktor akan berbanding lurus dengan arus yang melewatinya, selama suhu dan kondisi fisik lainnya stabil.

hukum kirchoff terdiri dari dua bagian: hukum arus kirchoff (KCL) dan hukum tegangankirchoff (KVL). hukum KCL menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke suatu titik pertemuan (node) sama dengan jumlah arus yang keluar, karena tidak ada arus yang hilang di titik tersebut. secara matematis, jumlah semua arus yang masuk dan keluar dari node adalah nol, atau I(masuk) + I(keluar) = 0. prinsip ini dikenal juga sebagai hukum kekekalan muatan. sementara itu, hukum KVL menyatakan bahwa dalam satu loop tertutup dalam rangkaian yang mengandung sumber tegangan, jumlah total tegangan sama dengan jumlah seluruh penurunan tegangan, yang secara keseliuruhan bernilai nol. ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi.

rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk menghasilkan beberapa tingkat tegangan dari satu sumber tegangan tunggul, dengan menjaga arus tetap konstan karena merupakan rangkaian seri. disebut juga pembagi potensial, rangkaian ini bekerja berdasarkan prinsip penurunan teganagn pada elemen elemen yang disusun secara seri. dalam rangkaian seperti ini, tegangan total adalah hasil penjumlahan dari seluruh tegangan jatuh pada tiap komponen. salah satu contoh sederhananya adalah potensiometer, yaitu resistor variabel yag dapat mengubah tegangan output sesuai dengan posisi penggeser. selain potensiometer, pembagi tegangan juga bisa dibuat dengan resistor tetap, kapasitor, atau induktor.

Analisis mesh merupakan metode untuk menganalisis rangkaian listrik degan menggunakan arus dalam loop (arus mesh) sebagai variabel utama. metode ini lebih efisienn dibandingkan menghitung arus di setiap komponen satu per satu karena jumlah persamaan yang dibuat lebih sedikit.

Analisis node adalah pendekatan pelengkap dari analisis mesh, yang menggunakan prinsip berbeda. dalam metode ini, hukum arus kirchoff (KCL) diterapkan untuk menentukan tegangan di setiap titik pertemuan(node) dibandingkan dengan tegangan referensi (ground). oleh karena itu analisis ini juga dikenal sebagai metode tegangan node, yang menekankan pada pengukuran tegangan di tiap node. metode ini sangat berguna dalam menganalisis berbagai jenis rangkaian linear.

Teorema Thevenin adalah prinsip dalam dunia elektronika yang berguna untuk menyederhanakan rangkaian kompleks menjadi bentuk yang lebih sederhana. menurut teorema ini, suatu rangkaian yang terdiri dari sumber tegangan independen, resistr, dan komponen pasif lainnya dapat digantikan dengan sumber tegangan dan satu resistor, yang disebut sebagai rangkaian ekuivalen thevenin.

2. Tujuan[Kembali]

1. Dapat memahami prinsip Hukum Ohm.

2. Dapat memahami prinsip Hukum Kirchoff.

3. Dapat memahami cara kerja voltage dan current divider.

4. Dapat membuktikan perhitungan arus dengan menggunakan

Teorema Mesh.

5. Dapat membuktikan perhitungan tegangan dengan menggunakan

Analisis Nodal.

6. Dapat menentukan tegangan ekivalen Thevenin dan resistansi

Thevenin dari rangkaian DC dengan satu sumber.                                        

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. ALAT

1. instrument

multimeter

2. module

3. Base station

4. Jumper

B. BAHAN

1. Resistor

2. Potensiometer

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor

resistor merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit elektronik. boleh dikatakan hampir setiap sirkuit elektronik pasti ada resistor. tetapi banyaj diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan elektronik maupun yang menggunakan peralatan elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang di tubuh resistor sendiri.

seperti yang dikatakan sebelumya, nilai resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh warna warna yang terdapat di tubuh (bodi) resistor itu sendiri dalam bentuk gelang. umumnya terdapat 4 gelang di tubuh resistor, tetapi ada juga yang 5 gelang

gelang warna emas dan perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. gelang terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai resistor yang bersangkutan.

tabel di bawah ini merupakan warna warna yag terdapat di tubuh resistor:

perhitungan untuk resistor dnegan 4 gelang warna:

cara menghitung nilai resistor 4 gelang:

masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1

masukkan angka langsung dari kode warna gelang 2

masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke 3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n)

merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut

B. Potensiometer

Potensiometer merupakan resistor variabel yang nilai resistansinya dapat diubah dengan cara memutar tuasnya untuk mendapatkan variasi arus. potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronik. salah satu contonya seperti pengatur volume pada peralatan radio

potensiometer mempunyai 3 terminal, yaitu terminal A, terminal B, dan wiper. dimana prinsip kerjanya ketika terminal A dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kanan. ketika terminal B dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kiri. sedangkan ketika terminal A dan B dihubungkan maka pada potensiometer akan menunjukkan nilai resistansi maksimum. nilai resistansi ini akan selalu tetap dan merupakan nilai resistansi total dari potensiometer.

C.Hukum Ohm

hukum ohm pada dasarnya adalah hukum yang menjelaskan mengenai kaitan antara teganagn atau beda potensial, arus listrik, serta hambatan di dalam rangkaian listrik.

jadi, hukum Ohm ini adalah hukum dasar yang menjelaskan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi arus berbanding terbalik dengan hambatan. arus listrik dapat mengalir melalui penghantar disebabkan karena adanya perbedaan teganagn atuabeda potensial yang ada di antara dua titik di dalam penghantar

Bunyi Hukum Ohm:

bunyi hukum OHm yang dipaparkan oleh George Simon Ohm:

"besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian penghantar akan sebanding dengan tegangannya, dalam suhu yang tetap."

dari pernyataan tersebut maka dapat dikatakan bahwa perbandingan antara tegangan dengan arus listrik disebuut dengan hambatan.

D. Hukum Kirchoff

hukum kirchoff ditemukan oleh Gustav Robert Kirchoff yang merupakan ahli fisika asal jerman. kirchoff menjelaskan hukumnya tentang kelistrikan ke dalam dua bagian, yaitu hkum I kirchoff dan hukum II Kirchoff

Hukum Kirchoff

hukum ini merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang mengalir tidaklah berubah. jadi, pada suatu percabangan, lau muatan listrik yang menuju titik cabang sama besarnya dengan laju muatan yang meninggalkan titik cabang itu. nah, di fisika, laju muatan listrik adalah kuat arus listrik. oleh karena itu, bunyi hukum I kirchoff lebih umum ditulis:

"Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan akan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik ini.

hukum kirchoff I biasa disebut hukum arus Kirchofff atau Korchoff current law(KCL)

Hukum II Kirchoff

hukum ini berlaku pada rangkaian yang tidak bercabang yang digunakan untuk menganlisis beda potensial(tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. hukum II kirchoff biasanya disebut huku m tegangan kirchoff atau Kirchoff Voltage Law(KVL). bunyi hukum II kirchoff adalah:

"jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol."

versi lain hukum II kirchoff yaitu pada rangkaian tertutup, berbunyi: jumlah aljabar GGL dan jumlah penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. secara matematis dapat dirumuskan sebagai: Σ ε+Σ IR = 0.

 

E. Voltage & Current Divider

rangkaian pembagi tegangan

rangkaian pembagi tegangan adalah suatu rangkaian listrik yang dirancang untuk membagi teangan input menjadi tegangan yang lebih kecil pada beberapa resistor yang terhubung secara seri atau paralel. prinsip kerja dari rangkaian pembagi teganagndapat dijelaska dengan menggunakan hukum Ohm dan aturan tegangan Kirchoff

prinsip kerja rangkaian pembagi tegangan:

resistansi total; rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua atua lebih resistor yang terhubung. resistansu total dari rangkaian dapat dihitung dengan menggabungkan resistansi resstansi tersebut sesuai dengan koneksi (seri atau paralel)

hukum ohm: hukum menyatakan bahwa arus dalam rangkaia sebanding dengan tegangan dan invers sebanding dengan resistansi. dalam rangkain pembagi tegangan, hukum ohm digunakan untuk menghitung arus pada rangkaian.

I  =Vin/Rtotal

Aturan pembagi tegangan kirchoff: aturan ini menyatkan bahwa dalam suatu simpul (node dalam suatu rangkain listrik, jumlah aliran arus menuju simpul tersebut sama dengan jumlah arus yang meninggalkan simpul tersebuh. dalam rangkaian pembagi tegangan, aturan ini diterapkan untuk simpul pada kedua ujung resistor pembagi.

Vin= V1+ V2 +...+Vn

dimana V1, V2 Vn adalah tegangan pada masing masing resistor

tegangan keluarann(Vout) teganagn keluaran pada titik tertentu diambil dari resistor tertentu dalam rangkaian. teganag pada setiap resistor dihitung dengan menggunakan aturan pembagi tegangan kirchoff.

rangkaian pembagi arus

rangkaan pembagi arus menggunakan sifat rangkaian paralel yaitu jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arusyang keluar dari titik percabangan. rangkaian pembagi arus membagi arus total yang masuk ke dalam cabang cabang rangkaian sesaui degan perbandingan hambatan pada masing masing cabang. rumus untuk menghitung arus pada cabang ke-n adalah:

In= I*Rn/Rtotal

dimana In adalah arus pada cabang ke n, I adalag arus total yang masuk, R total adalah hambatan pengganti rangkaian paralel, dan Rn adalah hambatan pada cabang ke n.

F. Teorema Mesh

Metode arus mesh merupakan prosedur langsung untuk menentukan arus pada setiap resistor dengan menggunakan persamaan simultan. langkah pertamanya adalah dengan membuat loop tertutup (disebut juga mesh) pada rangkaian. loop tersebut tidak harus memiliki sumber tegangan, tetapi setiap sumber tegangan yang ada harus dimasukkan ke dalam loop. loop haruslah meliputi seluruh resistor dan sumber tegangan. dengan arus mesh, dapat ditulis persamaan Kirchoff voltage law untuk setiap loop.

G. Teorema thevenin

teorema thevenin merupakan salah satu metode penyelesaian rangkaian listrik kompleks menjadi rangkaian sederhana yang terdiri atas teganagn thevenin dan hambatan thevein yang terhubung secara seri. beberapa aturan dalam menetapkan Vth dan Rth, yaitu:

1. Vth adalah tegangan yang terlihat melintasi terminal beban. dimana pada rangkaian asli, beban resistansi dilepas (open circuit). jika dilakukan pengukuran, maka diletakkan multimeter pada titik open circuit tersebut.

2.Rth adalah resistansi yang terlihat dari terminal pada saat beban dilepas (open circuit) dan sumber tegangan yang terhubung singkat (short circuit)

H. Analisis Nodal

rangkaian analisis node slaing melengkapi dengan rangkaian analisis mesh. rangkaian aalisis node menggunakan hukum Kirchoff pertama, Hukum Kirchoff(KCL). seperti yang telah disebutkan sebelumnya, bahwa kita menggunakan tegangan node dan KCL.

analisis node mengharuskan kita untuk menghitung tegangan node di setiap node sehubungan dengan tegangan ground (node referensi), maka kita menyebutnya metode node voltage.

analisis node didasarkan pada aplikasi sistematis hukum Kirchoff (KCL). Dengan teknik ini kita akan dapat menganalisis rangkaian linear apapun.