BAB III

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBAB IIIHUKUM KIRCHOFF

3.1. Tujuan PraktikumTujuan dari praktikum kali ini adalah menyelidiki hubungan arus datang dan arus pergi pada suatu percabangan.

3.2. Dasar TeoriPada 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 Kirchoff (1824-1887) mengemukakan dua aturan hukum yang dapat digunakan untuk membantu perhitungan tersebut. Hukum Kirchoff 1 disebut hukum titik cabang dan hukum Kirchoff 2 disebut hukum loop.Sesuai hukum Kirchoff 1 yang berbunyi pada rangkaian listrik bercabang, jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu. Hal di atas mengenai percobaan dengan hasil yang berbeda maka disebabkan karena adanya kesalahan pada pembacaan alat. Pada titik P dengan tegangan 6 volt dan 12 volt serta titik Q dengan tegangan 3 volt dan 9 volt sama, dengan artian tidak terjadi kesalahan. Hukum I Kirchoff berbunyi sebagai berikut. Pada rangkaian listrik bercabang jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu. Hukum Kirchoff pada rangkaian seri, selisih tegangan sumber dengan jumlah tegangan jatuh pada masing - masing sumber dengan jumlah tegangan jatuh pada masing - masing beban adalah 0, sedangkan pada rangkaian paralel, jumlah arus yang mengalir menuju satu titik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut.Tidak semua jaringan dapat disusutkan sehingga menjadi kombinasi seri paralel yang sederhana. Salah satu contoh ialah jaringan yang resistor - resistornya dihubung silangkan, seperti dalam gambar 3.1 yang mengandung sumber - sumber asas lain untuk menghitung arus dalam jaringan - jaringan ini, karena ada beberapa metode yang memungkinkan kita memecahkan soal seperti ini secara sistematis. Hukum Kirchoff I atau biasa disebut hukum titik cabang didasarkan pada kekuatan muatan yang telah digunakan untuk menurunkan resistor paralel. Hukum ini menyatakan bahwa pada setiap titik cabang jumlah semua arus yang masuk cabang harus sama dengan arus yang keluar. Hukum titik cabang Kirchoff didasarkan pada kekekalan muatan. Muatan yang dimasuki sebuah titik cabang harus keluar tidak ada yang hilang atau diambil.Kita definisikan dahulu dua istilah. Titik cabang dalam jaringan ialah sebuah titik dimana tiga atau lebih konduktor bertemu. Lintasan tertutup dalam gambar 3 misalnya titik a, d, e dan b merupakan titik cabang, tetapi c dan f bukan. Dalam gambar 3 hanya ada dua titik cabang, yaitu a dan b. Hukum Kirchoff terdiri atas 2 kaidah, yaitu :1. Kaidah titik cabang hasil penjumlahan aljabar tiap arus yang menuju sembarangan titik cabang sama dengan 0. I = 02.Kaidah lintasan tertutup hasil penjumlahan aljabar GGL dalam sembarangan lintasan tertutup sama dengan hasil penjumlahan aljabar hasil kali IR dalam lintasan tertutup yang bersangkutan = IR Dalam jaringan yang rumit, dalam mana banyak tersangkut besaran yang tidak diketahui, kadang - kadang sukar untuk mengetahui cara merumuskan persamaan yang berdiri sendiri dalam jumlah yang cukup untuk menentukan besaran - besaran yang tidak diketahui itu. Kiranya aturan - aturan berikut dapat diikuti :1. Jika ada n titik cabang dalam jaringan, terapkanlah kaidah titik cabang pada titik - titik sebanyak n-1. Titik yang mana saja boleh dipilih. Penerapan kaidah titik cabang pada titik yang ke-n titik menghasilkan persamaan yang berdiri sendiri.2.Bayangkan jaringan itu dipisah - pisahkan menjadi sejumlah lintasan tertutup sederhana. Terapkanlah kaidah lintasan tertutup pada tiap lintasan yang sudah terpisah - pisah ini. (Kanginan, 2006)

3.2.1. Hukum Kirchoff IRangkaian listrik biasanya terdiri dari banyak hubungan sehingga akan terdapat banyak cabang atau titik simpul. Titik simpul adalah titik pertemuan tiga cabang atau lebih. Hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang kelar dari padanya akan dijelaskan dalam hukum Kirchoff I, yang berbunyi jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.Hukum I Kirchoff merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Pengertian ini sama dengan kalau dikatakan bahwa jumlah muatan adalah tetap, tidak ada penambahan ataupun pengurangan muatan selama muatan melewati titik cabang. 1+2+3=4+5 .................................. (persamaan 3.1.)

Sumber: Haryadi, 2009Gambar 3.1.Hukum Kirchoff IHukum Kirchoff I 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 Kirchoff I. Namun, arus yang melalui suatu permukaan yang melingkupi seluruh kapasitor (kedua lempeng) akan memenuhi hukum Kirchoff I 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.(Haryadi, 2009).3.2.2. Hukum Kirchoff IIAda rangkaian yang tidak dapat disederhanakan dengan menggunakan kombinasi seri dan paralel umumnya ini terjadi jika ada dua atau lebih GGL didalam rangkaian atau komponen rangkaian dihubungkan dengan cara rumit. Untuk menyederhanakan rangkaian yang rumit, dapat digunakan hukum II Kirchoff.Hukum II Kirchoff digunakan untuk menghitung besaran - besaran yang terdapat pada rangkaian listrik. Besaran itu di antaranya kuat arus pada suatu cabang, ataupun beda tegangan antara dua titik. Hukum II Kirchoff menyatakan bahwa Pada rangkaian tertutup jumlah GGL (gaya gerak listrik) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol. Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi listrik bisa digunakan atau diserap. Hukum II Kirchoff dirumuskan sebagai berikut: E +IR = 0 ......................................... (persamaan 3.2.)Keterangan : E = jumlah ggl sumber arus (V) IR = jumlah penurunan tegangan. (V) I = arus listrik (A) R = hambatan (W)

Hukum Kirchoff II dipakai untuk menentukan kuat harus yang mengalir pada rangkaian bercabang dalam keadaan tertutup.

Sumber: Endarko, 2008Gambar 3.2.Hukum Kirchoff IIDari gambar di atas kuat arus yang mengalir dapat ditentukan dengan menggunakan beberapa aturan sebagai berikut :1. Pilih loop untuk masing - masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pada dasar, pemilihan arah loop bebas, namun jika memungkinkan usahakan searah dengan arus.2. Jika pada satu cabang, arah loop sama dengan arah arus, penurunan tegangan (IR) bertanda positif, maka GGL E bertanda positif, sebaliknya bila kutub negatif yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negatif, maka GGL E bertanda negatif.3. Jika saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka GGL E bertanda positif, sebaliknya bila kutub negatif yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negatif, maka GGL E bertanda negatif.4. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila berlawanan arah, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif(Endarko, 2008).

3.3. Alat dan BahanAdapun alat dan bahan yang digunakan ketika percobaan yang dilakukan sebagai berikut:1. Catu DayaCatu daya adalah sebuah piranti elektronika yang berguna sebagai sumber daya untuk piranti lain, terutama daya listrik. Pada dasarnya pencatu daya bukanlah sebuah alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada beberapa pencatu daya yang menghasilkan energi mekanik dan energi yang lain.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.3.Catu Daya2. Kabel PenghubungKabel penghubung adalah kawat penghantar listrik berisolasi tunggal. Dapat juga dua atau lebih kawat berisolasi bersama - sama merupakan kesatuan. Kabel kawat (penghantar arus listrik) berbungkus karet, plastik yang juga digunakan sebagai bahan penyekat. Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.4.Kabel Penghubung

3. Papan RangkaianPapan rangkaian adalah suatu rangkaian atau sirkuit yang terbentuk secara teratur dan saling tersambung satu dengan yang lainya pada papan elektro, fungsi rangkaian amplifier ini adalah untuk memberikan daya atau menguatkan daya arus listrik lebih stabil dan dapat dianalogikan sebagai pembangkit listrik sederhana.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.5.Papan Rangkaian4. Jembatan PenghubungJembatan penghubung adalah alat untuk mengukur hambatan listrik yang tidak diketahui besarnya. Alat ini dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1943. Jembatan penghubung merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarnya). Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.6.Jembatan Penghubung

5. Hambatan (Resistor)Resistor adalah komponen yang dirancang untuk memiliki tahanan yang diketahui. Resistor ini berfungsi sebagai penghambat arus listrik. Kemampuan menghambat arus yang dimiliki sebuah resistor ditunjukkan dengan nilai hambatan atau resistansinya. Untuk tegangan tetap yang melalui resistor, arus yang melalui resistor adalah tetap. Semakin besar tahanan resistor, semakin kecil arus yang mengalir. Berikut adalah contoh beberapa alat hambatan yang digunakan pada saat praktikum :a. Hambatan 47

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.7.Hambatan 47b. Hambatan 56 Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.8.Hambatan 56

c. Hambatan 100

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.9.Hambatan 100

6. Saklar Satu KutubSaklar satu kutub adalah saklar yang terdiri dari satu kutub dengan satu arah, fungsinya untuk memutus dan menghubung saja. Saklar jenis ini hanya digunakan pada motor listrik dengan daya kurang dari 1 PK.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.10.Saklar Satu Kutub7. Pemegang Lampu dan Lampu PijarPemegang lampu adalah alat yang biasa digunakan untuk menaruh lampu yang akan dilakukan pengujian rangkain listrik. Sedangkan lampu pijar adalah alat yang ditaruh pada pemegang lampu yang berada pada rangkaian listrik.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.11.Pemegang Lampu dan Lampu Pijar 8. Basic Meter 90Basic meter 90 ini biasanya digunakan untuk mengukur arus dan tegangan dalam suatu rangkaian listrik. Umumnya basic meter memiliki batas ukur arus dari 100 A sampai dengan 5 A dan batas ukur tegangan dari 100 mV sampai dengan 50 V. Jika alat ini akan digunakan untuk melakukan pegukuran arus, maka terminal - terminal untuk tegangan ditutup dan begitu pula sebaliknya. Sebelum menggunakan alat ini, usahakan agar jarum menunjuk tepat di titik nol dengan mengatur sekrup yang ada pada bagian atas panel meternya.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.12.Basic Meter 90

3.4. Prosedur KerjaAdapun langkah kerja pada praktikum hukum Kirchoff yaitu :1. Menyusun rangkaian seperti pada gambar 3.13.2. Hidupkan catu daya.3. Tutup saklar (posisi 1).4. Amati lampu dan simpangan jarum ampermeter. Bila jarum ampermeter diam (lampu padam), buka (matikan) saklar dan periksa kembali rangkaiannya. Setelah lampu menyala, baca kuat arus I1 pada ampermeter dan catat.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.13.Rangkaian Pada I1 5. Matikan saklar (posisi 0), tukarkan tempat kedudukan kabel ampermeter dengan penghubung jembatan C.6. Ulangi langkah 2-3 untuk mengetahui kuat arus I2.

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.14.Rangkaian Pada I2 7. Lakukan seperti langkah 4, yakni menukarkan penghubung jembatan D, E, F dan G dengan kedua kabel basic meter untuk menentukan kuat arus I3, I5dan I6

Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014Gambar 3.15.Rangkaian Pada I3



3.5. Pengolahan Data1. Tabel Hasil PengamatanTabel 3.1.Hasil Pengamatan Hukum Kirchoff (3V)Di titik Percabangan Arus P (3 V)Di titik Percabangan Arus Q (3V)

Arus MasukArus KeluarArus Masuk Arus Keluar

I1 = 45 AI2 = 25 AI3 = 20 AI6 = 35 A

I3 = 20 AI5 = 15 A

Jumlah = 45 AJumlah = 45 AJumlah = 35 AJumlah = 35 A

Tabel 3.2.Hasil Pengamatan Hukum Kirchoff (6V)Di titik Percabangan Arus P (6 V)Di titik Percabangan Arus Q (6 V)


I1 = 80 AI2 = 50 AI3 = 35 AI6 = 70 A

I3 = 35 AI5 = 30 A




I1 = 115 AI2 = 65 AI3 = 25 AI6 = 45 A

I3 = 50 AI5 = 25 A




I1 = 145 AI2 = 85 AI3 = 50 AI6 = 90 A

I3 = 65 AI5 = 40 A


2. Pembahasan Dari percobaan kali ini mengenai hukum Kirchoff, rangkaian yang telah disusun sesuai dengan hukum Kirchoff I yaitu jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu. Hal ini dibuktikan dari hasil pengamatan data di titik percabangan arus P dengan tegangan 3 volt, 9 volt dan di titik percabangan arus Q pada tegangan 3 volt dan 12 volt memiliki ( I masuk = I keluar). Adapun data yang mengalami penyimpangan dari teori dikarenakan kesalahan pada alat (catu daya) sehingga menimbulkan perbedaan antara kuat arus masuk dan kuat arus keluar. Yang memiliki perbedaan sebesar 5 ampere.

Khairul AkbarH1C11203535

Documents

BAB III