selamat datang

please: to look the information ;-)

Cari Blog Ini

Memuat...

Rabu, 20 Januari 2010

HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHOFF

MATERI PEMBELAJARAN FISIKA
HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHOFF
HUKUM OHM
1. KUAT ARUS LISTRIK
Pernahkah Anda mendengar kata kuat arus listrik? Coba diingat! Di
rumah Anda lampu menyala disebabkan oleh aliran listrik dalam
rangkaian arus bolak-balik.
Jika Anda menghubungkan lampu listrik kecil dan baterai dengan kabel, apa
yang terjadi? Lampu akan menyala, yang disebabkan oleh aliran listrik dalam
rangkaian arus searah.
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu
penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah
dengan arah gerak elektron.
Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari
suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik.
Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat
penghantar tiap satuan waktu.


Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I
adalah:

I : kuat arus listrik (coulomb/sekon = ampere, A)
I = Q : muatan listrik (coulomb)
t : waktu (sekon)
Makin banyak jumlah muatan listrik yang bergerak, makin besar pula kuat arusnya.
Contoh soal:
Jika sebuah kawat penghantar listrik dialiri muatan listrik sebesar 360 coulomb
dalam waktu 1 menit, kita dapat menentukan kuat arus listrik yang melintasi
kawat penghantar tersebut.
Diketahui:
Q = 360 coulomb
t = 1 menit = 60 sekon
Maka kuat arus listrik ( I ) adalah ….

Jadi kuat arus listrik (I) itu adalah 6 A.
2. BEDA POTENSIAL ATAU TEGANGAN LISTRIK (V)
Untuk mempelajari beda potensial atau tegangan listrik, coba kita perhatikan
sebuah baterai; yang Anda pasti sudah tahu, pada baterai itu terdapat 2 (dua)
kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Bila kutub positif dan kutub negatif
kita hubungkan dengan kawat penghantar listrik, maka akan mengalir elektron
dari kutub negatif melalui penghubung ke kutub positif.
Para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub
positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran
elektron.
Seandainya Anda ingin lebih jelas lagi, perhatikan gambar di bawah ini.


Keterangan:
1. kutub positif (+)
2. kutub negatif (–)
3. arah arus listrik
4. arah gerak elektron
Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari
kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara
kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial
yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.
Jadi arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, sedangkan aliran elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
Beda potensial antara kutub positif dan kutub negatif dalam keadaan terbuka
disebut gaya gerak listrik dan dalam keadaan tertutup disebut tegangan jepit.
3. HUBUNGAN ANTARA TEGANGAN LISTRIK (V) DAN KUAT ARUS LISTRIK (I)
Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal
dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum
Ohm yang berbunyi:
Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan
beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar
tetap.
Hasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan
listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm (Ω).
Hambatan dalam rangkaian listrik diberi simbol:
atau
gambar sebenarnya adalah

Maka persamaannya dapat ditulis:

Keterangan:
R : hambatan listrik (ohm = Ω)
V : beda potensial atau tegangan (volt = V)
I : kuat arus listrik (ampere = A)

Contoh soal :
Arus listrik 400 mA mengalir pada suatu penghantar. Jika beda potensial antara
ujung kawat 40 V, carilah hambatan listrik kawat tersebut!
Diketahui: I = 400 mA = 0,4 A
V = 40 V
Ditanyakan: R = ….
Jawaban:

4. PENERAPAN HUKUM OHM DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Coba Anda perhatikan bola lampu di rumah! Bila bola lampu diberi tegangan
(V), apa yang terjadi? Yang terjadi adalah arus mengalir melalui filamen, sehingga
bola lampu menyala.
Tegangan yang diberikan pada suatu alat listrik seperti bola lampu harus
disesuaikan dengan tegangan yang seharusnya diperuntukkan bagi alat tersebut.
Jika lampu 220 V diberi tegangan 110 V, filamen lampu akan dialiri oleh arus
yang lebih kecil dari yang seharusnya sehingga lampu 220 V tersebut, menyala
redup. Sebaliknya jika lampu 110 V diberi tegangan 220 V, filamen lampu akan
dialiri oleh arus yang terlalu besar dari yang seharusnya sehingga lampu 110 V
filamennya terbakar.
5. HUBUNGAN ANTARA HAMBATAN KAWAT DENGAN JENIS KAWAT DAN UKURAN KAWAT
Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik
yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi
berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan
agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik.
Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat
hubungan sebagai berikut:

dengan ketentuan:
R = hambatan ( Ω )
ρ = hambatan jenis penghantar ( Ω m)
l = panjang penghantar (m)
A = luas penampang penghantar (m2)
r = jari-jari lingkaran kawat.
Untuk mempermudah Anda mengenal berbagai macam jenis logam dan hambatan
jenisnya, Anda perhatikan tabel di bawah ini!


Contoh soal :
Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan luas penampangnya 1 mm2,
mempunyai hambatan jenis 10-7 ohmmeter. Jika antara ujung-ujung kawat
dipasang beda potensial 60 volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat!
Diketahui:

Ditanyakan: I = .…
Jawaban:
Langkah pertama, selidiki dahulu nilai hambatannya.

Berdasarkan hukum Ohm:


HUKUM KIRCHHOFF
1. HUKUM I KIRCHHOFF
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang.
Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap
percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang
tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik
yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang,
hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya
besar.
hukum I Kirchhoff yang berbunyi:


Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum
kekekalan muatan listrik seperti tampak dalam analogi pada gambar 3.2 berikut.
Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:


Skema diagram untuk Hukum I Kirchhoff

Rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari suatu titik simpul

Contoh soal:
Perhatikanlah titik simpul A dari suatu rangkaian listrik seperti tampak pada
gambar!

Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A.
Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A
Berapakah besar dan arah kuat arus I4?
Penyelesaian:
menurut Hukum I Kirchhoff


2. HUKUM II KIRCHHOFF
Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada
rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan
paralel.
Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan
dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan
teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut.
Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut
yang berbunyi:
Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik () dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.
Dirumuskan:

Selanjutnya ada beberapa tahap yang diperkenalkan yaitu pertama rangkaian dengan satu loop (loop adalah rangkaian tertutup) serta selanjutnya rangkaian dengan dua loop atau lebih.
Rangkaian dengan satu loop
Pada gambar berikut menunjukkan rangkaian sederhana dengan satu loop.

Rangkaian dengan satu loop
Pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir adalah sama, yaitu I (karena
pada rangkaian tertutup).
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!
a. Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika
berlawanan dengan arah loop.

b. GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan
sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.


Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a

Gambar 12. Rangkaian dengan satu loop
Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II
Kirchhoff:


Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk.
Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai
berikut:

Rangkaian dengan dua loop
a. Gambarlah rangkaian listrik dari rangkaian majemuk tersebut!
b. Tetapkan arah kuat arus untuk tiap cabang.
c. Tulislah persamaan-persamaan arus untuk tiap titik cabang dengan
menggunakan Hukum I Kirchhoff!
d. Tetapkan loop beserta arahnya pada setiap rangkaian tertutup!
e. Tuliskan persamaan-persamaan untuk setiap loop dengan menggunakan
persaman Hukum II Kirchhoff!
f. Hitunglah besaran-besaran yang ditanyakan dengan menggunakan
persamaan huruf e di atas!
Contoh Soal
Mula-mula dengan rangkaian listrik yang terdiri dari satu loop!
Perhatikanlah soal rangkaian tertutup yang terdiri dari satu loop pada gambar di
bawah ini!








Hitunglah: a. Kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian di atas!
b. Tegangan listrik antara titik B dengan D (VBD)

Penyelesaian:
→ Perhatikanlah oleh Anda!…… yaitu arah loop, arah arus listrik (I) dan teliti
akan harga-harga komponen listrik yang diketahui!
a. Menurut Hukum II Kirchhoff, didalam rangkaian tertutup tersebut berlaku
persamaan:

Selanjutnya kita akan tentukan besar tegangan listrik antara dua titik!
b. Kita dapat menghitung besar tegangan antara A dan D (VBD) untuk
lintasan yang menempuh B-A-D atau B-C-D.
Untuk Jalan B-A-D { Perhatikan harga I negatif (–) }

Jalan lainnya untuk menentukan besar VBD (jalan kedua), yaitu:
Untuk jalan B – C – D:

Jadi besar tegangan antara titik B dengan titik D yaitu VBD adalah + 20
volt, dengan cara yang serupa Anda dapat menentukan bahwa besar VDB
= +20 volt

Contoh soal:
Perhatikanlah gambar rangkaian listrik berikut:
Diketahui:


Ditanyakan: a. Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian (I1, I2, dan I3).
b. Beda potensial antara A dan B (VAB).

Penyelesaian:
a. Berdasarkan Hukum I Kirchhoff, di titik simpul A:
Berdasarkan Hukum II Kirchhoff untuk loop I atau loop C-A-B-D-C:

Berdasarkan hukum II kirchhoff untuk loop II atau loop F-E-A-B-F:
Selanjutnya subtitusikan (menyamakan dengan memasukkan nilai)
persamaan (1) dan (2) sehingga persamaan (2) menjadi:

Selanjutnya eliminasikan (menghilangkan) persamaan 3 dan 4 sehingga:

Masukkan subtitusikan) I3 = 2 A ke persamaan (2), sehingga:
– 10 + 6 I1 + 2 (2) = 0 …….. 6 I1 = 6 …….
I1 = 1 Ampere dan I2 = I3 – I1 = 2 – 1 = 1 Ampere.
Jadi arus listrik pada cabang rangkaian B-D-C-A yaitu I1 = 1 A.
Arus listrik pada cabang rangkaian B-F-E-A yaitu I2 = 1A.
Arus listrik pada cabang rangkaian A-B yaitu I3 = 2 A.
{Semua harga I1, I2 dan I3 bertanda positif (+), berarti arah pemisalan yang
telah kita tentukan yaitu arah I sesuai}.

b. Kita dapat menghitung besar beda potensial antara A dan B (VAB) untuk
lintasan yang menempuh jalan A – B (langsung), jalan A-C-D-B dan jalan AE-
F-B.
Untuk jalan A-B (langsung)

Untuk Jalan A-C –D-B yaitu:

Untuk jalan A-E-F-B yaitu:

Jadi besar beda potensial antara titik A dan B yaitu VAB = + 4 volt.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar