MODUL 3 PBL HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE AND CURRNET 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

MODUL 1

POTENSIOMETER & TAHANAN GESER DAN JEMBATAN WHEATSTONE

1. Pendahuluan[Kembali]

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar akan sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi berbanding terbalik dengan hambatan. Hukum Ohm merupakan salah satu ilmu dasar elektronika yang kerap ditemui dalam kehidupan sehari-hari.  

Hukum Kirchoff pada dasarnya membahas tentang konduksi listrik yang berkaitan dengan hukum konservasi energi. Dengan begitu, hukum Kirchoff sangat penting dipelajari sebagai dasar untuk memahami arus dan tegangan dalam rangkaian listrik, terutama rangkaian listrik tertutup.

Rangkaian pembagi arus (current divider) dan rangkaian pembagi tegangan(voltage divider) adalah prinsip dasar agar memahami tentang rangkaian elektronika. Pada perkuliahan biasanya ilmu ini diajarkan pada saat mata kuliah elektronika dasar.

Hukum Kirchoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu Fisika yang mempelajari soal listrik dan kelistrikan. Hukum ini terbagi menjadi hukum Kirchoff 1 dan 2 yang sepenuhnya membahas tentang konduksi listrik.

Baca artikel detikedu, "Hukum Kirchoff Adalah? Begini Rumus dan Penerapannya dalam Kehidupan" selengkapnya https://www.detik.com/edu/detikpedia/d-6790210/hukum-kirchoff-adalah-begini-rumus-dan-penerapannya-dalam-kehidupan.

Download Apps Detikcom Sekarang https://apps.detik.com/detik/

 Analisis mesh adalah teknik untuk menghitung arus pada rangkaian planar di setiap titik sepanjang rangkaian. Analisis node memperkirakan tegangan antar node dalam rangkaian listrik menggunakan arus cabang

 Analisis node mudah dilakukan bila pencatunya berupa sumber arus apabila pada rangkaian tersebut terdapat sumber tegangan, maka sumber tegangan tersebut diperlukan sebagai supernode, yaitu menganggap sumber tegangan tersebut diangap sebagai satu nod

Teorema Thevenin adalah salah satu teorema yang berguna untuk analisis rangkaian listrik.Teorema Thevenin menunjukkan bahwa keseluruhan rangkaian listrik tertentu yang tidak memiliki beban listrik, dapat diganti dengan rangkaian ekuivalen yang hanya mengandung sumber tegangan listrik independen dengan sebuah resistor yang terhubung secara seri, sedemikian hingga hubungan antara arus listrik dan tegangan listrik pada beban listrik tidak berubah.

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]

·       Module

·       DC Power Supply

·       Multimeter

·       Voltmeter (Model 2011)

·       Amperemeter (Model 2011)

·       Jumper

4. Dasar Teori[Kembali]

1.       Hukum Ohm

“Kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar atau hambatan besarnya sebanding dengan beda potensial atau tegangan antara ujung-ujung penghantar tersebut. Pernyataan itu bisa dituliskan sebagai berikut yaitu I ∞ V.” Hukum Ohm dirumuskan oleh fisikawan Jerman Georg Simon Ohm pada tahun 1827 dan dinyatakan dalam persamaan matematis sederhana:

 

V = I⋅R

 

V = tegangan dalam volt (V),

I = arus dalam ampere (A), dan R = resistansi dalam ohm (Ω).

 

 

Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan pada suatu komponen dalam suatu rangkaian sebanding dengan arus yang mengalir melaluinya, dengan resistansi sebagai faktor proporsionalitasnya. Artinya, jika resistansi tetap, maka arus dan tegangan akan memiliki hubungan linier. Jika resistansi meningkat, arus akan menurun untuk mempertahankan proporsionalitas dengan tegangan.

 

2.      Hukum Kirchoff

Hukum I Kirchoff:

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

 

Hukum I Kirchhoff biasa disebut Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current Law (KCL).

Gambar 3.1 Hukum Kirchoff

 

 

Berdasarkan gambar di atas, besar kuat arus total yang melewati titik percabangan a secara matematis dinyatakan

Σ Imasuk = Σ Ikeluar

yang besarnya adalah

I1 = I2 + I3.

 

 

Hukum II Kirchoff:

 

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

 

Hukum II Kirchhoff biasa disebut Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL).

Gambar 3.2 KVL

Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0. Hukum II Kirchhoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan.

 

3.      Voltage & Current Divider

a.     Rangkaian pembagi tegangan

Rangkaian pembagi tegangan adalah suatu rangkaian listrik yang dirancang untuk membagi tegangan input menjadi tegangan yang lebih kecil pada beberapa resistor yang terhubung secara seri atau paralel. Prinsip kerja dari rangkaian pembagi tegangan dapat dijelaskan dengan menggunakan hukum Ohm dan aturan pembagian tegangan Kirchhoff.

 

Prinsip Kerja Rangkaian Pembagi Tegangan:

·       Resistansi Total (Rtotal): Rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua atau lebih resistor yang terhubung.

 

Resistansi total dari rangkaian dapat dihitung dengan menggabungkan resistansi-resistansi tersebut sesuai dengan koneksi (seri atau paralel).

 

·       Hukum Ohm: Hukum Ohm menyatakan bahwa arus dalam rangkaian sebanding dengan tegangan dan invers sebanding dengan resistansi. Dalam rangkaian pembagi tegangan, hukum Ohm digunakan untuk menghitung arus pada rangkaian.

 

I = Vin/Rtotal

 

 

·       Aturan Pembagian Tegangan Kirchhoff: Aturan ini menyatakan bahwa dalam suatu simpul (node) dalam suatu rangkaian listrik, jumlah aliran arus menuju simpul tersebut sama dengan jumlah arus yang meninggalkan simpul tersebut. 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 Keluaran (Vout): Tegangan keluaran pada titik tertentu diambil dari resistor tertentu dalam rangkaian. Tegangan pada setiap resistor dihitung dengan menggunakan aturan pembagian tegangan Kirchhoff.

 

Vout = Vin x (Rtarget/Rtotal)

 

 

Dimana Rtarget adalah resistansi resistor yang terhubung pada titik keluaran.

 

b.     Rangkaian pembagi arus

Rangkaian pembagi arus menggunakan sifat rangkaian paralel, yaitu jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan. Rangkaian pembagi arus membagi arus total yang masuk ke dalam cabang-cabang rangkaian sesuai dengan perbandingan hambatan pada masing- masing cabang. Rumus untuk menghitung arus pada cabang ke-n adalah:

 

In = I × R~n/Rtotal

 

 

Dimana In adalah arus pada cabang ke-n, I adalah arus total yang masuk, Rtotal adalah hambatan pengganti rangkaian paralel, dan R~n adalah hambatan pada cabang selain cabang ke-n.

 

4.      Teorema Mesh
 

                                         

Gambar 3.3 Rangkaian Arus Mesh

 

Metode arus Mesh merupakan prosedur langsung untuk menentukan arus pada setiap resistor dengan menggunakan persamaan simultan. Langkah pertamanya adalah 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’s Voltage Law untuk setiap loop.

 

 

 

 

 

 

5.      Nodal

Analisis node adalah metode untuk menganalisis rangkaian

listrik dengan menggunakan hukum arus Kirchhoff (KCL), yaitu jumlah arus yang masuk dan keluar dari suatu titik percabangan sama dengan nol. Analisis node membutuhkan penentuan simpul referensi (ground), yang merupakan titik acuan untuk mengukur tegangan node di rangkaian. Tegangan node adalah perbedaan potensial antara suatu simpul dengan simpul referensi.

 

Analisis node menghasilkan persamaan tegangan node independen sebanyak n-1, di mana n adalah jumlah simpul termasuk simpul referensi. Persamaan-persamaan ini dapat diselesaikan dengan metode eliminasi, substitusi, atau matriks untuk mendapatkan nilai tegangan node di setiap simpul.

 

6.      Teorema Thevenin

 

Teorema Thevenin merupakan salah satu metode penyelesaian rangkaian listrik kompleks menjadi rangkaian sederhana yang terdiri atas tegangan thevenin dan hambatan thevenin yang terhubung secara seri. Beberapa aturan dalam menetapkan V_th dan R_th, yaitu:

1.     Vth adalah tegangan yang terlihat melintasi terminal beban. Dimana pada rangkaian asli, beban resistansinya 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 dihubung singkat (short circuit).