PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

BAB IIIHUKUM KIRCHOFF

3.1. Tujuan

Tujuan dari praktikum kali ini adalah menyelidiki hubungan arus datang

dan arus pergi pada suatu percabangan.

3.2. Dasar Teori

Hukum I Kirchoff berbunyi sebagai berikut, “Jumlah kuat arus listrik

yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang

keluar dari titik percabangan tersebut”. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Σ Imasuk = Σ Ikeluar …………..….…........................................ (Persamaan 3.1.)

*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014

Gambar 3.1.Hukum Kirchoff I

Aturan Kirchoff I adalah pernyataan tentang kekekalan muatan listrik.

Semua muatan yang memasuki titik tertentu dalam sebuah rangkaian harus

keluar dari titik tersebut karena muatan tidak dapat bertambah pada sebuah titik.

Hukum pertama Kirchoff 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 pertama Kirchoff. Namun, arus yang melalui suatu

permukaan yang melingkupi seluruh kapasitor (kedua lempeng) akan memenuhi

hukum pertama Kirchoff karena arus yang masuk ke dalam salah satu lempeng

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

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.

Maxwell memperkenalkan konsep arus perpindahan untuk menjelaskan

kasus - kasus tersebut. Arus yang masuk ke dalam lempeng kapasitor sama

dengan kecepatan akumulasi muatan maka juga sama dengan kecepatan

perubahan fluks listrik karena muatan tersebut (fluks listrik juga menggunakan

satuan coulomb seperti muatan listrik dalam satuan SI). Kecepatan perubahan

fluks inilah, yang disebut Maxwell sebagai arus perpindahan

Jika arus perpindahan digunakan, maka hukum pertama kirchoff dapat

berlaku kembali. Arus perpindahan bukanlah arus sebenarnya karena bukan

berupa muatan yang bergerak, arus perpindahan hanyalah faktor koreksi untuk

membuat hukum pertama Kirchoff berlaku. Dalam kasus lempeng kapasitor,

arus sebenarnya yang masuk ke dalam lempeng tersebut dihilangkan dengan

jumlah yang sama oleh arus perpindahan yang meninggalkan lempeng tersebut

dan menuju lempeng satunya.

Hal ini juga bisa dituliskan dengan menggunakan besaran medan vektor

dengan menggunakan divergensi dari Hukum Ampere dan koreksi yang

diberikan Maxwell, serta menggabungkan dengan hukum Gauss, menghasilkan:

Persamaan ini adalah persamaan kekekalan muatan (dalam bentuk

integral, persamaan ini menyatakan bahwa jumlah arus yang keluar dari satu

permukaan tertutup sama dengan kecepatan berkurangnya muatan dalam ruang

yang ditutupi oleh permukaan tersebut (teorema divergensi).

Hukum II Kirchoff berbunyi “Di dalam suatu rangkaian tertutup jumlah

aljabar gaya gerak listrik dengan penurunan tegangan sama dengan nol”. Pada

penggunaan hukum Kirchoff II pada rangkaian tertutup (loop) terdapat beberapa

aturan penting, yaitu memilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup

dengan arah tertentu. Kuat arus bertanda positif (+) jika searah dengan loop dan

bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

Ketika mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan dijumpai

lebih dahulu maka a bertanda positif (+) dan sebaliknya.

Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Σ ε = Σ I . R …………………………………………………(Persamaan 3.2.)

Keterangan : ε = Gaya gerak listrik (Vs)

I = Kuat arus listrik (A)

R = Hambatan listrik (ohm)

(Zaelani, 2006)

Penggunaan hukum II Kirchoff pada rangkaian tertutup (loop) tersebut

terdapat beberapa aturan yang perlu diperhatikan:

a. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu (bebas,

tetapi jika memungkinkan usahakan searah dengan arus).

b. Kuat arus bertanda positif (+) jika searah dengan arah loop yang ditentukan

dan bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop yang ditentukan.

c. Apabila saat mengikuti arah loop, kutub positif sumber tegangan dijumpai

lebih dahulu daripada kutub negatifnya gerak gaya listrik (ε) bertanda positif

(+). Sebaliknya jika kutub negatif dijumpai lebih dahulu, gerak gaya listrik (ε)

bernilai negatif (-).

(Anonim, 2012)

Terdapat berbagai macam alat ukur listrik yaitu amperemeter yang

merupakan suatu alat untuk mengukur kuat arus listrik yang melalui suatu

rangkaian listrik dan voltmeter yang merupakan suatu alat yang digunakan untuk

mengukur kuat arus listrik yang melalui suatu rangkaian listrik dan voltmeter

yang merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik

pada suatu rangkaian listrik.

Amperemeter harus dipasang secara seri dengan bagian rangkaian atau

komponen listrik yang akan diukur kuat arusnya, sedangkan voltmeter harus

dipasang paralel dengan bagian rangkaian atau komponen listrik yang akan

diukur tegannya.

Rangkaian Listrik majemuk adalah rangkaian listrik yang terdiri dari dua

buah loop atau lebih. Gambar berikut adalah rangkaian listrik majemuk beserta

cara memecahkannya

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014

Gambar 3.2.Rangkaian Listrik Majemuk

Langkah - langkah untuk menyelesaikan rangkaian majemuk di atas

adalah:

1. Andaikan arah loop I dan loop II seperti pada gambar

2. Arus listrik yang melalui r1, R1, dan R4 adalah sebesar I1, yang melalui r2, R2,

dan R3 adalah sebesar I2, dan R5 dilalui arus sebesar I3

3. Persamaan Hukum I Kirchoff pada titik cabang b dan e adalah

I1 + I2 = I3

I3 = I1 + I2

Persamaan Hukum I Kirchoff pada setiap loop adalah seperti berikut

*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014

Gambar 3.3. Contoh Rangkaian Loop I Hukum Kirchoff I

a-b-e-f-a (arah loop sama dengan arah arus)

ΣE + ΣV = 0

I1R1 + I3R5 + I1R4 + I1r1 – E1 = 0

E1 = I1(r1 + R1 + R4) + I3R5

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

*Sumber: http://elektronika-dasar.web.id/teori, 2014

Gambar 3.4.Contoh Rangkaian Loop II Hukum Kirchoff I

b-e-d-c-b (arah loop searah dengan arah arus)

ΣE + ΣV = 0

I3R5 + I2R3 + I2r2 – E2 + I2R2 = 0

Dengan menggunakan Hukum I Kirchoff, diperoleh persamaan I3 = I1 +

I2, dan dari Hukum II Kirchoff diperoleh persamaan (1) dan persamaan (2). Dari

ketiga persamaan tersebut dapat ditentukan nilai dari I1, I2, dan I3. Jika dalam

perhitungan didapat kuat arus berharga negatif, berarti arah arus sebenarnya

berlawanan dengan arah arus yang anda andaikan. Namun perhitungannya tidak

perlu diulang karena nilai arusnya adalah tetap sama hanya arahnya saja yang

berbeda.

3.3. Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah

sebagai berikut:

1. Catu Daya

Catu daya adalah sebuah piranti elektronika yang berguna sebagai

sumber daya untuk piranti lain, terutama daya listrik.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.5.Catu Daya

2. Kabel Penghubung

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

Kabel penghubung disebut merupakan sebuah alat yang digunakan

untuk mentransmisikan sinyal dari satu tempat ke tempat lain.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.6.Kabel Penghubung

3. Papan Rangkaian

Alat ini berfungsi sebagai alat untuk merangkai jembatan penghubung

dan penghubung alat listrik lainnya. Cara kerja dari alat ini yaitu papan

rangkaian diletakkan mendatar kemudian jembatan penghubung atau

penghubung alat listrik lainnya diletakkan pada plugsheet.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.7.Papan Rangkaian

4. Jembatan Penghubung

Alat ini berfungsi untuk menghubungkan aliran arus listrik dengan

cara mencolokkan kedua kaki jembatan penghubung pada papan rangkaian.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

Gambar 3.8.Jembatan Penghubung

5. Hambatan 47 Ω

Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 47 Ω.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.9.Hambatan 47 Ω

6. Hambatan 56 Ω

Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 56 Ω.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.10.Hambatan 56 Ω

7. Hambatan 100 Ω

Berfungsi sebagai hambatan dengan nilai 100 Ω.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.11.Hambatan 100 Ω

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

8. Saklar Satu Kutub

Alat ini berfungsi untuk menghidupkan dan mematikan lampu, serta

juga berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus listrik ke beban.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.12.Saklar Satu Kutub

9. Pemegang Lampu dan Bola Lampu Pijar

Pemegang lampu berfungsi sebagai tempat dipasangnya bola lampu

pijar yang sebagai penanda rangkaian percobaan berhasil atau tidak.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.13.Pemegang Lampu dan Bola Lampu Pijar

10. Basic Meter 90

Basic Meter 90 merupakan alat ukur yang dipakai untuk mengukur

tegangan listrik, arus listrik, dan hambatan.

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

Gambar 3.14.Basic Meter 90

3.4. Prosedur Kerja

1. Menyusun rangkaian seperti pada gambar berikut

*Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014

Gambar 3.15.Rangkaian Listrik

2. Hidupkan catu daya

3. Tutup saklar (posisi 1)

4. Amati lampu dan simpangan jarum amperemeter. Bila jarum amperemeter

diam (lampu padam), buka (matikan) saklar dan periksa kembali

rangkaiannya. Apabila lampu dapat menyala maka baca kuat arus I1 pada

amperemeter dan catatlah.

5. Matikan saklar (posisi 0), tukarkan tempat kedudukan kabel amperemeter

dengan penghubung jembatan C.

6. Ulangi langkah 2 – 3 untuk mengetahui kuat arus 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, I4, I5

dan I6.

3.5. Pengolahan Data

Tabel 3.1.Tabel Hasil Pengamatan Hukum Kirchoff I

Tegangan

(V)

Dititik Percabangan Arus P Dititik Percabangan Arus Q

Arus Masuk

(A)

Arus Keluar

(A)

Arus Masuk

(A)

Arus Keluar

(A)

3 Volt I1 = 45 I2 = 25 I3 = 20 16 = 35

13 = 20 15 = 15

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

Jumlah = 45 Jumlah = 45 Jumlah = 35 Jumlah = 35

6 Volt

I1 = 80 I2 = 50 I3 = 35 16 = 70

13 = 35 15 = 30

Jumlah = 80 Jumlah = 85 Jumlah = 65 Jumlah = 70

9 Volt

I1 = 115 I2 = 65 I3 = 25 16 = 45

13 = 50 15 = 25

Jumlah = 115 Jumlah = 115 Jumlah = 50 Jumlah = 45

12 Volt

I1 = 145 I2 = 85 I3 = 50 16 = 90

13 = 85 15 = 40

Jumlah = 145 Jumlah = 170 Jumlah = 90 Jumlah = 90

3.6. Pembahasan

Pembahasan dari tabel percobaan hukum Kirchoff di titik P pada

voltase 3 Volt arus yang masuk sebesar I1 = 45 A dan arus yang keluar sebesar I2

= 25 A I3 = 20 A jumlah menjadi 45 A jadi Imasuk = Ikeluar. Pada voltase 6 volt arus

masuk I1 = 80 A dan arus keluar I2 = 50 A dan I3 = 35 A jumlah 85 A sama

dengan Ikeluar disini Imasuk tidak sama dengan Ikeluar karena tidak di kalibrasi terlebih

dahulu. Pada voltase 9 volt menghasilkan Imasuk I1 = 45 A dan arus keluar I2 + I3 =

65 A + 50 A = 115 A sehingga Imasuk = Ikeluar. Pada voltase 12 volt arus yang

masuk I1 = 145 A dan arus keluar = I2 + I3= 85 A + 65 A = 150 A, Imasuk ≠ Ikeluar

Tabel percobaan hukum Kirchoff diatas pada titik Q dengan voltase 3

V menghasilkan arus masuk = I3 + I5 = 20 A + 15 A = 35 A dan arus keluar I6

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

= 35 A sesuai dengan hukum Kirchoff. Pada voltase 6 V arus yang masuk I3 +

I5 = 35 A + 30 A = 65 A dan arus yang keluar I6 = 70 A terjadi kesalahan tidak

sesuai dengan hukum Kirchoff. Pada voltase 9 V arus masuk I3 + I5 = 25 A + 25

A = 50 A, arus kleuar I6 = 45 A sehingga Imasuk tidak sama dengan Ikeluar. Pada

voltase 12 V arus yang masuk I3 + I5 = 50 A + 40 A = 90 A dan Ikeluar, I6 = 90 A

sehingga Ikeluar sama dengan Imasuk.

3.7. Penutup

3.7.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan Hukum Kirchoff

ini adalah sebagai berikut:

a. Pada hukum Kirchoff arus yang sama dengan arus yang keluar

b. Kesalahan yang menyebabkan tidak sama antara arus yang masuk

dengan arus yang keluar disebabkan karena alat tidak di kalibrasi

terlebih dahulu.

3.7.2. Saran

Adapun saran untuk praktikum ini adalah:

a. Sebaiknya waktu yang diberikan dapat diperpanjang agar hasil

percobaan lebih optimal.

Kelompok 5

PRAKTIKUM FISIKA DASARPROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGANFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

b. Alat praktikum ditambah agar lebih efisien pada waktu melakukan

percobaan serta mengkalibrasi alat agar lebih akurat.

Kelompok 5