BAB
1
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Masalah
Saat ini listrik merupakan keperluan yang
sangat vital dan kebutuhan
manusia yang sangat penting dalam kehidupannya. Banyak peralatan yang ada di
sekeliling kita selalu menggunakan bantuan listrik. Berkat bantuan dari
listrik-listrik inilah manusia dapat dengan mudah menyelesaikan pekerjaan
mereka.
Listrik dibagi
menjadi dua macam, yaitu listrik dinamis dan listrik statis. Listrik dinamis
mempelajari tentang muatan-muatan listrik bergerak, yang menyebabkan
munculnya arus listrik, sedangkan listrik statis mempelajari tentang muatan
listrik yang diam. Makalah ini akan menjelaskan tentang listrik dinamis, hukum
kirchoff serta langkah untuk mengetahui besarnya hambatan pada suatu kawat
penghantar.
Listrik Dinamis
adalah listrik yang dapat bergerak, cara mengukur kuat arus pada listrik
dinamis adalah muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik adalah
coulumb dan satuan waktu adalah detik. Kuat arus pada rangkaian bercabang atau
paralel sama dengan kuat arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar,
sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung
hambatan. Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. pada rangkaian
seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian
bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. Semua itu telah dikemukakan
oleh hukum Kirchoff yang berbunyi "jumlah kuat arus listrik yang masuk
sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar". Berdasarkan
hukum ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan listrik adalah kuat arus ×
hambatan. Hambatan nilainya selalu sama karena tegangan sebanding dengan kuat
arus. tegangan memiliki satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta
hambatan adalah ohm.
B.
Rumusan Masalah
1.
Apa pengertian dari listrik dinamis?
2.
Apa pengertian dari Hukum Kirchoff ?
3.
Bagaimana mengetahui besarnya hambatan pada kawat penghantar?
C.
Tujuan
1.
Untuk mengetahui pengertian dari listrik dinamis.
2.
Untuk mengetahui pengertian dari Hukum Kirchoff.
3.
Untuk mengetahui cara menghitung besarnya hambatan pada kawat
penghantar.
BAB
2
PEMBAHASAN
A.
Pengertian Listrik Dinamis
Listrik Dinamis adalah listrik yang dapat bergerak
atau mengalir dalam rangkaian listrik. Arus listriknya merupakan aliran muatan
listrik yang umumnya melewati kawat penghantar tiap satuan waktu. Arah dari
arus listrik searah dengan arah gerak muatan positif dan banyaknya muatan
listrik yang mengalir melalui penghantar setiap satuan waktu.
Contoh dari fenomena listrik dinamis salah satunya
jika kalian memiliki mainan mobil-mobilan yang menggunakan batu baterai seperti
pada mainan Mini Empat WD. Dapat diperhatikan pada mobil-mobilan tersebut
energi pada batu baterai digunakan untuk menggerakan motor listrik (kita lebih
sering menyebutnya dengan dinamo padahal sebenarnya itu motor) sehingga
mobil-mobilan tersebut dapat bergerak.
Berputarnya roda karena digerakan oleh muatan yang
berasal dari baterai. Coba tekan atau pindahnkan saklar pada posisi ON,
sehingga kedua ujung baterai dapat terhubung dengan motor listrik yang ada pada
mobil-mobilan tersebut. Pada posisi ini motor listrik akan menyala atau hidup,
sehingga roda akan berputar dan mobil-mobilanpun dapat melaju atau bergerak.
Sedangkan pada saat saklar dipindahkan ke posisi OFF, hubungan baterai dengan
motor listrik akan terputus sehingga pada posisi ini motor listrik tidak dapat
hidup, akibatnya roda tidak dapat berputar sehingga mobil-mobilan tidak dapat
bergerak. Prinsip kerja seperti ini dapat terjadi juga pada lampu senter yang
menggunakan batu baterai.
Dapat disimpulkan bahwa pada kejadian tersebut karena
adanya gejala listrik. Gejala listrik dapat terbukti dengan bergeraknya motor
listrik pada mobil-mobilan sehingga mengakibatkan roda berputar dan jika pada
lampu senter lampunya dapat menyala. Motor listrik dan lampu senter dapat
menyala karena adanya aliran elektron. Elektron yang mengalir berarti
elektron-elektron tersebut terus bergerak (dinamis). Karena itu gejala listrik yang timbul pada
fenomena tersebut disebut dengan listrik dinamis. Adapun beberapa contoh lain
dari fenomena listrik dinamis yang dapat terjadi pada peralatan atau
benda-benda seperti: komputer, radio, bor listrik, kulkas, Rice cooker,
televisi dan lain-lain.
Perbedaan listrik statis dan dinamis
Apa saja perbedaan antara listrik statis dan
dinamis? Beberapa hal yang membedakan listrik statis dan dinamis yaitu:
- Aliran atau perpindahan
elektron secara kontinu atau terus-menerus terjadi pada listrik dinamis
sedangkan pada listrik statis tidak terjadi. Hal seperti ini terjadi pada
listrik dinamis karena elektron yang ada pada konduktor (penghantar arus
listrik) memang sangat mudah untuk berpindah. Sedangkan perpindahan
elektron yang terjadi pada listrik statis disebabkan oleh gesekan (dapat
terjadi pada beberapa kasus karena induksi) dan tidak mengalir secara
kontinu.
- Listrik dinamis dapat
diukur dengan alat ukur yang telah di tentukan. Sedangkan listrik statis
susah sekali untuk diukur. Contohnya mengukur: arus listrik,
tegangan listrik, hambatan maupun daya listrik yang terdapat pada benda.
- Listrik dinamis hanya
terjadi pada penghantar konduktor saja, sedangkan fungsi dari isolatornya
untuk mencegah pengguna dari sengatan listrik.
B.
Pengertian Hukum Kirchoff
Hukum Kirchhoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu Elektronika yang berfungsi untuk menganalisis arus dan tegangan dalam rangkaian. Hukum Kirchoff pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845. Hukum Kirchhoff terdiri dari 2 bagian yaitu Hukum Kirchhoff 1 dan Hukum Kirchhoft 2.
I. HUKUM KIRCHOFF I
Hukum Kirchoff I lebih dikenal dengan Hukum Kirchoff Arus atau Kirchoff Current Law (KCL) yang berbunyi :
“Jumlah arus yang masuk menuju node (titik) percabangan dalam suatu rangkaian listrik adalah sama dengan jumlah arus yang keluari dari node (titik) percabangan tersebut”
Contoh :
1. Pada gambar dibawah diketahui bahwa terdapat 4 arus percabangan. Dimana 3 diantaranya menuju node x dan sisanya keluar dari node x.
Diketahui :
I1 = 4 A
I2 = 2 A
I3 = 1.5 A
Ditanyakan :
I4 = ?
Penyelesaian :
Arus yang masuk
adalah I1, I2 dan
I3
Arus yang keluar adalah I4
maka dapat
dirumuskan sebagai berikut :
I1 + I2 + I3 = I4 atau I4 = I1 + I2 + I3
Maka, I4 = 4
+ 2 + 1.5 = 7.5 A
1.
Hitunglah besar kuat arus
yang melalui I2 jika diketahui I1 = 20 A, I3 = 5 A, I4 = 5 A, dan I5 = 5 A!
Perhatikan gambar di samping!
arus masuk = arus keluar
I1 = I2 + I3 + I4 + I5
20 A =
I2 + 5 A + 5 A + 5 A
I2 = (20 – 5 – 5 – 5)
I2 = 5 A
Jadi, besarnya I2 adalah 5 A.
II.
HUKUM
KIRCHOFF II
Hukum Kirchoff I lebih dikenal dengan Hukum Kirchoff Tegangan atau Kirchoff Voltage Law (KVL)yang berbunyi :
“Jumlah
tegangan pada suatu rangkaian listrik tertutup adalah sama dengan nol”.
Keterangan :
ε = gaya
gerak listrik ; volt (V)
I = arus ; ampere (A)
r = hambatan dalam sumber ; ohm (Ω) *kadang diabaikan
R = hambatan rangkaian; ohm (Ω)
Hukum Kirchoff II
pada umumnya digunakan dalam perhitungan dengan metode Loop sehingga dalam
perhitungannya Hukum Kirchoff II memiliki beberapa tahap dan aturan sebagai
berikut :
§ Asumsikan arah
loop pada rangkaian, referensi arah loop dapat dilihat berdasarkan arus pada
rangkaian yang pada umumnya mengalir dari kutub positif (+) menuju kutub
negatif (-). Arah loop juga dapat diasumsikan berlawanan dengan arah arus sebenarnya.
Ketika arah loop berlawanan dengan arah arus sebenarnya, maka arus pada
perhitungan akan bernilai negatif (-).
§ Setelah
menentukan asumsi arah loop, maka dapat ditentukan ε bernilai positif atau
negatif. Ketika loop pada awalnya bertemu dengan kutub postif (+) maka ε akan
bernilai negatif, dan sebaliknya apabila loop pada awalnya bertemu dengan kutub
negatif (-) maka ε akan bernilai positif.
Contoh soal dengan 1 Loop :
Diketahui :
ε1 = 12 V
R1 = 4 Ω
R2 = 3 Ω
R3 = 5 Ω
r1 = 0.5 Ω
Ditanyakan : I= ?
Penyelesaian :
Pertama kita harus
menentukan / mengasumsikan arah loop pada rangkaian. Kita misalkan arah loop
seperti berikut :
Sehingga
berdasarkan arah loop seperti gambar di samping, dapat dibuat persamaan.
-ε1 + I (R1 + R2 + R3 + r1) = 0
-12 + I (4 + 3 + 5 + 0.5) = 0
-12 + 12.5 I = 0
12.5 I = 12
I = 12 / 12.5
I =
0.96 A
Contoh soal dengan 2 loop
Diketahui :
ε1 = 24
ε1 = 18
R1 = 2 Ω
R2 = 3 Ω
R3 = 6 Ω
Ditanyakan :
I1 = ?
I2 = ?
I3 = ?
Penyelesaian :
Pertama kita harus
menentukan / mengasumsikan arah loop pada rangkaian. Kita misalkan arah loop
seperti berikut :
Dari gambar di samping, kita dapat membuat dua persamaan loop dan menyelesaikan perhitungan
dengan menggunakan Hukum Kirchoff I dan II.
Loop A
-ε1 – + I1R1 + I2R2 = 0
2I1 + 3I2 = 24 + 18
2I1 + 3I2 = 42 ……………………………….. persamaan I
Loop B
ε2 – I2R2 + I3R3 = 0
-I2R2 + I3R3 = -ε2
-3I2 + 6I3 = -18
Dari rangkaian di
atas, berdasarkan Hukum Kirchoff I dapat diketahui bahwa
I1 = I2 + I3
atau
I3 = I1 – I2
Maka untuk
persamaan Loop B akan menjadi seperti ini :
-3I2+ 6
(I1 – I2) =
-18
-3I2 + 6 I1 – 6I2 = -18
6I1 – 9I2 = -18 (dibagi 3)
2I1 – 3I2 = -6……………………………….. persamaan II
Eliminasi I2 dari
persamaan I dan II
2I1 + 3I2 = 42
2I1 – 3I2 = -6
bila dijumlahkan
akan menjadi
4I1 = 36
I1 = 36 / 4
I1 =
9 A
Kemudian untuk
mendapatkan nilai I2, subtitusikan I1 = 9 A ke persamaan I atau II.
Semisal kita
subtitusikan I1 =
9 A ke persamaan I maka :
2I1 + 3I2 = 42
2 x 9 + 3I2 = 42
18 + 3I2 = 42
3I2 = 42 – 18
3I2 =24
I2 = 24 / 3
I2 =
8 A
Sedangkan untuk
mencari I3 dapat
menggukan persamaan Hukum Kirchoff I berdasarkan rangkaian diatas.
I3 = I1 – I2
I3 = 9 – 8
I3 =
1 A
Berdasarkan
perhitungan yang telah dilakukan maka diketahui bahwa :
I1 = 9 A
I2 = 8 A
I3 = 1 A
C.
Hambatan pada Kawat Penghantar
Seperti halnya
dalam arus lalu lintas terkadang bisa terhambat macet karena jalannya yang
memang sempit atau jumlah kendaraan yang begitu banyak, arus listrik yang
mengalir pada suatu kawat penghantar atau kabel juga mengalami suatu hambatan
yang dimiliki oleh kawat yang dialiri arus. Walaupun biasanya hambatannya
sangat kecil.
Seorang ahli
fisika berkebangsaan Jerman, Georg Simon Ohm, Ohm menyatakan berdasarkan dari
eksperimennya bahwa arus listrik yang melalui suatu penghantar besarnya
sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujung-ujung penghantar
tersebut. Kemudian Ohm mendefinisikan 1 ohm sebagai hambatan yang digunakan
dalam suatu rangkaian yang dilewati kuat aus sebesar 1 A dengan beda potensial
1 Volt. Sehingga, kita dapatkan pengertian hambatan yaitu perbandingan antara
beda potensial dengan kuat arus.
Sering kita
jumpai bermacam-macam bentuk kabel, mulai dari yang besar sampai yang paling
kecil, dari yang harga Rp. 10.000 sampai yang harga Rp. 1.500 per meternya.
Besarnya hambatan yang dimiliki oleh kawat penghantar yang ada di dalam kabel
besarnya berbeda-beda. Perbedaan ini disebabkan oleh kawat penghantar yang
memiliki hambatan yang berbeda. Besarnya hambatan dipengaruhi oleh hambatan
jenis, panjang, dan luas penampang yang hubungannya yaitu sebagai berikut:
1.
Semakin panjang kawat penghantar, maka semakin
besar hambatannya
2.
Semakin besar luas penampang kawat, makin kecil
hambatannya dan makin kecil luas penampangnya, makin besar hambatannya.
3.
Bergantung pada jenis bahan kawat
Jika panjang kawat kita lambangkan dengan l,
hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A.
Besar hambatan
suatu pengantar tidak dipengaruhi oleh beda potensial antara ujung-ujung kawat.
Beda potensial hanya mempengaruhi kuat arus yang melintas kawat penghantar.
Jika kawat penghantar yang dilalui sangat panjang dan beda potensialnya kecil
tentu kuat arusnya yang melewati kawat tersebut sangat kecil. Hal ini terjadi
karena diperlukan energy yang besar untuk mengalirkan arus listrik pada kawat
penghantar yang panjang.
Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada
beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui
penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan
berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk
mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan
tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan
tegangan listrik.
2. Rangkaian
Hambatan
·
Rangkaian
Seri
Berdasarkan hukum Ohm: V = IR, pada
hambatan R1 terdapat
tegangan V1 =IR1dan pada hambatan R2 terdapat tegangan V2 = IR 2. Karena
arus listrik mengalir melalui hambatan R1 dan hambatan R2, tegangan
totalnya adalah VAC =
IR1 + IR2.
Mengingat
VAC merupakan tegangan total dan kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian
seperti di atas (rangkaian tak bercabang) di setiap titik sama maka
VAC = IR1 + IR2
I R1 = I(R1 + R2)
R1 = R1 + R2 ; R1 = hambatan total
Rangkaian seperti di atas disebut rangkaian seri.
Selanjutnya, R1 ditulis
Rs (R seri) sehingga Rs = R1 + R2 +…+Rn, dengan n = jumlah
resistor. Jadi, jika beberapa buah hambatan dirangkai secara seri, nilai
hambatannya bertambah besar. Akibatnya, kuat arus yang mengalir makin kecil.
Hal inilah yang menyebabkan nyala lampu menjadi kurang terang (agak redup) jika
dirangkai secara seri. Makin banyak lampu yang dirangkai secara seri, nyalanya
makin redup. Jika satu lampu mati (putus), lampu yang lain padam.
·
Rangakaian Paralel
Mengingat hukum Ohm: I = V/R dan I = I1+ I2,
Pada rangkaian seperti di atas (rangkaian bercabang), V AB =V1 = V2 = V. Dengan demikian, diperoleh
persamaan :
Rangkaian yang menghasilkan persamaan seperti di atas
disebut rangkaian paralel. Oleh karena itu, selanjutnya Rt ditulis Rp (Rp = R paralel).
Dengan demikian, diperoleh persamaan
Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa
dalam rangkaian paralel, nilai hambatan total (Rp) lebih kecil dari
pada nilai masing-masing hambatan penyusunnya (R1dan R2).
Oleh karena itu, beberapa lampu yang disusun secara paralel sama terangnya
dengan lampu pada intensitas normal (tidak mengalami penurunan). Jika salah
satu lampu mati (putus), lampu yang lain tetap menyala. Contoh Gambar Rangkaian Pararel :
Suatu kawat pengantar juga memiliki nilai hambatan,
yang mempengaruhi suatu kawat penghantar memiliki hambatan atau nilai
resistansi (R) adalah :
l = Panjang pengantar (m)
A = Luas penampang kawat (m2)
ρ = Hambatan jenis kawat (Ωmm2/m)
maka diperoleh rumus :
Bahan
yang digunakan untuk membuat kawat penghantar juga mempengaruhi nilai hambatan
jenis suatu kawat penghantar, maka jenis hambatan suatu jenis logam dengan
logam lain akan berbeda berbeda. Berikut ini tabel bahan dan nilai hambatan
jenis :
Contoh Soal:
1.Suatu nikelin dengan panjang 100 m, dengan diameter 2 mm, hitunglah nilai
hambatan!
Jawab :
Diketahui : ρ kawat
nikelin = 0,42 (Ω mm2/m)
d = 2 mm
r = 1 mm
l = 100 m
Ditanya : R = ?
Langkah pertama :
Menghitung luas penampang atau luas alas,
karena suatu kawat memiliki luas penampang berbentuk lingkaran maka mengunakan
rumus luas lingkaran :
Langkah kedua :
Jika luas penampang sudah diketahui maka langsung masukan ke dalam rumus
untuk mencari hambatan :
BAB 3
PENUTUP
A.
Kesimpulan
Listrik Dinamis adalah listrik yang dapat bergerak
atau mengalir dalam rangkaian listrik. Arus listriknya merupakan aliran muatan
listrik yang umumnya melewati kawat penghantar tiap satuan waktu. Arah dari
arus listrik searah dengan arah gerak muatan positif dan banyaknya muatan
listrik yang mengalir melalui penghantar setiap satuan waktu.
Hukum Kirchhoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu
Elektronika yang berfungsi untuk menganalisis arus dan tegangan dalam
rangkaian. Hukum Kirchhoff terdiri dari 2 bagian yaitu Hukum Kirchhoff 1 dan
Hukum Kirchhoft 2. Hukum Kirchoff I berbunyi : “Jumlah arus yang
masuk menuju node (titik) percabangan dalam suatu rangkaian listrik adalah sama
dengan jumlah arus yang keluari dari node (titik) percabangan tersebut”. Sedangkan Hukum Kirchoff II berbunyi :“Jumlah tegangan pada suatu rangkaian listrik tertutup adalah sama
dengan nol”.
Besarnya hambatan dipengaruhi oleh hambatan jenis,
panjang, dan luas penampang .
B. Saran
Dengan membaca
makalah ini penulis berharap semoga pembaca dapat berfikir tepat dan benar
sehingga terhindar dari kesimpulan yang salah dan kabur. Setidaknya dengan
makalah ini, ada semacam pencerahan intelektual dalam menyuguhkan motivasi
untuk segera mempelajari tentang listrik dinamis, Hukum Kirchoff serta hambatan
pada kawat penghantar sehingga kita dapat mengembangkan
pengetahuan yang kita miliki.
Tentunya, dalam
makalah ini akan ditemukan kelemahan-kelemahan atau bahkan kekeliruan. Dengan
itu, penulis sangat berharap adanya masukan dari pembaca dan kritik sebagai
upaya pembangunan mental guna penyempurnaan makalah ini.
