Omah Tugas: Listrik Dinamis, Hukum Kirchoff dan Hambatan pada Kawat Penghantar

MAKALAH
LISTRIK DINAMIS, HUKUM KIRCHOFF DAN HAMBATAN PADA KAWAT PENGHANTAR

Disusun oleh :
1. Annisa R. Khaerani (12161529)
2. Navida Shofuro (12161529)
3. Rahma Sunita (12161531)
4. Yovita Ferdha S. (12161538)

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN ILMU KOMPUTER
EL RAHMA YOGYAKARTA
2016

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikumWr.Wb

Puji syukur senantiasa teruntuk Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga makalah ini dapat tersusun hingga selesai. Sholawat serta salam semoga tercurah limpah pada Rasulullah SAW. Tidak lupa kami mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan pihak-pihak yang telah berkontribusi dengan memberikan sumbangan baik materi maupun pikirannya.

Harapan kami semoga makalah ini dapat menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca dan kedepannya dapat memperbaiki bentuk maupun menambah isi makalah agar menjadi lebih baik lagi.

Karena keterbatasan pengetahuan kami, kami yakin masih banyak kekurangan dalam makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb .

Yogyakarta, Oktober 2016

Tim Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR........................................................................................... i

DAFTAR ISI........................................................................................................ ii

BAB 1 PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG MASALAH..................................................................... 1

B. RUMUSAN MASALAH..................................................................................... 1

C. TUJUAN.............................................................................................................. 1

BAB 2 PEMBAHASAN

A. PENGERTIAN LISTRIK DINAMIS.................................................................. 2

B. PENGERTIAN HUKUM KIRCHOFF .............................................................. 3

C. MENGETAHUI BESAR HAMBATAN PADA KAWAT PENGHANTAR........ 8

BAB 3 PENUTUP

A. KESIMPULAN.................................................................................................. 13

B. SARAN............................................................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKA

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 R_2, tegangan totalnya adalah V_AC = 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
V_AC= IR₁ + IR₂
I R₁ = I(R₁ + R₂)
R₁ = R₁ + R₂ ; R₁= hambatan total

Rangkaian seperti di atas disebut rangkaian seri. Selanjutnya, R₁ ditulis R_s (R seri) sehingga R_s = R₁ + R₂ +…+R_n, 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 R_t ditulis R_p (R_p = R _paralel). Dengan demikian, diperoleh persamaan

Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa dalam rangkaian paralel, nilai hambatan total (R_p) 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

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.