LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR HUKUM KIRCHOFF

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

HUKUM KIRCHOFF

Nama : Eva Nur’Azizah NPM : 22420019 Kelas /Kode : 1K1

Dosen : 1. Endah P. S.T.

2.Yusi S.S., S.Si., M.T.

3. Ria W S.ST.

POLITEKNIK STTT BANDUNG KIMIA TEKSTIL

2022/2023

ABSTRAK

Pada praktikum hukum ini kita akan menganalisa arus dan tegangan listrik menggunakan Hukum Kirchoff. Pada praktikum ini, kita memerlukan sebuah alat yaitu Osiloskop. Selain itu, kita juga memerlukan sebuah software yaitu Matlab. Dari osiloskop dan matlab, hasilnya akan kita bandingkan dengan teori hukum Kirchoff. Tujuan dari praktikum ini adalah agar kita mampu menyusun resistor secara seri, paralel, paralel-seri.

Berdasarkan hasil praktikum ini kita dapat mengetahui nilai arus dan tegangan pada setiap resistor di setiap rangkaian, baik itu rangkaian seri , parallel , dan gabungan dengan menggunakan hukum kirchoff I dan hukum kirchoff II. Hasil yang akan diperoleh secara eksperimen maupun teori tidak berbeda jauh.. Karena ketidaktelitian pada saat eksperimen dapat menyebabkan nilai koefisien pada hasil eksperimen menghasilkan nilai yang berbeda dengan yang ada pada buku literatur.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Hukum Kirchoff ditemukan oleh Robert Kirchoff yang merupakan ahli fisika asal Jerman. Kirchoff menjelaskan hukumnya kedalam dua bagian yaitu Hukum Kirchoff I dan Hukum Kirchoff II. Hukum ini pada dasarnya menjelaskan rangkaian sederhana yang terdiri dari lampu, baterai, dan saklar yang terhubung satu sama lain .Saat saklar dalam keadaan terbuka, arus listrik belum mengalir dan lampu tetap padam. Saat sakelar dalam keadaan disambungkan, arus listrik akan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif baterai sehingga lampu akan menyala.

Arus listrik yang mengalir juga akan mengalami cabang-cabang.

Ketika melalui percabangan, arus listrik akan berbagi pada percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Jika hambatan pada cabang tersebut besar, maka arus listrik yang melalui cabang tersebut mengecil.

Hukum kirchhoff dapat digunakan untuk menganalisis suatu rangkaian yang kompleks. Hukum ini merupakan salah satu teori elektronika.

Untuk menganalisis lebih lanjut tentang rangkaian elektronika digunakan hukum kirchoff. Loop merupakan suatu rangkaian atau jalan konduksi yang tertutup. Titik cabang-cabang dalam jaringan (rangkaian ) merupakan tempat bertemunya beberapa konduktor.

1.2.Tujuan

1. Mampu membaca nilai hambatan pada resistor

2. Mampu menyusun rangkaian baik seri, pararel, maupun gabungan

3. Mampu mengetahui besarnya tegangan dan arus dalam setiap hambatan di setiap rangkaian

4. Membuktikan te hukum Kirchoff I dan II melalui praktikum

BAB II DASAR TEORI

2.1. Pengertian Hukum Kirchoff

Hukum Kirchhoff adalah dua persamaan yang berhubungan dengan arus dan beda potensial (umumnya dikenal dengan tegangan) dalam rangkaian listrik.

Hukum ini pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli fisika Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845.

2.2. Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchhoff 1 dikenal sebagai hukum percabangan (junction rule) atau bisa juga disebut Kirchoff Current Law (KCL), karena hukum ini memenuhi kekekalan muatan. Hukum ini diperlukan untuk rangkaian yang multisimpal yang mengandung titik-titik percabangan ketika arus mulai terbagi. Pada keadaan tunak, tidak ada akumulasi muatan listrik pada setiap titik dalam rangkaian.

Dengan demikian, jumlah muatan yang masuk di dalam setiap titik akan meninggalkan titik tersebut dengan jumlah yang sama.

Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa:

“Jumlah arus listrik yang masuk melalui titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut”

Gambar 2.1

Ilustrasi hukum Kirchhoff tentang titik percabangan. Arus I1 yang mengalir melalui titik percabangan a akan sama dengan jumlah I2+ I3 yang keluar dari titik percabangan

Secara umum rumus hukum Kirchhoff 1 dapat dituliskan sebagai berikut:

Persamaan 2.1

Gambar2.1 menunjukkan suatu titik percabangan dari 5 buah kawat yang dialiri arus I1, I2, dan I3 .

Dalam rentang waktu , muatan mengalir melalui titik percabangan dari arah kiri. Dalam rentang waktu juga, muatan

dan bergerak ke arah kanan meninggalkan titik percabangan. Karena muatan tersebut bukan berasal dari titik percabangan dan tidak juga menumpuk pada titik tersebut dalam keadaan tunak, maka muatan akan terkonservasi di titik percabangan tersebut, yaitu:

Persamaan 2.2

Tabel 2.1 simbolsimboluntukelemenrangkaian 2.3. Susunan Seri

a. Rangkaian seri bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian, nilai Rtot untuk susunan seri adalah:

R1 + R2 + R3 = Rtot Persamaan 2.3

b. kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama, I1 = I2 = I3 = Itot

Persamaan 2.4

Gambar 2.2

c. beda potensial dapat dihitung dengan hukum ohm V= R.I, sehingga V1 = R1 I1, V2 = I2R2, Vtot= RtotItot

d. berfungsi sebagai pembagi tegangan,

V1 : V2 : V3 = R1 : R2 : R3

Persamaan 2.5

Kelemahan susunan seri adalah ketika salah satu komponen listrik pada rangkaian seri putus, maka rangkaian listrik menjadi terbuka, sehingga komponen lain yang masih baik ikut padam. Namun sekring sengaja dipasang seri dengan rangkaian komponen-komponen lain untuk tujuan pengaman.

2.4. Susunan Paralel

a. Tegangan pada setiap hambatannya adalah sama yaitu sama dengan tegangan resistor penggantinya (V1 = V2= V3 = Vek). Susunan paralel seperti pada gambar berikut.

Gambar 2.3

b. bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian, maka nilai Rek untuk susunan paralel adalah:

Persamaan 2.6

c. khusus untuk dua buah resistor R1 dan R2 yang disusun paralel, nilai Rtot-

dapat dihitung secara:

Persamaan 2.7

Kuat arus yang melalui resistor dapat dihitung dengan hukum Ohm,

Persamaan 2.8

d. Berfungsi sebagai pembagi arus, yaitu kuat arus yang melalui tiap-tipa resistor berbanding terbalik dengan hambatan listriknya

Persamaan 2.9

Salah satu contoh hubungan paralel adalah peralatan listrik di rumah kita.

Dalam susunan paralel, jika salah satu komponen rusak atau gagal, maka komponen-komponen lain dalam rangkaian masih tetap bekerja.

e. Hambatan pengganti n buah resistor ekivalen.

Jika n buah resistor ekivalen, masing-masing dengan hambatan R ohm disusun seri atau paralel maka hambatan listrik resistor pengganti dinyatakan oleh

Seri

Paralel

Persamaan 2.10 Keterangan :

Rek = R total R = Resistor

N = Hambatan pengganti

2.5 Hukum Kirchoff II

Hukum ini berlaku pada rangkaian yang tidak bercabang yang digunakan untuk menganalisis beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirchoff biasa disebut Hukum Tegangan Kirchoff atau Kirchoff’s Voltge Law (KVL). Bunyi Hukum II Kirchoff: Total beda potensial (tegangan) pada suatu rangaian tertutup adalah nol. Versi lain Hukum II Kirchoff yaitu pada rangkaian tertutup jumlah aljabar GGL (ε) dan jumlah penurunan potensial (IR) sama dengan nol.

Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah Vab + Vbc + Vcd

+ Vda = 0. Hukum II Kirchoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listri yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai:

Terdapat perjanjian tanda untuk tegangan GGL (ε):

1. Jika arah kuat arus listrik searah dengan arah loop dan kuat arus listrik bertemu dengan kutub (+) potensial tegangan terlebih dulu, maka tanda tegangan GGL adalah (+)

ε (+) ➔

2. Jika arah kuat arus listrik searah dengan arah loop dan kuat arus listrik bertemu dengan kutub (-) potensial tegangan terlebih dulu, maka tanda tegangan GGL adalah (-).

ε (-) ➔

Terdapat perjanjian tanda untuk arah kuat arus listrik (I) pada penurunan potensial tegangan (I.R):

1. Jika arah kuat arus listrik searah dengan arah loop, maka tanda kuat arus listrik adalah (+).

I (+) ➔

2. Jika arah kuat arus listrik berlawanan arah dengan arah loop, maka tanda kuat arus listrik adalah (-).

I(-) ➔

Pengertian Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.

Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut Simbol Resistor

Berikut adalah simbol resistor dalam bentukgambar ynag sering digunakan dalam suatu desain rangkaian elektronika.

Resistor dalam suatu teori dan penulisan formula yang berhubungan dengan resistor disimbolkan dengan huruf “R”. Kemudian pada desain skema elektronika resistor tetap disimbolkan dengan huruf “R”, resistor variabel disimbolkan dengan huruf “VR” dan untuk resistorjenis potensiometer ada yang disimbolkan dengan huruf “VR” dan “POT”.

Kapasitas Daya Resistor

Kapasitas daya pada resistor merupakan nilai daya maksimum yang mampu dilewatkan oleh resistor tersebut. Nilai kapasitas daya resistor ini dapat dikenali dari ukuran fisik resistor dan tulisan kapasitas daya dalamsatuan Watt untuk resistor dengan kemasan fisik besar. Menentukan kapasitas daya resistor ini penting dilakukan untuk menghindari resistor rusak karena terjadi kelebihan daya yang mengalir sehingga resistor terbakar dan sebagai bentuk efisiensi biaya dan tempat dalam pembuatan rangkaian elektronika.

Nilai Toleransi Resistor

Toleransi resistor merupakan perubahan nilai resistansi dari nilai yang tercantum pada badan resistor yang masih diperbolehkan dan dinyatakan resistor dalam kondisi baik. Toleransi resistor merupakan salah satu perubahan karakteristik resistor yang terjadi akibat operasional resistor tersebut. Nilai torleransi resistor ini ada beberapa macam yaitu resistor dengan toleransi kerusakan 1% (resistor 1%), resistor dengan toleransi kesalahan 2% (resistor2%), resistor dengan toleransi kesalahan 5% (resistor 5%) dan resistor dengan toleransi 10% (resistor 10%).

Nilai toleransi resistor ini selalu dicantumkan di kemasan resistor dengan kode warna maupun kode huruf. Sebagai contoh resistor dengan toleransi 5% maka dituliskan dengan kode warna pada cincin ke 4 warna emas atau dengan kode huruf J pada resistor dengan fisik kemasan besar. Resistor yang banyak dijual dipasaran pada umumnya resistor 5% dan resistor 1%.

Jenis-Jenis Resistor

Berdasarkan jenis dan bahan yang digunakan untuk membuat resistor dibedakan menjadi resistor kawat, resistor arang dan resistor oksida logam atau resistor metal film.

1. Resistor Kawat (Wirewound Resistor)

2. Resistor Arang (Carbon Resistor)

Resistor arang atau resistor karbon merupakan resistor yang dibuat dengan bahan utama batang arang atau karbon. Resistor karbon ini merupakan resistor yang banyak digunakan dan banyak diperjual belikan. Dipasaran resistor jenis ini dapat kita jumpai dengan kapasitas daya 1/16 Watt, 1/8 Watt, 1/4 Watt, 1/2 Watt, 1 Watt, 2 Watt dan 3 Watt.

3. Resistor Oksida Logam (Metal Film Resistor)

Resistor oksida logam atau lebih dikenal dengan nama resistor metal film merupakan resistor yang dibuah dengan bahan utama oksida logam yang memiliki karakteristik lebih baik. Resistor metal film ini dapat ditemui dengan nilai tolerasni 1% dan 2%. Bentuk fisik resistor metal film ini mirip denganresistor

kabon hanya beda warna dan jumlah cicin warna yang digunakan dalam penilaian resistor tersebut. Sama seperti resistorkarbon, resistor metal film ini juga diproduksi dalam beberapa kapasitas daya yaitu 1/8 Watt, 1/4 Watt, 1/2 Watt.

Resistor metal film ini banyak digunakan untuk keperluan pengukuran, perangkat industri dan perangkat militer.

Kemudian berdasarkan nilai resistansinya resistor dibedakan menjadi 2 jenis yaitu resistor tetap (Fixed Resistor) dan resistor tidak tetap (Variable Resistor)

1. Resistor Tetap(Fixed Resistor)

Resistor tetap merupakan resistor yang nilai resistansinya tidap dapat diubah atau tetap. Resistor jenis ini biasa digunakan dalam rangkaian elektronika sebagai pembatas arus dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor tetap dapat kita temui dalam beberpa jenis, seperti :

 Metal Film Resistor

 Metal Oxide Resistor

 Carbon Film Resistor

 Ceramic Encased Wirewound

 Economy Wirewound

 Zero Ohm Jumper Wire

 S I P Resistor Network

2. Resistor Tidak Tetap (Variable Resistor)

Resistor tidak tetap atau variable resistor terdiri dari 2 tipe yaitu :

 Pontensiometer, tipe variable resistor yang dapat diatur nilai resistansinya secara langsung karena telah dilengkapi dengan tuas kontrol. Potensiometer terdiri dari 2 jenis yaitu Potensiometer Linier dan Potensiometer Logaritmis

 Trimer Potensiometer, yaitu tipe variable resistor yang membutuhkan alat bantu (obeng) dalam mengatur nilai resistansinya. Pada umumnya resistor jenis ini disebut dengan istilah “Trimer Potensiometer atau VR”

 Thermistor, yaitu tipe resistor variable yangnilairesistansinya akan

berubah mengikuti suhu disekitar resistor. Thermistor terdiri dari 2 jenis yaitu NTC dan PTC. Untuk lebih detilnya thermistor akan dibahas dalam artikel yang lain.

 LDR (Light Depending Resistor), yaitu tipe resistor variabel yang nilai resistansinya akan berubah mengikuti cahaya yang diterima oleh LDR tersebut.

Jenis-jenis resistor tetap dan variable diatas akan dibahas lebih detil dalam artikel yang lain.

Menghitung Nilai Resistor

Nilai resistor dapat diketahui dengan kode warna dan kode huruf pada resistor.

Resistor dengan nilai resistansi ditentukan dengan kode warna dapat ditemukan pada resistor tetap dengan kapasitas daya rendah, sedangkan nilai resistor yang

ditentukan dengan kode huruf dapat ditemui pada resistor tetap daaya besar dan resistor variable.

Kode Warna Resistor

Cicin warna yang terdapat pada resistor terdiri dari 4 ring 5 dan 6 ring warna. Dari cicin warna yang terdapat dari suatu resistor tersebut memiliki arti dan nilai dimana nilai resistansi resistor dengan kode warna yaitu :

1. Resistor Dengan 4 Cincin Kode Warna

Maka cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warnake 4 menunjukan nilai toleransi resistor.

2. Resistor Dengan 5 Cincin Kode Warna

Maka cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke 5 menunjukan nilai toleransi resistor.

3. Resistor Dengan 6 Cincin Warna

Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya sama dengan resistor dengan 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke 6 menentukan coefisien temperatur yaitu temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

Kode Huruf Resistor

Resistor dengan kode huruf dapat kita baca nilai resistansinya dengan mudah karenanilia resistansi dituliskan secara langsung. Pad umumnya resistor yang dituliskan dengan kode huruf memiliki urutan penulisan kapasitas daya, nilai

resistansi dan toleransi resistor. Kode huruf digunakan untuk penulisan nilai resistansi dan toleransi resistor.

Kode Huruf Untuk Nilai Resistansi :

 R, berarti x1 (Ohm)

 K, berarti x1000 (KOhm)

 M, berarti x 1000000 (MOhm) Kode Huruf Untuk Nilai Toleransi :

 F, untuk toleransi 1%

 G, untuk toleransi 2%

 J, untuk toleransi 5%

 K, untuk toleransi 10%

 M, untuk toleransi 20%

Dalam menentukan suatu resistor dalam suatu rangkaian elektronika yang harus diingat selain menentukan nilai resistansinya adalah menentukankan kapasitas daya dan toleransinya. Hal ini berkaitan dengan harga jual resistor dipasaran dan luas area yang dibutuhkan dalam meletakan resistor pada rangkaian elektronika.

BAB III

METODE PRAKTIKUM 3.1Alat – alat dan Bahan

1. Project board

2. Sumber tegangan 12 V 3. Oscilloscope

4. Kabel penghubung 5. Resistor

6. Alat tulis

3.2 Langkah Kerja 3.2.1 Rangkaian Seri

1. Pilih 3 resistor dengan variasi warna yang berbeda

2. Hitung besar hambatan pada setiap resistor yang akan digunakan dalam percobaan.

3. Buat rangkaian pada project board secara seri.

4. Beri tegangan sebesar 5V, kemudian ukur setiap resistor pada rangkaian tersebut dengan menggunakan Oscilloscope

5. Dihitung secara teori dan bandingkan hasilnya.

3.2.2 Rangkaian Paralel

1. Hitung besar hambatan pada setiap resistor yang akan digunakan dalam percobaan

2. Buat rangkaian pada project board secara parallel.

3. Diberi tegangan sebesar 5V, kemudian ukur setiap resistor pada rangkaian tersebut dengan menggunakan Oscilloscope.

4. Dihitung secara teori, dan bandingkan hasilnya.

3.2.3 Rangkaian Gabungan

1. Dihitung besar hambatan dari ketiga resistor yang akan digunakan dalam percobaan.

2. Dibuat rangkaian resistor pada project board secara seri dan paralel dengan ketentuan R1 disusun seri kemudian R2 dan R3 disusun paralel

3. Diberi tegangan sebesar 5 V, kemudian ukur tegangan pada setiap resistor tersebut dengan menggunakan Oscilloscope.

4. Dihitung secara teori, dan bandingkan hasilnya

4.6 Hasil Pengamatan Melalui Osiloskop pada Rangkaian Seri

Gambar R1= 625µV Gambar R2= 781µV Gambar R3= 781µV

4.7 Hasil Pengamatan Melalui Osiloskop pada Rangkaian Parallel

Gambar R1= 40,6mV Gambar R2= 44,5mV Gambar R3= 45,3mV

4.8 Hasil Pengamatan Melalui Osiloskop pada Rangkaian Gabungan

Gambar R1= 781µV Gambar R2= 523mV Gambar R3= 156mV

BAB V KESIMPULAN

1. Berdasarkan hasil praktikum untuk Hukum Kirchoff I didapatkan :

a. Pada rangkaian seri, arus dan tegangan yang dihasilkan dengan perhitungan secara teori.

 Perhitungan Arus berdasarkan teori I1 = 0,00892 A

I2 = 0,0000185 A I3 = 0,0000333 A

 Perhitungan Tegangan berdasarkan teori V1 = 0,006608 V

V2 = 3,186 V V3 = 1,77 V

b. Pada rangkaian paralel, arus dan tegangan yang dihasilkan dengan perhitungan secara teori.

 Perhitungan Arus berdasarkan teori I1 = 0,0089 A

I2 = 1,85185 x 10^-5 A I3 = 30.000^-1 A

 Perhitungan Tegangan berdasarkan teori V1 = 4,9999891 V

V2 = 4,999995 V V3 = 5 V

c. Pada rangkaian gabungan , arus dan tegangan yang dihasilkan dengan perhitungan secara teori.

 Perhitungan Arus pada R2 dan R3 IR2 : I1= 0,0049444 A

IR3 : I2 = 0,00572 A

 Perhitungan hambatan berdasarkan teori Rs = 5 Ω

Rp = 560,00001 Ω

2. Berdasarkan hasil praktikum untuk Hukum Kirchoff II didapatkan : a. Pada rangkaian seri

 Perhitungan kuat arus berdasarkan teori I = 0,0000118 A

b. Pada rangkaian parallel

 Perhitungan kuat arus berdasarkan teori I1= 0,00892 A

I2= 0,0000185 A I3= 0,0000333 A

 Hasil perhitungan pada loop1, loop2, dan loop 3

Loop 1= 4,98484V Loop 2= -8,98084V Loop 3= 8,991V c. Pada rangkaian gabungan

 Perhitungan kuat arus berdasarkan teori Itotal = 0,000018480A

 Hasil perhitungan pada loop tiap loop Vs= -4,989V

Vp= -0,0104V VTotal= -4,994V

DAFTAR PUSTAKA

Tersedia : https://www.studiobelajar.com/hukum-kirchhoff/ ( diakses pada 17 Oktober 2020)

Galih, Valentinus dan Endah Purnomosari. 2015.”Pengantar Eksperimen Fisika (unt uk SMA/S1)”.Yogyakarta: CV. Mulia Jaya