HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE & CURRENT DIVIDER, MESH, NODAL,THEVENIN
HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE & CURRENT DIVIDER, MESH, NODAL,THEVENIN
1. Pendahuluan [kembali]
Hukum Ohm adalah salah satu hukum fundamental dalam elektromagnetisme yang menjelaskan hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan dalam suatu konduktor. Hukum ini dirumuskan oleh fisikawan Jerman, Georg Simon Ohm, pada tahun 1827.
Hukum Kirchoff merupakan dua hukum fundamental dalam analisis rangkaian listrik yang dirumuskan oleh fisikawan Jerman, Gustav Kirchhoff, pada tahun 1845. Hukum-hukum ini didasarkan pada prinsip kekekalan muatan dan energi, dan menjadi alat penting untuk memahami dan menyelesaikan berbagai permasalahan dalam rangkaian listrik.
Rangkaian pembagi tegangan (voltage divider) adalah rangkaian yang terdiri dari dua atau lebih resistor yang dihubungkan secara seri untuk membagi tegangan sumber menjadi beberapa bagian.
Rangkaian pembagi arus (current divider) adalah rangkaian yang terdiri dari dua atau lebih resistor yang dihubungkan secara paralel untuk membagi arus sumber menjadi beberapa bagian.
Mesh, Nodal, Thevenin adalah metode dalam rangkaian listrik dengan proses memahami aliran arus dan tegangan dalam suatu rangkaian. Berbagai metode tersedia untuk menganalisis rangkaian, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangan tersendiri.
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]
A. Alat
1. Instrumen
 |
| Multimeter |
2. Module
 |
| Jumper |
 |
| resistor |
 |
| Potensiometer |
4. Dasar Teori [kembali]
A. Resistor
Resistor merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh dikatakan hampir setiap sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang menggunakan peralatan Elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang ada ditubuh Resistor itu sendiri.
Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.
Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.
Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :
Tabel Kode Warna Resistor
Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
Cara menghitung nilai resistor 4 gelang:
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
Perhitungan untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
Cara Menghitung Nilai Resistor 5 Gelang Warna
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5
Gelang ke 4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 5 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%.
Contoh-contoh perhitungan lainnya :
Merah, Merah, Merah, Emas → 22 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi
Cara menghitung Toleransi :
2.200 Ohm dengan Toleransi 5% =
2200 – 5% = 2.090
2200 + 5% = 2.310
ini artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm
B. Potensiometer
Potensiometer merupakan resistor variabel yang nilai resistansinya dapat diubah dengan cara memutar tuasnya untuk mendapatkan variasi arus. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronik. Salah satu contohnya seperti pengatur volume pada peralatan audio.
Potensiometer mempunyai 3 terminal, yaitu terminal A, terminal B, dan wiper. Dimana prinsip kerjanya ketika terminal A dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kanan. Ketika terminal B dan wiper dihubungkan maka nilai resistansinya semakin besar jika tuasnya diputar ke kiri. Sedangkan ketika terminal A dan B dihubungkan maka pada potensiometer akan menunjukkan nilai resistansi maksimum. Nilai resistansi ini akan selalu tetap dan merupakan nilai resistansi total dari potensiometer.
C. Hukum Ohm
Hukum Ohm pada dasarnya adalah hukum yang menjelaskan mengenai kaitan antara tegangan atau beda potensial, arus listrik, serta hambatan di dalam rangkaian listrik.
Jadi Hukum Ohm ini adalah hukum dasar yang menjelaskan bahwa arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan tegangan yang didapatkannya, tetapi arus berbanding terbalik dengan hambatan. Arus listrik dapat mengalir melalui penghantar disebabkan karena adanya perbedaan tegangan atau beda potensial yang ada di antara dua titik di dalam penghantar.
Bunyi Hukum Ohm :
Bunyi hukum Ohm yang dipaparkan oleh George Simon Ohm antara lain:
“Besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar akan sebanding dengan tegangannya, dalam suhu yang tetap.”
Dari pernyataan tersebut maka dapat dikatakan bahwa perbandingan antara tegangan dengan arus listrik disebut dengan hambatan.
D. Hukum Kirchhoff
Hukum Kirchhoff ditemukan oleh Gustav Robert Kirchhoff yang merupakan ahli fisika asal Jerman. Kirchhoff menjelaskan hukumnya tentang kelistrikan ke dalam dua bagian, yaitu Hukum I Kirchhoff dan Hukum II Kirchhoff.
Hukum I Kirchhoff
Hukum ini merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang mengalir tidaklah berubah. Jadi, pada suatu percabangan, laju muatan listrik yang menuju titik cabang sama besarnya dengan laju muatan yang meninggalkan titik cabang itu. Nah, di fisika, laju muatan listrik adalah kuat arus listrik. Oleh karena itu, bunyi Hukum I Kirchhoff lebih umum ditulis:
"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).
besar kuat arus total yang melewati titik percabangan a secara matematis dinyatakan Σ Imasuk = Σ Ikeluar yang besarnya adalah I1 = I2 + I3.
Hukum II Kirchhoff
Hukum ini berlaku pada rangkaian yang tidak bercabang yang digunakan untuk menganalisis beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirchhoff biasa disebut Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL). Bunyi Hukum II Kirchhoff adalah:
"Jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol."
Versi lain Hukum II Kirchhoff, yaitu pada rangkaian tertutup, berbunyi: jumlah aljabar GGL (ε) dan jumlah penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai: Σ ε+Σ IR = 0.
E. Voltage & Current Divider
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.
Dengan memilih nilai resistansi yang sesuai, rangkaian pembagi tegangan dapat menghasilkan tegangan keluaran yang merupakan fraksi dari tegangan input.
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 × Rn/Rtotal
Dimana In adalah arus pada cabang ke-n, I adalah arus total yang masuk, Rtotal adalah hambatan pengganti rangkaian paralel, dan Rn adalah hambatan pada cabang ke-n.
F. Teorema 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.
G. 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 Vth dan Rth, 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).
H. Analisis Nodal
Rangkaian analisis node saling melengkapi dengan rangkaian analisis mesh. Rangkaian analisis node menggunakan hukum Kirchhoff pertama, hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Seperti yang kita sebutkan di atas, namanya menyiratkan bahwa kita menggunakan tegangan node dan menggunakannya bersama dengan KCL.
Analisis node mengharuskan kita untuk menghitung tegangan node di setiap node sehubungan dengan tegangan ground (node referensi), maka kita menyebutnya metode node-voltage.
Analisis node didasarkan pada aplikasi sistematis hukum Kirchhoff saat ini (KCL). Dengan teknik ini, kita akan dapat menganalisis rangkaian linier apa pun.
Apa saja yang perlu Anda persiapkan sebelum menggunakan metode ini? Perlu diingat bahwa kita akan mendapatkan persamaan ‘n-1′, di mana n adalah jumlah node termasuk node referensi. Menggunakan metode analisis rangkaian ini berarti kita akan fokus pada tegangan node di rangkaian.
Sifat rangkaian analisis node:
- Rangkaian analisis node menggunakan hukum arus Kirchhoff (KCL)
- Untuk node ‘n‘ (termasuk node referensi) akan ada persamaan tegangan node independen ‘n-1′
- Memecahkan semua persamaan akan memberi kita nilai tegangan node
- Jumlah node (kecuali node non-referensi) sama dengan jumlah persamaan tegangan node yang bisa kita dapatkan.
5. Percobaan [kembali]
1. Hukum Ohm
a. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah
Gambar 3.4
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
2. Hukum Kirchoff
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.5
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. Ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
3. Voltage & Current Divider
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.6
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. Ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
4. Teorema Mesh
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.7
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
5. Nodal
a. Buatlah rangkaian seperti gambar rangkaian di bawah
Gambar 3.8
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan.
6. Teorema Thevenin
a.
Gambar 3.9
Gambar 3.10
b. Pilih resistor dengan resistansi sesuai dengan kondisi
c. ukur tegangan dan arus memakai voltmeter dan amperemeter dan catat pada jurnal percobaan
2. Hardware [kembali]
· DC Power Supply
· Multimeter
· Voltmeter (Model 2011)
· Amperemeter (Model 2011)
· Jumper
3. Rangkaian Simulasi Dan Prinsip Kerja [kembali]
1. Hukum Ohm
Prinsip Kerja :
Pada Hukum Ohm Arus Mengalir Dari Kutub Positif Baterai Menuju Kutub Negatif Baterai Dan Nilai Voltmeter akan Selalu sama Dengan Baterai Yang sejajar Dengan nya Lalu Untuk Mendapatkan Nilai Tegangan, Arus, Dan Hambatan Menggunakan Hukum Ohm yaitu V= I*R.
2. Hukum Kirchoff
Prinsip Kerja :
Pada Hukum Kirchoff untuk Rangkaian Seri Dimana untuk Mencari Hambatan total nya yaitu Dijumlahkan Semua Hambatan Yang ada, Lalu Untuk Rangkaian Paralel Untuk mencari Hambatan Total nya yaitu dengan cara 1/R1 + 1/R2.... 1/Rn, Lalu Mendapatkan Nilai Tegangan, Arus, Dan Hambatan Menggunakan Hukum Kirchoff yaitu V= I*R.
3. Voltage & Current Divider
Prinsip Kerja :
Untuk Prinsip Kerja Voltage & Current Divider atau dikenal dengan Pembagi Tegangan dan Arus Yaitu Misalnya ada 3 Hambatan R1,R2 Dan R3, Dan Ingin Mencari Tegangan Di R1 Maka Rumus nya R1/R1+R2+R3 * V
4. Teorema Mesh
Prinsip Kerja :
Untuk Prinsip Kerja Teorema Mesh Pada Rangkaian Yaitu dengan Membuat Arah Arus Mengalir Yang dimana Untuk Teorema Mesh Yaitu Dimana akan ada Arus Masuk = Arus Keluar Sehingga Dibuatlah Loop Di kotak kotak yang terbentuk pada Gambar, Karena Ada 3 kotak Di gambar maka Ada 3 Loop, Arah Loop nya bebas, Tapi Disarankan Dengan Arah Arus yang masuk Agar Mudah Menentukan Tanda Positif Dan Negatif nya Karena Ada 3 Loop Maka Nanti didapatkan 3 Persamaan, 3 Persamaan itu akan Di Eliminasi atau Disubsitusi untuk mendapatkan I1,I2,I3 Atau Bisa juga Dengan Metode Matriks Untuk Mendapatkan I1,I2,I3.
5. Nodal Analysis
Prinsip Kerja :
Untuk Prinsip Kerja Metode Nodal Analysis Yaitu Ada 2 Buah sumber Tegangan Seperti Digambar Lalu Masing Masi Tegangan Membuat Persamaan nya, dan Diberi Tanda Noda, Noda itu sendiri Adalah titik hubungan Antara 2 cabang Rangkaian, Misalkan Pada Baterai 1 = 5V-V1/R1 =V1/R4 + V1+V2/R2....(1) Dan Seperti itu Membuat Persamaan Lainnya.
6. Thevenin
Prinsip Kerja:
Teorema Thevenin adalah suatu prinsip dalam bidang elektronika yang digunakan untuk menyederhanakan suatu rangkaian yang kompleks menjadi rangkaian yang lebih sederhana. Caranya adalah dengan menciptakan sebuah rangkaian pengganti yang terdiri dari sumber tegangan yang terhubung secara seri dengan resistansi yang setara1. Mari kita bahas lebih lanjut tentang teorema ini.
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. Dengan kata lain, kita dapat menggantikan rangkaian yang rumit dengan rangkaian yang lebih sederhana tanpa mengubah hubungan antara arus listrik dan tegangan listrik pada beban2.
4. Video Demo [kembali]
5. Kondisi [kembali
6. Video Simulasi [kembali]
1. Hukum Ohm
7. Download File [kembali]
Download Rangkaian Gambar 1 [DOWNLOAD]
Download Rangkaian Gambar 2 [DOWNLOAD]
Download Rangkaian Gambar 3 [DOWNLOAD]
Download Rangkaian Gambar 4 [DOWNLOAD]
Download Rangkaian Gambar 5 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Gambar 1 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Gambar 2 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Gambar 3 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Gambar 4 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Gambar 5 [DOWNLOAD]
Download Video Penjelasan Teoreman Thevenin [DOWNLOAD]
Datasheet Resistor [Download]
Datasheet Voltmeter [Download]
Datasheet Ampermeter [Download]
Download Tugas Pendahuluan Modul 3 [DOWNLOAD]
Download Laporan Akhir Modul 3 [DOWNLOAD]
Komentar
Posting Komentar