Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup Sesi 2

   NAMA GURU                                  : ROSMAWATI, S.Pd

2.       MATA PELAJARAN                         : FISIKA

3.       KELAS                                               : XII IPA 3,4,5

4.       PERTEMUAN                                  : KE-4

5.       KD                                                    : Menganalisis prinsip kerja  peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

6.       TUJUAN PEMBELAJARAN             : Mampu Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup 

7.       MATERI                                           : Tegangan jepit dan arus listrik pada rangkaian tertutup

8.       METODE                                          : Discovery Learning

9.       STRATEGI                                        : Pendekatan saintifik

10.   PENGEMBANGAN MATERI        : 

Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup

Sumber tegangan adalah sebuah alat atau perangkat yang dapat menimbulkan beda potensial listrik. Sebuah sumber tegangan yang memiliki energi yang dapat dipergunakan untuk mengalirkan arus listrik disebut dengan GGL, dinyatakan dalam satuan E. Sumber-sumber tegangan itu sendiri pada umumnya mempunyai hambatan yang disebut hambatan dalam, dinyatakan dalam r.

Kita ambil contoh sebuah lampu senter. Sumber tegangan pada lampu senter terletak pada baterai-baterainya. Arus listrik yang dihasilkan oleh satu buah baterai pada umumnya adalah sebesar 1,5 volt, inilah yang disebut dengan GGL. Artinya, di antara kutub-kutub baterai ada tegangan sebesar 1,5 volt sebelum dirangkaikan untuk menyalakan senter.

Tiap-tiap baterai tersebut mempunyai hambatan dalam. Sementara hambatan luar antara lain terdapat pada jaringan kabel-kabel dan lampu. Jika baterai diletakkan pada senter dan saklar dinyalakan, maka akan ada arus yang mengalir, dan tegangan di antara kutub-kutub baterai disebut sebagai tegangan jepit.

Antara besar GGL dan tegangan jepit ada selisih dikarenakan hambatan dalam baterai.

Menurut Hukum Ohm, besar kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian tertutup adalah:

Sehingga untuk menghitung besar tegangan jepit adalah:

Dengan

r   = hambatan dalam baterai (ohm)
R  = hambatan luar baterai (ohm)
E  = GGL baterai (volt)
V  = tegangan jepit (volt)
I   = arus listrik (ampere)

Pada rangkaian seri, untuk menghitung arus listrik I digunakan rumus berikut:

Di mana, n = jumlah baterai

Sedangkan pada rangkaian paralel, untuk menghitung arus listrik I digunakan rumus berikut ini:

Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup

  NAMA GURU                                  : ROSMAWATI, S.Pd

2.       MATA PELAJARAN                         : FISIKA

3.       KELAS                                               : XII IPA 3,4,5

4.       PERTEMUAN                                  : KE-4

5.       KD                                                    : Menganalisis prinsip kerja  peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

6.       TUJUAN PEMBELAJARAN             : Mampu Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup 

7.       MATERI                                           : Tegangan jepit dan arus listrik pada rangkaian tertutup

8.       METODE                                          : Discovery Learning

9.       STRATEGI                                        : Pendekatan saintifik

10.   PENGEMBANGAN MATERI        : 

Menghitung Tegangan Jepit dan Arus Listrik pada Rangkaian Tertutup

Sumber tegangan adalah sebuah alat atau perangkat yang dapat menimbulkan beda potensial listrik. Sebuah sumber tegangan yang memiliki energi yang dapat dipergunakan untuk mengalirkan arus listrik disebut dengan GGL, dinyatakan dalam satuan E. Sumber-sumber tegangan itu sendiri pada umumnya mempunyai hambatan yang disebut hambatan dalam, dinyatakan dalam r.

Kita ambil contoh sebuah lampu senter. Sumber tegangan pada lampu senter terletak pada baterai-baterainya. Arus listrik yang dihasilkan oleh satu buah baterai pada umumnya adalah sebesar 1,5 volt, inilah yang disebut dengan GGL. Artinya, di antara kutub-kutub baterai ada tegangan sebesar 1,5 volt sebelum dirangkaikan untuk menyalakan senter.

Tiap-tiap baterai tersebut mempunyai hambatan dalam. Sementara hambatan luar antara lain terdapat pada jaringan kabel-kabel dan lampu. Jika baterai diletakkan pada senter dan saklar dinyalakan, maka akan ada arus yang mengalir, dan tegangan di antara kutub-kutub baterai disebut sebagai tegangan jepit.

Antara besar GGL dan tegangan jepit ada selisih dikarenakan hambatan dalam baterai.

Menurut Hukum Ohm, besar kuat arus listrik (I) yang mengalir pada rangkaian tertutup adalah:

Sehingga untuk menghitung besar tegangan jepit adalah:

Dengan

r   = hambatan dalam baterai (ohm)
R  = hambatan luar baterai (ohm)
E  = GGL baterai (volt)
V  = tegangan jepit (volt)
I   = arus listrik (ampere)

Pada rangkaian seri, untuk menghitung arus listrik I digunakan rumus berikut:

Di mana, n = jumlah baterai

Sedangkan pada rangkaian paralel, untuk menghitung arus listrik I digunakan rumus berikut ini:

JAWABAN SOAL HUKUM 2 KIRCHOFF

  NAMA GURU                                  : ROSMAWATI, S.Pd

2.       MATA PELAJARAN                         : FISIKA

3.       KELAS                                               : XII IPA 3

4.       PERTEMUAN                                  : KE-4

5.       KD                                                    : Menganalisis prinsip kerja  peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

6.       TUJUAN PEMBELAJARAN             : Mengidentifikasi Hukum I Kirchoff dan Hukum II Kirchoff serta mampu Melakukan Percobaan Kerja Rangkaian Listrik Searah (DC)

7.       MATERI                                           : Hukum Kirchoff I dan II

8.       METODE                                          : Discovery Learning

9.       STRATEGI                                        : Pendekatan saintifik

10   KUNCI JAWABAN                        : 

1. perhatikan rangkaian listrik satu loop berikut!

jika R1 = 20 ohm, R2 = 30 ohm, R3 = 50 ohm,
ε₁= 10 V dan  ε₂= 40 V
hitung:
a. kuat arus yang mengalir pada rangkaian
b. tegangan jepit antara titik c dan d
pembahasan:
a. mencari arus denga hukum kirchoff 2
Σε + Σ(I.R) = 0
ε₂ + ε₁ + I.(R1 + R2 + R3) = 0
40 + 10 + I (100) = 0
100 I = 50
I = 0,5 A

b. Tegangan antara titik c dan d

> arus mengalir searah jarum jam (aus kelua dai kutub positif batterai)
> arus mengalir dari d ke c

Vcd = Σε + Σ(I.R)
Vcd = - ε₁ + I. R₂

Vcd = - 10 + 0,5 .30 = -10 + 15 = 5 Volt


2. perhatikan rangkaian listrik dinamis dua loop berikut!

jika R1 = 2 ohm, R2= 3 ohm, R3 = 1 ohm, R4 = 4 ohm dan R5 = 1 ohm
ε1 = 5 V , ε2 = 5 V , ε3 = 1 V

Hitung:
a. arus pada R3
b. Tegangan jepit antara a dan b

rumus cepat hukum kirchoff II pada rangkaian 2 loop



a. Cara cepat hukum kirchoff II dua loop
diketahui:

Rkiri = 2 + 3 = 5 ohm

Rtengah = 1 ohm

Rkanan = 4 + 1 = 5 ohm

Ɛ_kiri = 5V

Ɛ_tengah = 1 V

Ɛ_kanan = 5 V

ditanya I di R3 (tengah)  . . . ?

	(Ɛki – Ɛt)Rka + (Ɛka – Ɛt ) Rki
It =	_________________________
	Rki . Rka + Rki.Rt + Rka . R t

	(5 - 1).5 + (5 – 1 ).5
It =	________________________
	5.5 + 5.1 + 5.1

	20 - 10
It =	_______________________
	35

It = 10/35 = 2/7  = 0,286 Ampere

b. Tegangan jepit antara titik a dan b (tengah)

Vab = Σε + Σ(Ι.R)

Vab = 1 + 0,286.1 =  1,286 Volt

3. UN Fisika 2008 P4 No. 30

Pada rangkaian listrik sederhana dua loop seperti pada gambar!

nilai kuat arus kiri ( I₁) sebesar ...

A. 0,25 A

B. 0,30 A

C. 0,36 A

D. 0,45 A

E. 0,50 A

kunci jawaban : A

pembahasan dan penyelesaian: C

         (V_t -V_ki)R_ka + (V_ka-V_ki)R_t

Iki = ^{_______________________________}

            R_ki.R_ka + R_ka.R_t + R_ki.R_t

        (0-6).1 + (8-6).2

It = ^{________________}  

          2.2 + 2.1 + 1.2 

It = -2/8 = - 0,25 A

LATIHAN SOAL HUKUM 2 KIRCHOFF

  NAMA GURU                                  : ROSMAWATI, S.Pd

2.       MATA PELAJARAN                         : FISIKA

3.       KELAS                                               : XII IPA 3

4.       PERTEMUAN                                  : KE-4

5.       KD                                                    : Menganalisis prinsip kerja  peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

6.       TUJUAN PEMBELAJARAN             : Mengidentifikasi Hukum I Kirchoff dan Hukum II Kirchoff serta mampu Melakukan Percobaan Kerja Rangkaian Listrik Searah (DC)

7.       MATERI                                           : Hukum Kirchoff I dan II

8.       METODE                                          : Discovery Learning

9.       STRATEGI                                        : Pendekatan saintifik

10.   SOAL - SOAL                                   : 

Contoh soal dan pembahasan
1. perhatikan rangkaian listrik satu loop berikut!

jika R1 = 20 ohm, R2 = 30 ohm, R3 = 50 ohm,
ε₁= 10 V dan  ε₂= 40 V
hitung:
a. kuat arus yang mengalir pada rangkaian
b. tegangan jepit antara titik c dan d

2. 2. perhatikan rangkaian listrik dinamis dua loop berikut!

jika R1 = 2 ohm, R2= 3 ohm, R3 = 1 ohm, R4 = 4 ohm dan R5 = 1 ohm
ε1 = 5 V , ε2 = 5 V , ε3 = 1 V

Hitung:
a. arus pada R3
b. Tegangan jepit antara a dan b

3. Pada rangkaian listrik sederhana dua loop seperti pada gambar!

nilai kuat arus kiri ( I₁) sebesar ...

A. 0,25 A

B. 0,30 A

C. 0,36 A

D. 0,45 A

E. 0,50 A

Hukum Kirchoff I dan II

 NAMA GURU                                  : ROSMAWATI, S.Pd

2.       MATA PELAJARAN                         : FISIKA

3.       KELAS                                               : XII IPA 3,4,5

4.       PERTEMUAN                                  : KE-3

5.       KD                                                    : Menganalisis prinsip kerja  peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-hari

6.       TUJUAN PEMBELAJARAN             : Mengidentifikasi Hukum I Kirchoff dan Hukum II Kirchoff serta mampu Melakukan Percobaan Kerja Rangkaian Listrik Searah (DC)

7.       MATERI                                           : Hukum Kirchoff I dan II

8.       METODE                                          : Discovery Learning

9.       STRATEGI                                        : Pendekatan saintifik

10.   PENGEMBANGAN MATERI        : 

Penjelasan Lengkap Hukum I dan II Kirchhoff | Fisika Kelas 12

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).

Berdasarkan gambar di atas, 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.

 

Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0. Hukum II Kirchhoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan. 

Untuk menganalisis suatu rangkaian listrik menggunakan Hukum II Kirchhoff diperlukan beberapa aturan atau perjanjian.

1. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pada dasarnya pemilihan arah loop bebas namun jika memungkinkan usahakan searah dengan arah arus. Maksudnya bebas disini bebas yah arahnya mau searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.

2. Pada suatu cabang, jika arah loop sama dengan arah arus maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, jika berlawanan arah maka penurunan tegangan (IR)  bertanda negatif. Contohnya gini. Kalo misalkan arah loop searah jarum jam terus arah arusnya juga searah jarum jam, maka nanti penurunan tegangan (IR) positif karena sama-sama searah jarum jam.

Kalo misalkan nanti loopnya berlawanan arah jarum jam tapi arusnya searah jarum jam maka IR-nya bertanda negatif.

3. Jika saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dulu dijumpai adalah kutub positif maka GGL bertanda positif.

Sebaliknya, jika kutub yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negatif maka GGL bertanda negatif.

Supaya kamu lebih paham, ayo coba kerjakan contoh soal di bawah ini!

1. Suatu rangkaian listrik ditunjukkan seperti gambar berikut ini.

Dengan menggunakan hukum II Kirchhoff, besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian tersebut adalah…

Diketahui:

ε1 = 6 V

ε2 = 12 V

R1 = 2 Ω

R2 = 6 Ω

R3 = 4 Ω

Ditanya: I ?

Jawab:

 

2. Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini!

 

Jika diketahui ε1 = 16 V; ε2 = 8 V; ε3 = 10 V; R1 = 12 ohm; R2 = 6 ohm; dan R3 = 6 ohm. Besar kuat arus lisrik I adalah…

Jawab:

Hukum I Kirchhoff:

Loop I (atas):

Loop II (bawah):

Substitusikan persamaan (1) ke persamaan (3):

Eliminasi persamaan (2) dan persamaan (4):

Oke, sekarang kamu sudah mengerti kan penjelasan Hukum I dan II Kirchhoff? Ingat, jangan sampai salah dalam menentukan arah loop, ya.

LATIHAN TUGAS

1. Diketahui sebuah rangkaian seperti berikut, dengan arus listrik 3A mengalir dari X ke Y sehingga besar beda potensial antara X dan Y adalah 12. Tentukan berapa besar hambatan R!

2. Diketahui besar arus listrik yang melalui 𝐼2= 1 A,𝐼1= 3 A,𝐼4= 0,5 A. Hitunglah besar arus listrik yang melalui 𝐼3 dan 𝐼5 ?

3. Pada titik P dari suatu rangkaian listrik yang bercabang, dan memiliki kuat arus I1 = 5A, I2 = 4A, I3 = 2A. Arah arus I1=I2 adalah arus masuk sedangkan arus I3=I4 adalah arus keluar, maka hitunglah besar I4 !