TUGAS PENDAHULUAN MODUL 3

 

TUGAS PENDAHULUAN

MODUL III:

HUKUM OHM, HUKUM KIRCHOFF, VOLTAGE & CURRENT DIVIDER, MESH ,NODAL, THEVENIN


1. Jelaskan pengertian Hukum Ohm dan Hukum Kirchhoff

Jawab:

Hukum Ohm

Hukum Ohm merupakan hukum dasar dalam kelistrikan yang menjelaskan hubungan antara tegangan (V), arus listrik (I), dan hambatan (R) dalam sebuah rangkaian listrik. Hukum ini dinyatakan oleh fisikawan Jerman Georg Simon Ohm. Hukum Ohm menyatakan bahwa:

Kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu penghantar sebanding dengan beda potensial (tegangan) yang diberikan pada ujung-ujung penghantar tersebut, dan berbanding terbalik dengan hambatannya.

Secara matematis dirumuskan sebagai:

V=I×R

Keterangan:

V = Tegangan (Volt)

I = Arus (Ampere)

R = Hambatan (Ohm)

Hukum Ohm sangat penting karena menjadi dasar analisis hampir semua rangkaian listrik, baik sederhana maupun kompleks.

 

Hukum Kirchhoff

Hukum Kirchhoff terdiri dari dua hukum utama yang digunakan untuk menganalisis rangkaian listrik, yaitu:

a. Hukum Kirchhoff I (Kirchhoff’s Current Law / KCL)

Hukum ini menyatakan bahwa:Jumlah arus yang masuk ke dalam suatu titik percabangan (node) dalam rangkaian listrik sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut.

Secara matematis:

∑Imasuk=∑Ikeluar

Hukum ini didasarkan pada hukum kekekalan muatan listrik dan digunakan dalam metode analisis nodal.

b. Hukum Kirchhoff II (Kirchhoff’s Voltage Law / KVL)

Hukum ini menyatakan bahwa:

Jumlah total tegangan dalam suatu loop tertutup di rangkaian listrik adalah nol.

Artinya, jumlah gaya gerak listrik (sumber tegangan) sama dengan jumlah tegangan jatuh (drop voltage) di semua elemen dalam loop.

Secara matematis:

∑V=0

Hukum ini digunakan sebagai dasar dalam analisis mesh.

2. Jelaskan pengertian Mesh, Nodal, dan Thevenin

Jawab:

Analisis Mesh

Analisis mesh adalah metode analisis rangkaian listrik yang digunakan untuk menentukan arus yang mengalir dalam loop-loop tertutup (mesh) pada rangkaian planar. Prinsip dasarnya menggunakan Hukum Kirchhoff II (KVL). Pada metode ini, setiap loop ditentukan arus loop-nya dan dibuat persamaan berdasarkan jumlah total tegangan dalam loop tersebut.

Kelebihan metode ini adalah efektif digunakan pada rangkaian yang memiliki lebih banyak loop (mesh) daripada node.

Analisis Nodal

Analisis nodal atau metode node adalah teknik analisis rangkaian listrik yang berdasarkan Hukum Kirchhoff I (KCL). Pada metode ini, kita menentukan tegangan pada setiap titik persambungan (node) dalam rangkaian terhadap suatu titik referensi (biasanya ground).

Kelebihan metode ini sangat efektif digunakan dalam rangkaian yang memiliki lebih banyak node daripada loop.

Teorema Thevenin

Teorema Thevenin adalah suatu metode dalam teori rangkaian yang digunakan untuk menyederhanakan rangkaian listrik kompleks. Teorema ini menyatakan bahwa:

Setiap rangkaian linear dua terminal dapat digantikan dengan rangkaian ekuivalen yang terdiri dari satu sumber tegangan (Vth) yang dihubungkan secara seri dengan sebuah hambatan (Rth).

Langkah-langkah umum menggunakan Thevenin:

1.Menghitung tegangan Thevenin (Vth): Beban dilepaskan dari rangkaian dan tegangan di terminal beban diukur.

2.Menghitung hambatan Thevenin (Rth): Semua sumber tegangan di-nol-kan (short circuit), dan hambatan total dilihat dari terminal beban.

Teorema ini mempermudah analisis ketika kita ingin mengetahui efek perubahan beban terhadap suatu bagian dari rangkaian.

3. Jelaskan apa itu Voltage Divider dan Current Divider

Jawab:

Voltage Divider (Pembagi Tegangan)

Voltage divider adalah rangkaian yang menggunakan dua atau lebih resistor yang disusun secara seri untuk membagi tegangan input menjadi tegangan yang lebih kecil di tiap resistor. Prinsipnya adalah tegangan pada masing-masing resistor dalam rangkaian seri sebanding dengan nilai resistornya.

Rumus:

Vout=Vin×RxR1+R2+⋯+Rn

Kegunaan:

Untuk menghasilkan tegangan yang lebih rendah dari sumber tegangan utama.

Digunakan dalam sensor dan pembacaan sinyal analog.

Current Divider (Pembagi Arus)

Current divider adalah prinsip dalam rangkaian paralel di mana arus total akan terbagi ke tiap cabang berdasarkan besar hambatan masing-masing. Semakin kecil nilai hambatan suatu cabang, semakin besar arus yang akan mengalir ke sana.

Kegunaan:

Membagi arus ke berbagai cabang dalam rangkaian paralel.

4. Dengan menggunakan teorema Mesh, berapa nilai tegangan pada RL?

 Jawab:

 Diketahui:
Terdapat 3 loop (mesh) dan resistansi RL=1000ΩRL = 1000 \Omega

  • Langkah Penyelesaian:

    Mesh 1:

    12−1I1−1I1−1(I1−I2)=0⇒12−3I1+I2=0⇒3I1−I2=12(Persamaan 1)12 - 1I_1 - 1I_1 - 1(I_1 - I_2) = 0 \\ \Rightarrow 12 - 3I_1 + I_2 = 0 \\ \Rightarrow 3I_1 - I_2 = 12 \quad \text{(Persamaan 1)}

    Mesh 2:

    −(I2−I1)−I2−I2−(I2−I3)=0⇒I1+I3−4I2=0(Persamaan 2)-(I_2 - I_1) - I_2 - I_2 - (I_2 - I_3) = 0 \\ \Rightarrow I_1 + I_3 - 4I_2 = 0 \quad \text{(Persamaan 2)}

    Mesh 3:

    −(I3−I2)−I3−I3−I3=0⇒I2−4I3=0⇒I2=4I3(Persamaan 3)-(I_3 - I_2) - I_3 - I_3 - I_3 = 0 \\ \Rightarrow I_2 - 4I_3 = 0 \\ \Rightarrow I_2 = 4I_3 \quad \text{(Persamaan 3)}

    Substitusikan Persamaan (3) ke (2):

    I1−4(4I3)+I3=0I1−16I3+I3=0⇒I1=15I3I_1 - 4(4I_3) + I_3 = 0 \\ I_1 - 16I_3 + I_3 = 0 \\ \Rightarrow I_1 = 15I_3

    Substitusikan ke Persamaan (1):

    3(15I3)−4I3=1245I3−4I3=1241I3=12I3=1241≈0.2927 A3(15I_3) - 4I_3 = 12 \\ 45I_3 - 4I_3 = 12 \\ 41I_3 = 12 \\ I_3 = \frac{12}{41} \approx 0.2927 \text{ A} VRL=I3×RL=0.2927×1000=292.7 mV≈0.293 VV_{RL} = I_3 \times RL = 0.2927 \times 1000 = 292.7 \text{ mV} \approx 0.293 \text{ V}
    5. Jelaskan kelebihan menganalisa rangkaian dengan menggunakan Teorema Thevenin dan Norton dibanding metode lainnya

    Jawab:

    Teorema Thevenin dan Norton memiliki beberapa kelebihan yang menjadikannya sangat berguna, terutama dalam menganalisis rangkaian yang kompleks dan saat beban berubah-ubah.

    Kelebihan:

    Penyederhanaan Rangkaian Kompleks:

    Teorema Thevenin dan Norton memungkinkan kita mengganti seluruh rangkaian yang rumit dengan satu sumber (tegangan atau arus) dan satu resistansi ekuivalen. Ini sangat berguna untuk menganalisis bagian tertentu dari rangkaian tanpa mempengaruhi keseluruhan sistem.

    Analisis Beban yang Berubah-ubah:

    Jika beban pada suatu rangkaian sering berubah, kita hanya perlu menghitung satu kali nilai Vth dan Rth (atau In dan Rn), lalu cukup mengganti nilai beban untuk melihat perubahan arus/tegangan. Ini menghemat banyak waktu dibandingkan menghitung ulang seluruh rangkaian.

    Efisiensi dalam Perhitungan:

    Metode mesh dan nodal sering kali membutuhkan penyusunan dan penyelesaian sistem persamaan linear yang panjang. Dengan Thevenin/Norton, kita hanya perlu menghitung dua parameter (Vth dan Rth / In dan Rn).

    Aplikasi pada Rangkaian AC dan DC:

    Kedua teorema ini dapat digunakan baik pada rangkaian arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC), termasuk yang melibatkan impedansi (resistor, kapasitor, dan induktor).

    Digunakan dalam Desain Elektronika:

    Dalam dunia praktis, seperti desain sirkuit elektronik, teorema ini sering digunakan untuk menganalisis bagaimana suatu rangkaian akan merespons terhadap beban eksternal, sensor, atau komponen aktif seperti transistor

 

[DOWNLOAD TP]

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan Populer