Hukum Kirchoff

HermanAnis.com- Teman-teman semua, pada Seri Fisika Dasar kali ini kita akan bahas satu topik dalam rangkaian listrik yakni Hukum Kirchoff. Penggunaan Hukum Kirchoff merupakan analisis inti dalam rangkaian listrik khususnya dalam menganalisis tegangan V, kuat arus I, dan hambatan listrik R dalam suatu komponen listrik (resistor, kapasitor, dan induktor). Pada tulisan ini, kita akan membahas hukum arus dan tegangan Kirchhoff dan cara menggunakannya dalam analisis rangkaian.

A. Siapa itu Gustav Robert Kirchoff?

Gustav Robert Kirchhoff adalah seorang fisikawan Jerman yang lahir pada tanggal 12 Maret 1824 di Königsberg, Prusia (sekarang Kaliningrad, Rusia), dan meninggal pada tanggal 17 Oktober 1887 di Berlin, Jerman.

Dia adalah salah satu ilmuwan terkemuka dalam bidang fisika teoretis pada abad ke-19 dan memiliki kontribusi yang signifikan dalam berbagai bidang fisika, terutama dalam elektromagnetisme dan spektroskopi. Berikut adalah beberapa momen penting dalam sejarah hidup Gustav Kirchhoff:

1. Pendidikan dan Karir Awal: Gustav Kirchhoff memulai pendidikannya di Albertina University di Königsberg dan belajar matematika dan fisika di bawah bimbingan fisikawan terkenal, Franz Ernst Neumann. Dia kemudian melanjutkan studinya di Universitas Heidelberg, dimana dia menerima gelar doktor pada tahun 1847.
2. Hukum Kirchhoff: Pada tahun 1845, bersama dengan rekan mahasiswa Heinrich Gustav Magnus, Kirchhoff mengembangkan hukum dasar dalam elektrostatika yang dikenal sebagai Hukum Kirchhoff. Hukum ini berbicara tentang distribusi potensial listrik dalam konduktor dan membentuk dasar bagi pemahaman kita tentang aliran arus listrik dalam rangkaian listrik.
3. Penemuan Hukum Kirchhoff Terkait Radiasi Benda Hitam: Kirchhoff juga berkontribusi pada pemahaman radiasi benda hitam. Dia merumuskan hukum radiasi Kirchhoff, yang menghubungkan emisivitas, absorptivitas, dan reflektivitas suatu benda pada suhu tertentu. Hukum ini merupakan langkah penting menuju pemahaman radiasi elektromagnetik.
4. Spektroskopi: Bersama dengan Robert Bunsen, Kirchhoff mengembangkan spektroskopi, ilmu yang mempelajari interaksi cahaya dengan materi. Mereka mengembangkan spektroskop yang dikenal sebagai spektroskop Bunsen-Kirchhoff, yang digunakan untuk menganalisis spektrum cahaya yang dipancarkan atau diserap oleh berbagai unsur kimia. Ini membantu mengidentifikasi unsur-unsur dalam berbagai sampel.
5. Kepemimpinan Akademik: Gustav Kirchhoff menjabat sebagai profesor di berbagai universitas, termasuk Universitas Heidelberg dan Universitas Berlin. Di Berlin, dia menjadi direktur Observatorium Astrofisika dan juga menjadi anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Prusia.

Gustav Kirchhoff di hormati secara luas, karya-karyanya dalam elektromagnetisme, spektroskopi, dan termodinamika telah memberikan kontribusi signifikan terhadap pemahaman kita tentang alam semesta.

B. Hukum Kirchoff

Pada tahun 1845, seorang fisikawan Jerman, Gustav Kirchhoff, mengembangkan dua hukum yang berhubungan dengan kekekalan arus dan energi dalam rangkaian listrik. Kedua hukum ini biasa di kenal dengan Hukum Tegangan dan Arus Kirchhoff. Selain itu, hukum ini dapat membantu kita menghitung hambatan listrik dari rangkaian yang kompleks pada rangkaian listrik arus AC.

Hukum Kirchoff adalah dua aturan fundamental dalam teori rangkaian listrik yang di perkenalkan oleh Gustav Kirchhoff, seorang fisikawan Jerman pada abad ke-19. Hukum Kirchoff ini penting dalam analisis rangkaian listrik dan membantu dalam memahami aliran arus dan tegangan dalam rangkaian kompleks.

Baca Juga: Contoh Soal Rangkaian Seri dan Paralel

1. Hukum Kirchoff Pertama (Hukum Arus Kirchoff)

Menurut hukum Kirchoff Pertama (Hukum Arus Kirchoff),

The total current entering a junction or a node is equal to the charge leaving the node as no charge is lost.

Hukum Kirchoff pertama menyatakan bahwa jumlah total arus yang masuk ke simpul (titik persambungan) dalam sebuah rangkaian listrik harus sama dengan jumlah total arus yang keluar dari simpul tersebut. Dengan kata lain, hukum ini menggambarkan prinsip kekekalan arus di simpul-simpul dalam rangkaian.

Persamaan dapat di nyatakan sebagai:

∑I_masuk = ∑I_keluar

Di mana:

• ∑I_masuk adalah jumlah total arus yang masuk ke simpul, dan
• ∑I_keluar adalah jumlah total arus yang keluar dari simpul.

Pada gambar di atas, arus I₁, I₂ dan I₃ yang masuk ke node (simpul) di anggap positif, begitu pula arus I₄ dan I₅ yang keluar dari node (simpul) di anggap bernilai negatif. Hal ini dapat di nyatakan dalam bentuk persamaan:

I₁ + I₂ + I₃ – I₄ – I₅ = 0

atau jika menggunakan persamaan hukum Kirchoff 1,

∑I_masuk = ∑I_keluar

I₁ + I₂ + I₃ = I₄ + I₅

Simpul atau node merupakan titik percabangan dalam suatu rangkaian yang menghubungkan dua atau lebih penghubung pembawa arus seperti kabel dan komponen lainnya. Sehingga Hukum Kirchhoff ini dapat di terapkan untuk menganalisis rangkaian paralel.

Baca Selengkapnya: Contoh Soal Hukum Kirchoff 1

2. Hukum Kirchoff Kedua (Hukum Tegangan Kirchoff)

Menurut Hukum Kirchoff Kedua (Hukum Tegangan Kirchoff),

The voltage around a loop equals the sum of every voltage drop in the same loop for any closed network and equals zero.

Hukum Kirchoff kedua ini menyatakan bahwa jumlah tegangan dalam suatu loop tertutup dalam rangkaian listrik harus sama dengan jumlah tegangan yang di sediakan oleh sumber daya listrik dalam loop tersebut.

Persamaannya dapat di nyatakan sebagai:

∑V_loop = 0

∑E = ∑V =∑IR

∑E = ∑IR

Di mana:

• ∑V_loop adalah jumlah tegangan dalam loop tertutup (jumlah tegangan sumber daya listrik dan tegangan jatuh di komponen dalam loop), dan angka nol mengindikasikan bahwa jumlah tegangan dalam loop harus nol, jika loop tersebut tertutup.
• ∑E adalah jumlah ggl dalam loop. Contoh ggl yang dimaksud adalah sumber tegangan tetap seperti baterai atau aki.
• ∑IR merupakan jumlah tegangan pada setiap komponen dalam suatu rangkaian tertutup

Hukum Kirchoff ini sangat penting dalam analisis rangkaian listrik karena ini memungkinkan kita untuk menghitung arus dan tegangan dalam berbagai bagian dari rangkaian listrik yang kompleks, termasuk rangkaian paralel dan seri.

Dengan menggunakan hukum Kirchoff, kita dapat mengatasi masalah yang melibatkan banyak elemen dalam rangkaian dan membuat prediksi tentang bagaimana mereka akan berperilaku dalam berbagai kondisi.

Baca Juga: Contoh Soal Hukum Kirchoff 2

C. Cara penggunaan hukum Kirchhoff dalam analisis rangkaian

Perhatikan gambar berikut ini!

Jika R₁ = 2Ω, R₂ = 4Ω, R₃ = 6Ω, tentukan arus listrik yang mengalir pada rangkaian di atas!

Baca Juga: Gambar Rangkaian Listrik Seri

Penyelesaian:

Untuk menyelesaikan soal lakukan langkah berikut:

• Tentukan arah arus dalam rangkaian. Dalam soal ini, kita pilih arah arusnya searah jarum jam. Ini karena E₁ > E₂. Olehnya itu maka E₁ diberi tanda + dan E₂ diberi tanda negatif.

• Karena resistor dalam rangkaian ini tersusun seri semua semua sumber tegangan maka kuat arus yang melalui setiap resistor sama. Kita simbolkan arus tersebut adalah I, seperti dalam gambar di atas.
• Untuk menyelesaiakan soal ini kita gunakan Hukum Kirchoff kedua yakni,

∑E = ∑IR

• Terapkan persamaannya,

E₁ – E₂ =IR₁ + IR₂ + IR₃

E₁ – E₂ =I(R₁ + R₂ + R₃ )

• Mengganti nilai-nilai dalam persamaan, kita akan mendapatkan,

10 – 5 = I(2+4+6)
I = 5/12 V/Ω

• Sehingga akan diperoleh I = 0,416 A. Arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah 0,416 A. Arus listrik bertanda positif yang artinya arah arus listrik sama dengan arah putaran jarum jam. Jika arus listrik bernilai negatif maka arah arusnya berlawanan arah jarum jam.

Baca Juga: Basic Meter : Alat Ukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik DC

Jika anda menggunakan tulisan ini sebagai referensi, berikut contoh penulisan daftar pustakanya:

Format APA (American Psychological Association): Nama web/situs, tgl artikel dibuat, judul artikel, waktu diakses, alamat website (URL) secara lengkap.

• Hermananis.com. (2023, 20 September). Hukum Kirchhoff. Diakses pada tgl bulan tahun, dari https://hermananis.com/hukum-kirchoff/

File PDF dapat didownload pada tautan berikut ini: Klik disini!

Demikian semoga bermanfaat