Hukum Kirchoff: Penemu, Dasar Teori dan Hukum Kirchoff 1 dan 2

Hukum Kirchoff

Kalimat.ID – Hukum Kirchoff merupakan hukum yang mempelajari tentang fisika dan kelistrikan. Saat ini, membahas soal kelistrikan memang merupakan hal yang sama sekali tidak aneh di telinga kita. Karena peran dan juga apapun yang berkaitan dengan listrik memang sudah kita nikmati untuk kebutuhan sehari-hari.

Pemakaian lampu dan beberapa barang elektronik juga merupakan salah satu contoh sederhana dari pemanfaatan listrik itu sendiri. Terdapatnya beda potensial memang akan membuat lampu bisa menyala secara terang. Beda tegangan juga membuat beberapa alat elektronik bisa difungsikan untuk membantu pekerjaan setiap.

Langkah untuk mempelajarinya tentu saja harus secara lengkap dari penemu, teori dasar dan juga Hukum Kirchoff yang terbagi menjadi hukum 1 dan 2. Supaya Anda lebih memahaminya, berikut ini adalah penjelasan semua hal yang berkaitan dengan Hukum Kirchoff lengkap dengan contoh soal yang berkaitan langsung dengan teori hukum tersebut.

Penemu Hukum Kirchoff

Gustav Robert Kirchhoff merupakan salah satu ahli dalam bidang fisika yang berasal dari Jerman. Kirchhoff merupakan orang yang sangat berperan dan memiliki kontribusi besar terhadap pemahaman tentang rangkaian kelistrikan.

Dirinya menciptakan beberapa istilah tentang radiasi yang ditemukannya pada tahun 1862. Kemudian beberapa tahun kemudian dia juga meneliti tentang teori rangkaian serta emisi yang kemudian dikenal dengan hukum kimia panas.

Gustav Kirchhoff lahir di kota Königsberg, Prusia Timur. Dia berperan besar di dunia pendidikan dengan menjadi dosen. Pada saat membuat program disertasi dokter, Kirchhoff menemukan jika sebuah sinyal listrik yang terdapat dalam resistansi kawat akan bekerja pada sebuah kabel dengan kecepatan cahaya.

Di tahun 1862, Kirchhoff mendapatkan sebuah medali Rumford karena berhasil pada risetnya tentang jaringan spektrum matahari. Selain menjadi penemu Hukum Kirchoff, dia juga memberikan banyak sekali kontribusi besar pada bidang spektroskopi. Dia pun meresmikan sekitar 3 hukum untuk menggambarkan adanya spektral komposisi cahaya dari objek pijar.

Kirchhoff diketahui meninggal di tahun 1887. Dan karena jasa besarnya di dalam dunia penelitian, namanya sampai saat ini diabadikan menjadi Hukum Kirchoff.

Dasar Teori Hukum Kirchoff

Hukum Kirchoff merupakan sebuah hukum yang banyak kita temukan di dalam ilmu elektronika. Di mana hukum tersebut memang berfungsi sebagai penganalisis sebuah arus dan tegangan pada sebuah rangkaian. Pertama kali Hukum Kirchoff diperkenalkan pada tahun 1824-1887, seorang yang berasal dari Jerman dengan nama lengkap Gustav Robert Kirchhoff.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Gustav kirchhoff, dia berhasil menemukan sebuah pernyataan. Berikut ini pernyataan yang sudah ditemukannya di dalam setiap penelitian yang telah dijalankannya.

– Jika benda cair atau gas dengan memiliki tekanan tinggi dipijarkan, maka hal tersebut akan menghasilkan cahaya yang memiliki spektrum kontinu.
– Jika benda gas memiliki tekanan rendah dibicarakan, maka akan mengeluarkan cahaya yang memiliki spektrum emisi dan digambarkan seperti garis-garis terang dengan panjang gelombang pada sebuah warna tertentu. Hal tersebut sangat berkaitan langsung dengan tingkatan energi yang dihasilkan oleh atom atom yang terdapat pada kandungan gas dingin yang mempengaruhinya.
– Jika spektrum kontinu bekerja pada sebuah benda gas dengan tekanan rendah, maka akan menghasilkan cahaya yang memiliki spektrum serapan. Hasilnya akan berupa garis-garis yang memiliki panjang gelombang dengan tergantung pada kekuatan energi atom yang terdapat di dalam gas dingin yang mempengaruhinya.

Didalam memecahkan semua permasalahan yang terdapat di dalam rangkaian listrik yang sangat rumit, yang terdiri pada beberapa sumber tegangan dan juga sumber arus karena adanya beberapa hambatan maka hukum Kirchoff dipergunakan pada rangkaian tersebut.

Hukum Kirchoff merupakan salah satu peraturan. Yang memberikan banyak sekali aturan mengenai jalannya arus dan beberapa jumlah tegangan yang terdapat di dalam rangkaian arus listrik.

Di mana Di dalam arus listrik memang terdapat banyak sekali daya listrik yang memiliki kekuatan berbeda. Pada intinya Hukum Kirchoff memang sebuah aturan yang selalu mengikat di dalam sebuah arus listrik dan tegangan masuk maupun keluar pada sebuah rangkaian.

Medan listrik merupakan efek yang terjadi atas timbulnya muatan listrik yang didalamnya terdapat elektron, ion dan proton, pada sebuah ruangan yang terdapat di sekitarnya. Medan listrik dapat dituliskan dengan satuan N/C (Newton per Coulumb). Biasanya penerapan medan listrik terdapat di ilmu yang mempelajari tentang elektronika serta memanfaatkan nya pada sebuah kawat konduktor.

Muatan listrik merupakan sebuah muatan dasar yang terdapat di dalam sebuah benda. Di mana benda tersebut mengalami sebuah gaya sehingga mempengaruhi benda di sekitarnya yang juga dilalui muatan listrik. Untuk menggambarkan muatan, biasanya diberikan simbol Q. Satuan dari muatan yaitu Coulumb. Dimana besarnya adalah 6.24 x 1018 muatan dasar.

Arus listrik merupakan sebuah muatan listrik yang saat itu bergerak secara berkesinambungan di dalam sebuah komponen. Sebagai langkah mendefinisikan sebuah arus listrik biasanya tergantung dari besarnya muatan yang melewati medium tersebut. Arus listrik biasanya dituliskan dengan lambang I, dengan memiliki satuan Ampere.

Daya listrik merupakan sebuah laju hantaran dari energi listrik yang terdapat di dalam rangkaian yang dialiri arus listrik. Satuan dari daya listrik adalah Watt. Dan untuk menghitung besar daya listrik biasanya digunakan rumus P= V x I. Dimana daya (P), voltase (V), dan arus (I).

Di dalam penelitiannya Gustav Robert Kirchhoff kemudian membagi hukum tersebut menjadi dua yaitu hukum Kirchoff 1 dan 2. Berikut ini adalah penjelasan mengenai dua hukum tersebut.

Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchoff 1 diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada abad 19. Dimana dia mampu menemukan cara akurat dalam menentukan arus listrik yang terdapat di dalam rangkaian bercabang.

Bunyi Hukum Kirchoff 1 adalah: Arus total yang masuk pada sebuah titik percabangan yang terdapat di dalam sebuah rangkaian listrik akan nilai sama dengan arus total yang keluar pada titik percabangannya.

Aturan yang dibuat oleh Kirchhoff pertama kali yaitu sebuah pernyataan yang membahas mengenai kekekalan di dalam sebuah muatan listrik. Karena semua muatan terdapat pada titik tertentu yang ada pada sebuah rangkaian listrik harus keluar pada titik tersebut. Mengingat muatan sama sekali tidak akan bertambah pada salah satu titik yang dilewatinya.

Dari pernyataan Hukum Kirchoff 1 dapat ditemukan rumus secara matematis yaitu: I1 + I2 + I3 = I4 + I5 + I6

Hukum Kirchoff 2

Hukum Kirchoff 2 merupakan hasil dari pengembangan hukum pertama yang telah ditemukan. Bunyi dari Hukum Kirchoff 2 yaitu: Pada sebuah rangkaian listrik tertutup, sumpah sumber tegangan dengan kerugian tegangan akan selalu sama dengan 0.

Jika ada tuliskan secara matematis Hukum Kirchoff 2 yaitu: Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0
Pada pernyataan Hukum Kirchoff 2 tersebut yang dimaksud kerugian tegangan adalah besarnya seluruh tegangan hasil kali antara besarnya arus dan hambatan yang saat itu dilaluinya.

Hukum Sirkuit Kirchhoff

Pada dasarnya penggunaan Hukum Kirchoff memang berlaku pada sebuah rangkaian tertutup. Jika terdapat rangkaian listrik yang terdapat beberapa rangkaian tertutup, cara analisa memang ada beberapa persamaan lain yang harus digunakan untuk menghitungnya.

Hukum Arus Kirchoff

Prinsip dari kekekalan sebuah muatan listrik dapat dijelaskan menjadi beberapa pernyataan. Yang pertama adalah pada setiap titik percabangan yang terdapat dalam sirkuit listrik, total jumlah arus yang masuk pada titik tersebut akan sama dengan jumlah total arus yang keluar dari titik itu. Jadi semua jumlah total arus yang terjadi pada sebuah titik adalah nol.

Arus listrik merupakan besaran listrik positif atau negatif menunjuk pada arus tersebut, apa arus tersebut menuju luar ataupun dalam.

Arus listrik akan terjadi jika adanya perbedaan elektron. Karena kedua benda yang bermuatan jika dihubungkan pada sebuah penghantar selalu menghasilkan arus listrik. Kuat arus listrik dapat dituliskan dengan huruf I, satuan adalah ampere (A).
Jika dirumuskan arus listrik dituliskan: I = Q / t

keterangan:
I = kuat arus listrik (A)
Q = jumlah muatan listrik (Coulomb)
t = selang waktu (s)

Hukum Tegangan Kirchoff

Sebuah tegangan listrik akan bergantung pada energi yang mempengaruhinya. Dimana energi listrik memang memiliki prinsip jumlah terarah dari seluruh beda potensial listrik yang terdapat pada tegangan tertutup berjumlah 0.

Tegangan listrik dapat di katakan sebagai salah satu besarnya energi yang mempengaruhi terjadinya pergerakan muatan elektron, dari sebuah titik menuju ke titik yang lain. Semakin adanya perbedaan potensial dan semakin besarnya hal tersebut terjadi, maka akan semakin besar juga perbedaan dari jumlah muatan yang mengalir pada sebuah rangkaian listrik. Karena hal tersebut memang mempengaruhi adanya gaya dan besar muatan elektron yang melalui sebuah penghantar.

Jika dirumuskan, tegangan listrik dapat dituliskan: V=IxR
keterangan:
V = tegangan listrik (Volt ; V)
I = arus listrik (Ampere ; A)
R = resistansi/hambatan (Ohm ; Ω)

Di dalam mempermudah pemakaian Hukum Kirchoff, setiap peneliti memang harus mengacu pada beberapa hal. Berikut ini adalah Bagaimanakah cara termudah di dalam penerapan Hukum Kirchoff.

– Untuk menentukan arah arus yang terdapat di dalam setiap percabangan bebas, harus ditentukan terlebih dahulu titik percabangan arus apakah masuk maupun keluar.
– Silakan menentukan kelompok harus bebas dari lingkaran yang digunakan sebagai salah satu dasar di dalam menetapkan arus positif maupun negatif pada setiap sumber tegangan. Karena hal tersebut akan menentukan kerugian tegangan dan juga persamaan yang dipakai.
– Setelah menentukan arah dari arus kelompok, peneliti harus segera membuat persamaan yang terdapat di dalam setiap kelompoknya. Arah dari arus listrik pada setiap cabang arus searah dengan kutub sumber tegangan. Karena awal dari sebuah arus memang memiliki tegangan positif.
– Setiap arus listrik yang mengalir pada setiap cabang harus memiliki besar yang sama.
– Jika terdapat perhitungan di beberapa cabang arus bertanda negatif, maka arus tersebut merupakan arus yang salah dan harus segera diperbaiki.

Didalam ilmu elektronika terdapat beberapa macam jenis bahan yang terpengaruh oleh Hukum Kirchoff. Dengan memanfaatkan beberapa jenis barang, tentu saja dari segi fungsi dan juga penggunaannya akan bisa mempermudah para pemakainya untuk keperluan sehari-hari.

Konduktor merupakan arus listrik yang mampu dihasilkan saat elektron bebas bergerak mengikuti arah dari atom satu ke beberapa atom lainnya. Semua bahan yang bisa memungkinkan dialiri elektron bergerak tersebut dinamakan konduktor.

Beberapa media yang biasanya paling mudah disebut sebagai konduktor yaitu aluminium, tembaga, kuningan, besi, perak, dan seng. Beberapa bahan tersebut memang sangat mudah dialiri elektron bebas karena kualitasnya yang sangat baik.

Isolator merupakan bahan yang memiliki sedikit elektron sehingga sangat sulit untuk dialiri listrik. Bahan-bahan dalam kategori isolator misalnya karet, kaca, mika, plastik dan keramik. Sebagai contohnya kabel listrik supaya dapat berfungsi harus dibalut dengan bahan isolator supaya konduktor yang terdapat di dalamnya tidak terpengaruh apapun dari sisi luar.

Semikonduktor merupakan material yang bisa berfungsi sebagai isolator dan juga konduktor. Biasanya bahan tersebut banyak ditemukan pada beberapa jenis silikon. Biasanya barang yang menggunakan prinsip semi konduktor misalnya dioda dan transistor. Dengan penggunaan bahan tersebut beberapa barang lektronik dapat berfungsi.

Contoh Soal Hukum Kirchoff

1. Pada sebuah rangkaian terdapat beberapa cabang resistor dengan ketentuan:
R1 = 10Ω, R2 = 20Ω, R3 = 40Ω, V1 = 10V dan V2 = 20V.

Contoh Soal Hukum Kirchoff

Temukanlah besarnya arus yang melewati resistor R 3 di atas.

Penyelesaian:
Pada rangkaian yang terdapat di dalam gambar, ada 3 buah percabangan, 2 buah titik serta 2 loop bebas. Untuk menghitung ya dibutuhkan beberapa cara. Yang pertama adalah menggunakan teori Hukum Kirchoff 1. Karena untuk mencari persamaan pada titik A dan B.

Titik A: I1 + I2 = I3
Titik B: I3 = I1 + I2

Setelah menemukan baru beralih pada hukum Kirchoff 2 di dalam menentukan nilai Loop 1, 2 dan 3.

Loop 1: 10 = R1 x I1 + R3 x I3 = 10I1 + 40I3
Loop 2: 20 = R2 x I2 + R3 x I3 = 20I2 + 40I3
Loop 3: 10 – 20 = 10I1 – 20I2

Hasil dari I3 merupakan hasil akhir dari penjumlahan I1 ditambah I2, maka akan semakin Jelas jika ditulis di dalam persamaan berikut ini:

Persamaan ke-1: 10= 10I1 + 40(I1 + I2) = 50I1 + 40I2
Persamaan ke-2: 20= 20I2 + 40(I1 + I2) = 40I1 + 60I2

Pada saat memiliki 2 buah persamaan, hasil dari persamaan tersebut akan didapatkan nilai dari I1 dan I2 yaitu:
I1 = -0.143 A
I2 = +0.429 A

Karena nilai dari I3 didapatkan dari I1+I2

Maka dapat disimpulkan jika arus listrik itu mengalir di R3 yaitu -0.143 + 0.429 = 0.286 Ampere. Dan tegangan listrik yang melewati titik R3= 0.286 x 40 = 11.44 Volt
Adanya tanda negatif yang terdapat pada arus I1, merupakan tanda arah dari aliran arus listrik yang terdapat di dalam rangkaian tersebut salah. Karena arus listrik yang benar seharusnya mengarah pada V1. Dapat disimpulkan jika V2 sedang melakukan pengisian atau charging ke V1.

2. Tentukanlah nilai dan besarnya I4, jika diketahui I1 = 6A, I2 = 3 A dan I3 = 7 A
Silakan mengacu pada hukum Kirchoff 1 yaitu: ΣImasuk = ΣIkeluar
I1 + I2 = I3 + I4
6 + 3 = 7 + I4
9 = 7 + I4
I4 = 9-7 = 2A

Contoh Soal Hukum Kirchoff

3. Total dari kuat arus yang melewati titik X yaitu 5 Ampere, dan yang keluar adalah 4 Ampere. Dari titik X keluar arus harus 5 Ampere maka arus yang masuk pada titik cabang iye sudah tentu adalah 3 Ampere. Pada sisi cabang Y, jumlah dari total kuat arus yang masuk yaitu 4 Ampere, jadi I= 4 Ampere.

Itulah pembahasan lengkap mengenai Hukum Kirchoff yang bisa anda pahami. Semoga dengan membaca keseluruhan materi dan juga contoh soal yang sudah terdapat di dalam ulasan di atas, anda akan semakin mudah menguasai Hukum Kirchoff. Semoga bermanfaat dan menambah pengalaman baru.