Di sekolah, kamu pasti sudah pernah mendengar hukum Kirchoff 1 dan 2 di pelajaran fisika. Sebenarnya siapa Kirchhoff itu? Fisikawan asal Jerman ini memiliki nama lengkap Gustav Robert Kirchhoff.
Siapa tokoh ternama dibalik hukum Kirchhoff 1 dan 2 ini? Simak penjelasan selengkapnya di artikel berikut ini!
Daftar ISI
Sejarah Hukum Kirchhoff dan Pencetusnya
Hukum Kirchhoff ditemukan oleh fisikawan Jerman bernama Gustav Robert Kirchhoff pada pertengahan abad ke-19. Gustav Robert Kirchhoff lahir di Konigsberg, Prussia (yang sekarang adalah Kaliningrad, Russia) pada tanggal 12 Maret 1824.
Ia merupakan seorang fisikawan yang dikenal memiliki kontribusi pada pemahaman konsep teori rangkaian listrik, emisi radiasi benda hitam, dan spektroskopi hingga saat ini.
Riwayat Hidup Kirchhoff
Kirchhoff lahir dalam keluarga akademisi yang mempengaruhi minatnya dalam ilmu pengetahuan. Ketika Kirchhoff masih berusia muda, ia sudah mulai menunjukkan minat dan bakatnya di bidang matematika dan fisika, yang kemudian membawanya ke Universitas Konigsberg pada usianya yang masih 18 tahun.
Kirchhoff menjadi matematikawan dan murid ternama di Universitas Konigsberg. Di bawah bimbingan Carl Gustav Jacob Jacobi, Kirchhoff kemudian mulai mengembangkan kemampuan dan keterampilannya di bidang matematika yang akan menjadi landasan bagi karya-karyanya di masa depan.
Pada tahun 1847, Kirchhoff mengajukan hukum panas yang menyatakan bahwa dua sumber panas dalam kesetimbangan termal, jumlah produk dari suhu, dan daya panas yang dipancarkan akan sama.
Meskipun gagasan ini menjadi dasar penting dalam ilmu termodinamika, namun hukum panas ini tidak terkait langsung dengan hukum Kirchhoff yang lebih dikenal saat ini.
Puncak Karir Kirchhoff
Pada tahun 1848, Kirchhoff mencapai puncak dalam karirnya ketika ia akhirnya menjadi profesor fisika di Universitas Breslau (sekarang Wrocław, Polandia). Kemudian Kirchhoff bertemu dengan mahasiswa muda yang berbakat bernama Robert Wilhelm Bunsen.
Mereka membangun hubungan kerjasama yang erat sehingga dikenal dengan nama Bunsen-Kirchhoff, yang juga merupakan hubungan antara warna panjang gelombang cahaya dan komposisi elemen.
Hasil Penelitian Kirchhoff
Kemudian pada tahun 1845, Kirchhoff mempublikasikan hasil penelitiannya terkait rangkaian listrik dan merumuskan dua hukum penting yang sekarang dikenal sebagai hukum Kirchoff 1 dan 2.
Hukum Kirchhoff ini berasal dari pernyataan Gustav Kirchhoff bahwa dalam sebuah sirkuit listrik dengan percabangan, jumlah arus yang mengalir masuk ke percabangan adalah sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut.
Hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa jumlah total arus yang mengalir pada suatu simpul (titik penyambung) dalam rangkaian listrik adalah nol.
Sementara itu, hukum Kirchhoff 2 menyatakan bahwa jumlah total tegangan yang jatuh di seluruh elemen rangkaian dalam suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan tegangan yang diberikan oleh sumber listrik dalam rangkaian tersebut.
Penemuannya dalam penelitian tersebut telah memberikan fondasi atau panduan umum bagi analisis rangkaian listrik untuk memahami aliran arus dan tegangan dalam berbagai aplikasi teknik, seperti sistem tenaga dan desain sirkuit elektronik.
Nama Kirchhoff kemudian diakui dan dihormati dalam dunia akademis dan diabadikan dalam hukum-hukum yang ia rumuskan.
Pada tahun 1850, Kirchhoff akhirnya meninggalkan Universitas Breslau dan menjadi seorang profesor di Universitas Humboldt, Berlin. Ia kemudian berkontribusi dalam berbagai bidang ilmu fisika, seperti termodinamika, teori elektromagnetisme, dan spektroskopi.
Pengertian Hukum Kirchhoff
Nah, kamu sudah mengenal siapa itu Gustav Robert Kirchhoff dan bagaimana ia mencetus hukum Kirchhoff 1 dan 2. Lantas, apa perbedaan antara hukum Kirchoff 1 dan 2? Mari simak pembahasan berikut ini.
Hukum Kirchhoff 1
Hukum Kirchhoff 1 biasa dikenal dengan hukum arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current Law (KCL). Hukum ini menyatakan bahwa jumlah total arus yang mengalir pada suatu simpul dalam suatu rangkaian listrik adalah nol.
Dengan ungkapan lain, jumlah arus yang mengalir masuk ke simpul sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari simpul tersebut. Konsep ini pada umumnya didasari oleh hukum kekekalan muatan di mana muatan listrik tidak dapat dihancurkan atau tidak dapat diciptakan dan hanya bisa dialihkan dari satu titik ke titik yang lain.
Adapun rumus hukum Kirchhoff 1 adalah sebagai berikut:
∑Imasuk = ∑Ikeluar
Keterangan:
∑I masuk = jumlah arus yang masuk, satuan Ampere (A);
∑I keluar = jumlah arus yang keluar, satuan Ampere (A)
Hukum Kirchhoff 2
Selanjutnya, hukum kirchhoff 2 berlaku untuk rangkaian yang tidak memiliki cabang.
Hukum Kirchhoff 2 bisa membantu kamu dalam mengatasi permasalahan ketika berhadapan dengan rangkaian yang lebih kompleks daripada rangkaian yang dapat kamu selesaikan menggunakan hukum Kirchhoff 1.
Adapun rumus hukum Kirchhoff 2 adalah sebagai berikut:
Σε = ΣIR = 0
Keterangan
Σε = jumlah tegangan (V);
Σ(IR) = jumlah perkalian antara arus dan hambatan (V);
I = arus listrik (A)
R = hambatan (Ω)
Aturan dalam Hukum Kirchhoff
Dalam hukum Kirchhoff, dikatakan bahwa total penurunan beda potensial dalam suatu rangkaian listrik adalah nol. Itu artinya, tidak ada energi listrik yang hilang atau disipasi, melainkan semua energi yang diserap dan digunakan oleh rangkaian.
Terdapat beberapa aturan lain yang juga perlu kamu perhatikan, di antaranya:
- Pilih loop untuk setiap lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pada dasarnya, kamu dapat memilih arah loop secara bebas. Namun, alangkah baiknya untuk memiliki arah loop yang sejalan dengan arah arus jika memungkinkan. Kamu bebas memilih arah loop yang searah atau berlawanan dengan arah jarum jam.
- Dalam suatu cabang, jika arah loop sejalan dengan arah arus, maka penurunan tegangan akan bersifat positif. Tetapi jika arah loop berlawanan dengan arah arus, maka penurunan tegangan akan bersifat negatif. Sebagai contohnya jika arah loop dan arus dipilih searah jarum jam, maka penurunan tegangan akan menjadi positif. Jika loopnya memiliki arah yang berlawanan arah jarum jam, maka penurunan tegangannya menjadi negatif.
- Saat mengikuti arah loop, apabila kutub sumber tegangan yang dijumpai lebih dulu adalah kutub positif, maka gaya gerak listriknya akan menjadi positif. Sebaliknya, jika kutub sumber tegangan yang dijumpai lebih dulu adalah negatif, maka gaya gerak listriknya bertanda negatif.
Contoh Soal dan Pembahasan
Setelah kamu mempelajari pengertian, sejarah, dan dasar hukum Kirchoff 1 dan 2, sekarang waktunya kamu mengerjakan latihan soal berikut ini. Jangan khawatir karena akan ada pembahasan serta jawabannya.
Contoh Soal 1
Perhatikan rangkaian listrik berikut ini!
Hitung besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut menggunakan hukum Kirchhoff 2!
Pembahasan:
ε1 = 6 V
ε2 = 12 V
R1 = 2 Ω
R2 = 6 Ω
R3 = 4 Ω
I = ?
Substitusikan ke dalam rumus Kirchhoff 2:
Σε = ΣIR = 0
-ε2 + ε1 + IR3 + IR2 + IR1 = 0
-12 + 6 + I(4) + I(6) + I(2) = 0
12I – 6 = 0
12I = 6
I = 6/12
I = 0,5 Ampere
Jadi, besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian listrik tersebut adalah sebesar 0,5 A.
Contoh Soal 2
Perhatikan rangkaian listrik berikut ini!
Diketahui:
ε1 = 16 V;
ε2 = 8 V
ε3 = 10 V
R1 = 12 Ω
R2 = 6 Ω, dan
R3 = 6 Ω
Hitunglah besar kuat arus listrik I!
Pembahasan:
Gunakan hukum Kirchhoff 1:
I = I1 + I2
I2 = I + I1 … (1)
Loop 1 :
-ε2 + ε1 + IR1 + I1R2 = 0
-8 – 16 + I(12) + I1(6) = 0
-24 + 12I + 6I1 = 0
12I + 6I1 = 24
Sederhanakan persamaan ini dengan membaginya dengan 3.
(12I + 6I1 = 24) : 3
4I + 2I1 = 8 …(2)
Loop 2 :
Σε + Σ(IR) = 0
ε3 + ε2 + I2R3 – I1R2 = 0
10 + 8 + I2(6) – I1(6) = 0
18 + 6I2 – 6I1 = 0
6I2 – 6I1 = -18
Sederhanakan persamaan ini dengan membaginya dengan 6.
(6I2 – 6I1 = -18) : 6
I2 – I1 = -3…(3)
Kemudian, substitusi persamaan (1) ke persamaan (3):
I2 – I1 = -3
(I – I1) – I1 = -3
I – 2I1 = -3…(4)
Selanjutnya, kamu tinggal mengeliminasi persamaan (2) dan (4):
4I + 2I1 = 8
I – 2I1 = -3
Berhubung koefisien pada I1 memiliki angka yang sama, kedua persamaan tersebut dilakukan penjumlahan agar variabel I1 nya hilang. Jadi hasilnya:
5I = 5
I = 1A
Maka, besar kuat arus listriknya adalah 1 Ampere.
Sudah Bisa Memahami Konsep Hukum Kirchoff 1 dan 2?
Sekarang kamu sudah mengerti tentang pengertian, dasar, rumus, sejarah dan pencetus dari hukum Kirchoff 1 dan 2, bukan? Jangan lupa untuk selalu memperhatikan arah loop. Ingat, hukum Kirchhoff hanya berlaku pada loop tertutup atau close loop.
