RANGKUMAN PERKENALAN HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCOF

NAMA:RAFI DIO ADIBTA\

NIM:202231031

MATAKULIAH:RANGKAIAN LISTRIK D    

Konsep Arus Listrik dan Arah Gerakannya

Arus listrik adalah pergerakan muatan listrik dalam suatu rangkaian yang mengalir dari satu titik ke titik lain. Dalam fisika, arus listrik didefinisikan sebagai jumlah muatan listrik yang mengalir melalui suatu penampang kawat penghantar tiap satuan waktu. Satuan arus listrik dalam Sistem Internasional (SI) adalah Ampere (A), yang disimbolkan dengan huruf $I$. Rumus dasar untuk menghitung arus listrik adalah:

                                                                     I=tQ​

di mana:

• $I$= Arus listrik (Ampere),
• $Q$ = Jumlah muatan listrik yang mengalir (Coulomb),
• $t$= Waktu (sekon).

Sebagai contoh, jika suatu muatan listrik sebesar 6 Coulomb mengalir selama 2 detik melalui suatu konduktor, maka besar arus listrik yang mengalir adalah:

$$I=\frac{6}{2}=3\text{Ampere}$$

Muatan Listrik (Q)

Muatan listrik adalah sifat dasar partikel yang menyebabkan partikel tersebut mengalami gaya ketika berada dalam medan listrik. Dalam logam konduktor, muatan yang bergerak adalah elektron, yang memiliki muatan negatif. Muatan satu elektron adalah $1,6 \times 10^{-19}$ Coulomb. Ketika sejumlah elektron mengalir melalui kawat, jumlah total muatan listrik dapat dihitung dengan rumus:

$$Q = n$$

di mana:

• n = jumlah elektron yang mengalir,
• $e$ = muatan satu elektron ($1,6 \times 10^{-19} \, \text{C}$).

Sebagai contoh, jika ada $10^{20}$ elektron yang mengalir, maka jumlah muatan listrik yang dibawa oleh elektron-elektron tersebut adalah:

$$Q=10^{20}\times 1,6\times 10^{-19}=16\text{Coulomb}$$

Arah Arus Listrik

Perlu diingat bahwa ada dua konsep arah arus listrik:

1. Arah arus konvensional: Arus listrik dianggap mengalir dari kutub positif ke kutub negatif dari sumber tegangan. Arah ini didasarkan pada perjanjian internasional dan masih digunakan meskipun secara fisik tidak sesuai dengan arah aliran elektron.

2. Arah aliran elektron: Faktanya, dalam konduktor logam, yang bergerak adalah elektron yang memiliki muatan negatif. Karena muatan negatif ini, arah gerakan elektron adalah dari kutub negatif ke kutub positif, yang berlawanan dengan arah arus konvensional.

Sebagai contoh, dalam sebuah rangkaian sederhana dengan baterai, jika kutub positif baterai terhubung ke satu ujung kawat, dan kutub negatif terhubung ke ujung lainnya, arus konvensional akan mengalir dari kutub positif menuju kutub negatif, sementara elektron akan bergerak berlawanan arah dari kutub negatif ke positif.

Menghitung Jumlah Muatan dari Grafik

Ketika diberikan sebuah grafik hubungan arus terhadap waktu, kita dapat menghitung jumlah muatan listrik yang mengalir selama interval waktu tertentu dengan mencari luas area di bawah kurva grafik tersebut. Misalnya, jika grafik arus terhadap waktu berbentuk trapesium, maka jumlah muatan listrik dapat dihitung dengan rumus:

$$Q=\text{Luas trapesium}=\frac{1}{2}\times (a+b)\times t$$

Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahwa besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan padanya, serta berbanding terbalik dengan hambatan penghantar tersebut. Secara matematis, hukum ini dapat dituliskan sebagai:

$$V=I\times R$$

di mana:

• $V$ = Tegangan listrik (Volt),
• $I$ = Arus listrik (Ampere),
• $R$ = Hambatan listrik (Ohm).

Penjelasan lebih lanjut:

• Ketika tegangan pada rangkaian meningkat, maka arus yang mengalir juga akan meningkat jika hambatan konstan.
• Sebaliknya, jika hambatan pada rangkaian meningkat (misalnya, kawat lebih panjang atau lebih tipis), maka arus yang mengalir akan menurun jika tegangan konstan.

Contoh Soal Hukum Ohm:

Misalkan sebuah rangkaian sederhana terdiri dari sebuah baterai dengan tegangan 12 Volt yang mengalirkan arus melalui resistor sebesar 4 Ohm. Berapakah besar arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut?

Penyelesaian:

$$I=\frac{V}{R}=\frac{12\text{V}}{4\mathrm{\Omega }}=3\text{A}$$

Jadi, besar arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut adalah 3 Ampere.

    1.Hukum Kirchoff

    Hukum Kirchoff digunakan untuk menganalisis rangkaian listrik yang lebih kompleks, terutama ketika rangkaian tersebut memiliki beberapa percabangan atau lebih dari satu loop. Ada dua hukum utama Kirchoff:

1. Hukum Kirchoff I (Hukum Kirchoff Arus): Hukum ini menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke titik percabangan harus sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. Ini berarti bahwa tidak ada akumulasi muatan di titik tersebut. Secara matematis dapat dituliskan:

   $$\mathrm{\Sigma }{I}_{masuk}=\mathrm{\Sigma }{I}_{kelua\mathrm{r}}$$

   Contoh Soal: Misalkan ada tiga cabang di titik percabangan, dengan arus masuk sebesar 5 A, dan dua arus keluar masing-masing 2 A dan 1 A. Berapa arus yang keluar melalui cabang ketiga?

   Penyelesaian:

   $$I_{masuk}=I_{keluar1}+I_{keluar2}+I_{keluar3}$$$$5=2+1+I_{keluar3}\Rightarrow I_{keluar3}=2\text{A}$$

2. Hukum Kirchoff II (Hukum Kirchoff Tegangan): Hukum ini menyatakan bahwa dalam suatu loop tertutup, jumlah aljabar dari semua tegangan (perbedaan potensial) adalah nol. Ini berarti bahwa jumlah kenaikan tegangan di satu loop sama dengan jumlah penurunan tegangan di loop yang sama. Secara matematis, dapat ditulis:

   $$\mathrm{\Sigma }V=0$$

   Contoh Soal: Misalkan ada sebuah loop tertutup dengan sumber tegangan 12 V, dua resistor masing-masing 3 Ohm dan 2 Ohm, serta hambatan total 5 Ohm. Tentukan besar arus yang mengalir!

   Penyelesaian:

   • Jumlahkan tegangan dari setiap elemen: $\Sigma V = 12 \, \text{V} - (I \times 3 \, \Omega) - (I \times 2 \, \Omega) = 0$

   • Pecahkan persamaan: $12 = 5I \Rightarrow I = \frac{12}{5} = 2,4 \, \text{A}$

Jadi, besar arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut adalah 2,4 Ampere.

Dengan pemahaman Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff, Anda dapat memecahkan berbagai soal rangkaian listrik, baik yang sederhana maupun yang lebih kompleks dengan lebih terstruktur dan akurat.