Hukum Kirchhoff

Posted on

Pengertian Hukum Kirchhoff ☑️ Dilengkapi Bunyi Hukum Kirchhoff 1 dan 2, ☑️ Rumus  (persamaan) serta Contoh soal + Pembahasan☑️

Pembahasan materi tentang rangkaian listrik dalam ilmu Fisika tidak bisa dilepaskan dari hukum Kirchoff. Bunyi hukum Kirchhoff ini pada dasarnya menjelaskan mengenai rangkaian listrik sederhana yang mana di dalamnya terdiri atas baterai, lampu dan saklar yang saling terhubung.

Guna membantu teman teman mencari refrensi belajar konsep materi hukum kirchhoff 1 dan 2, berikut kami ulas mengenai pengertian, bunyi hukum, rumus dan juga contoh soal dan pembahasannya lengkap. Untuk lebih jelasnya, silahkan teman teman baca artikelnya dibawah ini.

Pengertian Hukum Kirchhoff

hukum kirchhoff
Via : www.sciencefacts.net

Hukum KIrchhoff adalah hukum yang mengatur tentang percabangan dan loop. Hukum Kirchhoff ditemukan dan diperkenalkan pertama kali oleh Gustav Robert Kirchhoff, seorang ahli Fisika dari Jerman pada tahun 1845.

Hukum ini menjelaskan tentang arus dan tegangan atau beda potensial. Pada dasarnya, hukum ini menjelaskan tentang rangkaian listrik sederhana yang hanya terdiri atas saklar yang saling terhubung, baterai dan lampu.

Ketika saklar dibuka, arus listrik belum mengalir sehingga lampu tetap dalam keadaan padam. Kemudian, ketika saklar dalam keadaan tersambung, barulah arus listrik akan mengalir hingga membuat lampu menyala.

Hukum ini memiliki peran penting dalam rangkaian elektronika, diantara kelebihan dan fungsi hukum kirchhoff adalah membuat perhitungan tegangan dan arus yang tidak diketahui menjadi mudah dan juga  Analisis dan penyederhanaan rangkaian loop tertutup yang kompleks menjadi mudah dikelola.

Hukum Kirchhoff bekerja dengan asumsi bahwa tidak ada medan magnet yang berfluktuasi dalam loop tertutup. Medan listrik dan gaya gerak listrik dapat diinduksi yang menghasilkan pelanggaran aturan Kirchhoff di bawah pengaruh medan magnet yang bervariasi.

Perbedaan Hukum Kirchhoff 1 (Arus) dan Hukum Kirchhoff 2 (Tegangan) :

KCL KVL
Jumlah semua arus yang masuk ke simpul (node) tertentu sama dengan jumlah semua arus yang keluar dari simpul tersebut Jumlah semua tegangan di sekitar jalur tertutup (loop) adalah nol
Analisis simpul lebih diutamakan untuk mendapatkan potensial simpul karena arus yang masuk/keluar dapat dinyatakan dalam potensial simpul (node). Analisis loop lebih diutamakan untuk mendapatkan arus loop karena perbedaan potensial loop dapat dinyatakan dalam arus loop

Batasan Hukum Kirchoff :

Hukum Kirchhoff memiliki keterbatasan yang hanya berlaku untuk semua kasus di mana muatan listrik total konstan di wilayah yang dipertimbangkan selama hukum diterapkan untuk titik tertentu.

Namun, di beberapa kasus, kerapatan muatan mungkin tidak konstan. Karena muatan adalah kekal, satu-satunya cara ini mungkin adalah jika ada aliran muatan melintasi batas wilayah. Aliran ini akan menghasilkan arus / daya listrik, sehingga melanggar hukum Kirchhoff.

Keterbatasan lain pada hukum kirchoff juga terdapat pada rangkaian yang bekerja dengan asumsi bahwa tidak ada medan magnet yang berfluktuasi dalam loop tertutup. Medan listrik dan GGL dapat diinduksi, yang menyebabkan hukum Kirchhoff putus dengan adanya medan magnet variabel.

Bunyi Hukum Kirchhoff 1

teori hukum kirchoff 1

“Bunyi hukum Kirchhoff 1 menyatakan bahwa besarnya kuat arus yang masuk ke percabangan sama dengan besarnya kuat arus yang keluar atau jumlah kuat arus pada sebuah titik sama dengan nol.”

Dari bunyi hukum tersebut, dapat disimpulkan bahwa muatan total yang menuju ke suatu titik sama dengan muatan total yang keluar dari titik tersebut. Jika dirumuskan secara matematis rumus hukum Kirchhoff ini adalah:

Hukum Kirchhoff masih dibagi lagi menjadi 2 berdasarkan aturannya. Yang pertama adalah Hukum Kirchhoff 1 yang membahas tentang muatan, dan hukum kirchhoff 2 yang lebih fokus membahas beda potensial pada rangkaian tertutup. Berikut untuk rumus hukum kirchhoff 1 :

Rumus Hukum Kirchhoff 1

rumus hukum kirchoff 1

Rumus hukum kirchhoff 1 menyatakan jumlah (sigma) arus yang masuk memiliki nilai sama dengan jumlah arus keluar (Σ Imasuk = Σ Ikeluar) , sehingga dalam persamaan matematika dinotasikan I1 + I3 + I4 = I2  + I5

Dalam rangkaian listrik, kuat arus merupakan besaran jumlah muatan yang mengalir pada komponen penghantar listrik dalam periode waktu tertentu, artinya muatan listrik bersifat kekal.

Dari pernyataan diatas, besaran muatan listrik yang masuk maupun keluar dari titik percabangan selalu memiliki nilai yang sama, sehingga rumus kirchhoff 1 juga bisa dinotasikan : Q1 + Q3 + Q4 = Q2 + Q3

rumus hukum kirchof 1

Istilah Node dalam rangkaian listrik umumnya mengacu pada koneksi atau persimpangan dua atau lebih jalur atau elemen pembawa arus seperti kabel dan komponen.

Kemudian agar arus mengalir masuk atau keluar dari simpul, jalur rangkaian tertutup harus ada. Kita dapat menggunakan rumus hukum Kirchhoff 1 diatas ketika ingin menganalisis rangkaian paralel.

Contoh Soal Hukum Kirchhoff 1

Setelah memahami konsep dasar teori Hukum Kirchhoff 1 & 2 di atas, sekarang Anda sudah bisa menerapkannya dalam contoh soal. Berikut adalah beberapa contoh soal hukum Kirchhoff .

a. Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini! Jika R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 6Ω, berapakah besaran kuat arus listrik yang mengalir?

soal kirchhoff 1

Pembahasan :

# Langkah 1 : Tentukan arah arus pada rangkaian (pada contoh soal ini kita gunakan arah arus searah jarum jam). Ketika arus mengalir melintasi resistor, ada potensi penurunan, sehingga didapatkan persamaan V = IR bertanda negatif.

# Langkah 2 : Jika arus bergerak dari rendah ke tinggi maka sumber ggl (E) bertanda positif, Begitu juga jika arus bergerak dari tegangan tinggi ke rendah (+ ke -) maka sumber ggl (E) bertanda negatif, sehingga didapatkan persamaan : – IR1 + E1 – IR2 – IR3 – E2 = 0

# Langkah 3 : Substitusikan nilai nilai kedalam persamaan yang sudah didapatkan diatas : 

–2I + 10 – 4I – 6I – 5 = 0

-12I + 5 = 0

I = -5/-12

I = 0.416

Jadi Arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 0,416 A.

b. Dari gambar rangkaian listrik berikut, diketahui arus listrik yang melewati I2= 1A, I1= 3A, I4= 0,5A. Maka tentukan berapa besar arus listrik yang melewati I3 dan I5!

soal hukum kirchoff 1
Via : Quipper.com

Pembahasan:

Pertanyaan ini bisa diselesaikan dengan menerapkan hukum Kirchoff 1 dimana :

∑i masuk = ∑Vi keluar

I1 = I5

I2+I3+I4 =I5

1 + I3 + 0,5 = 3

I3 = 3 – 0,5

I3 = 1,5A

Jadi besarnya kuat arus listrik yang melewati I3 adalah 1,5 A dan melewati I5 adalah 3 A.

Bunyi Hukum Kirchoff 2

bunyi hukum kirchoff 2
bunyi hukum kirchoff 2
Hukum Kirchoff 2 menyatakan bahwa dalam rangkaian loop (rangkaian tertutup), jumlah aljabar GGL dan jumlah penurunan potensialnya sama dengan nol. Atau bisa juga berbunyi bahwa beda potensial atau tegangan pada sebuah rangkaian tertutup adalah sama dengan nol.

Berbeda dengan hukum Kiirchoff I yang berlaku pada rangkaian listrik yang bercabang, hukum Kirchoff 2 ini berlaku dan digunakan pada rangkaian tertutup untuk menganalisa beda potensial atau tegangannya. Karena itu, hukum ini disebut juga dengan hukum tegangan Kirchoff.

 

Rumus Hukum Kirchhoff 2

rumus hukum kirchof 2

 

Rumus hukum kirchhoff 2 adalah V+(IR)=0. Sebagai ilustrasinya, jika kita memiliki suatu muatan (Q) pada sembarang titik beda potensial (V), maka energi yang dimiliki oleh muatan tersebut adalah QV.

Kemudian jika muatan mengalami perpindahan (bergerak), maka muatan yang dimiliki akan mendapatkan tambahan energi atau kehilangan sebagian energi ketika melalu resistor baterai atau elemen rangkaian lainnya. Namun saat muatan kembali ke titik awal, maka energi akan kembali menjadi QV.

Jumlah rangkaian tertutup yang ada dalam satu rangkaian listrik tidak hanya ada 1 bahkan bisa dua atau lebih. Dalam penerapannya pada rangkaian tertutup, ada aturan yang harus diperhatikan:

  • Tentukan loop masing-masing rangkaian dengan arah tertentu.
  • Apabila searah loop, penurunan tegangannya diberikan tanda plus (+) begitu pula sebaliknya jika berlawanan arah dengan loop, penurunan tegangannya bertanda negatif (-).
  • Jika ketika mengikuti arah loop, pada sumber tegangan ditemui lebih dulu kutub positifnya, maka GGL akan bertanda positif. Begitu juga sebaliknya jika yang ditemui lebih dulu adalah kutub negatif, maka GGL juga bertanda negatif (-).

Ketika rangkaian listrik AC atau rangkaian DC dianalisis berdasarkan hukum rangkaian Kirchhoff 2, Anda harus jelas dengan semua terminologi dan definisi yang menggambarkan komponen sirkuit seperti jalur, simpul, jerat, dan loop.

Contoh Soal Hukum Kirchhoff 2

a. Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini. Temukan arus yang mengalir pada Resistor 40Ω, R3!

soal kirchhoff 2
Via : electronics-tutorials.ws

Pembahasan :

# Langkah 1 : Rangkaian memiliki 3 cabang, 2 node (A dan B) dan 2 loop independen. Maka didapatkan persamaan :

  • Node A : I1 + I2 = I3
  • Node B : I3 = I1 + I2

# Langkah 2 : Menggunakan Hukum Tegangan Kirchhoff, didapatkan KVL persamaan sebagai berikut :

  • Perputaran arus 1 : 10 = R1 I1 + R3 I3 = 10I1 + 40I3
  • Perputaran arus 2 : 20 = R2 I2 + R3 I3 = 20I2 + 40I3
  • Perputaran arus 3 : 10 – 20 = 10I1 – 20I2

# Langkah 3 : Karena I3 adalah jumlah dari I1 + I2, maka diperoleh persamaan berikut :

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

# Langkah 4 : Dari kedua hasil diatas, kita telah mendapatkan dua “Persamaan Simultan” yang bisa disederhanakan :

  • Substitusi nilai I1 ke I2 = -0,143 Amps
  • Substitusi nilai I2 ke I1 = +0,429 Amps

# Langkah 5 : Karena I3 = I1 + I2, Maka :

  • Arus yang mengalir dalam resistor R3 adalah -0,143 + 0,429 = 0,286 Amps
  • Tegangan yang melintasi resistor R3 adalah 0,286 x 40 = 11,44 volt

Penerapan Hukum Kirchhoff

Sama seperti hukum lain dalam ilmu Fisika, hukum Kirchoff juga diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Namun contoh penerapannya mungkin cukup sulit untuk dilihat secara kasat mata karena ini berupa sebuah rumus, bukan berupa komponen.

Setelah mengetahui bunyi hukum Kirchoff sebagaimana yang dijelaskan di atas, berikutnya adalah bagaimana penerapannya :

  • Asumsikan semua tegangan dan hambatan diberikan. (V1, V2,… R1, R2, dst.)
  • Tetapkan arus listrik yang mengalir ke setiap cabang (searah jarum jam atau berlawanan arah)
  • Beri label setiap cabang dengan arus cabang. ( I1, I2, I3 dst.)
  • Temukan persamaan hukum pertama Kirchoff untuk setiap simpul.
  • Temukan persamaan hukum kedua Kirchoff untuk setiap loop independen dari rangkaian.
  • Gunakan persamaan linier simultan yang diperlukan untuk menemukan arus listrik yang tidak diketahui.

Contoh penerapan hukum kirchhoff dalam kehidupan sehari hari yang pasti bisa dilihat adalah pada rangkaian listrik, baik itu parallel maupun seri. Misalnya ketika rangkaian listrik disusun secara seri, maka lampu yang dipasang paling dekat dengan sumber listrik memiliki nyala yang lebih terang.

Sementara ketika disusun secara parallel, maka semua lampu yang dipasang memiliki intensitas terang yang hampir sama, meski jaraknya dengan sumber listrik berbeda.

Kesimpulan :

Hukum kirchhoff menyatakan bahwa total arus di suatu persimpangan sama dengan jumlah arus di luar persimpangan, sedangkan jumlah tegangan di sekitar loop tertutup sama dengan nol.

Baca Juga : Bunyi Hukum Ohm

Nah, demikian tadi penjelasan dari wiki elektronika tentang hukum Kirchhoff, mulai dari bunyi hukum Kirchhoff, rumus penerapan dan contoh soal. Dari penjelasan di atas semoga bisa membantu memudahkan Anda dalam mengerjakan berbagai tipe contoh soal hukum kirchoff, baik soal hukum kirchoff 1 maupun contoh soal hukum 2 kirchhoff .

5/5 - (1 vote)
Related posts:
Gravatar Image
Mahasiswa telat lulus yang lagi hobi mempelajari Ilmu Elektronika!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *