Dalam ilmu fisika, terdapat hukum kirchoff yang digunakan untuk mengatur tentang percabangan dan loop pada listrik arus searah. Materi kali ini kita akan membahas secara lengkap tentang hukum kirchoss. Materi yang dibahas meliputi pengertian hukum kirchoff, bunyi hukum kirchoff, rumus hukum kirchoff dan contoh soal hukum kirchoff dengan pembahasannya.
Baca Juga : Hukum Coulomb dan Penjelasannya
Pengertian Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff adalah dua persamaan yang berkaitan dengan arus dan beda potensial (tegangan) dalam rangkaian listrik. Hukum kirchoff pertama kali dikenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) pada tahun 1845, yaitu seorang ahli fisika asal Jerman.
Pada dasarnya, hukum kirchoff menjelaskan tentang rangkaian sederhana yang terdiri dari lampu, baterai dan saklar yang terhubung satu sama lain. Ketika saklar dalam keadaan terbuka, maka arus listrik belum mengalir dan lampu masih tetap padam. Sedangkan ketika saklar dalam keadaan disambungkan, arus listrik akan mengalir dari kutub positif ke kutub negatif baterai sehingga lampu akan menyala.
Hukum kirchoff dibagi menjadi 2 bagian, yaitu hukum kirchoff 1 dan hukum kirchoff 2. Lebih jelasnya berikut penjelasannya.
Hukum Kirchoff 1
Hukum kirchoff 1 berbunyi “Kuat arus total yang masuk melalui titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik sama dengan kuat arus total yang keluar dari titik percabangan.“
Hukum kirchoff 1 dikenal juga dengan Hukum Arus Kirchoff atau Kirchoff’s Current Law (KCL). Hukum kirchoff 1 berlaku pada rangkaian bercabang yang berkaitan dengan arah arus saat melewati titik percabangan.
Perhatikan gambar di bawah ini:
Pada gambar tersebut, besar arus total yang melewati percabangan a secara matematis di rumuskan dengan Σ Imasuk = Σ Ikeluar yang besarnya adalah I1 = I2 + I3.
Baca Juga : Hukum Pascal dan Penjelasannya
Hukum Kirchoff II
Hukum kirchoff II berbunyi “Total beda potensial (tegangan) pada suatu rangaian tertutup adalah nol”.
Hukum kirchoff II dikenal juga dengan Hukum Tegangan Kirchoff atau Kirchoff’s Voltge Law (KVL). Pada hukum kirchoff II berlaku pada rangkaian tidang bercabang yang digunakan untuk menganalisis beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. Hukum kirchoff II memiliki versi lain, yaitu pada rangkaian tertutup jumlah aljabar GGL (ε) dan jumlah penurunan potensial (IR) sama dengan nol.
Perhatikan gambar dibawah ini.
Berdasarkan gambar diatas, total tegangan pada rangkaian tersebut yaitu Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0. Pada hukum kirchoff II menjelaskan bahwa penurunan beda potensil sama dengan nol yang artinya tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan.
Secara matematis, hukum kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:
Σε + ΣV = 0
Keterangan:
Σε : Jumlah GGL sumber arus (v)
V : Beda potensial komponen
Untuk mengetahui lebih jelas tentang Hukum kirchooff II, perhatikan gambar dibawah ini tentang rangkaian tertutup sederhana berikut ini:
Dari rangkaian tersebut, maka berlaku persamaan berikut ini. Jika arah kuat arus listrik searah dengan arah loop dan kuat arus listrik bertemu dengan kutub (+) potensial tegangan terlebih dulu, maka tanda tegangan GGL adalah (+).
I . R + I . r – E = 0…………..1)
E = I (R + r)
I = E/(R + r)
I . R = E – I . r
I.R merupakan beda potensial pada komponen resistor R atau disebut juga dengan tegangan jepit.
Ketika berbagai arus listrik bertepatan di suatu titik, maka jumlah aljabar dari kekuatan arus-arus tersebut adalah 0 (nol) di titik pertepatan tadi.
Besar arus listrik yang mengalir menuju titik percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari percabangan. Perhatikan gambar dibawah ini:
E1 = V1 + V2 + V3
E1 – V1 – V2 -V3 = 0
E1 – (V1 + V2 + V3) = 0
Keterangan:
E1 : tegangan sumber dalam Volt (V)
V1, V2, V3 : tegangan masing-masing resistor
I = I1 + I2 + I3
I – I1 – I2 – I3 =0
Keterangan:
I : arus input dalam Ampere (A)
I1, I2, I3 : arus output dalam Ampere (A)
Ia + Ib + Ic = I1 + I2 + I3
Ia + Ib + Ic -I – I1 – I2 – I3 = 0
Ia + Ib + Ic – (I1 + I2 + I3) = 0
Keterangan:
Ia, Ib, Ic : Arus input dalam Ampere
I1, I2, I3 : Arus output dalam Ampere
Dalam rangkaian listrik yang terdiri dari sumber tegangan dang komponen-komponen berlaku hukum kirchoff. Hukum Kirchoff terdiri dari hukum kirchhoff tegangan (Kirchhoff voltage law atau KVL) dan hukum Kirchhoff arus (Kirchhoff Current Law atau KCL).
Baca Juga : Hukum Archimedes dan Penjelasannya
Hukum Kirchoff Tegangan
Hukum kirchhoff tegangan berbunyi bahwa dalam suatu loop tertutup maka jumlah sumber tegangan dan tegangan jatuh adalah Nol.
Perhatikan gambar dibawah:
Pada rangkaian diatas rangkaian terdiri dari sumber tegangan dan empat buah komponen. Ketika sumber tegangan dijumlah dengan tegangan jatuh pada keempat komponen, maka hasilnya adalah Nol. Persamaan yang berlaku yaitu:
V1+V2+V3+V4-E=0
Hukum Kirchhoff Arus
Hukum kirchoff arus berbunyi bahwa suatu simpul percabangan, maka jumlah arus listrik yang menuju simpul percabangan dan arah yang meninggalkan percabangan adalah Nol.
Perhatikan gambar percabangan arus listrik dalam suatu simpul dibawah ini:
Pada rangkaian diatas terdapat tiga komponen arus menuju simpul dan tiga komponen arus yang meninggalkan simpul. Jika kenam komponen arus ini dijumlahkan maka hasilnya adalah Nol. Persamaan matematis yang berlaku pada rangkaian tersebut yaitu:
I1+I2+I6-I3-I4-I5=0
Baca Juga : Hukum Newton 1 2 3 dan Penjelasannya
Contoh Soal Hukum Kirchoff
Perhatikan gambar rangkaian tertutup dibawah ini
Jika R1 = 2Ω, R2 = 4Ω dan R3 = 6Ω , maka kuat arus yang mangalir pada rangkaian adalah …
Pembahasan:
Terlebih dahulu tentukan arah arus dan arah loop, searah dengan arah jarum jam.
Dengan menggunakan hukum kirchoff II, didapatkan nilai arus listrik sebagai berikut:
ΣIR + Σε= 0
i . R1 – E1 + i . R2 + i . R3 + E2 = 0
i (R1 + R2 + R3) + E2 – E1 = 0
i (2Ω + 4Ω + 6Ω ) + 3V – 9V = 0
12i – 6V = 0
12i = 6V maka i = 0.5 A
Baca Juga : Hukum Kekekalan Energi dan Penjelasannya
Demikian artikel mengenai Hukum Kirchoff dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.