Hukum Kirchoff 1 dan 2: Bunyi, Rumus & Penerapan Dalam Keseharian
Hukum Kirchoff 1
Hukum Kirchoff 1, juga dikenal sebagai aturan pertemuan atau hukum percabangan, merupakan hukum dasar dalam analisis rangkaian listrik. Hukum ini menjelaskan tentang kekekalan muatan dalam suatu rangkaian yang terdiri dari beberapa percabangan.
Dalam sebuah rangkaian, terdapat titik persimpangan atau percabangan dimana arus listrik bisa bercabang menjadi beberapa arah. Hukum Kirchoff 1 menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke titik cabang akan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut. Ini berarti bahwa muatan listrik yang masuk ke suatu titik percabangan haruslah sama dengan muatan listrik yang keluar dari titik itu.
Misalnya, dalam gambar rangkaian berikut ini:
[image]
Dalam gambar tersebut, terdapat empat arus yang bercabang di titik A, yaitu I1, I2, I3, dan I’. Hukum Kirchoff 1 menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke titik A haruslah sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik A. Dengan kata lain, I = I1 + I2 + I3 + I’.
Hukum Kirchoff 1 didasarkan pada prinsip kekekalan muatan, dimana jumlah muatan yang masuk ke suatu titik haruslah sama dengan jumlah muatan yang keluar dari titik itu. Secara analogi, kita bisa membayangkan rangkaian listrik seperti sebuah bus pariwisata yang mengangkut 50 penumpang dari Bandung ke Jakarta. Sejak awal perjalanan hingga sampai ke tujuan, jumlah penumpang dalam bus tetap 50. Tidak ada penumpang yang naik atau turun dalam perjalanan.
Rumus matematis dari hukum Kirchoff 1 adalah sebagai berikut:
ΣImasuk = ΣIkeluar
Dimana:
ΣImasuk adalah jumlah arus yang masuk ke titik cabang (Ampere)
ΣIkeluar adalah jumlah arus yang keluar dari titik cabang (Ampere)
Contoh Soal Hukum Kirchoff 1:
Dalam rangkaian berikut, diketahui nilai-nilai arus masuk dan arus keluar seperti berikut:
I1 = 5 Ampere
I2 = 10 Ampere
I3 = 2 Ampere
Pertanyaannya adalah, berapa jumlah arus yang ada pada I4?
Langkah pertama adalah menggunakan hukum Kirchoff 1, yaitu jumlah arus yang masuk haruslah sama dengan jumlah arus yang keluar. Jadi:
I1 + I4 = I2 + I3
5 Ampere + I4 = 10 Ampere + 2 Ampere
I4 = 12 Ampere – 5 Ampere
I4 = 7 Ampere
Jadi, jumlah arus pada I4 adalah 7 Ampere.
Dari contoh soal di atas, kita dapat melihat bahwa hukum Kirchoff 1 sangat berguna dalam menganalisis arus listrik dalam rangkaian. Dengan menggunakan hukum ini, kita dapat dengan mudah menentukan nilai arus yang tidak diketahui dalam sebuah rangkaian.
Hukum Kirchoff 2
Hukum Kirchoff 2, atau aturan simpul, merupakan hukum yang digunakan untuk menganalisis perbedaan potensial dalam sebuah rangkaian listrik. Hukum ini didasarkan pada prinsip kekekalan energi.
Dalam sebuah rangkaian, terdapat jalur tertutup yang disebut loop. Hukum Kirchoff 2 menyatakan bahwa jumlah total tegangan yang ada dalam suatu loop tertutup dalam rangkaian listrik haruslah nol. Ini berarti bahwa energi yang dimiliki oleh muatan listrik saat melewati loop haruslah sama dengan energi yang dimilikinya saat kembali ke titik awal.
Misalnya, dalam gambar rangkaian berikut ini:
[image]
Dalam gambar tersebut, terdapat loop tertutup yang terdiri dari baterai, resistor, dan kabel yang menghubungkannya. Hukum Kirchoff 2 menyatakan bahwa jumlah total tegangan dalam loop tersebut haruslah nol. Dengan kata lain, ΣV = 0.
Rumus matematis dari hukum Kirchoff 2 adalah sebagai berikut:
ΣV = 0
Dimana:
ΣV adalah jumlah total tegangan dalam loop tertutup (Volt)
Contoh Soal Hukum Kirchoff 2:
Dalam rangkaian berikut, diketahui nilai-nilai tegangan sebagai berikut:
ε1 = 12 Volt
ε2 = 24 Volt
ε3 = 10 Volt
R1 = 12 ohm
R2 = 6 ohm
R3 = 6 ohm
Pertanyaannya adalah, berapa besar kuat arus listrik dalam rangkaian ini?
Langkah pertama adalah menggunakan hukum Kirchoff 2, yaitu jumlah total tegangan dalam loop tertutup haruslah nol. Jadi:
ΣV = ε2 – ε1 + I(R1 + R2 + R3) = 0
24 Volt – 12 Volt + I(12 ohm + 6 ohm + 6 ohm) = 0
12 Volt + I(24 ohm) = 0
I(24 ohm) = -12 Volt
I = -12 Volt / 24 ohm
I = -0.5 Ampere
Jadi, besar kuat arus listrik dalam rangkaian ini adalah 0.5 Ampere.
Dari contoh soal di atas, kita dapat melihat bahwa hukum Kirchoff 2 sangat berguna dalam menganalisis perbedaan potensial dalam rangkaian listrik. Dengan menggunakan hukum ini, kita dapat dengan mudah menentukan nilai tegangan atau kuat arus dalam sebuah rangkaian.
Aturan Hukum Kirchoff
Selain rumus-rumus hukum Kirchoff 1 dan 2, terdapat juga beberapa aturan umum yang harus diikuti saat menerapkan hukum Kirchoff dalam analisis rangkaian listrik. Aturan-aturan ini akan membantu kita dalam memahami dan mengaplikasikan hukum Kirchoff dengan benar.
Satu
Untuk setiap loop tertutup dalam rangkaian, kita harus memilih arah loop dengan arah tertentu. Arah loop bisa saja searah atau berlawanan dengan arah jarum jam. Namun, lebih baik jika kita memilih arah loop yang searah dengan arah arusnya. Hal ini akan membantu kita dalam menghitung penurunan tegangan dan menghindari kesalahan dalam analisis rangkaian.
Dua
Jika arah loop tertutup sama dengan arah arus yang mengalir dalam suatu percabangan, maka penurunan tegangan (V) akan memiliki tanda positif. Namun, jika arah loop berlawanan dengan arah arusnya, maka penurunan tegangan akan memiliki tanda negatif.
Misalnya, dalam gambar berikut ini:
[image]
Jika arah loop sejalan dengan arah arus, maka penurunan tegangan (V) akan positif. Namun, jika arah loop berlawanan dengan arah arus, maka penurunan tegangan akan negatif.
Tiga
Jika pada saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang pertama kali dijumpai adalah kutub positif, maka gerak gaya listrik (GGL) atau penurunan tegangan akan memiliki tanda positif. Namun, jika yang pertama kali dijumpai adalah kutub negatif, maka GGL atau penurunan tegangan akan memiliki tanda negatif.
Dengan memahami aturan-aturan hukum Kirchoff ini, kita dapat dengan mudah menerapkan hukum Kirchoff dalam analisis rangkaian listrik. Kita bisa menghitung perbedaan potensial, mengukur arus listrik, dan menentukan nilai-nilai yang tidak diketahui dalam sebuah rangkaian.
Selain membaca blog karir Aikerja, follow juga akun instagram aikerja untuk informasi terbaru seputar lowongan kerja, dan dunia kerja.