Hukum Kirchoff merupakan salah satu hukum dasar dalam ilmu Fisika yang membahas hubungan antara arus dan tegangan dalam suatu rangkaian listrik. Hukum ini menjadi pondasi dalam analisis kelistrikan, khususnya saat berhadapan dengan rangkaian listrik yang kompleks dan memiliki banyak cabang atau lintasan tertutup (loop).
Artikel ini menyajikan penjelasan lengkap mengenai pengertian hukum Kirchoff, bunyi, rumus, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pelajari juga tentang tekanan zat padat dan rumusnya!
Pengertian Hukum Kirchoff
Pengertian hukum Kirchhoff tidak dapat dilepaskan dari dua prinsip fundamental dalam fisika, yaitu kekekalan muatan listrik dan kekekalan energi. Hukum ini membantu menganalisis aliran arus listrik dan distribusi tegangan di dalam rangkaian, terutama pada rangkaian listrik tertutup.
Hukum Kirchoff diperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff, seorang fisikawan asal Jerman pada tahun 1845. Meskipun beliau lebih dikenal ahli dalam bidang termodinamika dan spektroskopi, hukum yang Kirchoff cetuskan ini, hingga kini menjadi salah satu prinsip dasar yang wajib dikuasai oleh siapa pun yang belajar listrik.
Hukum Kirchoff terbagi atas dua hukum:
- Hukum Kirchoff 1 (Kirchhoff’s Current Law – KCL)
- Hukum Kirchoff 2 (Kirchhoff’s Voltage Law – KVL)
Bunyi Hukum Kirchoff
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, secara umum, hukum Kirchoff dibagi menjadi dua hukum terpisah yang masing-masing mengatur aspek berbeda dalam rangkaian listrik, yaitu aliran arus dan distribusi tegangan.
Bunyi Hukum Kirchoff 1
“Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke satu titik cabang akan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik tersebut.”
Hukum Kirchoff 1 atau junction rule dikenal sebagai hukum kekekalan muatan listrik. Prinsip ini menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut.
Dengan kata lain, pada titik simpul manapun dalam rangkaian, tidak akan terjadi akumulasi muatan. Kondisi ini hanya berlaku dalam sistem tertutup yang stabil.
Apakah bisa menghasilkan gaya coulomb dengan menerapkan hukum kirchoff 1?
Bunyi Hukum Kirchoff 2
“Jumlah keseluruhan voltase yang ada di sekitar loop tertutup di dalam rangkaian memiliki besar yang sama dengan nol.”
Hukum Kirchoff 2 atau loop rule berhubungan dengan hukum kekekalan energi. Prinsip ini menyatakan bahwa dalam satu lintasan tertutup pada rangkaian listrik, jumlah aljabar dari semua beda potensial (tegangan) adalah nol. Artinya, seluruh energi yang diberikan oleh sumber tegangan akan diserap oleh elemen-elemen dalam rangkaian seperti resistor, kapasitor, dan komponen lainnya. Tidak ada energi yang hilang jika tidak ada komponen aktif seperti motor atau lampu.
Apakah bisa membuat magnet dari penerapan hukum kirchoff 2?
Rumus Hukum Kirchoff
Sesuai dengan dua prinsip utamanya, rumus hukum Kirchoff juga dibagi menjadi dua, yakni rumus hukum Kirchoff 1 dan 2.
Rumus Hukum Kirchoff 1
Secara matematis, rumus hukum Kirchoff 1 dapat dituliskan sebagai berikut:
\sum I_{\text{masuk}} = \sum I_{\text{keluar}}
Keterangan:
- I = Arus listrik (dalam satuan Ampere)
Contoh:
Jika arus I1I_1 dan I2I_2 masuk ke titik A, sedangkan arus I3I_3 keluar, maka:
I1+I2−I3=0⇒I3=I1+I2I_1 + I_2 - I_3 = 0 \quad \Rightarrow \quad I_3 = I_1 + I_2
Rumus Hukum Kirchoff 2
Rumus hukum Kirchoff 2 secara matematis dapat dituliskan sebagai:
\sum \mathcal{E} + \sum (I \cdot R) = 0
Keterangan:
- \mathcal{E} = Gaya Gerak Listrik (EMF) atau tegangan sumber (Volt)
- I = Arus listrik (Ampere)
- R = Hambatan listrik (Ohm)
Dalam analisis loop, penting untuk memperhatikan arah arus dan arah loop. Jika arah loop searah dengan arah arus, penurunan tegangan dianggap positif. Jika berlawanan, dianggap negatif.
Contoh sederhana:
\mathcal{E} - I R_1 - I R_2 - I R_3 = 0 \quad \Rightarrow \quad \mathcal{E} = I(R_1 + R_2 + R_3)
Penerapan Hukum Kirchoff di Kehidupan Sehari-hari
Secara visual, penerapan hukum Kirchoff tidak dapat diamati secara langsung. Namun, prinsip kerja hukum ini digunakan secara luas pada berbagai sistem kelistrikan, baik dalam skala rumah tangga, otomotif, maupun perangkat elektronik modern.
Penerapan Hukum Kirchoff 1
Salah satu contoh nyata dari penerapan Hukum Kirchoff 1 adalah pada sistem distribusi listrik rumah. Pada panel listrik, arus yang masuk dari sumber akan didistribusikan ke berbagai beban listrik seperti lampu, AC, dan peralatan elektronik lainnya.
Setiap percabangan dalam sistem ini mematuhi prinsip bahwa total arus yang masuk sama dengan total arus yang keluar. Dengan demikian, kestabilan distribusi arus dalam jaringan listrik tetap terjaga.
Penerapan Hukum Kirchoff 2
Hukum Kirchoff 2 berlaku dalam sistem pengisian daya baterai, baik di ponsel maupun perangkat elektronik lainnya. Dalam proses pengisian, tegangan dari adaptor harus seimbang dengan penurunan tegangan pada rangkaian internal.
Jika terjadi ketidakseimbangan tegangan, hal ini dapat menyebabkan baterai cepat panas atau bahkan rusak. Oleh sebab itu, analisis tegangan berdasarkan hukum ini menjadi penting dalam perancangan sirkuit pengisian daya yang aman dan efisien.
Apakah Anda sudah memahami konsep Hukum Kirchoff 1 dan 2? Untuk membantu Anda memahami lebih lanjut, cobalah beberapa latihan soal berikut ini!
Contoh Soal Hukum Kirchoff Kelas 12
Setelah memahami tentang Konsep hukum Kirchoff, kita akan lanjut membahas beberapa contoh soal hukum kirchoff. soal hukum kirchoff kelas 9 dirancang untuk membantu anda, memahami konsep dasar mengenai rangkaian listrik majemuk dan penerapan hukum Kirchhoff dalam analisis rangkaian listrik. Mari kita lihat lebih dekat.
Contoh Soal Hukum 1 Kirchoff
Soal 1
Di sebuah percabangan rangkaian listrik, terdapat arus 
yang masuk ke titik percabangan, 
keluar dari titik percabangan, dan 
adalah arus yang tidak diketahui. Hitunglah nilai .
Penyelesaian:
Berdasarkan hukum I Kirchhoff:
Substitusi nilai yang diketahui ke dalam persamaan:
Dengan demikian, kita dapat menyelesaikan untuk mendapatkan nilai :
Ini menunjukkan bahwa arus yang keluar dari titik percabangan adalah 
.
Soal 2
Dalam suatu rangkaian majemuk, arus 
masuk ke sebuah titik, dan ada dua arus keluar: 
dan yang tidak diketahui. Hitunglah nilai .
Penyelesaian:
Menggunakan hukum I Kirchhoff, kita dapat menulis:
Substitusi nilai yang diketahui:
Maka kita bisa menghitung :
Jadi, arus yang keluar dari percabangan adalah 
.
Soal 3
Diketahui sebuah rangkaian majemuk dengan arus masuk 
dan dua arus keluar 
dan . Berapa nilai ?
Penyelesaian:
Berdasarkan hukum I Kirchhoff, kita tulis:
Substitusi nilai arus:
Dengan melakukan perhitungan, kita dapatkan:
Ini berarti adalah 
.
Contoh Soal Hukum II Kirchhoff
Soal 4
Sebuah rangkaian tertutup terdiri dari dua sumber tegangan: 
dan 
, serta dua resistor: 
dan 
. Hitunglah arus 
yang mengalir dalam rangkaian tersebut.
Penyelesaian:
Menggunakan hukum II Kirchhoff, kita dapat menyusun persamaan:
Maka kita dapatkan:
Substitusi nilai resistor ke dalam persamaan:
Menyederhanakan persamaan menjadi:
Oleh karena itu, arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 
.
Soal 5
Dalam rangkaian loop, terdapat dua resistor 
dan 
, serta satu sumber tegangan 
. Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian.
Penyelesaian:
Dengan menerapkan hukum II Kirchhoff:
Substitusi nilai ke dalam persamaan:
Menyederhanakan persamaan ini:
Sehingga kita bisa menghitung arus :
I = 
= 1.875 A
Ini berarti arus yang mengalir dalam rangkaian loop adalah 
.
Soal 6
Terdapat tiga sumber tegangan dalam sebuah rangkaian, yaitu 
, 
, dan 
. Dalam rangkaian ini juga terdapat dua resistor 
dan 
. Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian.
Penyelesaian:
Menggunakan hukum II Kirchhoff:
Substitusi nilai:
Menyederhanakan persamaan:
Oleh karena itu, arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 
Soal Latihan Hukum Sirkuit Kirchoff
Berikut adalah beberapa soal latihan hukum sirkuit Kirchoff yang dapat meningkatkan pemahaman Anda:
Latihan 1:
Sebuah rangkaian loop memiliki sumber tegangan 24 V dan tiga resistor:
- 
- 
- 
Hitunglah arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut!
Latihan 2:
Terdapat dua loop dalam rangkaian, masing-masing memiliki dua sumber tegangan dan beberapa resistor. Gambarkan rangkaian tersebut dan gunakan hukum Kirchhoff untuk menghitung arus dan tegangan pada setiap resistor.
Tulislah jawaban Anda pada kolom komentar!
Belajar fisika lebih mudah dengan guru privat! Kami bisa mengatasi kesulitan Anda dalam mempelajari materi tentang efek doppler ataupun materi lainnya. Yuk belajar bersama Kami!
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
