Hukum Kirchoff 1 Dan 2 Beserta Contoh Soal

Hukum Kirchoff 1 Dan 2 Beserta Contoh Soal –  Selamat datang di website kami, kali ini kami akan membahas tentang hukum kirchoff, baik itu kirchoff 1 ataupun kirchoff 2 lengkap beserta contoh soalnya. Tahukah anda membahas hukum kirchhoff berarti sama dengan membahas masalah kelistrikan.

Pengertian Hukum Kirchhoff

 

Mungkin anda pernah melihat rangkaian listrik di dalam rumah, terlihat sangat rumit bukan? Hal ini karena ada banya sekali kabel yang digunakan untuk instalasinya. Rangkaian listrik yang dipasang di dalam rumah sudah pasti mempunyai banyak titik percabangan.

Nah, untuk menentukan besarnya kuat arus listrik pada masing-masing titik percabangan inilah hukum kirchhoff nantinya akan digunakan. Supaya lebih jelasnya mari langsung saja simak pembahasan berikut ini.

Baca juga: Rumus Dan Jenis Arus Listrik

Penemu Hukum Kirchhoff

Penemu Hukum Kirchhoff

Sebelumnya perlu diketahui bahwa hukum kirchhoff merupakan suatu hukum yang ditemukan pertama kali oleh seorang ilmuwan fisika yang berasal dari Jerman, yaitu Gustav Robert Kirchhoff. Sebenarnya penelitian yang dilakukan tidak hanya fokus pada sistem kelistrikan saja, namun juga spektroskopi dan termodinamika.

Ilmuwan yang merupakan lulusan dari Universitas Albertus Konigsberg ini pada tahun 1845 telah berhasil untuk merumuskan hukum rangkaian listrik. Sampai sekarang ini, hukum kirchhoff sudah banyak digunakan dalam rekayasa kelistrikan.

Pengertian Hukum Kirchhoff

Hukum kirchhoff merupakan salah satu hukum dalam ilmu elektronika yang memiliki fungsi untuk menganalisis arus dan tegangan pada suatu rangkaian. Banyak sekali rangkaian listrik sederhana (seperti gambar berikut ini) yang tidak dapat  dianalisis hanya dengan menggantikan rangkaian seri dan paralel resistor untuk menyederhanakan rangkaian yang memiliki banyak resistor.

Tegangan yang jatuh R1 dan R2 sudah pasti berbeda, hal ini dikarenakan adanya ggl E2. Dengan demikian maka rangkaian kedua resistor tersebut bukan merupakan rangkaian seri ataupun rangkaian paralel, karena arus yang telah mengalir pada kedua resistor tidaklah sama.

Namun, ada dua hukum yang berlaku pada rangkaian yang memiliki arus tetap atau tunak. Hukum tersebut adalah hukum kirchhoff 1 dan kirchhoff II.

Karya-Karya Kirchoff

Sebagaimana dijelaskan di atas, Kirchoff menyumbangkan 3 karya penting untuk peradaban fisika.

Pertama, Hukum Kirchoff yang ditemukannya saat ia masih berstatus sebagai mahasiswa di Universitas Albertus Konigsberg pada 1845.

Kedua, Caesium dan Rubidium. Caesium adalah unsur kimia bersimbol ‘Cs’ dalam table periodik dan memiliki nomor atom 55. Unsur kimia ini berbentuk logal alkali berwarna putih keemasan dan lunak. Sementara itu, Rubidium adalah unsur kimia bersimbol Rb dalam table periodic dan memiliki nomor atom 37. Unsur kimia ini seperti caesium dan termasuk logam alkali (logam lunak) dengan warna perak keputihan.

Ketiga, Hukum Kirchoff dalam Spektroskopi, yang terkenal dengan 3 pernyataan Kirchoff. Berikut 3 pernyataan yang dimaksud:

  1. Bila suatu benda gas atau cair yang memiliki tekanan tinggi dipijarkan maka akan menghasilkan cahaya dengan spectrum kontinu;
  2. Jikalau suatu benda gas yang bertekanan rendah dipijarkan maka dia bakal membentuk sinar dengan bentuk spektrum emisi berupa garis-garis terang di panjang gelombang yang diskret, hal ini tergantung tingkatan energi atom-atom yang dikandung gas tersebut;
  3. Bila spektrum kontinu dialirkan pada suatu benda gas dingin yang memiliki tekanan rendah maka akan menghasilkan cahaya dengan spectrum serapan berupa garis-garis gelap di panjang gelombang yang diskret, hal ini tergantung dengan tingkatan energi atom-atom yang dikandung gas dingin tersebut.

Hukum Kirchhooff I

Bunyi Hukum Kirchhoff 1

Hukum kirchhof I juga biasa disebut sebagai hukum arus kirchhoff atau kirchhoff’s current law (KCL), karena hukum yang satu ini telah memenuhi kekekalan muatan. Hukum ini biasanya digunakan untuk rangkaian multisimpal yang mengandung banyak titik percabangan ketika arus mulai terbagi.

Jika sedang dalam keadaan tetap atau tunak, maka tidak akan ada akumulasi listrik pada setiap titik yang ada di dalam rangkaian. Sehingga jumlah muatan yang berhasil masuk didalam setiap titik akan langsung meninggalkan titik tersebut dengan jumlah yang sama.

Bunyi Hukum Kirchhoff 1:

Jumlah arus listrik yang berhasil masuk melalui titik percabangan pada sebuah rangkaian listrik maka akan sama dengan jumlah arus yang keluar melalui titik percabangan tersebut.

Bunyi Hukum Kirchhoff 1

 

Diatas adalah ilustrasi dari hukum arus kirchoof mengenai titik percabangan. Arus I1 yang telah mengalir melalui titik percabangan a nantinya sama seperti I2 + I3 yang keluar dari sebuah titik percabangan.

Rumus Hukum Kirchhoff I:

Bunyi Hukum Kirchhoff 1

Pada gambar diatas bisa diketahui bahwa suatu titik percabangan dari 5 kawat telah dialiri oleh arus, yaitu I1, I2, dan I3. Selama waktu Δt, muatannya adalah q1 = I1Δt yang mengalir melalui titik percabangan dari arah kiri.

Dalam waktu Δt ini juga, muatan q2 = I2Δt dan q3 = I3Δt  akan bergerak menuju arah kanan untuk meninggalkan titik percabangan. Karena muatan ini bukan berasal dari titik percabangan serta tidak menumpuk pada titik tersebut yang dimana masih dalam keadaan tetap atau tunak, maka muatan tersebut nantinya akan terkonservasi pada titik percabangan tesebut, yaitu:

Contoh Soal Hukum Kirchoff I

Amati dan cermati rangkaian sederhana di atas.

Diketahui:

I= 5A; I= 5A; I= 5A.

Pertanyaannya berapakah I(arus yang mengalir pada AB)?

Jawaban.

Rangkaian sederhana di atas belum mengabarkan apakan Itermasuk arus keluar atau arus masuk. Jadi, kita harus membuat prediksi awal. Misalnya, kita memprediksi Iadalah arus keluar.

Arus yang masuk ialah:

I2 + I3 = 1 + 2 = 3A

Arus yang keluar ialah:

I1 + I4 = 5 + I4
3 = 5 + I4
I4 = 3 – 5
I= -2

Dari penghitungan di atas, kita mendapatkan hasil negatif pada arus keluar. Hal ini berbeda dengan prediksi kita sebelumnya. Jadi arus Iyang sebenarnya adalah arus masuk. Jadi I4 sama dengan 3A.

Hukum Kirchhoff II

Hukum Kirchhoff II

Hukum kirchhoff II adalah hukum yang juga biasa disebut sebagai hukum tegangan kirchhoof atau kirchhoff’s voltage law (KVL). Sebab, pada kenyataannya beda potensial diantara dua titik percabangan pada sebuah rangkaian dalam keadaan tetap adalah konstan. Hukum ini bisa dijadikan sebagai bukti bahwa hukum konservasi energi benar adanya.

Jika misalnya anda memiliki sebuah muatan Q di sembarang titik dengan potensial V, maka  berarti energi yang dimilki oleh muatan tersebut adalah QV.

Kemudian jika muatan mulai bergerak melalui simpal, maka muatan yang anda miliki nantinya bisa memperoleh tambahan energi  atau bisa juga kehilangan sebagian energinya ketika melalui resistor baterai atau komponen yang lainnya.

Namun jika kembali pada titik awal, energi akan kembali seperti semula yaitu QV.

Bunyi Hukum Kirchhooff II:

Pada masing-masing rangkaian tertutup, jumlah beda potensial atau tegangannya harus sama dengan nol (0).

Rumus Hukum Kirchhoof II:

Hukum Kirchhoff II

Contohnya bisa anda lihat pada gambar sebelumnya, ada dua buah baterai yang berisi hambatan R1 dan R2 serta 3 hambatan luar. Anda nantinya bisa menentukan arus pada rangkaian tersebut sebagai fungsi gaya gerak listrik dan hambatan. Jumlah rangkaian tertutup atau loop pada sebuah rangkaian adalah satu namun juga bisa lebih.

Saat menerapkan hukum kirchhoff  II pada rangkaian tertutup maka ada beberapa aturan yang penting untuk anda ketahui, diantaranya:

  • Anda harus memilih loop untuk setiap lintasan tertutup dengan arah tertentu, pemilihan ini bisa bebas namun sebaiknya searah dengan arus listrik yang mengalir.
  • Kuat arus memiliki tanda positif (+) jika searah dengan arah loop yang telah ditentukan, dan bertanda negatif (-) jika berlawanan dengan arah loop yang telah ditentukan berada di angka 1.
  • Jika mengikuti arah loop, kutub positif (+) sumber tegangan akan ditemukan terlebih dahulu daripada kutub negatifnya (-), sehingga nilai GGL (ε) memiliki tanda positif. Namun jika kutub negatif (-) ditemukan terlebih dahulu dibanding kutub positif (+) maka nilai GGL (ε)
  • Kutub positif (+) memiliki simbol garis panjang sedangkan simbol kutub negatif adalah garis pendek.

Rangkaian dengan Satu Loop

Rangkaian dengan Satu Loop

Jika sebuah rangkaian hanya menggunakan satu loop, maka kuat arus yang mengalir nantinya adalah sama, yaitu sebesar 1. Pada rangkaian diatas, bisa anda buat loop a-b-c-d maka sesuai dengan hukum kirchhoff II sehingga berlaku persamaan sebagai berikut.

Σε + ΣI. R = 0
1 – ε2) + I (R4 + r2 + R3 + r1) = 0

Contoh Soal Hukum Kirchoff II (Rangkaian Satu Loop)

Contoh 1:

Rangkaian dengan Satu Loop

Rangkaian dengan Satu Loop

Jadi tegangan antara titik  a dan b (Vab) = -1 V

Contoh 2:

Suatu rangkaian listrik ditunjukkan seperti gambar berikut ini. Carilah besar arus yang mengalir pada rangkaian tersebut.

Diketahui

ε1 = 4V

ε2 = 12V

R1 = 2 Ω

R2 = 6 Ω

R3 = 4 Ω

Penyelesaian

∑ε + ∑IR = 0

– ε2 + IR3 + ε1 + IR2 + IR1 = 0

-12 + I (4) + 6 + I (6) + I (2) = 0

12I – 6 0

I = 6/12

I = 0.5 A

Jadi besar arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 0.5 A

Contoh 3:

Diketahui

I2 = 4 A

I3 = 6 A

Penyelesaian

∑Imasuk =∑Ikeliar

I= I+ I3

I= 4 + 6

I= 10A

Jadi, besar arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 10A.

Persamaan dengan Dua Loop atau Lebih

Pada sebuah rangkaian yang menggunakan dua loop  sebenarnya dapat dipecah seperti pada rangkaian satu loop. Namun anda harus memperhatikan kuat arus yang ada dalam setiap percabangannya. Untuk lebih jelasnya silahkan perhatikan langkah-langkah berikut ini:

  • Menentukan terlebih dahulu kuat arus (simbol dan arahnya) pada setiap percabangan yang diperlukan.
  • Jika memungkinkan maka susunan sei-paralel resistor dapat disederhanakan.
  • Lalu menentukan arah dari setiap loop.
  • Jika sudah maka tulis persamaan masing-masing loop dengan menggunakan hukum kirchhoff II.
  • Kemudian tulis persamaan arus, buat setiap titik percabangan dengan menggunakan hukum kirchhoff.

Silahkan  perhatikan gambar berikut ini.

Persamaan dengan Dua Loop atau Lebih

Tentukan arah dan simbol kuat arusnya!

 

Contoh Soal Hukum Kirchoff II (Rangkaian Dua Loop)

Contoh 1:

 

Persamaan dengan Dua Loop atau Lebih

Contoh 2:

Perhatikan rangkaian diatas, nilai-nilai Resistor yang terdapat di rangkaian adalah sebagai berikut :

R1 = 10Ω
R2 = 20Ω
R3 = 40Ω
V1 = 10V
V2 = 20V

Berapakah arus yang melewati resistor R3 ?

Baca juga: Rumus Tegangan Listrik

Itulah informasi yang dapat disampaikan oleh rodablog.com mengenai hukum kirchhoff secara lengkap dan jelas. Semoga bermanfaat dan mudah untuk dipahami.

Leave a Comment