HUKUM I DAN II KIRCHOFF DALAM RANGKAIAN
Bismillahirrahmanirrahiim
Selamat datang di Situs IPA MTs
Be smart with science
Jika kamu mempelajari rangkaian hambatan dan elemen listrik, maka tidak akan lepas dari pembahasan tentang hukum kirchoff. Rangkaian hambatan dan elemen listrik terdiri dari 2 jenis yaitu rangakain seri dan paralel.
Rangkaian seri merupakan rangkaian dimana kawat penghantar yang dihubungkan ke hambatan dan elemen listrik tidak ada percabangan. Rangkaian paralel merupakan rangkaian antara hambatan dan elemen listrik yang disusun bercabang dengan kawat penghantarnya.
Baca juga : Rangkaian Listrik Terbuka, Tertutup, Elemen dan Hambatan
Hukum Kirchoff terdiri dari dua macam yaitu Hukum I dan II Kirchoff. Hukum I Kirchoff menjelaskan tentang sejumlah arus listrik yang masuk dan keluar dari rangkaian. Hukum II Kirchof menerangkan tentang beda potensial pada rangkaian tertutup yang disusun secara seri.
Bagaimana penjelasan tentang hukum Kirchoff dan cara mengerjakan soal yang berkaitan dengan hukum Kirchoff tersebut?. Artikel ini akan membahas hal tersebut. Jadi, kamu baca dengan tenang, santai dan relaks juga sampai tuntas ya..Mudah-mudahan kamu mendapat pemahaman dari apa yang kamu baca. Artikel mengenai penjelasan dan contoh soal serta pembahasan contoh soal ini, dapat diakses di www.ipamts.com.
Sejarah Penemu Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff dicetuskan oleh seorang fisikawan Jerman yang bernama Gustav Robert Kirchoff (1824-1887). Beliau lahir di Konigsberg, Prusia Timur (sekarang beranama Kalingrad, Rusia). Beliau adalah anak dari seorang pengacara yang bernama Friedrich Kirchoff dan ibunya bernama Johanna Henriette Wittke.
Beliau merupakan seorang lulusan dari universitas Albertus Konigsberg. Beliau menikah dengan Clara Richelot yang merupakan putri dari profesornya.
Kirchoff saat masih mahasiswa merumuskan hukum rangkaian pada tahun1845, yang digunakan untuk rekayasa listrik. Pada tahun 1862 beliau dianugerahi Medali Rumford untuk penelitiannya mengenai garis-garis spektrum matahari dan pembalikkan gari-garis terang pada spektrum cahaya buatan.
Kamu dapat membaca lebih lengkap tentang sejarah beliau di artikel mengenai Gustav Robert Kirchoff pada wikipedia. Artikel ini akan menjelaskan secara ringkas tentang hukum Kirchoff mengenai rangkaian listrik yang dikenal dengan Hukum I Kirchoff dan Hukum II Kirchoff.
Hukum I Kirchoff dalam Rangkaian
Hukum I Kirchoff menyatakan bahwa besar arus listrik yang masuk ke dalam titik percabangan kawat penghantar nilainya akan sama besar dengan arus listrik yang keluar titik percabangan kawat tersebut. Berdasarkan pernyataan tersebut dapat diketahui bahwa Hukum I hanya berlaku pada rangkaian listrik tertutup dan bercabang atau dikenal dengan rangkaian paralel.
Bagaimanakah bentuk titik percabangan kawat penghantar, kamu dapat lihat pada gambar di bawah ini:
 |
| Arus listrik yang masuk dan keluar pada titik percabangan menurut Hukum I Kirchoff |
Berdasarkan gambar, kamu dapat melihat bahwa I₁, I₄ dan I₅ merupakan arus listrik yang masuk ke titik percabangan, sedangkan I₂ dan I₃ merupakan arus listrik yang keluar dari percabangan. Perhatikan tanda panahnya.
Baca juga : Rangkaian Listrik Terbuka, Tertutup, Elemen dan Hambatan - IPA MTs
Secara matematis, hukum Kirchoff ditulis dengan ∑Imasuk = ∑Ikeluar. Persamaan arus listrik pada gambar di atas dapat ditulis dengan I₁ + I₄ + I₅ = I₂ + I₃. Yang perlu kamu perhatikan adalah kamu dapat membedakan mana arus listrik yang masuk dan mana arus listrik yang keluar.
Contoh soal :
Berdasarkan gambar di atas, tentukan besar I₃ jika besar I₁ = 3 A, I₂ = 2 A, I₄ = 4 A dan I₅ = 1 A.
Jawaban :
- Pada gambar, kamu dapat mengetahui bahwa I₁, I₄ dan I₅ merupakan kuat arus yang masuk. Adapun I₂ dan I₃ merupakan kuat arus listrik yang keluar dari rangkaian.
- Sesuai rumus ∑Imasuk = ∑Ikeluar, maka untuk menghitung I₃ yaitu :
- I₁ + I₄ + I₅ = I₂ + I₃
- 3 A + 4 A + 1 A = 2 A + I₃
- 8 A = 2 A + I₃
- I₃ = 8 A - 2 A
- I₃ = 6 A
Hukum II Kirchoff dalam Rangkaian
Hukum II Kirchoff menjelaskan besarnya beda potensial yang berbeda di tiap hambatan yang dirangkai seri pada rangkaian tertutup (loop). Seperti yang sudah kamu ketahui bahwa arus listrik akan mengalir jika rangkaiannya tertutup. Bunyi Hukum II KIrchoff yaitu Total Beda Potensial atau Tegangan Listrik pada Rangkaian Tertutup adalah nol. Model matematika dari bunyi Hukum II Kirchoff adalah sebagai berikut :
⅀𝛆 + ⅀IR = 0
Keterangan :
- ∑𝛆 adalah jumlah GGL dalam sumber listrik (elemen) dengan satuan volt
- ∑IR adalah jumlah tegangan atau beda potensial di dalam hambatan dengan satuan volt
- I adalah kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian dengan satuan Ampere (A). Kuat arus total dalam rangkaian seri akan sama dengan kuat arus yang mengalir di dalam tiap hambatan.
- R adalah hambatan listrik total dengan satuan ohm. R merupakan lambang hambatan luar dan r merupakan hambatan dalam yang terdapat di dalam sumber tegangan.
Baca juga : Memahami Beda Potensial dan Energi Listrik - IPA MTs
Model matamatika hukum Hukum II Kirchoff menunjukkan bahwa energi listrik yang mengalir dalam rangkaian terserap dan digunakan seluruhnya. Dalam menghitung jumlah GGL dan tegangan listrik dalam hambatan pada hukum II Kirchoff, kamu perlu memperhatikan beberapa hal, antara lain :
- Pilih rangkaian untuk masing-masing lintasan tertutup atau loop dengan arah tertentu. Pemilihan arah loop bebas, tetapi sebaiknya sesuaikan dengan arah arus listrik. Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dimulai dari kutub positif ke kutub negatif dari sumber tegangan. Kutub positif biasanya dilambangkan dengan garis yang lebih panjang dari garis kutub negatif.
- Pemberian tanda pada GGL sumber tegangan. Jika saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang dijumpai lebih dulu adalah kutub positif, maka GGL diberi tanda positif (tambah). Namun jika yang dijumpai lebih dulu adalah kutub negatif, maka GGL diberi tanda negatif.
- Pemberian tanda untuk penurunan tegangan (IR). Jika rangkaian tidak bercabang maka penurunan tegangan (IR) diberi tanda positif. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan IR bertanda positif. Bila arah loop berlawanan dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.
Agar kamu dapat lebih memahami tentang penggunaan hukum II Kirchoff pada rangkaian, perhatikan gambar rangkaian di bawah ini :
 |
| Rangkaian satu loop dan dua loop |
Berdasarkan gambar, terdapat dua jenis rangkaian. Bagian a merupakan rangkaian dengan satu loop dan bagian b merupakan rangkaian dengan dua loop.
Rangkaian Bagian a
Rangkaian pada bagian ini, rangkaiannya terdiri dari satu lintasan tertutup. Kamu dapat melihat bahwa ketika menyusuri arah loop, kutub yang ditemui pada 𝛆₂ adalah kutub positif terlebih dahulu, maka berilah tanda positif pada 𝛆₂.
Baca juga : Memahami Pengertian dan Rumus Arus Listrik - IPA MTs
Adapun pada 𝛆₁, kutub yang ditemui terlebih dahulu adalah kutub negatif, maka berilah tanda negatif pada 𝛆₁ (-𝛆₁), sehingga kamu akan menemuka persamaan dari rangkaian satu loop tersebut adalah sebagai berikut :
- -𝛆₁ + 𝛆₂ + I₁r₁ + I₂r₂ + I₃R₃ +I₄R₄ = 0
- I₁r₁ + I₂r₂ + I₃R₃ +I₄R₄ = 𝛆₁ - 𝛆₂, karena jenis rangkaiannya adalah seri, maka nilai I₁=I₂=I₃=I₄=I, sehingga persamaannya menjadi
- I(r₁ + r₂ + R₃ +R₄) = 𝛆₁ - 𝛆₂
- I = (𝛆₁ - 𝛆₂)/(r₁ + r₂ + R₃ +R₄)
- I = ⅀𝛆 / (R+r) dengan R adalah hambatan total dari hambatan luar R₃ + R₄ dan r adalah hambatan total dari hambatan dalam r₁ + r₂
Sekarang, jika diketahui besar 𝛆₁ dan 𝛆₂ adalah 3 volt dan 6 volt, r₁ = 1 ohm, r₂ = 2 ohm, R₃ = 3 ohm dan R₄ = 1 ohm. Tentukan besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut !
Pembahasan :
Diketahui :
- 𝛆₁ = 3 volt
- 𝛆₂ = 6 volt
- r₁ = 1 ohm
- r₂ = 2 ohm
- R₃ = 3 ohm
- R₄ = 1 ohm
Ditanyakan :
- I = ...Ampere ?
Jawaban :
- Berdasarkan persamaan I = (𝛆₁ - 𝛆₂)/(r₁ + r₂ + R₃ +R₄), maka besar kuat arus listrik (I) adalah
- I = (𝛆₁ - 𝛆₂)/(r₁ + r₂ + R₃ +R₄)
- I = (3 - 6) volt / (1 + 2 + 3 +1)
- I = -3 volt / 7 ohm
- I = - 0,43 Ampere (tanda negatif menunjukkan arah arus yang berlawanan dengan arah loop)
Rangkaian Bagian b
Rangkaian di bagian b terdiri atas 2 rangkaian dan bercabang, maka berlaku hal-hal berikut ini :
A. kuat arus I, I₁ dan I₂ berlaku rumus hukum Kirchoff I yaitu
- I = I₁ + I₂
- I₁ = I - I₂
- I₂ = I - I₁
B. Penurunan tegangan (IR) pada loop 1 (sebelah kiri)
- Kutub yang ditemui adalah kutub negatif terlebih dahulu, maka GGL diberi tanda negatif.
- -𝛆₁ + IR₁ + I₁R₂ + Ir₁ = 0, karena arah loop sesuai dengan arah arusnya maka penurunan tegangan diberi tanda poisitif semua.
- I(R₁ + r₁) + I₁R₂ = 𝛆₁
C. Penurunan tegangan pada loop 2 (sebelah kanan)
- Pada loop 2, kutub yang ditemui adalah kutub positif, maka beri tanda positif pada GGL nya
- 𝛆₂ + I₁R₂ + I₂R₃ + I₂r₂ = 0
- I₁R₂ + I₂(R₃ + r₂) = -𝛆₂
Baca juga : Pembahasan soal rangkaian hambatan seri dan paralel serta majemuk
Penutup
Sekian artikel mengenai penemu beserta penjelasan hukum I dan II Kirchoff, mudah-mudahan dapat memberi tambahan pengetahuan dan pemahaman mengenai besar kuat arus pada rangkaian bercabang berdasarkan hukum I Kirchoff dan besar beda potensial pada rangkaian tidak bercabang berdasarkan Hukum II Kirchoff.
Kamu dapat mencari artikel lainnya di situs IPA MTs dengan menggunakan fitur Cari artikel lain di IPA MTs dengan mengetik kata yang ingin kamu cari. Bila ada saran dan kritik, kamu dapat menghubungi kami di fitur Hubungi Kami. Kami berharap kamu dapat membagikan artikel ini dan yang lainnya kepada teman dan saudara agar mereka mendapatkan manfaat dari artikel-artikel di IPA MTs.