Seorang ilmuwan berasal dari Jerman bernama Gustav Robert Kirchoff menemukan konsep dasar mengenai teori spektroskopi, rangkaian listrik, dan emisi radiasi benda. Teori tersebut dikenal dengan hukum Kirchoff 1 dan 2. Melalui hukum kirchoff didapatkan berbagai hubungan arus listrik dengan benda lain sebagai panghantar.
Pengertian Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff merupakan aturan mengenai dua elemen yang mempunyai arus listrik dan mempunyai tegangan yang berbeda dalam suatu rangkaian listrik. Nama hukum Kirchoff diambil dari nama akhir penemu hukum tersebut yaitu Kirchoff. Hukum Kirchoff juga mempunyai nama lain yaitu hukum arus Kirchoff yang dikenal dengan KCL.
Hukum Kirchoff membahas tentang rangkaian listrik. Baik itu pada rangkaian tertutup maupun rangkaian bercabang. Dalam suatu rangkaian listrik terdapat komponen yang saling berkaitan atau berhubungan satu sama lain. Jika salah satu komponen tersebut hilang, maka rangkaian tidak bisa digunakan atau dimanfaatkan.
Komponen dalam rangkaian listrik mempunyai nilai atau besaran masing-masing. Untuk menghitung besaran atau nilai suatu komponen tersebut digunakan hukum Kirchoff, karena hukum tersebut mempunyai aturan dan rumus yang digunakan untuk mengatasi masalah atau menghitung arus yang masuk dan keluar dalam suatu rangkaian listrik.
Teori Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff 1 dan 2 menjadi hukum dasar rangkaian listrik, karena kedua hukum tersebut dapat digunakan untuk menganalisis dan menghitung rangkaian listrik yang rumit. Termasuk rangkaian listrik majemuk. Hukum Kirchoff memang muncul dari pengembangan hukum sebelumnya.
Hukum yang mendasari adanya aturan Kirchoff ini adalah hukum kekekalan muatan listrik dan hukum kekekalan energi. Rangkaian listrik terdiri dari tegangan atau beda potensial, hambatan atau beban dan juga sumber arus listrik. Sehingga untuk memecahkan masalah dalam rangkaian tersebut dapat menggunakan hukum Kirchoff.
Dalam suatu rangkaian listrik, terdapat arus listrik, tegangan dan juga hambatan. Tegangan dikenal juga dengan istilah beda potensial. Sebagai hukum yang menyatakan hubungan antara tegangan dengan arus listrik, terdapat hukum Kirchoff tegangan yang menyatakan bahwa dalam lup yang tertutup, jumlah sumber tegangan jatuh yaitu nol.
Hukum Kirchoff juga berhubungan dengan arus listrik. Sehingga terdapat hukum Kirchoff arus yang menyatakan bahwa jumlah arus listrik yang menuju dan meninggalkan percabangan adalah nol. Jika ada dua arus listrik yang meninggalkan percabangan dan dua arus listrik yang menuju percabangan, maka empat komponen arus tersebut akan menghasilkan nol jika dijumlahkan.
Melalui hukum tersebut, dapat digunakan untuk menghitung arus listrik yang ada dalam suatu rangkaian. Setiap Hukum Kirchoff mempunyai bunyi dan rumus masing-masing. Mau tahu? Yuk lanjutkan pembahasan berikut ini.
Bunyi Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff 1 dan 2 mempunyai bunyi yang berbeda. Bunyi hukum Kirchoff 1 sendiri yaitu:
“Dalam rangkaian listrik jumlah arus listrik yang masuk dari titik percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan”.
Sedangkan untuk bunyi hukum Kirchoff 2 yaitu:
“Jumlah tegangan atau beda potensial dalam rangkaian listrik tertutup adalah nol”.
Dalam Kirchoff 1 ini menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk dan keluar dalam satu simpul percabangan adalah nol. Hukum ini juga dikenal dengan hukum kekekalan muatan listrik. Dalam rangkaian tertutup muatan listriknya tetap atau nol. Namun, untuk rangkaian bercabang, jumlah arus listrik yang masuk dan arus listrik yang keluar dari percabangan adalah sama.
Hukum Kirchoff 2 dikenal juga dengan Hukum Tegangan Kirchoff atau KVL dan hukum kekekalan energi. Karena digunakan untuk menganalisis beda potensial atau tegangan untuk komponen rangkaian listrik tertutup.
Rumus Hukum Kirchoff
Hukum Kirchoff 1 dan 2 mempunyai rumus atau formula yang berbeda. Untuk rumus hukum Kirchoff 1 yaitu:
I1 + I2 + I3 + I4 = I5 + I6 + I7 + I8
Sedangkan untuk rumus hukum Kirchoff 2 yaitu:
Vab + Vbc + Vcd + Vde = 0
Atau dapat ditulis secara sederhana dengan rumus:
ƩE + ƩV = 0
Keterangan:
V = Beda potensial atau tegangan dari komponen
E = Sumber arus listrik
Jika rangkaian bercabang, besar arus listrik yang mengalir dengan jumlah arus listrik yang keluar adalah sama.
E1 = V1 + V2 + V3 + V4
E1 – V1 – V2 – V3 – V4 = 0
E1 – (V1 + V2 + V3 + V4) = 0
Keterangan:
E1 = beda potensial atau tegangan dengan satuan Volt
V1 – V4 = Tegangan yang ada pada resistor
Contoh Soal Hukum Kirchoff
Selanjutnya, Kamu harus mempelajari contoh soal dari Hukum Kirchoff ini. Kenapa? Karena memahami materi saja tidak cukup. Karena ilmu fisika tidak pernah lepas dari yang namanya perhitungan. Untuk mendalami pemahaman Kamu mengenai Hukum Kirchoff, simak soal dan pembahasan dibawah ini.
Contoh Soal 1
Dalam suatu rangkaian listrik terdapat dua loop dengan data yang diketahui yaitu:
E1 = 8 Volt
E2 = 10 Volt
E3 = 15 Volt
R1 = 2 Ohm
R2 = 6 Ohm
R3 = 3 Ohm
Ditanyakan:
1. Berapakah kuat arus yang melalui R1, R2, dan R3?
2. Berapa beda potensial atau tegangannya?
3. Berapa hambatan atau nilai resistansinya?
Jawab:
a. Kuat arus
Pada Loop 1
ƩE + ƩI = 0
– E1 + E2 + 2I1 + 3I3 = 0
– 8 + 10 + 2I1 + 3I1 + 3I2 = 0
5I2 + 3I2 + 5 = 0
Loop 2
ƩE + ƩI = 0
– E3 + E2 + 6I2 + 3I3 = 0
– 15 + 10 + 6I1 + 3I1 + 3I2 = 0
3I2 + 9I2 – 5 = 0
b. Beda Potensial dari titik B ke C
Vb-c = ƩE +ƩI
= E2 + 3I3
= 10 + 3 (-1/3)
= 9 Volt
Beda Potensial dari titik B ke D
Vb-d = ƩE +ƩI
= E3 + 6I2
= 15 + 6 (-2/3)
= 15 – 4
= 11 Volt
c. Nilai Resistansi atau Hambatan pada R1
P = I² R
= 1² x 2
= 2 Watt
Contoh Soal 2
Pada rangkaian arus listrik diatas, diketahui data berikut ini:
V1 = 10 Volt
V2 = 20 Volt
R1 = 10 Ohm
R2 = 20 Ohm
R3 = 40 Ohm
Ditanyakan:
Berapa arus listrik yang mengalir ke resistor R3?
Jawab:
Dari rangkain tersebut terdapat 3 percabangan dengan 2 loop bebas dan 2 titk.
a. Menentukan persamaan antara titik A dan B
Titik A = I1 + I2 = I3
Titik B = I3 = I1 + I2
b. Loop 1
10 = (R1 X I1) + (R3 X I3)
= 10I1 + 40I3
c. Loop 2
20 = (R2 X I2) + (R3 X I3)
= 20I2 + 40I3
d. Loop 3
10 – 20 = 10I1 – 20I2
Maka, persamaan 1 = 10I1 + 40( I1 + I2 ) = 50I1 + 40I2 = – 0.143 Ampere
Persamaan 2 = 20I2 + 40( I1 + I2 ) = 40I1 + 60I2 = 0.429 Ampere
Maka dengan rumus I1 + I2 = I3
Arus listrik R3 = -0.143 + 0.429
= 0.286 Ampere
Tegangan R3 = Arus listrik x 40
= 0.286 x 40
= 11.4 Volt
Kesimpulannya, pada percabangan R3 terdapat arus listrik sebesar 0.286 Ampere dengan beda potensial sebesar 11.4 Volt.
