Bunyi Hukum Kirchhoff 1 dan 2

Anda pelajar, mahasiswa, atau praktisi elektronika pasti sudah sering mendengar Hukum Kirchhoff. Tapi, sudah tahukah Anda apa itu Hukum Kirchhoff?

Hukum Kirchhoff adalah hukum dalam bidang elektronika yang menjelaskan mengenai bagaimana arus listrik mengalir dalam sebuah sirkuit, serta mengenai bagaimana voltase bervariasi dalam sebuah loop di dalam sebuah sirkuit.

Hukum ini menjadi inti dari analisis sirkuit pada bidang elektronika, dan menjadi tools bagi penggunanya untuk dapat menganalisa sirkuit-sirkuit kompleks yang memiliki banyak percabangan dan loops.

Di atas adalah contoh gambar dari rangkaian sirkuit kompleks yang memiliki persimpangan dan loops.

Artikel ini tidak akan memberikan anda penjelasan dan contoh soal yang sangat kompleks, namun akan menemani anda sebagai introduction untuk memahami dasar-dasar dari hukum tersebut dengan baik.

Siapa Penemu Hukum Kirchhoff?

Penemu hukum Kirchhoff adalah seorang fisikawan brilian dari Jerman, yaitu Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1845 ketika ia masih berumur 21 tahun. Selain karena menemukan Hukum Kirchhoff, ia juga terkenal atas kiprahnya di bidang keilmuan kimia.

Bersama kimiawan Robert Bunsen, ia pun menemukan teori analisis spektrum, yakni sebuah teknik analisis kimia dengan menganalisa cahaya yang dipancarkan oleh suatu material yang dipanaskan.Melalui teknik ini, mereka menemukan dua unsur baru pada masa tersebut, yakni Cesium dan Rubidium.

Lebih lanjut lagi, di kemudian hari Kirchhoff pun berhasil menggunakan teori ini untuk mempelajari komposisi dari matahari. Penelitian Kirchhoff terhadap matahari ini membuka era baru di bidang astronomi.

Pada tahun 1875, Kirchhoff kemudian ditunjuk sebagai kepala Fisika Matematika (mathematical physics) di Universitas Berlin. Hasil karyanya yang paling terkenal adalah Vorlesungen über mathematische Physik (“Lectures on Mathematical Physics”) yang terdiri dari 4 volume dan Gesammelte Abhandlungen (“Collected Essays”).

Kirchhoff lahir pada 12 Maret 1824 di Königsberg, Prussia (yang sekarang masuk wilayah Kaliningrad di Russia). Ia kemudian meninggal pada 17 Oktober 1887 di Berlin, Jerman.

Pengertian dan Bunyi Hukum Kirchhoff 1 (Kirchhoff Current Law/KCL)

Dasar teori Hukum Kirchhoff terdiri dari dua hukum, yang masing-masing membahas mengenai hal berbeda namun saling berkaitan. Hukum pertama (KCL) membahas mengenai arus, dan yang kedua mengenai voltase.

Hukum Kirchhoff 1

Bunyi Hukum Kirchhoff yang pertama adalah: Total (bersimbol Sigma) arus yang masuk (in) sama dengan total arus keluar (out).

Yakni, nilai arus yang masuk ke suatu persimpangan (junction) harus sesuai dengan nilai arus yang keluar darinya.

Dari bunyi tersebut, maka rumus Hukum Kirchhoff 1 adalah ∑Imasuk = ∑Ιkeluar.

Hukum ini didasarkan pada hukum kekekalan muatan elektrik (law of conservation of charge) yang menyatakan bahwa total muatan elektrik di dalam sebuah sistem aljabar tidak bisa bertambah atau berkurang dengan sendirinya.

Bagian pertama dari Hukum Kirchhoff ini juga dikenal dengan aturan persimpangan Kirchhoff (Kirchhoff’s junction rule), Kirchhoff’s nodal rule, atau Kirchhoff’s point rule.

dasar teori hukum Kirchhoff

Berdasarkan Hukum Kirchhoff 1, maka I1+I2=I3

Contoh Soal Hukum Kirchhoff 1

Supaya lebih mudah memahaminya, simak contoh soal Hukum Kirchhoff 1 berikut ini:

Hukum Kirchhoff adalah

Lalu bagaimana jika ketiga arus mengarah ke dalam persimpangan?

Dalam kasus ini, maka perhitungannya adalah I1+I2+I3= 0

Perhatikan juga bahwa nilai dari arus bisa positif maupun negatif. Arus positif berarti arus tersebut mengarah ke dalam persimpangan, sedangkan jika negatif maka ke luar.

Contoh:

Jika dalam gambar di atas I1 = 3A, dan I2 adalah 5A, maka berapa nilai dari I3 ?

Jawabannya:

I1+I2+I3=0
3+5+I3=0
I3= -3-5

Maka,

I3= -8

Jadi, I3 adalah arus yang mengarah ke luar dengan simbol negatif, meski arah panah mengarah ke dalam.

Pengertian dan Bunyi Hukum Kirchhoff 2 (Kirchhoff Voltage Law/KVL)

Jika hukum pertama membahas mengenai arus, maka Hukum Kirchhoff 2 membahas tentang voltase.

Bunyi Hukum Kirchhoff 2 menyatakan bahwa “dalam sebuah loop tertutup dalam sirkuit, maka total voltase dari komponen penyuplai energi (misalnya baterai atau generator) harus sama dengan nilai total (penurunan) voltase dari komponen-komponen lainnya di loop yang sama.”

Loop adalah sirkuit tertutup yang dimulai dan diakhiri pada titik yang sama.

Atau, hukum ini juga bisa kita nyatakan dengan “jumlah total voltase dalam sebuah loop adalah nol.”

Dengan “n” mengacu pada voltase dari elemen-elemen di dalam loop (misalnya resistor).

Mengapa jumlah total voltase menjadi nol?

Jawabannya, adalah karena voltase dalam sebuah loop mengalami kenaikan (voltage rise) dan penurunan (voltage drop). Misalnya mengalami kenaikan 10V di awal dari sumber daya, maka kemudian akan mengalami penurunan sebesar 10V pula sehingga kembali menjadi nol.

Mengapa mengalami penurunan?

Karena selama perjalanan arus listrik di dalam loop, energi potensial listrik (voltase) mengalami penurunan seiring ia menemui resistensi di perjalanannya.

Hukum ini menyatakan, jika kita ambil satu titik dalam loop lalu kita jalankan hingga kembali ke titik awal, maka ia akan mengalami kenaikan dan penurunan hingga akhirnya ketika mencapai titik awal tersebut voltase akan kembali menjadi nol.

Dengan kata lain, bisa juga kita menyatakan bahwa jumlah total kenaikan voltase (rise) harus sama dengan jumlah total penurunan voltase (drop), sehingga kembali ke titik nol.

Hukum Kirchhoff 2

Hukum kedua ini didasarkan pada hukum kekekalan muatan sebagaimana pertama, juga pada hukum kekekalan energi (karena voltase berhubungan dengan energi).

Contoh di atas menunjukkan satu loop dengan rangkaian baterai 6V dan dua resistor.

Berikut perjalanan dari loop tersebut searah jarum jam:

Jika kita mulai dari titik kiri bawah di bawah baterai lalu kita berjalan ke atas, maka kita akan mendapatkan “suntikan” 6V dari rangkaian baterai.

Kita berjalan lagi melintasi resistor dengan besar 2 Ohm, dan voltase berkurang 4V ketika melewatinya. Sisa voltase adalah 2V.

Perjalanan kita lanjutkan melewati resistor kedua dengan besar 1 Ohm, dan voltase berkurang lagi sebesar 1V. Sekarang ketika kembali ke titik awal di kiri bawah jumlah voltase sudah kembali ke nol.

Jika dijabarkan dalam angka maka:

6V−(2A×2Ω)−(2A×1Ω)=0
​6V−4V−2V=0

Contoh Soal Hukum Kirchhoff 2

Berikut ini adalah contoh soal Hukum Kirchhoff 2:

rumus hukum Kirchhoff

Berapa perbedaan energi potensial listrik (voltase) pada resistor R3?

Jawaban:

Kita mulai loop dari kiri bawah, sehingga voltase di awal adalah 18V dari baterai. Kemudian, kita hitung menggunakan rumus sederhana dari rumus Ohm (V=I.R) untuk menemukan jumlah voltase di titik resistor dengan 1 Ohm dan resistor dengan 3 Ohm.

Setelah mendapatkan jumlah voltase di masing-masing resistor tersebut, kita kurangi 18V yang telah kita dapatkan di awal siklus seiring perjalanan searah jarum jam.

Pada akhirnya, kita akan mendapatkan nilai 2V untuk R3.

penemu hukum Kirchhoff

Konsep ini nanti bisa dikembangkan untuk menganalisa sirkuit-sirkuit yang lebih kompleks, namun bukan bahasannya dalam artikel ini karena masih bersifat introduction.

Hukum Kirchhoff dalam Kehidupan Sehari-hari

Apa gunanya mempelajari hukum-hukum ini? Bagaimana penerapan Hukum Kirchhoff dalam kehidupan sehari-hari?

  1. Anda bisa menggunakan hukum-hukum ini untuk menganalisa dan memahami sirkuit-sirkuit kompleks yang tidak bisa dijelaskan dengan konsep sirkuit rangkaian seri/paralel sederhana serta hukum Ohm.
  2. Hukum-hukum ini dapat memudahkan mendesain dan memasang instalasi listrik yang rumit dengan konsumsi listrik yang efisien untuk keperluan rumah atau perkantoran.
  3. Bisa untuk mendesain sirkuit yang tidak hanya berisi baterai dan resistor, tetapi juga lainnya seperti transistor, dioda, dan kapasitor.
  4. Melakukan manajemen energi yang lebih efisien dan tepat guna.

Kesimpulan

Jadi, Hukum Kirchhoff adalah hukum yang sangat penting dan tanpa kita sadari sangat besar pengaruh dan manfaatnya dalam kehidupan kita sehari-hari.

Di balik kenyamanan kita bekerja di kantor, menggunakan alat-alat elektronik yang beragam di rumah, hingga lampu-lampu jalan dan fasilitas umum yang kita nikmati, ternyata ada prinsip-prinsip yang diterapkan dari hukum ini.

Inilah pengertian Hukum Kirchhoff secara singkat dan ringkas. Untuk mempelajari konsep-konsep elektronika lainnya, simak artikel-artikel lain dari kami, ya!

Leave a Comment