Rumus hukum kirchoff, pahami konsep, manfaat, dan contoh soal

Brilio.net - Hukum Kirchoff adalah dua aturan dasar yang mengatur hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dalam suatu rangkaian listrik. Hukum ini dinamai oleh fisikawan Jerman Gustav Kirchhoff yang pertama kali memformulasikannya pada tahun 1845.

Rumus hukum Kirchoff sangat penting untuk menganalisis dan merancang rangkaian listrik yang kompleks. Pada artikel ini, brilio.net akan membahas apa itu hukum Kirchhoff, bagaimana penerapannya, manfaat, dan cara menghitungnya.

Yuk simak penjelasan lengkap tentang rumus hukum kirchoff, mulai dari pengertian, manfaat, dan contoh soal yang dilansir dari berbagai sumber pada Jumat (10/11).

Konsep dasar dan rumus hukum kirchoff.

foto: freepik.com

Hukum Kirchoff merujuk pada dua prinsip dasar dalam teori rangkaian listrik yang dinamakan menurut fisikawan Jerman Gustav Kirchhoff. Kedua prinsip tersebut adalah:

1. Hukum Kirchhoff Pertama (Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff's Current Law - KCL):

Hukum ini menyatakan bahwa total arus yang masuk ke suatu simpul (persimpangan atau node) dalam suatu rangkaian listrik harus sama dengan total arus yang keluar dari simpul tersebut. Dengan kata lain, pada setiap simpul dalam suatu rangkaian listrik, jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.

Matematis, KCL dapat dinyatakan sebagai:

∑Imasuk = ∑Ikeluar

Keterangan:
- I adalah arus.
- tanda sigma (∑) berarti menjumlahkan semua arus yang masuk atau keluar dari titik tersebut

2. Hukum Kirchhoff Kedua (Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff's Voltage Law - KVL):

Hukum ini menyatakan bahwa total tegangan dalam suatu loop tertutup (lintasan tertutup dalam suatu rangkaian listrik) adalah nol. Dengan kata lain, jumlah tegangan yang turun sebanding dengan jumlah tegangan yang naik dalam suatu loop tertutup.

Matematis, KVL dapat dinyatakan sebagai:

∑Vturun = ∑Vnaik

atau

∑V = 0

Keterangan:
- V adalah tegangan.
- tanda sigma (∑) berarti menjumlahkan semua beda potensial pada rangkaian tertutup tersebut

Rumus hukum Kirchoff ini sangat penting dalam analisis dan perancangan rangkaian listrik. Rumus hukum kirchoff membantu dalam pemahaman dan penyelesaian masalah terkait arus dan tegangan dalam rangkaian kompleks..

Menerapkan hukum kirchoff pada rangkaian listrik.

foto: freepik.com

Untuk menerapkan rumus hukum kirchoff pada rangkaian listrik, kamu bisa mengikuti langkah-langkah berikut:

1. Tentukan simpul atau titik percabangan dalam rangkaian, yaitu tempat di mana dua atau lebih kawat bertemu. Beri label pada setiap simpul dengan huruf atau angka.

2. Terapkan hukum kirchoff pertama atau hukum percabangan pada setiap simpul, yaitu jumlah aljabar arus yang masuk ke simpul sama dengan jumlah aljabar arus yang keluar dari simpul. Buat persamaan untuk setiap simpul dengan menggunakan arah arus yang sesuai. Jika arus masuk ke simpul, beri tanda positif (+), jika arus keluar dari simpul, beri tanda negatif (-).

3. Tentukan loop atau rangkaian tertutup dalam rangkaian, yaitu jalur yang dimulai dan berakhir di simpul yang sama. Beri label pada setiap loop dengan huruf atau angka. Pilih arah putaran untuk setiap loop, misalnya searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.

4. Terapkan hukum kirchoff kedua atau hukum tegangan pada setiap loop, yaitu jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada loop sama dengan nol. Buat persamaan untuk setiap loop dengan menggunakan arah putaran yang sesuai. Jika arah putaran sesuai dengan arah beda potensial, beri tanda positif (+), jika arah putaran berlawanan dengan arah beda potensial, beri tanda negatif (-).

5. Selesaikan sistem persamaan yang diperoleh dari langkah 2 dan 4 dengan menggunakan metode eliminasi, substitusi, matriks, atau lainnya. Dengan demikian, kamu dapat menentukan nilai arus dan tegangan yang diinginkan pada rangkaian listrik.

Manfaat hukum kirchoff.

foto: freepik.com

Hukum kirchoff adalah dua hukum yang berhubungan dengan arus dan beda potensial (tegangan) dalam rangkaian listrik. Hukum kirchoff pertama, atau hukum percabangan, menyatakan bahwa jumlah aljabar arus yang masuk ke suatu titik dalam rangkaian sama dengan jumlah aljabar arus yang keluar dari titik tersebut. Hukum kirchoff kedua, atau hukum tegangan, menyatakan bahwa jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol.

Hukum kirchoff memiliki beberapa manfaat, antara lain:

1. Hukum kirchoff dapat digunakan untuk menganalisis rangkaian listrik yang kompleks, dengan menggunakan metode loop atau metode simpul. Metode loop berdasarkan pada hukum kirchoff kedua, yaitu menulis persamaan untuk setiap loop dalam rangkaian. Metode simpul berdasarkan pada hukum kirchoff pertama, yaitu menulis persamaan untuk setiap simpul dalam rangkaian. Dengan demikian, kita dapat menentukan nilai arus dan tegangan yang diinginkan pada rangkaian listrik.

2. Hukum kirchoff dapat digunakan untuk mengidentifikasi kesalahan atau kerusakan pada rangkaian listrik dan membantu perbaikan atau penggantian komponen yang rusak. Dengan mengukur arus dan tegangan pada titik-titik tertentu dalam rangkaian, kita dapat membandingkannya dengan nilai yang seharusnya berdasarkan hukum kirchoff. Jika ada perbedaan yang signifikan, maka kita dapat mengetahui bahwa ada komponen yang tidak berfungsi dengan baik.

3. Hukum kirchoff dapat digunakan untuk merancang rangkaian listrik yang efisien dan aman. Dengan mengetahui hukum kirchoff, kita dapat memilih komponen yang sesuai dengan kebutuhan dan menghindari terjadinya arus berlebih, tegangan berlebih, atau hubung singkat yang dapat merusak rangkaian atau menyebabkan bahaya. Hukum kirchoff juga dapat membantu kita mengoptimalkan penggunaan sumber daya listrik dan menghemat biaya operasional.

Contoh soal rumus hukum kirchoff dan pembahasannya.

Contoh Soal

Perhatikan gambar rangkaian tertutup dibawah ini!

foto: Istimewa

Apabila R1 = 2 Ohm, R2 = 4 Ohm dan R3 = 6 Ohm, maka kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah …

Jawaban:

Kita terlebih dahulu tentukan arah arus dan arah loop, dalam hal ini kita akan menentukan arah loop searah dengan arah jarum jam.

foto: Istimewa

Dengan menerapkan hukum Kirchoff 2, kita akan dapatkan nilai arus listrik sebagai berikut:

∑IR + ∑Epsilon = 0

i(R1 + R2 + R3) + E2 - E1 = 0

i(2Ω + 4Ω + 6Ω) + 3V - 9V = 0

12i - 6V = 0

12i = 6V maka i = 0.5A