Bunyi Hukum I dan II Kirchhoff, Rumus & Penerapannya | Fisika Kelas 12

Artikel Fisika kelas 12 ini menjelaskan tentang bunyi Hukum 1 dan 2 Kirchhoff, rumus, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Yuk, simak!

—

Di antara kamu pasti sudah pernah mendengar nama Kirchhoff dong, ya? Yup, Kirchhoff merupakan salah satu fisikawan yang berjasa dalam ilmu kelistrikan, nih. Hukumnya yang terkenal yaitu Hukum I dan II Kirchhoff. Bagaimana penjelasan kedua hukum tersebut? Yuk, kita simak pembahasan berikut!

Hukum Kirchhoff ditemukan oleh Gustav Robert Kirchhoff yang merupakan ahli fisika asal Jerman. Kirchhoff menjelaskan hukumnya tentang kelistrikan ke dalam dua bagian, yaitu Hukum I Kirchhoff dan Hukum II Kirchhoff.

Bunyi Hukum I Kirchhoff

Hukum ini merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang mengalir tidaklah berubah. Jadi, pada suatu percabangan, laju muatan listrik yang menuju titik cabang sama besarnya dengan laju muatan yang meninggalkan titik cabang itu. Nah, di fisika, laju muatan listrik adalah kuat arus listrik. Oleh karena itu, bunyi Hukum I Kirchhoff lebih umum ditulis:

Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik cabang akan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang meninggalkan titik itu.

Rumus Hukum I Kirchhoff

Hukum I Kirchhoff biasa disebut Hukum Arus Kirchhoff atau Kirchhoff’s Current Law (KCL).

Berdasarkan gambar di atas, besar kuat arus total yang melewati titik percabangan a secara matematis dinyatakan Σ I_masuk = Σ I_keluar yang besarnya adalah I₁ = I₂ + I₃.

Bunyi Hukum II Kirchhoff

Hukum ini berlaku pada rangkaian yang tidak bercabang yang digunakan untuk menganalisis beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup. Hukum II Kirchhoff biasa disebut Hukum Tegangan Kirchhoff atau Kirchhoff’s Voltage Law (KVL). Bunyi Hukum II Kirchhoff adalah:

Jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah sama dengan nol.

Rumus Hukum II Kirchhoff

Versi lain Hukum II Kirchhoff, yaitu pada rangkaian tertutup, berbunyi: jumlah aljabar GGL (ε) dan jumlah penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai: Σ ε+Σ IR = 0.

Berdasarkan gambar di atas, total tegangan pada rangkaian adalah V_ab + V_bc + V_cd + V_da = 0. Hukum II Kirchhoff ini menjelaskan bahwa jumlah penurunan beda potensial sama dengan nol artinya tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian atau semua energi listrik diserap dan digunakan.

Untuk menganalisis suatu rangkaian listrik menggunakan Hukum II Kirchhoff diperlukan beberapa aturan atau perjanjian.

1. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pada dasarnya pemilihan arah loop bebas namun jika memungkinkan usahakan searah dengan arah arus. Maksudnya bebas disini bebas yah arahnya mau searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.

2. Pada suatu cabang, jika arah loop sama dengan arah arus maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, jika berlawanan arah maka penurunan tegangan (IR)  bertanda negatif. Contohnya gini. Kalo misalkan arah loop searah jarum jam terus arah arusnya juga searah jarum jam, maka nanti penurunan tegangan (IR) positif karena sama-sama searah jarum jam.

Kalo misalkan nanti loopnya berlawanan arah jarum jam tapi arusnya searah jarum jam maka IR-nya bertanda negatif.

3. Jika saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dulu dijumpai adalah kutub positif maka GGL bertanda positif.

Sebaliknya, jika kutub yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negatif maka GGL bertanda negatif.

Baca Juga: Pergeseran Wien pada Radiasi Benda Hitam

Penerapan Hukum Kirchhoff dalam Kehidupan Sehari-hari

Hukum I dan II Kirchhoff sangat berguna dalam memahami bagaimana arus listrik dan tegangan bekerja dalam rangkaian listrik. Berikut penerapan Hukum I dan II Kirchhoff dalam kehidupan sehari-hari:

Penerapan Hukum I Kirchhoff

• Sistem Listrik Rumah Tangga

Pada panel listrik rumah, arus listrik yang masuk ke berbagai perangkat (seperti lampu, kipas, atau AC) mengikuti Hukum I Kirchhoff. Di dalam kotak panel, setiap percabangan arus yang mengalir ke setiap sirkuit harus seimbang sehingga arus yang masuk dan keluar sesuai.

• Sistem Kendaraan Bermotor

Pada sistem kelistrikan kendaraan seperti mobil, arus yang masuk ke berbagai komponen listrik seperti lampu depan, klakson, dan sistem audio didistribusikan sesuai dengan Hukum I Kirchhoff.

Penerapan Hukum II Kirchhoff

• Rangkaian Listrik di Perangkat Elektronik

Dalam perangkat seperti ponsel, laptop, atau komputer, Hukum II Kirchhoff memastikan bahwa tegangan yang dipasok oleh baterai atau adaptor daya didistribusikan dengan benar ke komponen-komponen seperti CPU, memori, dan layar. Setiap komponen menggunakan tegangan yang tepat agar perangkat dapat berfungsi dengan benar.

• Pengisian Baterai

Saat mengisi baterai, Hukum II Kirchhoff berlaku di dalam rangkaian pengisi daya. Tegangan dari sumber listrik perlu seimbang dengan tegangan di dalam rangkaian pengisian agar baterai tidak terlalu panas atau rusak.

• Sistem Pembangkit Listrik

Di pembangkit listrik dan distribusi listrik, Hukum II Kirchhoff digunakan untuk memastikan bahwa tegangan di setiap bagian sistem sesuai dengan yang diharapkan sehingga listrik bisa didistribusikan secara efisien ke rumah dan bisnis.

Contoh Soal Hukum Kirchhoff

Supaya kamu lebih paham, ayo coba kerjakan contoh soal di bawah ini!

1. Suatu rangkaian listrik ditunjukkan seperti gambar berikut ini.

Dengan menggunakan hukum II Kirchhoff, besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian tersebut adalah…

Diketahui:

ε1 = 6 V

ε2 = 12 V

R1 = 2 Ω

R2 = 6 Ω

R3 = 4 Ω

Ditanya: I ?

Jawab:

2. Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini!

Jika diketahui ε1 = 16 V; ε2 = 8 V; ε3 = 10 V; R1 = 12 ohm; R2 = 6 ohm; dan R3 = 6 ohm. Besar kuat arus lisrik I adalah…

Jawab:

Hukum I Kirchhoff:

Loop I (atas):

Loop II (bawah):

Substitusikan persamaan (1) ke persamaan (3):

Eliminasi persamaan (2) dan persamaan (4):

—

Oke, sekarang kamu sudah mengerti belum dengan penjelasan Hukum I dan II Kirchhoff? Ingat, jangan sampai salah dalam menentukan arah loop, ya.

Kamu masih punya pertanyaan dan contoh soal lain tentang materi ini? Langsung saja tanyakan ke Tutor terbaik melalui Ruangguru Privat Fisika. Para pengajar di Ruangguru Privat juga sudah terstandarisasi kualitasnya, loh. Kamu juga bisa panggil guru pilihanmu dan belajar di tempat yang kamu sukai, seru kan? Ayo gunakan sekarang!