Hukum Kirchhoff untuk Arus dan Tegangan

Pada tahun 1845, fisikawan Jerman, Gustav Kirchhoff, pertama kali menjelaskan dua hukum yang menjadi pusat teknik kelistrikan. Hukum Arus Kirchoff, juga dikenal sebagai Hukum Persimpangan Kirchoff, dan Hukum Pertama Kirchoff, menentukan cara arus listrik didistribusikan ketika melintasi suatu persimpangan-titik di mana tiga atau lebih konduktor bertemu. Dengan kata lain, Hukum Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah semua arus yang meninggalkan simpul dalam jaringan listrik selalu sama dengan nol.


Hukum ini sangat berguna dalam kehidupan nyata karena menjelaskan hubungan nilai arus yang mengalir melalui titik persimpangan dan tegangan dalam loop rangkaian listrik. Mereka menggambarkan bagaimana arus listrik mengalir di miliaran peralatan dan perangkat listrik, serta di seluruh rumah dan bisnis, yang terus digunakan di Bumi.

Hukum Kirchhoff: Dasar-dasar

Secara khusus, hukum menyatakan:

  • Jumlah aljabar arus ke persimpangan mana pun adalah nol.

Karena arus adalah aliran elektron yang melalui konduktor, ia tidak dapat terbentuk di persimpangan, yang berarti arus kekal: Apa yang masuk harus keluar. Bayangkan sebuah contoh persimpangan yang terkenal: kotak persimpangan . Kotak-kotak ini dipasang di sebagian besar rumah. Mereka adalah kotak yang berisi kabel yang melaluinya semua listrik di rumah harus mengalir.

Saat melakukan perhitungan, arus yang mengalir masuk dan keluar dari persimpangan biasanya memiliki tanda yang berlawanan. Anda juga dapat menyatakan Hukum Kirchhoff saat ini sebagai berikut:

  • Jumlah arus ke persimpangan sama dengan jumlah arus keluar dari persimpangan.

Anda selanjutnya dapat memecah kedua hukum tersebut secara lebih spesifik.

Hukum Kirchhoff Saat Ini

Dalam gambar, persimpangan empat konduktor (kabel) ditampilkan. Arus v2 dan v3 mengalir ke persimpangan, sedangkan  v1 dan  v4 mengalir keluar darinya. Dalam contoh ini, Aturan Persimpangan Kirchhoff menghasilkan persamaan berikut:

  • v2 + v3 = v1 + v4

Hukum Tegangan Kirchhoff

Hukum Tegangan Kirchhoff menggambarkan distribusi tegangan listrik dalam sebuah loop, atau jalur konduksi tertutup, dari suatu rangkaian listrik. Hukum Tegangan Kirchhoff menyatakan bahwa:

  • Jumlah aljabar perbedaan tegangan (potensial) dalam setiap loop harus sama dengan nol.

Perbedaan tegangan termasuk yang terkait dengan medan elektromagnetik (EMF) dan elemen resistif, seperti resistor, sumber daya (baterai, misalnya) atau perangkat — lampu, televisi, dan blender — yang dicolokkan ke sirkuit. Bayangkan ini sebagai tegangan naik dan turun saat Anda melanjutkan di sekitar salah satu loop individu di sirkuit.

Hukum Tegangan Kirchoff muncul karena medan elektrostatis dalam rangkaian listrik adalah medan gaya konservatif. Tegangan mewakili energi listrik dalam sistem, jadi anggaplah sebagai kasus kekekalan energi tertentu. Saat Anda berputar-putar, ketika Anda tiba di titik awal memiliki potensi yang sama seperti saat Anda memulai, jadi setiap kenaikan dan penurunan sepanjang loop harus dibatalkan untuk perubahan total nol. Jika tidak, maka potensi di titik awal / akhir akan memiliki dua nilai yang berbeda.

Tanda Positif dan Negatif dalam Hukum Tegangan Kirchhoff

Menggunakan Aturan Tegangan memerlukan beberapa konvensi tanda, yang belum tentu sejelas yang ada di Aturan Saat Ini. Pilih arah (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) untuk mengikuti putaran. Saat melakukan perjalanan dari positif ke negatif (+ ke -) di EMF (sumber daya), tegangan turun, jadi nilainya negatif. Ketika pergi dari negatif ke positif (- ke +), tegangan naik, jadi nilainya positif.

Ingatlah bahwa ketika berkeliling sirkuit untuk menerapkan Hukum Tegangan Kirchhoff, pastikan Anda selalu berjalan ke arah yang sama (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) untuk menentukan apakah elemen yang diberikan mewakili kenaikan atau penurunan tegangan. Jika Anda mulai melompat-lompat, bergerak ke arah yang berbeda, persamaan Anda akan salah.

Saat melintasi resistor, perubahan tegangan ditentukan oleh rumus:

  • I * R

dimana I adalah nilai arus dan R adalah resistansi resistor. Menyeberang ke arah yang sama dengan arus berarti tegangan turun, jadi nilainya negatif. Saat melintasi resistor ke arah yang berlawanan dengan arus, nilai tegangannya positif, sehingga semakin meningkat.

Menerapkan Hukum Tegangan Kirchhoff

Aplikasi paling dasar untuk Hukum Kirchoff terkait dengan rangkaian listrik. Anda mungkin ingat dari fisika sekolah menengah bahwa listrik dalam suatu rangkaian harus mengalir dalam satu arah yang terus menerus. Jika Anda mematikan sakelar lampu, misalnya, Anda memutus sirkuit, dan karenanya mematikan lampunya. Setelah Anda membalik sakelar lagi, Anda menghidupkan kembali sirkuit, dan lampu kembali menyala.

Atau, pikirkan tentang merangkai lampu di rumah atau pohon Natal Anda. Jika hanya satu bola lampu yang padam, seluruh string lampu akan padam. Pasalnya, listrik yang dimatikan oleh lampu yang rusak tidak ada tempat untuk pergi. Ini sama dengan mematikan sakelar lampu dan memutus sirkuit. Aspek lain dari hal ini berkaitan dengan Hukum Kirchhoff adalah bahwa jumlah semua listrik yang masuk dan mengalir keluar dari persimpangan harus nol. Listrik yang masuk ke persimpangan (dan mengalir di sekitar sirkuit) harus sama dengan nol karena listrik yang masuk juga harus keluar.

Jadi, lain kali Anda mengerjakan kotak persimpangan Anda atau mengamati tukang listrik melakukannya, merangkai lampu liburan listrik, atau menyalakan atau mematikan TV atau komputer Anda, ingatlah bahwa Kirchhoff pertama kali menjelaskan bagaimana semuanya bekerja, sehingga mengantarkan era listrik.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel