Hukum Kirchoff 1 dan 2: Bunyi, Rumus & Penerapan Dalam Keseharian

Hukum Kirchoff – Di dalam mata pelajaran Fisika, Grameds pasti belajaran soal listrik atau kelistrikan. Di bab ini, biasanya kamu akan berkenalan dengan Hukum Kirchoff 1 dan 2 yang isinya membahas soal konduksi listrik. Hukum Kirchoff ini digunakan sebagai dasar dalam memahami rangkaian listrik, khususnya listrik tertutup.

Yup, dengan memahami hukum Kirchoff Grameds dapat menganalisis berbagai rangkaian listrik sederhana dengan mengubah kombinasi rangkaian seri dan paralel resistor yang ada dalam rangkaian dengan banyak resistor di dalamnya.

Lalu, apa sebenarnya yang dimaksud dengan hukum Kirchoff 1 dan 2? Mari kita bahas sama-sama di sini.

Kenalan dengan Penemu Hukum Kirchoff: Gustav Robert Kirchhoff

Gustav Robert Kirchoff adalah fisikawan Jerman kelahiran 12 Maret 1824 yang meninggal di usia 63 tahun, tepatnya pada 17 Oktober 1887. Kirchoff lahir dari pasangan Friedrich Kirchoff dan Johanna Henriette Wittke. Friedrich, ayahnya, berprofesi sebagai pengacara saat itu.

Saat menginjak usia 23 tahun, Kirchoff menikahi seorang perempuan bernama Clara Richelot. Dari pernikahannya ini, dia memiliki dua anak perempuan dan tiga anak laki-laki. Di tahun 1869, Richelot meninggal dunia dan Kirchoff akhirnya menikah lagi dengan Luise Brommel di tahun 1872.

Sebagian masa hidup Kirchoff dihabiskan untuk profesi guru besar dan profesor fisika. Dari dedikasinya ini, dia berhasil menemukan rumus hukum rangkaian untuk rekayasa listrik, hukum termodinamika atau radiasi termal, dan berkontribusi pada bidang spektroskopi.

Kamu bisa mengetahui biografi Gustav Robert Kirchoff dan ilmuwan fisika lainnya lebih lengkap lagi dalam buku Ensiklopedia Ilmuwan Fisika Abad 20 yang ditulis oleh Taufik Hidayat.

Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchoff 1 disebut juga sebagai junction rule atau hukum percabangan yang memenuhi kekekalan muatan. Hukum ini biasanya digunakan dalam rangkaian yang multisimpal serta memiliki beberapa titik percabangan yang membagi arus listrik.

Dalam keadaan yang konstan, tidak ditemukan adanya akumulasi muatan listrik di setiap titik yang ada dalam rangkaian. Ini berarti, jumlah muatan yang masuk ke dalam setiap titik sama dengan jumlah muatan yang keluar dari titik tersebut.

Ini sejalan dengan bunyi hukum Kirchoff 1 yang mengatakan:

“Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik cabang akan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik tersebut.”

Biar lebih paham, coba perhatikan gambar di bawah ini.

Dalam gambar tersebut, arus yang masuk (I) jumlahnya sama dengan arus yang luar (I1, I2, I3, dan I’). Jadi singkatnya, hukum Kirchoff membahas tentang arus di sebuah percabangan yang ada dalam suatu rangkaian tertutup.

Landasan dari bunyi hukum ini diambil dari Hukum Kekekalan Muatan yang memiliki bunyi “Muatan di titik A akan sama dengan muatan yang ada di Titik B”. Namun dengan catatan, tidak ada gaya luar yang bekerja dalam rangkaian ini.

Ibaratnya seperti sebuah bus pariwisata yang mengangkut 50 orang dari Bandung ke Jakarta. Sejak berangkat dari Bandung hingga sampai ke tempat tujuan di Jakarta, jumlah penumpang dalam bus tersebut tetap 50. Dengan catatan, tidak ada penumpang yang ketinggalan saat istirahat di rest area dan kejadian lainnya.

Rumus Hukum Kirchoff 1

Rumus hukum Kirchoff adalah sebagai berikut:

Keterangan:

Σ Imasuk = Jumlah arus masuk (Ampere)
Σ Ikeluar = Jumlah arus keluar (Ampere)

Nah, biar Grameds bisa lebih memahami soal rumus hukum Kirchoff 1 ini, mari berlatih dengan memahami contoh soal di bawah ini.

Perhatikan gambar rangkaian listrik ini :

Diketahui:
I1 = 5 A
I2 = 10 A
I3 = 2A

Pertanyaan:
Berapa jumlah arus yang ada pada I4?

Penyelesaian:
Jumlah arus yang masuk = jumlah arus yang keluar. Jadi:
I1 + I4 = I2 + I3
5 A + I4 = 10 A + 2 A
I4 = 12 A – 5A
I4 = 7 A
Jadi, jawaban untuk pertanyaannya adalah 2 A.

Hukum Kirchoff 2

Hukum Kirchoff 2 atau loop rule (hukum simpal) memiliki perbedaan potensial antara dua titik percabangan yang ada di dalam sebuah rangkaian yang sedang berada dalam keadaan konstan.

Hukum ini adalah bukti dari hukum konservasi energi. Di mana jika muatan Q yang ada pada sembarang titik memiliki potensial V, maka energi yang dimiliki oleh muatan itu adalah QV.

Kemudian, ketika muatan mulai bergerak melewati simpal, muatan tersebut akan menerima tambahan atau kehilangan energinya ketika melewati suatu elemen. Akan tetapi, ketika muatan kembali ke titik awalnya, maka energi dalam muatan tersebut akan kembali menjadi QV.

Inilah penjelasan tentang hukum Kirchoff 2 yang berbunyi:

“Jumlah keseluruhan voltase di sekitar loop tertutup yang ada dalam suatu rangkaian, mempunyai besar yang sama dengan nol”.

Biasanya hukum Kirchoff membahas loop dalam sebuah rangkaian listrik seperti yang ada pada gambar di bawah ini. Tujuannya untuk mengukur berapa beda potensial tegangan di suatu rangkaian yang tidak mempunyai cabang.

Rumus Hukum Kirchoff 2

Rumus hukum Kirchoff 2 adalah sebagai berikut:

Aturan Hukum Kirchoff

Selain rumus, kamu juga harus memperhatikan beberapa aturan dari hukum Kirchoff yang akan membantu kamu dalam memahaminya. Aturan tersebut adalah sebagai berikut:

Satu

Untuk setiap lintasan tertutup, Grameds harus memilih loop dengan arah tertentu. Kamu bebas menentukan arah loop-nya (apakah mau searah jarum jam atau berlawanan), namun lebih baik gunakan arah yang searah dengan arusnya.

Dua

Jika arah loop yang ada di suatu cabang sama dengan arah arusnya, maka penurunan tegangan (IR) akan memiliki tanda positif. Jika arahnya berlawanan, maka tandanya menjadi negatif.

Misalnya, arah loop dan arus itu searah dengan jarum jam, maka penurunan tegangannya jadi positif.

Loop searah dengan arus

Loop tidak searah dengan arus

Tiga

Kalau saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang dijumpai pertama kali adalah kutub positif, maka Gerak Gaya Listrik (GGL)-nya jadi bertanda positif.

Sedangkan, kalau yang dijumpai pertama kali adalah kutub negatif, maka GGL-nya jadi bertanda negatif.

Hukum Kirchoff 1 dan 2 yang dibahas dalam artikel ini merupakan rangkuman dari pembahasan lengkap yang ditulis oleh Ratnadewi, Agus Prijono Dkk dalam buku Dasar-dasar Rangkaian Listrik.

Penerapan Hukum Kirchoff dalam Kehidupan Sehari-Hari

Umumnya, untuk memahami hukum-hukum yang ada dalam mata pelajaran Fisika, kita diajak untuk melihat penerapannya di dalam kehidupan sehari-hari. Cara ini akan lebih mudah dipahami karena kita mengalaminya sendiri dan mengerti setiap perubahan maupun cara kerjanya.

Beda halnya jika hanya belajar dari buku pelajaran. Kadang-kadang bunyi hukum nya pun sulit dimengerti. Apalagi saat ditambahkan dengan rumus-rumus tertentu. Makin sulitlah kita memahaminya.

Sayangnya, saat mempelajari hukum Kirchoff kamu tidak bisa bergantung pada strategi ini. Sebab, penerapan hukum Kirchoff dalam kehidupan sehari-hari lumayan sulit untuk dilihat secara langsung oleh mata kita.

Penerapannya berbentuk sebuah rumus yang digunakan untuk menjalankan rangkaian listrik, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Contoh paling mudah untuk menggambarkan dua rangkaian ini adalah lampu di rumah.

Jika di rumah kamu menggunakan rangkaian seri, lampu yang jaraknya paling dekat dengan saklar atau sumber listrik pasti menyala lebih terang daripada lampu yang jauh dari sumber listrik.

Jika yang digunakan untuk lampu di rumah kamu adalah rangkaian paralel, maka semua lampunya akan menyala dengan tingkat keterangan yang sama tanpa memperhatikan perbedaan jarak antara lampu dengan sumber listriknya.

Nah pertanyaannya, kapan sebenarnya kita harus menganalisa suatu rangkaian? Lalu siapa saja yang dapat menganalisanya? Jawabannya bisa kamu lihat di bawah ini:

1. Kita menganalisa rangkaian ketika ingin memeriksa kerusakan pada suatu alat.
2. Kita menganalisa rangkaian ketika membuat rangkaian elektronik sendiri dengan cara mempelajari rangkaian yang telah ada sebelumnya.

Hukum Kirchoff sendiri mempunyai kelebihan, yaitu dapat digunakan untuk menganalisa rangkaian yang sangat rumit. Misalnya, saat Grameds ingin meniru rangkaian elektronik yang memiliki spesifikasi berbeda, kamu harus mengganti beberapa komponen di dalamnya. Baik itu, menambah atau mengurangi nilai resistansi resistornya.

Agar kamu dapat menentukan komponen yang sesuai, maka kamu harus menghitung nilai tegangan serta arus yang ada di rangkaian tersebut.

Contoh Soal Hukum Kirchoff 1 dan Pembahasan

Soal 1

Dalam rangkaian sederhana di bawah ini, kuat arus yang mengalir pada I1 = 20 A, I2 = 4 A, dan I4 = 8 A. Tentukan nilai dari I3!

Pembahasan soal:

Diketahui:
I1 = 20 Ampere
I2 = 4 Ampere
I4 = 8 Ampere

Ditanyakan: I3?

Jawaban:

Menurut data-data yang sudah disebutkan, soal ini dapat diselesaikan menggunakan rumus hukum Kirchoff 1 yaitu:

ΣImasuk = ΣIkeluar
I1 = I2 + I3 + I4
20 = 4 + I3 + 8
20 = 12 +I3
I3 = 20-12= 8 Ampere

Jadi jawaban untuk pertanyaannya adalah 8 Ampere.

Soal 2

Pada rangkaian sederhana yang ada di bawah ini, kuat arus yang mengalir pada I1=15 Ampere, I3=7 Ampere, I4=8 Ampere serta I5=5 Ampere. Tentukan nilai I2!

Pembahasan:

Diketahui:
I1 = 15 Ampere
I3 = 7 Ampere
I4 = 8 Ampere
I5 = 5 Ampere

Ditanyakan: I2?

Jawaban:

Menurut data-data yang sudah disebutkan, soal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus hukum Kirchoff 1, yaitu:

ΣImasuk = ΣIkeluar
I1 + I2 = I3 + I4 + I5
20 + I2 = 7 + 8 + 5
I2 = 20-15
I2 = 20-15= 5 Ampere

Jadi besar kuat arus pada I2 adalah 5 Ampere.

Soal 3

Jika I1 dalam soal nomor satu dinaikan 25%, tentukan perbandingan nilai I3 awal dan akhirnya.

Pembahasan:

Diketahui:
I1 = 20 Ampere
I2 = 4 Ampere
I4 = 8 Ampere
I3 = 8 Ampere
I1’= 20 + (20 x 0,25) = 25 Ampere

Ditanyakan: I3:I3′?

Jawaban:

Menurut data yang ada, soal ini bisa dikerjakan menggunakan rumus hukum Kirchoff 1:

ΣImasuk = ΣIkeluar
I1′ = I2 + I3′ + I4
25 = 4 + I3′ + 8
25 = 12 +I3′
I3′ = 25-12= 13 Ampere
I3:I3’= 8:13

Jadi perbandingan I3 awal dan akhir adalah 8:13.

Contoh Soal Hukum Kirchoff 2 dan Pembahasan

Soal 1

Berapakah kuat arus yang mengalir pada sebuah rangkaian arus listrik jika R1 = 3 ohm, R2 = 2 ohm, dan R3 = 1 ohm serta є1 = 12 Volt dan є2 = 24 Volt.

Pembahasan:

Diketahui:
R1 = 3 ohm
R2 = 2 ohm
R3 = 1 ohm
є1 = 12 Volt
є2 = 24 Volt

Ditanyakan: I?

Jawaban:

Menurut data yang ada, soal ini dapat dikerjakan menggunakan rumus hukum Kirchoff 2:

Pembahasan:

Pertama, tentukan dulu arah loop-nya. Biar lebih mudah dikerjakan, arah loop sama dengan arah arus listrik (I)

Dari gambar arus listrik (I) bertemu kutub (+) pada є1 sehingga bernilai positif є1 (+) sedangkan є2 bernilai negatif є2 (-)

Agar lebih mudah dalam perhitungan dan penulisan maka ditulis secara berurutan

Σє + ΣIR = 0
IR2 + є1 + IR1 + IR3 -є2 = 0
I(2) + 12 + I(3) + I(1) -24 =0
6I-12=0
I=12/6= 2 Ampere

Jadi besar kuat arus pada I adalah 2 Ampere.

Soal 2

Jika diketahui ε1 = 16 V; ε2 = 8 V; ε3 = 10 V; R1 = 12 ohm; R2 = 6 ohm; dan R3 = 6 ohm. Berapa besar kuat arus listrik I?

Pembahasan:

Diketahui:
ε1 = 16 V
ε2 = 8 V
ε3 = 10 V
R1 = 12 ohm
R2 = 6 ohm
R3 = 6 ohm.

Ditanyakan: I?

Pembahasan:

Pertama, tentukan dulu arah loop-nya.

Loop 1 yang ada di sebelah kiri:

Perhitungan dimulai dari R1

Σє + ΣIR = 0
IxR1 – ε1 + I1xR2 = 0
I(6) – 16 + I1(6) = 0
12I + 6I1 = 16 ….. > dibagi 2
6I + 3I1 =8
karena I1+I2=I, maka
6(I1+I2) +3I1 = 8
6I1 + 6I2 + 3I1 = 8
9I1 + 6I2 = 8

Loop 2 yang ada di sebelah kanan
Pada loop 2, arah arus I1 berlawanan dengan arah loop sehingga, I1 bernilai negatif (-), sehingga

Σє + ΣIR = 0
I2xR3 + ε2 – I1xR2 + ε3 = 0
I2(6) + 8 – I1(6) + 10 = 0
6I2 – 6I1 + 18 = 0
– 6I1 + 6I2 = -18

Eliminasi

9I1 + 6I2 = 8
– 6I1 + 6I2 = -18
—————– (-)
15I1 + 0 = 26
I1 = 26/15 A
-6I1 + 6I2 = -18 …..> -6(26/15) + 6I2 = -18…> I2=12/5 A
I=I1+I2= (26/15) + (12/5) = 4,13 A

jadi besar kuat arus pada I adalah 4,13 Ampere.

Soal 3

Diketahui sebuah rangkaian sebagaimana dibawah. Apa yang akan terjadi pada arus listrik pada rangkaian tersebut jika saklar S ditutup. Maka berapakah daya pada R = 2 Ω? bila R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω, R3 = 1 Ω, є1 = 12 V, є2 = 8 V

Ditanya: Hitunglah Daya atau P (R1) pada rangkaian tersebut!

Pembahasan:

Pertama tentukan dulu arah arus dan arah loop. Dalam kasus ini arah arus sama dengan arah loop sehingga. Gambar diatas menjadi

Loop 1

ε + I R + 0 atau ΣE +ΣIR = 0
-ε1 + I1 R2 + I R1 =0
-12 + 4I1 + 2I=0
4I1+2I=12
I=I1+I2
2(I1+I2)+4I1=12
2I1+2I2+4I1=12
6I1+2I2=12 :2 = 3I1+I2=6

Loop 2

8 – I1 R2 +I2 R3=0
8 – I1 4 + I2 1=0
4I1-I2=8

Eliminasi

3I1+I2=6
4I1-I2=8
———- (+)
7I1=14
I1=2
3I1+I2=6
3(2)+I2=6
I2=6-6=0 Ampere
I=I1+I2=2+0=2 Ampere

Daya pada R1

P=(I^2)R1
=(2^2)2=8 Watt

Jadi daya pada R2 adalah 8 Watt

Soal 4

Tentukan nilai kuat arus dari rangkaian dibawah serta tegangan jepit titik KJ. Bila diketahui, ε1= 5 volt, r1 = 1 Ω, R1= 2 Ω, ε2= 17 volt, r2 = 1 Ω, R2= 2 Ω.

Pembahasan:

Diketahui:
ε1= 5 volt
r1 = 1 Ω
R1= 2 Ω
ε2= 17 volt
r2 = 1 Ω
R2= 2 Ω
R3= 1 Ω

Ditanya: Tentukan nilai kuat arus (I) dari rangkaian dibawah serta tegangan jepit titik KJ(V)

Jawaban

Langkah pertama tentukan dulu arah arus dan arah loop. Agar mudah arah arus dan loop searah. Seperti gambar dibawah.

Σє + ΣIR = 0
є1-є2 + I(r1+r2+R1+R2+R3)=0
5-12+I(1+1+2+2+1)=0
-7+7I=0
7I=7—>I=1 Ampere

VKJ= ε2+Ir2
VKJ= 17+1=18 Volt

Nilai kuat arus (I) dari rangkaian adalah 1 Ampere serta tegangan jepit titik KJ(V) adalah 18 volt

Semua soal di atas terinspirasi dari contoh soal yang ada dalam buku Fisika Fundamental SMA/MA Kelas XI karangan Sunardi. Buku ini menyajikan soal-soal fisika reguler yang dirancang khusus untuk digunakan sebagai ajang berlatih bagi siswa dalam mempersiapkan diri menghadapi berbagai bentuk ujian fisika, seperti ujian-ujian di tingkat sekolah, asesmen nasional, hingga seleksi masuk perguruan tinggi negeri (PTN).

Demikian pembahasan tentang hukum Kirchoff 1 dan 2 beserta dengan contoh soalnya. Setelah membaca artikel ini sampai habis, semoga bisa menambah wawasan sekaligus bermanfaat untuk Grameds.

Jika kamu ingin mencari berbagai macam buku tentang hukum fisika, maka bisa menemukannya di gramedia.com. Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca.

BACA JUGA:

1. Hukum Newton: Pengertian, Bunyi, Rumus, Contoh, dan Penerapannya 
2. Hukum Termodinamika: Pengertian, Proses, Rumus, Formulasi, dan Penerapannya 
3. Hukum Hooke: Sejarah, Rumus, Bunyi, dan Contoh Soalnya 
4. Hukum Gauss dan Medan Listrik
5. Apa Itu Hukum Ohm? Pengertian, Rumus, dan Contohnya
6. Faktor yang Mempengaruhi Besarnya Tekanan dalam Fisika