Hukum II Kirchhoff

Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel.
Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:

Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak dalam analogi pada gambar berikut.Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:
Dirumuskan :

Selanjutnya ada beberapa tahap yang diperkenalkan pada Anda melalui kegiatan 3 ini yaitu pertama rangkaian dengan satu loop (loop adalah rangkaian tertutup) serta selanjutnya rangkaian dengan dua loop atau lebih. Nah ... selanjutnya silahkan Anda simak yang berikut:
Rangkaian dengan satu loop
Pada gambar 12 berikut menunjukkan rangkaian sederhana dengan satu loop. Pada rangkaian tersebut, arus listrik yang mengalir adalah sama, yaitu I (karena pada rangkaian tertutup).
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!

a.Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika berlawanan dengan arah loop.

b.GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.

Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a

Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II kirchhoff

Jika harga e₁, e₂, r₁, r₂ & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya!

Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk. Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai berikut:

Gambar 13. Rangkaian dengan dua loop

a.	Gambarlah rangkaian listrik dari rangkaian majemuk tersebut!
b.	Tetapkan arah kuat arus untuk tiap cabang.
c.	Tulislah persamaan-persamaan arus untuk tiap titik cabang dengan menggunakan Hukum I Kirchhoff!
d.	Tetapkan loop beserta arahnya pada setiap rangkaian tertutup!
e.	Tuliskan persamaan-persamaan untuk setiap loop dengan menggunakan persaman Hukum II Kirchhoff!
f.	Hitunglah besaran-besaran yang ditanyakan dengan menggunakan persamaan huruf e di atas!

Hukum 1(Kirchhoff)

Bahasan ini merupakan kelanjutan materi pada modul kegiatan-1 dan 2 sebelumnya. Arus listrik yang telah Anda kenal bahkan pahami itu, bila mengalir bak ... aliran air yaitu dari dataran lebih tinggi ke dataran lebih rendah atau arus listrik itu merupakan aliran arus dari potensial tinggi disebut kutub positif melalui kabel (rangkaian luar) menuju potensial rendah disebut kutub negatif.

Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.

Selanjutnya hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik percabangan/ simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan akan diselidiki dengan percobaan pada lembar percobaan dan diharapkan Anda mencobanya.

Dari percobaan akan didapatkan bahwa penunjukkan ampere meter A₁ sama dengan penjumlahan penunjukkan A₂ dan A₃ (lihat gambar 10)
Hal tersebut dikenal sebagai hukum I Kirchhoff yang berbunyi:



Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak dalam analogi pada gambar berikut.Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai:

	Gambar 8. Skema diagram untuk            Gambar 10. Rangkaian untuk Hukum I Kirchhoff                            menyelidiki kuat arus yang masuk                                                       dan keluar dari suatu titik simpul

Hubungan antara hambatan kawat dengan jenis kawat dan ukuran kawat

Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik.

Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:

	dengan ketentuan:
	R = hambatan() p = hambatan jenis penghantar (m) l = panjang penghantar (m) A = Luas penampang penghantar (m2) untuk kawat berbentuk lingkaran A = 2 r = jari-jari lingkaran kawat

Untuk mempermudah Anda mengenal berbagai macam jenis logam dan hambatan jenisnya, Anda perhatikan tabel di bawah ini!

Tabel –1. Hambatan jenis beberapa zat.

Hubungan antara Tegangan listrik (V) dan Kuat arus listrik (I)

Setelah Anda mengetahui tentang kuat arus listrik (I) dan tegangan listrik (V), Anda akan bertanya apa hubungannya antara kedua besaran tersebut? Hubungan antara V dan I pertama kali ditemukan oleh seorang guru Fisika berasal dari Jerman yang bernama George Simon Ohm. Dan lebih dikenal sebagai hukum Ohm yang berbunyi:



Besar kuat arus listrik dalam suatu penghantar berbanding langsung dengan beda potensial (V) antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetapHasil bagi antara beda potensial (V) dengan kuat arus (I) dinamakan hambatan listrik atau resistansi (R) dengan satuan ohm ()
Hambatan dalam rangkaian listrik diberi simbol:

gambar sebenarnya adalah
Maka persamaannya dapat ditulis:

Keterangan:	R	:	hambatan listrik (ohm = W)
	V	:	beda potensial atau tegangan (volt = V)
	I	:	kuat arus listrik (ampere = A)

Beda Potensial atau Tegangan Listrik

Setelah Anda mempelajari kuat arus listrik, selanjutnya kita akan mempelajari beda potensial atau tegangan listrik.
Untuk mempelajari beda potensial atau tegangan listrik, coba kita perhatikan sebuah baterai; yang Anda pasti sudah tahu, pada baterai itu terdapat 2 (dua) kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Bila kutub positif dan kutub negatif kita hubungkan dengan kawat penghantar listrik, maka akan mengalir elektron dari kutub negatif melalui penghubung ke kutub positif.
Para ahli telah melakukan perjanjian bahwa arah arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif. Jadi arah arus listrik berlawanan dengan arah aliran elektron.
Seandainya Anda ingin lebih jelas lagi, perhatikan gambar di bawah ini. Keterangan:

1. kutub positif (+)	Gambar 9. Perjanjian arah arus listrik
2. kutub negatif (–)
3. arah arus listrik
4. arah gerak elektron

Terjadinya arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif dan aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif, disebabkan oleh adanya beda potensial antara kutub positif dengan kutub negatif, dimana kutub positif mempunyai potensial yang lebih tinggi dibandingkan kutub negatif.

KUAT ARUS LISTRIK

Pernahkah Anda mendengar kata kuat arus listrik? Coba diingat! Di rumah Anda lampu menyala disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus bolak-balik.
Jika Anda menghubungkan lampu listrik kecil dan baterai dengan kabel, apa yang terjadi? Lampu akan menyala, yang disebabkan oleh aliran listrik dalam rangkaian arus searah.
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.
Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.

Gambar. 8 Segmen dari sebuah kawat penghantar berarus

Jika dalam waktu t mengalir muatan listrik sebesar Q, maka kuat arus listrik I adalah:

Voltmeter

         Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik atau beda potensial antara dua titik. Voltmeter juga menggunakan galvanometer yang dihubungkan seri dengan resistor. Coba Anda bedakan dengan Ampermeter!

Beda antara Voltmeter dengan Ampermeter adalah sebagai berikut:

1.	Ampermeter merupakan galvanometer yang dirangkai dengan hambatan shunt secara seri, Voltmeter secara paralel.
2.	Hambatan Shunt yang dipasang pada Ampermeter nilainya kecil sedangkan pada Voltmeter sangat besar.

Bagaimana menggunakan Voltmeter?
         Menggunakan Voltmeter berbeda dengan menggunakan Ampermeter, dalam menggunakan Voltmeter harus dipasang paralel pada kedua ujung yang akan dicari beda tegangannya. Misalkan Anda kan mengukur beda tegangan antara ujung-ujung lampu pada gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian dengan sumber arus dc.

Anda cukup mengatur batas ukur pada alat dan langsung hubungkan dua kabel dari voltmeter ke ujung-ujung lampu seperti pada gambar 6.

Gambar 6. Mengukur tegangan.



Seperti pada saat Anda menggunakan Ampermeter, jika jarum pada voltmeter melewati batas skala maksimal, berarti beda potensial yang Anda ukur lebih besar dari kemampuan alat ukur. Sehingga Anda harus memperbesar batas ukur. Caranya dengan memasang resistor (hambatan muka) secara seri pada voltmeter. Seperti gambar 7.


Gambar 7. Rangkaian hambatan muka (R_m) pada Voltmeter
untuk memperbesar batas ukurnya.

Besar hambatan muka yang dipasang pada Voltmeter tersebut adalah:

Ampermeter

         Ampermeter merupakan alat untuk mengukur arus listrik. Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus.
         Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer. Cara kerja galvanometer ini akan dibahas lebih lanjut pada saat Anda mempelajari medan magnetik di kelas XII jurusan IPA.
          Ampermeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada ampermeter.
          Bagaimana cara menggunakan Ampermeter?
Misalkan Anda akan mengukur kuat arus yang melewati rangkaian pada gambar 1. Misalkan R adalah lampu, maka:

Gambar 1. a. gambar rangkaian sederhana dengan sumber arus dc.
b. rangkaian sebenarnya

         Anda harus memasang secara seri ampermeter dengan lampu. Sehingga harus memutus salah satu ujung (lampu menjadi padam). Selanjutnya hubungkan kedua ujung dengan kabel pada ampermeter, seperti gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian cara menggunakan Ampermeter
Gambar 3. Multimeter yang dapat digunakan sebagai Ampermeter

          Hati-hati saat Anda membaca skala yang digunakan, karena Anda harus memperhatikan batas ukur yang digunakan. Misalnya Anda menggunakan batas ukur 1A, pada skala tertulis angka dari 0 sampai dengan 10. Ini berarti saat jarum ampermeter menunjuk angka 10 kuat arus yang mengalir hanya 1A. Jika menunjukkan angka 5 berarti kuat arus yang mengalir 0,5 A. Secara umum hasil pengamatan pada pembacaan ampermeter dapat dituliskan: