Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL)

Hukum Tegangan Kirchhoff, atau KVL, menyatakan bahwa total perubahan tegangan di sepanjang loop rangkaian tertutup mana pun adalah nol, selama rangkaian diperlakukan dengan model rangkaian terkumpul (lumped-circuit) yang biasa.

$$\sum \Delta V = 0$$

Dalam bahasa sederhana, jika Anda mengelilingi loop lalu kembali ke titik awal, kenaikan tegangan dan penurunan tegangan harus saling meniadakan. Baterai dapat menaikkan potensial listrik, sedangkan resistor menurunkannya, tetapi perubahan bersih di sepanjang satu loop penuh tetap nol.

Apa Arti Hukum Tegangan Kirchhoff

Tegangan adalah beda potensial listrik. Kembali ke titik yang sama berarti kembali ke potensial yang sama, jadi jumlah aljabar semua perubahan sepanjang lintasan harus nol.

Itulah sebabnya loop baterai-resistor bekerja dengan rapi. Sumber memberikan energi per satuan muatan, dan komponen dalam loop menjelaskan ke mana energi itu pergi.

Kapan Anda Dapat Menggunakan KVL dengan Aman

Untuk sebagian besar soal rangkaian pengantar, KVL bekerja persis seperti yang diajarkan: baterai ideal, resistor, dan elemen lain yang disusun sebagai rangkaian terkumpul.

Syarat ini penting. Jika fluks magnet yang berubah mengait loop, bentuk sederhana $\\sum \Delta V = 0$ perlu dimodifikasi atau diberi perhatian tambahan. Jadi KVL andal untuk analisis rangkaian biasa, tetapi tidak boleh diterapkan begitu saja pada setiap situasi elektromagnetik.

Contoh Soal dengan Satu Baterai dan Dua Resistor

Misalkan sebuah loop berisi baterai $9\\ \\mathrm{V}$, resistor $3\\ \\Omega$, dan resistor $6\\ \\Omega$, semuanya tersusun seri. Misalkan arusnya adalah $I$.

Telusuri loop searah arus. Saat melintasi baterai dari terminal negatif ke terminal positif, terjadi kenaikan sebesar $+9$. Saat melintasi resistor, terjadi penurunan sebesar $-3I$ dan $-6I$.

Persamaan loopnya adalah

$$9 - 3I - 6I = 0$$

Gabungkan suku sejenis:

$$9 - 9I = 0$$

Selesaikan untuk $I$:

$$I = 1\\ \\mathrm{A}$$

Sekarang periksa hasilnya. Penurunan tegangan pada resistor adalah

$$V_1 = 3I = 3\\ \\mathrm{V}$$

dan

$$V_2 = 6I = 6\\ \\mathrm{V}$$

Jika dijumlahkan, keduanya menjadi $3 + 6 = 9\\ \\mathrm{V}$, yang sesuai dengan tegangan baterai. Inilah tepatnya yang diprediksi KVL: total kenaikan sama dengan total penurunan.

Konvensi Tanda yang Mencegah Kesalahan

Sebagian besar kesalahan KVL berasal dari tanda yang tidak konsisten, bukan dari aljabar yang sulit.

Tentukan arah loop terlebih dahulu. Lalu gunakan aturan tanda yang sama sepanjang loop. Misalnya, Anda dapat menganggap perpindahan dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi sebagai positif dan perpindahan dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah sebagai negatif. Konvensi apa pun boleh, asalkan konsisten.

Jika jawaban Anda bernilai negatif, itu biasanya berarti arah arus sebenarnya berlawanan dengan yang Anda asumsikan. Itu tidak otomatis berarti perhitungannya salah.

Kesalahan KVL yang Umum

• Mencampur konvensi tanda di tengah penulisan persamaan loop.
• Menuliskan hanya tegangan sumber dan melupakan salah satu penurunan tegangan pada komponen.
• Menggunakan KVL tanpa hukum komponen seperti $V = IR$ ketika arus atau tegangan yang belum diketahui masih memerlukan hubungan kedua.
• Menganggap aturan loop sederhana berlaku tanpa perubahan bahkan ketika fluks magnet yang berubah merupakan bagian dari susunan soal.

Di Mana Hukum Tegangan Kirchhoff Digunakan

KVL digunakan dalam analisis mesh, jaringan resistor, rangkaian RC, dan banyak soal rangkaian DC serta frekuensi rendah sehari-hari. KVL menjadi sangat berguna ketika rangkaian sudah terlalu rumit untuk diselesaikan dengan satu rumus singkat.

Bahkan ketika perangkat lunak menyelesaikan rangkaian untuk Anda, persamaan di baliknya tetap dibangun dari gagasan kekekalan yang sama.

Coba Loop Serupa

Coba versi Anda sendiri dengan mengubah baterai menjadi $12\\ \\mathrm{V}$ sambil mempertahankan dua resistor yang sama. Tuliskan persamaan KVL sebelum menyelesaikannya, lalu periksa bahwa penurunan tegangan pada resistor tetap berjumlah sama dengan tegangan sumber.