Hukum Rangkaian Kirchhoff
Muatan listrik tidak bisa menumpuk atau menghilang, jadi di titik cabang mana pun, arus yang masuk harus persis sama dengan arus yang keluar. Energi juga tidak bisa muncul atau hilang begitu saja, jadi jika Anda menjumlahkan semua kenaikan dan penurunan tegangan sepanjang satu loop tertutup, jumlahnya akan menjadi nol.
Rumus
ΣI_in = ΣI_out ; ΣΔV = 0
- I_in — arus masuk (A): total arus yang mengalir masuk ke titik cabang
- I_out — arus keluar (A): total arus yang mengalir keluar dari titik cabang yang sama
- ΔV — perubahan tegangan (V): kenaikan atau penurunan tegangan pada salah satu bagian loop
Contoh yang diselesaikan
Sebuah kawat membawa 6 A masuk ke sebuah titik cabang, tempat arus itu terbagi menjadi dua cabang. Satu cabang membawa 4 A. Berapa arus yang mengalir melalui cabang lainnya?
- I_in = 6 A
- I_out1 = 4 A
- I_out2 = I_in − I_out1
- I_out2 = 6 A − 4 A
I_out2 = 2 A
Uji diri Anda
Sebuah titik cabang kini memiliki 9 A yang mengalir masuk, terbagi menjadi dua cabang. Satu cabang membawa 5 A. Berapa yang mengalir melalui cabang lainnya?
- Jawaban benar: 4 A
- 14 A
- 5 A
Benar! Arus masuk harus sama dengan arus keluar: 9 A − 5 A = 4 A.
Jika Anda berkeliling penuh sepanjang loop tertutup dalam sebuah rangkaian, menjumlahkan setiap kenaikan dan penurunan tegangan, berapa total yang harus dihasilkan?
- Total arus
- Jawaban benar: Nol
- Tegangan baterai yang digandakan
Tepat sekali — energi kekal, jadi semua kenaikan dan penurunan tegangan sepanjang loop berjumlah nol.
Di mana Anda melihatnya
Instalasi listrik di rumah Anda adalah pohon titik cabang: aliran dari jaringan utama terbagi di panel pemutus rangkaian, terbagi lagi di setiap ruangan, dan setiap ampere yang masuk di satu ujung akan keluar kembali di ujung lainnya — tidak ada yang menumpuk. Sungai yang bercabang mengelilingi sebuah pulau memperlihatkan aturan titik cabang ini di alam: kedua cabang itu membawa air persis sebesar aliran yang dibawa satu saluran ke titik percabangan.
Kesalahan umum
Kesalahan klasiknya adalah menganggap arus habis terpakai setelah melewati perangkat-perangkat — muatan bersifat kekal, jadi apa pun yang mengalir masuk ke sebuah titik cabang akan mengalir keluar: 9 A masuk dengan 5 A mengalir turun di satu cabang berarti tepat 4 A turun di cabang lainnya, tidak kurang. Aturan loop pun punya cara salah pakainya sendiri: dengan beberapa komponen dalam satu loop, tegangan baterai tidak jatuh seluruhnya pada komponen favorit Anda — ΣΔV = 0 menyeimbangkan seluruh perjalanan, setiap kenaikan diseimbangkan setiap penurunan. Jangan tertukar antara kedua kekekalan ini: titik cabang menjaga kekekalan muatan, loop menjaga kekekalan energi.
Bagaimana ini terhubung
Hukum Ohm 'memberi harga' untuk satu resistor; kedua hukum ini mengerjakan pembukuan untuk seluruh jaringan — dan keduanya adalah hukum kekekalan dari mekanika yang tampil dalam baju rangkaian (ΣI_in = ΣI_out adalah kekekalan muatan, ΣΔV = 0 adalah kekekalan energi). Rangkaian RC, berikutnya, adalah rangkaian pertama yang perilakunya berubah selagi berjalan, dan menyelesaikannya menuntut kedua aturan sekaligus.