Hukum Kirchoff 2 - Tegangan (KVL)
Hukum Kirchoff 2 - Tegangan (KVL) adalah hukum kedua Kirchoff yang berkaitan dengan konservasi energi di sekitar jalur rangkaian tertutup.
Hukum Kirchoff 2 - Tegangan adalah hukum dasar kedua yang dapat kita gunakan untuk analisis rangkaian. Hukum tegangannya menyatakan bahwa untuk jalur seri loop tertutup, jumlah aljabar semua tegangan di sekitar loop tertutup dalam suatu rangkaian sama dengan nol. Ini karena loop rangkaian adalah jalur konduksi tertutup sehingga tidak ada energi yang hilang.
Dengan kata lain jumlah aljabar SEMUA perbedaan potensial di sekitar loop harus sama dengan nol sebagai: ΣV = 0. Perhatikan di sini bahwa istilah "jumlah aljabar" berarti memperhitungkan polaritas dan tanda-tanda sumber dan tegangan turun di sekitar loop.
Ide ini oleh Kirchoff umumnya dikenal sebagai Konservasi Energi, sebagai bergerak di sekitar loop tertutup, atau rangkaian, Anda akan kembali ke tempat Anda memulai di rangkaian dan karenanya kembali ke potensi awal yang sama tanpa kehilangan tegangan di sekitar lingkaran. Oleh karena itu setiap tegangan yang turun di sekitar loop harus sama dengan sumber tegangan yang bertemu di sepanjang jalan.
Jadi ketika menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan ke elemen rangkaian tertentu, penting bahwa kita memberikan perhatian khusus pada tanda-tanda aljabar, ( + dan - ) dari tegangan turun di seluruh elemen dan sumber ggl (gaya-gerak-listrik) jika perhitungan kita mungkin salah. Tetapi sebelum kita melihat lebih dekat pada Hukum Kirchoff 2 - Tegangan (KVL) mari kita terlebih dahulu memahami penurunan tegangan pada elemen tunggal seperti Resistor.
Untuk contoh sederhana ini kita akan mengasumsikan bahwa arus, I berada di arah yang sama dengan aliran muatan positif, yaitu aliran arus konvensional. Di sini aliran arus melalui resistor adalah dari titik A ke titik B, yaitu dari terminal positif ke terminal negatif. Jadi saat kita bergerak ke arah yang sama dengan aliran arus, akan ada penurunan potensial di seluruh elemen resistif sehingga menimbulkan penurunan tegangan -I*R di atasnya.
Jika aliran arus berada dalam arah yang berlawanan dari titik B ke titik A, maka akan ada kenaikan potensial di seluruh elemen resistif karena kita bergerak dari - potensial ke + potensial memberi kita penurunan tegangan +I*R.
Jadi untuk menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan dengan benar ke rangkaian, pertama-tama kita harus memahami arah polaritas dan seperti yang dapat kita lihat, tanda penurunan tegangan pada elemen resistif akan tergantung pada arah arus yang mengalir melaluinya. Sebagai aturan umum, Anda akan kehilangan potensi ke arah arus yang sama di seluruh elemen dan mendapatkan potensi saat Anda bergerak ke arah sumber ggl.
Arah aliran arus di sekitar rangkaian tertutup dapat diasumsikan searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam dan salah satu dapat dipilih. Jika arah yang dipilih berbeda dari arah arus aktual, hasilnya akan tetap benar dan valid tetapi akan menghasilkan jawaban aljabar memiliki tanda minus.
Untuk memahami ide ini sedikit lagi, mari kita lihat satu rangkaian loop untuk melihat apakah Hukum Kirchoff 2 - Tegangan benar.
Hukum Kirchoff 2 - Tegangan menyatakan bahwa jumlah aljabar dari perbedaan potensial dalam lingkaran setiap harus sama dengan nol sebagai: ΣV = 0. Karena dua resistor, R1 dan R2 yang kabel bersama-sama dalam hubungan seri, mereka berdua bagian dari loop yang sama sehingga arus yang sama harus mengalir melalui masing-masing resistor.
Jadi tegangan jatuh melintasi resistor, R1 = I*R1 dan jatuh tegangan resistor, R2 = I*R2 yang diberikan oleh KVL:
VS + (-IR1) + (-IR2) = 0
∴ VS = IR1 + IR2
VS =I(R1 + R2)
VS =IRT
dimana : RT = R1 + R2
Kita dapat melihat bahwa menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan ke loop tertutup tunggal ini menghasilkan rumus untuk resistansi ekuivalen atau total dalam rangkaian seri dan kita dapat mengembangkannya untuk menemukan nilai-nilai tegangan turun di sekitar loop.
a) resistansi total,
b) arus rangkaian,
c) arus melalui masing-masing resistor,
d) jatuh tegangan pada masing-masing resistor,
e) pastikan hukum tegangan Kirchoff, KVL tetap berlaku.
Jawaban:
a) Total Resistansi ( RT )
RT = R1 + R2 +R3 = 10Ω + 20Ω + 30Ω = 60Ω
Maka resistansi total rangkaian RT sama dengan 60Ω
b) Arus Rangkaian (I)
Dengan demikian total arus rangkaian I sama dengan 0.2 ampere atau 200mA
c) Arus Melalui Setiap Resistor
Resistor dihubungkan bersama-sama secara seri, semuanya merupakan bagian dari loop yang sama dan karenanya masing-masing mengalami jumlah arus yang sama. Demikian:
IR1 = IR2 = IR3 = ISERI = 0,2 ampere
d) Penurunan Tegangan Di Setiap Resistor
VR1 = I x R1 = 0,2 x 10 = 2 volt
VR2 = I x R2 = 0,2 x 20 = 4 volt
VR3 = I x R3 = 0,2 x 30 = 6 volt
e) Verifikasi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan
VS + (-IR1) + (-IR2) + (-IR3) = 0
12 + (-0.2x10) + (-0.2x20) + (-0.2x30) = 0
12 + (-2) + (-4) + (-6) = 0
∴ 12 - 2 - 4 - 6 = 0
Jadi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan berlaku sebagai tegangan individu turun di sekitar loop tertutup menambah total.
Kita telah melihat di sini bahwa hukum Kirchoff 2 - tegangan, KVL adalah hukum kedua Kirchoff dan menyatakan bahwa jumlah aljabar dari semua tegangan turun, ketika Anda mengelilingi rangkaian tertutup dari beberapa titik tetap dan kembali ke titik yang sama, dan mempertimbangkan polaritasnya selalu nol. Itu adalah ΣV = 0.
Teori di balik hukum kedua Kirchoff juga dikenal sebagai hukum konservasi tegangan, dan ini sangat berguna bagi kita ketika berhadapan dengan rangkaian seri, karena rangkaian seri juga bertindak sebagai pembagi tegangan dan rangkaian pembagi tegangan merupakan aplikasi penting dari banyak seri rangkaian.
Hukum Kirchoff 2 - Tegangan adalah hukum dasar kedua yang dapat kita gunakan untuk analisis rangkaian. Hukum tegangannya menyatakan bahwa untuk jalur seri loop tertutup, jumlah aljabar semua tegangan di sekitar loop tertutup dalam suatu rangkaian sama dengan nol. Ini karena loop rangkaian adalah jalur konduksi tertutup sehingga tidak ada energi yang hilang.
Dengan kata lain jumlah aljabar SEMUA perbedaan potensial di sekitar loop harus sama dengan nol sebagai: ΣV = 0. Perhatikan di sini bahwa istilah "jumlah aljabar" berarti memperhitungkan polaritas dan tanda-tanda sumber dan tegangan turun di sekitar loop.
Ide ini oleh Kirchoff umumnya dikenal sebagai Konservasi Energi, sebagai bergerak di sekitar loop tertutup, atau rangkaian, Anda akan kembali ke tempat Anda memulai di rangkaian dan karenanya kembali ke potensi awal yang sama tanpa kehilangan tegangan di sekitar lingkaran. Oleh karena itu setiap tegangan yang turun di sekitar loop harus sama dengan sumber tegangan yang bertemu di sepanjang jalan.
Jadi ketika menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan ke elemen rangkaian tertentu, penting bahwa kita memberikan perhatian khusus pada tanda-tanda aljabar, ( + dan - ) dari tegangan turun di seluruh elemen dan sumber ggl (gaya-gerak-listrik) jika perhitungan kita mungkin salah. Tetapi sebelum kita melihat lebih dekat pada Hukum Kirchoff 2 - Tegangan (KVL) mari kita terlebih dahulu memahami penurunan tegangan pada elemen tunggal seperti Resistor.
Elemen Rangkaian Tunggal
Jika aliran arus berada dalam arah yang berlawanan dari titik B ke titik A, maka akan ada kenaikan potensial di seluruh elemen resistif karena kita bergerak dari - potensial ke + potensial memberi kita penurunan tegangan +I*R.
Jadi untuk menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan dengan benar ke rangkaian, pertama-tama kita harus memahami arah polaritas dan seperti yang dapat kita lihat, tanda penurunan tegangan pada elemen resistif akan tergantung pada arah arus yang mengalir melaluinya. Sebagai aturan umum, Anda akan kehilangan potensi ke arah arus yang sama di seluruh elemen dan mendapatkan potensi saat Anda bergerak ke arah sumber ggl.
Arah aliran arus di sekitar rangkaian tertutup dapat diasumsikan searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam dan salah satu dapat dipilih. Jika arah yang dipilih berbeda dari arah arus aktual, hasilnya akan tetap benar dan valid tetapi akan menghasilkan jawaban aljabar memiliki tanda minus.
Untuk memahami ide ini sedikit lagi, mari kita lihat satu rangkaian loop untuk melihat apakah Hukum Kirchoff 2 - Tegangan benar.
Rangkaian Satu Lingkaran (single loop)
Hukum Kirchoff 2 - Tegangan menyatakan bahwa jumlah aljabar dari perbedaan potensial dalam lingkaran setiap harus sama dengan nol sebagai: ΣV = 0. Karena dua resistor, R1 dan R2 yang kabel bersama-sama dalam hubungan seri, mereka berdua bagian dari loop yang sama sehingga arus yang sama harus mengalir melalui masing-masing resistor.
Jadi tegangan jatuh melintasi resistor, R1 = I*R1 dan jatuh tegangan resistor, R2 = I*R2 yang diberikan oleh KVL:
VS + (-IR1) + (-IR2) = 0
∴ VS = IR1 + IR2
VS =I(R1 + R2)
VS =IRT
dimana : RT = R1 + R2
Kita dapat melihat bahwa menerapkan Hukum Kirchoff 2 - Tegangan ke loop tertutup tunggal ini menghasilkan rumus untuk resistansi ekuivalen atau total dalam rangkaian seri dan kita dapat mengembangkannya untuk menemukan nilai-nilai tegangan turun di sekitar loop.
Contoh: Hukum Kirchoff 2 - Tegangan No.1
Tiga nilai resistor: 10 ohm, 20 ohm, dan 30 ohm, masing-masing dihubungkan secara seri pada supply baterai 12 volt.Hitung:a) resistansi total,
b) arus rangkaian,
c) arus melalui masing-masing resistor,
d) jatuh tegangan pada masing-masing resistor,
e) pastikan hukum tegangan Kirchoff, KVL tetap berlaku.
Jawaban:
a) Total Resistansi ( RT )
RT = R1 + R2 +R3 = 10Ω + 20Ω + 30Ω = 60Ω
Maka resistansi total rangkaian RT sama dengan 60Ω
b) Arus Rangkaian (I)
Dengan demikian total arus rangkaian I sama dengan 0.2 ampere atau 200mA
c) Arus Melalui Setiap Resistor
Resistor dihubungkan bersama-sama secara seri, semuanya merupakan bagian dari loop yang sama dan karenanya masing-masing mengalami jumlah arus yang sama. Demikian:
IR1 = IR2 = IR3 = ISERI = 0,2 ampere
d) Penurunan Tegangan Di Setiap Resistor
VR1 = I x R1 = 0,2 x 10 = 2 volt
VR2 = I x R2 = 0,2 x 20 = 4 volt
VR3 = I x R3 = 0,2 x 30 = 6 volt
e) Verifikasi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan
VS + (-IR1) + (-IR2) + (-IR3) = 0
12 + (-0.2x10) + (-0.2x20) + (-0.2x30) = 0
12 + (-2) + (-4) + (-6) = 0
∴ 12 - 2 - 4 - 6 = 0
Jadi Hukum Kirchoff 2 - Tegangan berlaku sebagai tegangan individu turun di sekitar loop tertutup menambah total.
Rangkaian Loop/Lingkaran Kirchoff
Kita telah melihat di sini bahwa hukum Kirchoff 2 - tegangan, KVL adalah hukum kedua Kirchoff dan menyatakan bahwa jumlah aljabar dari semua tegangan turun, ketika Anda mengelilingi rangkaian tertutup dari beberapa titik tetap dan kembali ke titik yang sama, dan mempertimbangkan polaritasnya selalu nol. Itu adalah ΣV = 0.
Teori di balik hukum kedua Kirchoff juga dikenal sebagai hukum konservasi tegangan, dan ini sangat berguna bagi kita ketika berhadapan dengan rangkaian seri, karena rangkaian seri juga bertindak sebagai pembagi tegangan dan rangkaian pembagi tegangan merupakan aplikasi penting dari banyak seri rangkaian.