Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL): Panduan Praktis untuk Rangkaian Tegangan

Apa Itu Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL)?

Hukum Tegangan Kirchhoff, yang dirumuskan oleh fisikawan Jerman Gustav R. Kirchhoff pada 1847, menyatakan:

"Jumlah aljabar semua tegangan dalam loop tertutup apa pun harus sama dengan nol."

Istilah “aljabar” berarti baik magnitudo maupun polaritas setiap tegangan harus dipertimbangkan. “Loop” merujuk pada jalur apa pun yang dimulai dari suatu titik dalam rangkaian, mengikuti elemen yang terhubung, dan kembali ke titik awal.

Memonstrasikan KVL dalam Rangkaian Seri

Pertimbangkan rangkaian seri di bawah. Titik-titik diberi nomor untuk referensi:

Mengukur tegangan di antara titik 2 dan 1 dengan voltmeter (lead merah pada 2, hitam pada 1) menghasilkan +45 V. Notasi double subscript E2-1 menunjukkan potensi di titik 2 relatif terhadap titik 1.

Berjalan di sekitar loop dengan arah jarum jam dan mencatat tegangan di setiap resistor memberikan pembacaan berikut:

Ketika polaritas setiap pengukuran dihormati, jumlah aljabar tegangan dalam loop adalah nol:

Mengubah titik awal atau arah perjalanan (misalnya, 3-2-1-4-3) menghasilkan hasil yang sama:

Menggambar ulang rangkaian dalam garis lurus menjelaskan hubungan polaritas:

Dalam tata letak ini, tegangan baterai negatif di kiri dan positif di kanan, sementara penurunan tegangan setiap resistor berorientasi berlawanan. Polaritas yang berlawanan mencerminkan fakta bahwa resistor menahan arus yang disuplai oleh baterai.

Tegangan yang diukur di seluruh komponen, dengan lead hitam di kiri dan lead merah di kanan, adalah:

Menjumlahkan tegangan secara aljabar di seluruh deret seri mengonfirmasi bahwa totalnya sama dengan nol, karena terminal paling kiri dan paling kanan secara listrik umum.

Memonstrasikan KVL dalam Rangkaian Paralel

Hukum Kirchhoff berlaku untuk topologi apa pun, termasuk jaringan paralel. Dalam rangkaian di bawah, setiap resistor mengalami tegangan pasokan 6 V yang sama:

Melintasi loop 2-3-4-5-6-7-2 menghasilkan jumlah aljabar nol:

Perhatikan bahwa istilah akhir diberi label E2-2, yang mewakili tegangan yang diukur di antara titik awal dan akhir yang sama, yang harus nol.

Keabsahan KVL dalam Rangkaian Apa Pun

Hukum ini tetap berlaku terlepas dari apakah rangkaian adalah seri, paralel, atau “black box” dengan komponen internal tersembunyi. Loop untuk KVL bahkan dapat meliputi jalur non-fisik, selama titik awal dan akhir sama:

Setiap perjalanan di sekitar loop seperti ini akan selalu menghasilkan jumlah aljabar nol. Misalnya, loop non-konvensional 2-3-6-3-2 dalam rangkaian paralel masih berjumlah nol:

Menggunakan KVL dalam Rangkaian Kompleks

Pertimbangkan rangkaian berikut, yang terdiri dari dua cabang seri yang dihubungkan oleh kabel umum:

Untuk menemukan tegangan yang tidak diketahui di antara titik 4 dan 3, susun persamaan KVL di sekitar loop 3-4-9-8-3:

Menggunakan orientasi lead yang sama seperti voltmeter digital (lead merah pada titik maju, hitam pada titik mundur), tegangan-nya adalah:

Menyelesaikan menghasilkan E4-3 = -32 V, menunjukkan bahwa titik 3 lebih tinggi 32 V daripada titik 4. Membalikkan orientasi lead akan menghasilkan E3-4 = +32 V, hasil fisik yang sama yang diekspresikan berbeda.

Ulasan

• Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL): "Jumlah aljabar semua tegangan dalam loop harus sama dengan nol."

Lembar Kerja Terkait

• Lembar Kerja Hukum Kirchhoff