Prev : Hukum Kekekalan Muatan
Pada artikel sebelumnya kita telah membahas hukum yang dikenal sebagai hukum kekekalan muatan. Hukum kekekalan muatan menyatakan bahwa muatan tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, namun hanya bisa berpindah dari sistem satu ke sistem lain.
Sekarang kita akan meninjau sistem yang lebih kompleks seperti pada gambar berikut.
Disini, kita memiliki ruang A yang bermuatan positif, ruang C dan D yang bermuatan negatif, dan ruang B dan E yang netral, atau memiliki jumlah muatan positif dan negatif yang sama. Dalam kasus ini, sistem dirancang sedemikian rupa sehingga muatan-muatan dalam kelima ruangan hanya dapat bergerak di dalam kotak saja, tidak dapat keluar dari sistem. Adanya perbedaan jumlah muatan antara A dengan C dan D menyebabkan adanya pertukaran muatan, sehingga muatan-muatan akan bergerak melalui ruang B dan E. Kita akan mengasumsikan muatan-muatan negatif dalam ruangan B, C, D, dan E bergerak ke arah A (akan dijelaskan di beberapa artikel ke depan). Muatan negatif yang berasal dari C (ΔqC) dan D (ΔqD) tentunya harus melewati B, sehingga berdasarkan hukum kekekalan muatan dapat kita tuliskan perubahan muatan dalam B adalah
Kita menyatakan perubahan muatan dalam B akibat masuknya muatan dari C dan D sebagai ΔqB(in). Kemudian ruang E menerima muatan dari B sebesar ΔqB(out) (muatan yang keluar dari B), sehingga perubahan muatan dalam E adalah
Dalam sistem ini, kita dapat mengatakan bahwa B menerima muatan dari C dan D serta memberikan muatan ke E dalam waktu yang bersamaan, sehingga berdasarkan hukum kekekalan muatan, perubahan besar muatan dalam B adalah
Dari persamaan (3) ini dapat kita turunkan beberapa kasus unik, yaitu ketika ΔqB = 0 dan ΔqB ≠ 0. Apabila ΔqB = 0, maka kita peroleh ungkapan
Persamaan (4) dikenal sebagai hukum arus Kirchhoff, yang mengatakan bahwa arus yang keluar dari suatu titik harus sama dengan arus yang masuk ke titik tersebut. Tentunya kita dapat merubah ungkapan dari Persamaan (4) ini ke dalam bentuk arus dengan membagi kedua ruas dengan Δt, sehingga kita peroleh ungkapan hukum arus Kirchhoff yang lebih umum dikenal, yaitu
Dalam penerapannya, hukum arus Kirchhoff berlaku apabila ruang B merupakan suatu konduktor, atau bahan yang memiliki muatan negatif yang bebas bergerak. Agar muatan dalam B, C, D, dan E dapat bergerak ke A dengan mudah, tentunya B dan E harus tetap netral. Adanya perubahan muatan dalam B dan/atau E akan menyebabkan adanya perbedaan muatan di titik A atau C dan D, sehingga menimbulkan suatu beda potensial yang menyebabkan muatan-muatan dari C dan D tidak sampai ke A, namun hanya dapat sampai ke B dan/atau E (apabila kedua ruangan bermuatan positif) atau tidak dapat bergerak sama sekali (apabila negatif).
Science and Games 