Rangkaian Listrik

-

Dalam dunia kelistrikan, cara kita menyusun komponen penghambat (resistor) akan menentukan bagaimana arus dan tegangan mengalir dalam sistem tersebut. Secara umum, terdapat tiga jenis konfigurasi rangkaian hambatan: Seri, Paralel, dan Campuran (Majemuk).

A. Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah rangkaian di mana komponen disusun secara berurutan atau sejajar dalam satu jalur kabel tunggal. Arus listrik hanya memiliki satu jalan untuk mengalir.


Karakteristik Utama:

  1. Arus Listrik (I): Besarnya arus yang mengalir di setiap hambatan adalah sama.
    Itotal = I1 = I2 = ...
  2. Tegangan (V): Tegangan total adalah jumlah dari tegangan pada tiap komponen (pembagi tegangan).
    Vtotal = V1 + V2 + ...
  3. Hambatan Pengganti (Rs): Nilainya selalu lebih besar dari hambatan terkecil di rangkaian tersebut.
    Rs = R1 + R2 + ...

Catatan Penting: Jika salah satu komponen dalam rangkaian seri putus atau rusak, maka seluruh aliran listrik akan terhenti. Contoh populernya adalah lampu hias pohon natal jadul.

CONTOH

Ada tiga buah hambatan yang masing-masing nilainya 6 Ω , 4 Ω , dan 3 Ω disusun seri. Tentukan hambatan penggantinya!

Jawab:

B. Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel adalah rangkaian yang disusun secara bercabang. Setiap hambatan memiliki jalur hubung sendiri ke sumber tegangan.

Karakteristik Utama:

  • Tegangan (V): Tegangan pada setiap cabang adalah sama dengan tegangan sumber.
    Vtotal = V1 = V2 = V3 = ...
  • Arus Listrik (I): Arus total adalah jumlah arus yang mengalir melalui setiap cabang (pembagi arus).
    Itotal = I1 + I2 + ...
  • Hambatan Pengganti (Rp): Nilai hambatan total akan menjadi lebih kecil.
    1Rp
    =
    1R1
    +
    1R2
    + ...

Keuntungan: Jika satu jalur terputus, komponen di jalur lain tetap dapat berfungsi. Inilah alasan mengapa instalasi listrik di rumah-rumah menggunakan rangkaian paralel.

CONTOH

Ada tiga buah hambatan yang masing-masing nilainya 6 Ω , 4 Ω , dan 3 Ω disusun paralel. Tentukan hambatan penggantinya!

Jawab:

C. Rangkaian Majemukf

1. Hukum I Kirchhoff

arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut.
secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Σ I masuk = Σ I keluar

2. Hukum II Kirchhoff

Hukum II Kirchhoff atau hukum loop menyatakan bahwa jumlah perubahan potensial yang mengelilingi lintasan tertutup pada suatu rangkaian harus sama dengan nol. Hukum ini di dasarkan pada hukum kekekalan energi. Secara matematis hukum II Kirchhoff dapat dinyatakan sebagai berikut

Σ E = Σ (I.R)

Keterangan:
E : ggl sumber arus (volt)
I : kuat arus (A)
R : hambatan ( W )

Pada perumusan hukum II Kirchhoff, mengikuti ketentuan sebagai berikut.
  1. Pada arah perjalanan atau penelusuran rangkaian tertutup (loop), jika sumber arus berawal dari kutub negatif ke kutup positif, maka gglnya dihitung positif. Jika sebaliknya dari kutub positif ke kutub negatif, maka ggl nya dihitung negatif.
  2. Arus yang searah dengan penelusuran loop dihitung positif, sedang yang berlawanan dengan arah penelusuran dihitung negatif.
  3. Jika hasil akhir perhitungan kuat arus bernilai negatif, maka kuat arus yang sebenarnya merupakan kebalikan dari arah yang ditetapkan.
perhatikan gambar berikut
CONTOH

Hitung kuat arus pada masing-masing penghambat pada gambar berikut!

Jawab:
Nilai I1 = -1 A,
Nilai I2, masukkan Nilai I1 pada persamaan (2)
8 = 10 I1 + 6 I2
8 = 10 (–1) + 6 I2
I2= 3 A
Nilai I3, masukkan Nilai I2 pada persamaan (1)
I3 = I1 + I2
= –1 + 3
= 2 A
Jadi
I1= -1A, tanda negatif, berarti I berlawanan dengan arah yang telah ditentukan.
I2= 3 A
I3= 2 A


3. Cara titik simpul

Berikut adalah langkah-langkah untuk menerapkan analisis simpul pada rangkaian majemuk yang diperlihatkan pada Gambar
  1. Pilih salah satu titik (simpul), misal E, sebagai acuan dengan tegangan nol (ground) dan titik (simpul) lainnya, misal B, anggap memiliki tegangan V terhadap ground, yakni VB
  2. Pilih semua arus pada tiap cabang, yakni I1 ,I2 , I3 berarah dari E ke B.
  3. Jika pada cabang arus terdapat baterai (GGL), perhatikan kutub baterai yang ditemui arah arus. Jika arus yang Anda misalkan masuk ke kutub positif baterai, arus pada cabang tersebut memenuhi persamaan

semua arus masuk ke titik simpul (I1 + I2 + I3 = 0), maka arah panah pada gambar harus semuanya menuju ke titik B.

Berikut adalah langkah-langkah hitungannya
1. Hukum I Kirchhoff
Berdasarkan asumsi semua arus masuk ke titik B:
I1 + I2 + I3 = 0

2. Hukum II Kirchhoff (Metode Tegangan Titik/Node)
Cara termudah adalah menentukan tegangan di titik B (VB) relatif terhadap ground di titik E (VE = 0).
Kita nyatakan setiap arus sebagai fungsi dari VB:
- Arus I1 (jalur F-A-B): Melewati baterai E1 (8V). Karena kutub positif baterai menghadap ke titik B, maka:
I1
=
E1 - VB R1
=
8 - VB 4

- Arus I2 (jalur D-C-B): Melewati baterai E2 (18V). Karena kutub positif baterai menghadap ke titik B, maka:
I2
=
E2 - VB R2
=
18 - VB 2

- Arus I3 (jalur E-B): hanya melewati resistor R3, maka:
I3
=
E3 - VB R1
=
VB 6
3. Substitusi ke Persamaan Utama
Masukkan semua definisi arus ke dalam I1 + I2 + I3 = 0:
8 - VB 4
+
8 - VB 4
+
VB 6
= 0

4. Menghitung Nilai Arus AkhirSekarang kita masukkan nilai VB = 12V ke definisi arus tadi:


Jadi
I1= -1A, tanda negatif, berarti I berlawanan dengan arah yang telah ditentukan.
I2= 3 A
I3= -2 A tanda negatif, berarti I berlawanan dengan arah yang telah ditentukan.
LATIHAN SOAL
Pada Gambar berikut, jika diketahui E1 = 6V, r1 = 1 Ω, E2 = 3 V, r2 = 1 Ω, E3 = 3 V, r3 = 1 Ω, R1 = 3 Ω, R2 = 2 Ω, R3 = 2 Ω, R4 = 1Ω, dan R5 = 1 Ω, tentukan kuat arus yang melalui setiap baterai !.
Sistem Penilaian Pilihan Ganda

Kuis Interaktif

Link
Fisika
Listrik Dinamis Arus Listrik Beda Potensial Listrik Alat Ukur Listrik Hukum Ohm Hambatan Listrik Rangkaian Hambatan Listrik Energi dan Daya Listrik Pemanfaatan Energi dan Daya Listrik