Home / Fisika / rangkaian listrik

Rangkaian Listrik

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Dimas Widianto Ramadhan Mahasiswa UIN Jakarta Jurusan Fisika

Ditinjau dan edit kembali oleh Deyan Prashna ( 11/08/2020 )

Rangkaian listrik – Saat ingin menyalakan lampu, kalian akan menekan tombol sakelar dan lampu akan menyala. Pernahkah kalian berpikir bagaimana sih lampu tersebut bisa menyala hanya karena ditekan tombol seperti itu ? Sebenarnya seluruh lampu dan komponen listrik lainnya itu terhubung satu sama lain dalam suatu rangkaian listrik yang berukuran besar.

Semua komponen listrik yang ada di rumah kalian itu memiliki rangkaian yang rumit dan mempunyai satu sumber listrik utama saja. Jadi ketika satu sumber listrik itu mati, maka semua komponen listrik di rumah kalian akan mati (mati listrik).

Pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari materi terkait tentang rangkaian listrik, tipe-tipe rangkaian listrik, bagaimana mencari tahu nilai tegangan, arus listrik, dan hambatan pada tiap-tiap komponen pada rangkaian listrik.

Pengertian Rangkaian Listrik

secara seri" />
Rangkaian Sederhana disusun secara parallel

Gambar 1. Rangkaian Sederhana disusun secara seri Gambar 2. Rangkaian Sederhana disusun secara parallel.

Rangkaian listrik adalah semua bagian komponen listrik yang tersusun sedemikian rupa sehingga dapat mengalirkan arus listrik dari suatu sumber listrik. Umumnya rangkaian listrik dasar setidaknya memiliki komponen dasar seperti resistor, baterai, kapasitor, inductor, dan komponen-komponen lainnya yang tidak dibahas disini.

Rangkaian listrik dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan jenis rangkaian jenis, yaitu rangkaian seri dan paralel, sebagaimana gambar 1 dan 2. Pada rangkaian seri, beban listrik akan dihubungkan secara sejajar dan tidak ada percabangan pada rangkaiannya.

Sedangkan rangkaian paralel memiliki percabangan pada rangkaiannya yang terhubung dengan beban listrik (contohnya lampu).

Rangkaian listrik juga dapat dibedakan berdasarkan arus listrik yang mengalir di dalamnya, yaitu rangkaian AC (alternating current) dan rangkaian DC (direct current). Pada rangkaian AC, arus yang mengalir memiliki arah bolak-balik.

Sedangkan pada rangkaian DC, arah arus listrik hanya searah. Untuk lebih memahami mengenai arus listrik, maka kamu dapat membaca tulisan arus listrik.

Pada materi ini kita akan memfokuskan pembelajaran kita pada rangkaian listrik DC. Rangkaian listrik DC (Direct Current) ini adalah rangkaian listrik searah yang menggunakan arus dan tegangan yang konstan.

Kedua gambar di atas adalah contoh dari suatu rangkaian listrik sederhana yang terdiri dari baterai (sumber arus) dan juga lampu (beban listrik). Pada gambar 1, rangkaiannya disusun seri, sedangkan gambar 2 disusun secara paralel. Apa itu rangkaian seri dan rangkaian paralel? Simak pembahasannya berikut ini.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Rangkaian Listrik Terhubung Seri

Ketika terdapat dua atau lebih komponen listrik (dalam hal ini resistor) yang terhubung satu sama lain dalam satu garis (satu alur rangkaian), maka komponen listrik tersebut tersusun secara seri. Resistor dalam hal ini dapat diganti juga dengan suatu lampu bohlam seperti gambar sebelumnya, bisa juga diganti dengan komponen resistif lainnya.

Susunan Resistor Tersusun secara Seri
Gambar 3. Susunan Resistor Tersusun secara Seri

Muatan yang mengalir dari sumber listrik menuju R1, akan mengalir juga menuju R2, dan kemudian menuju R3 dengan besar muatan yang melewati tiap resistor bernilai sama, sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa kuat arus listrik yang mengalir pada tiap resistor bernilai sama ( I1 = I2 = I3 = I ).

Jika pada gambar 3 terdiri dari dua buah baterai, maka pada rangkaian seri kutub yang sejenis saling dihubungkan (positif dengan positif dan negatif dengan negatif). Rangkaian seri memilki keunggulan karena pada rangkaian seri memiliki alur rangkaian (kabel penghantar) lebih sedikit bila dibandingkan dengan rangkaian paralel.

Jika pada rangkaian ini terdapat lebih dari satu beban (lampu) maka nyala lampu akan saling terbagi satu sama lain (tidak sama terang).

Untuk mendapatkan formula dari rangkaian seri ini, kita mulai dengan adanya beda potensial V yang terjadi pada ketiga resistor tersebut. Dengan menganggap bahwa resistansi lain selain resistor diabaikan, maka V akan sama dengan voltase sumber yang ada pada baterai. Kemudian kita anggap V1, V2, dan V3 adalah beda potensial yang terjadi berturut-turut pada resistor R1, R2, dan R3. Dengan menggunakan Hukum Ohm :

formula rangkaian seri

Kita dapat menulisnya menjadi :

formula rangkaian seri 1

Karena ketiga resistor terhubung secara seri, maka rangkaian ini adalah rangkaian pembagi tegangan dimana tegangan total dari rangkaian adalah penjumlahan dari ketiga tegangan yang ada pada tiap resistor :

formula rangkaian seri 3

Dari rumus di atas kita dapat menentukan Resistor ekuivalen (resistot total) pada rangkaian seri yaitu :

formula rangkaian seri 5

Jika kita memiliki n buah resistor, maka dengan konsep yang sama dapat ditentukan nilai dari resistor ekuivalennya yaitu:

rangkaian seri 1
Rangkaian seri dengan resistor ekuivalen
Gambar 4. Rangkaian seri dengan resistor ekuivalen

Perlu diperhatikan bahwa ketika kita menambahkan semakin banyak resistor ke dalam suatu rangkaian seri, kuat arus yang mengalir pada keseluruhan rangkaian akan semakin berkurang. Hal tersebut sesuai dengan hukum Ohm dimana menyatakan bahwa besar arus yang mengalir pada suatu rangkaian berbanding terbalik dengan besar resistansi yang terdapat pada suatu rangkaian, rumusnya dinyatakan pada pers.

Kita ambil contoh misalnya ada baterai 12 V dihubungkan dengan satu resistor 3 Ω, maka arus yang dihasilkan sesuai Hukum Ohm adalah 3 A. Namun, ketika baterai 12 V tersebut dihubungkan dengan 4 buah resistor 3 Ω yang disusun secara seri, total resistor ekuivalennya akan menjadi 12 Ω, sehingga kuat arus yang mengalir akan menjadi sebesar 1 A saja.

Jadi, perlu diingat beberapa rumus penting dalam rangkaian seri, sbb:

Rangkaian Listrik Terhubung Paralel

Berbeda dengan rangkaian seri, rangkaian yang disusun secara paralel ini dibuat dengan membuat beberapa cabang sehingga komponen akan saling terpisah dari komponen lainnya atau tidak dalam garis yang sama. Pada umumnya rangkaian listik yang ada di rumah dan gedung itu menggunakan rangkaian paralel sebagai rangkaian utamanya.

Hal ini karena apabila satu komponen ada yang bermasalah, komponen tersebut tidak akan mempengaruhi komponen lainnya karena tidak dalam garis atau cabang yang sama. Berbeda dengan rangkaian seri yang mana bila satu komponen mengalami masalah, maka komponen lainnya pun juga akan bermasalah karena komponen tersebut berada di dalam garis yang sama.

Rangkaian paralel memiliki keunggulan bila dibandingkan dengan rangkaian seri dimana pada rangkaian paralel jika terdapat beban (lampu) yang mati maka lampu lainnya pada rangkaian tersebut tidak akan mati. Biaya instalasi rangkaian paralel lebih mahal karena membutuhkan alur rangkaian yang bercabang atau lebih komplek dari rangkaian seri. Besar arus pada beban yang mengalir di rangkaian paralel tidak sama. Berikut contoh dari rangkaian paralel:

Loading...
Rangkaian disusun secara parallel
Gambar 5. Rangkaian disusun secara parallel

Pada gambar rangkaian paralel di atas, total kuat arus yang mengalir dari sumber baterai terpisah melewati 3 jalur yang berbeda. Misalkan kita anggap I1, I2, dan I3 adalah kuat arus yang masing-masing melewati resistor R1, R2, dan R3. Karena muatan listrik pada rangkaian bersifat konservatif (besar muatan dianggap sama), maka kuat arus I yang melewati titik A (tempat terjadi percabangan) harus sama dengan kuat arus yang melewati titik tersebut dimana hal ini sesuai dengan hukum Kirchoff (untuk memahami lebih lanjut, kamu dapat membaca tulisan hukum Kirchoff), secara matematis dirumuskan menjadi:

kuat arus 1
kuat arus 2

Berbeda dengan rangkaian seri, ketika resistor dihubungkan secara parallel, tiap cabangnya memiliki tegangan yang sama (V1 = V2 = V3 = V). Oleh karena itu untuk mencari Resistor ekuivalennya, pertama kita menggunakan Hukum Ohm pada kuat arus di tiap cabangnya :

1

Gabungkan pers. (11) ke pers. (9), menjadi:

2

Dengan membagi ruas kiri dan ruas kanan dengan V, maka kita dapatkan resistor ekuivalen:

3

Sama halnya dengan rangkaian seri, jika kita memiliki n buah resistor yang dipasang secara paralel, maka resistor ekuivalennya secara umum dapat menjadi :

4

Sedangkan untuk besar voltasenya pada tiap hambatan sama dengan besar voltase sumber, sbb:

16

Jika pada rangkaian seri, total resistor ekuivalen akan semakin membesar, maka pada rangkaian paralel, resistor ekuivalennya akan semakin mengecil. Hal ini berarti kuat arus yang mengalir pada rangkaian paralel akan semakin besar seiring dengan bertambahnya jumlah resistor. Misalkan kita memiliki 2 buah resistor berukuran 8 Ω yang disusun secara paralel dalam suatu rangkaian listrik. Resistor ekuivalen dari resistor tersebut adalah :

7

Sehingga didapatkan 9 . Terlihat bahwa besar resistor ekuivalen ternyata lebih kecil daripada resistor awal yang kita punya karena jumlahnya merupakan se per resistor yang terdapat pada rangkaian.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa rangkaian listrik dapat dibedakan menjadi rangkaian seri dan paralel. Pada rangkaian seri, arus yang melewati tiap beban akan sama. Sedangkan pada rangkaian paralel, arus akan berbeda pada masing-masing beban. Sehingga kuat arus akan semakin kecil pada bertambahnya resistor di rangkaian seri. Sedangkan, kuat arus akan semakin besar pada pertambahan resistor rangkaian paralel. Rangkaian seri tidak memiliki percabangan, sedangkan pada ragkaian paralel memiliki percabangan. Besar tegangan tiap beban pada rangkaian paralel akan sama dengan tegangan sumber. Sedangkan pada rangkaian seri, tegangan totalnya merupakan penjumlahan dari tegangan tiap beban.

Contoh Soal dan Pembahasan

  1. Perhatikan gambar di bawah ini !
gambar rangkaian listrik 10

Jika kedua lampu pada rangkaian di atas adalah identik, maka rangkaian mana yang akan menghasilkan cahaya lebih banyak ?

Jawab :

Misal lampu tersebut memiliki resistansi R, untuk rangkaian seri resistansi ekuivalennya adalah

gambar rangkaian listrik 11

Untuk resistansi ekuivalen dari rangkaian parallel :

gambar rangkaian listrik 12

Terlihat bahwa resistansi ekuivalen rangkaian parallel lebih kecil daripada rangkaian seri, sehingga menurut Hukum Ohm I = V / Req , Rangkaian parallel akan menghasilkan kuat arus lebih besar dibanding rangkaian seri ( Ipar > Iseri ). Lalu untuk mencari rangkaian mana yang lampunya menyala paling terang dapat ditinjau dari rumus daya listrik :

gambar rangkaian listrik 13

Karena kuat arus rangkaian parallel lebih besar daripada rangkaian seri, maka dapat disimpulkan bahwa daya listrik pada rangkaian parallel lebih besar daripada rangkaian seri, sehingga cahaya lampu akan lebih terang pada rangkaian parallel. Semakin besar daya listrik maka semakin banyak cahaya yang dihasilkan.

2. Erik membeli 3 buah resistor yang masing-masing berukuran 580 Ω, 790 Ω, dan 1,2 kΩ. Berapa resistansi maksimum dan minimum yang Erik dapatkan dengan menggabungkan ketiga resistor tersebut ?

Jawab :

Resistansi maksimum didapat apabila Erik menggabungkan resistor itu secara seri

gambar rangkaian listrik 14

Sedangkan untuk resistansi minimum didapat ketika Erik menggabungkan resistor tersebut secara parallel

gambar rangkaian listrik 15

3. Tentukan resistansi ekuivalen dari rangkaian pada gambar di bawah ini !

resistansi ekuivalen

Jawab :

Cara menganalisa rangkaian seperti ini yang paling mudah adalah dengan memperhatikan kuat arus yang mengalir pada rangkaiannya. Jika arus mengalir tanpa melewati percabangan, maka itu adalah rangkaian seri. Jika arus tersebut melewati percabangan, maka itu adalah rangkaian parallel. Berikut tahap-tahapnya :

resistansi ekuivalen 2

Sumber Pustaka

  • Giancoli, Douglas C. 1985. Physics: Principles with Applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall.
  • Walker, Jearl, David Halliday, and Robert Resnick. 2011. Fundamentals of Physics. Hoboken, NJ: Wiley.

Baca juga:

Loading...