Home / Fisika / rangkaian listrik

Rangkaian Listrik

  • 9 min read

Penulis : Dimas Widianto Ramadhan Mahasiswa UIN Jakarta Jurusan Fisika

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

Rangkaian Sederhana disusun 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.

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 dan juga lampu. Gambar 1 rangkaiannya disusun parallel, sedangkan gambar 2 disusun secara seri. Apa itu rangkaian seri dan rangkaian parallel ? 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, 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 ).

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 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. 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.

Rangkaian Listrik Terhubung Paralel

Berbeda dengan rangkaian seri, rangkaian yang disusun secara parallel ini dibuat dengan membuat beberapa cabang sehingga komponen satu akan terpisah dari komponen lainnya atau tidak dalam garis yang sama. Pada umummnya rangkaian listik yang ada di rumah dan Gedung itu menggunakan rangkaian parallel 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 ada di dalam garis yang sama.

Rangkaian disusun secara parallel
Gambar 5. Rangkaian disusun secara parallel

Pada gambar rangkaian parallel 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, maka kuat arus I yang melewati titik A (Tempat terjadi percabangan) harus sama dengan kuat arus yang melewati titik tersebut, 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 :

Rangkaian parallel dengan resistor ekuivalen
Gambar 6. Rangkaian parallel dengan resistor ekuivalen

Kemudian kita menentukan kuat arus I dengan menggunakan Hukum Ohm :

kuat arus hukum ohm

Gabungkan persamaan kuat arus yang sudah kita dapatkan sebelumnya :

kuat arus hukum ohm 2

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

kuat arus hukum ohm 3

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

kuat arus hukum ohm 5

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

kuat arus hukum ohm 6

Sehingga didapatkan Req = 4 Ω. Terlihat bahwa besar resistor ekuivalen ternyata lebih kecil daripada resistor awal yang kita punya.

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: