Rangkaian Listrik: Pengertian, Jenis, Rumus, Soal

Assalammualaikum Temen-temen

Siapa diantara kalian yang belum tau apa itu listrik?

Nah perlu diketahui bahwa Listrik ini sangat penting dan dibutuhkan dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa listrik lampu-lampu yang berada dirumah kita maupun jalan tidak akan menyala, tanpa listrik tidak akan ada yang bisa menonton tv, dan tanpa listrik bumi akan gelap gulita di malam hari.

Apa jadinya kita hidup tanpa listrik?

Tidak usah dibayangkan karena itu pasti sulit 😀

Kita dapat merasakan listrik berkat ilmuwan yang bernama Michael Faraday berasal dari inggris yang mendapat julukan “bapak listrik”, karena penemuan listriknya banyak digunakan dalam kehidupan terutama bidang teknologi.

Walaupun sebenarnya masih banyak ilmuwan yang berperan aktif dalam penemuan listrik ini, namun puncaknya adalah pada saat penemuan Faraday.

Lalu apa sih listrik itu ?

Untuk menjawab itu, kali ini kita akan membahas tentang Rangkain listrik.

Pengertian Rangkaian Listrik

Mengapa lampu bisa menyala?

Mengapa lampu, tv, ataupun kulkas bisa menyala dan berfungsi ketika kabel dihubungkan ke stop kontak?

Hal tersebut dikarenakan adanya aliran energi dalam bentuk energi listrik. Listrik ini merupakan bagian kecil dari sebuah atom.

Seperti yang telah kita ketahui bersama, stuktur atom terdiri dari proton, neutron, dan elektron.

Bagian proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan dan elektron bermuatan negatif.

Di dalam atom, elektron tampak mengelilingi inti atom (proton, neutron) karena muatannya berlawanan dengan proton sehingga terjadi tarik menarik.

Apabila terdapat lebih dari satu atom maka elektron dapat berpindah dari atom satu ke atom lainnya, ketika proton dan elektron berpindah dengan cepat maka akan menghasilkan listrik.

Terdapat beberapa interaksi antara proton dan elektron, apabila terjadi perpindahan/ transfer elektron dari objek yang bermuatan negatif ke objek bermuatan positif maka disebut sebagai muatan statis.

Pada muatan statis tidak ada aliran elektron sehingga tidak ada arus listrik.

Baca juga Hukum Newton.

Apa itu Arus Listrik ?

Arus listrik merupakan elektron yang bergerak di sepanjang jalur, terlepas dari jumlah elektron yang mengalir.

Jalur tersebut berupa konduktor seperti alumunium, tembaga, dan perak. Itulah mengapa kabel terbuat dari tembaga agar dapat mengalirkan elektron dari sumber listrik ke objek penerima listrik.  

Simbol dari arus listrik adalah “I” dan alat ukur arus adalah Amperemeter. Selain arus listrik terdapat istilah voltage atau tegangan yang merupakan perbedaan potensial listrik antara dua titik rangkaian listrik. Symbol tegangan adalah “V” dan alat ukur tegangan adalah Voltmeter.

Berdasarkan uraian diatas, maka dapat ditarik definisi Rangkaian Listrik adalah suatu jalur atau sambungan agar elektron dapat mengalir, jalur tersebut terdiri dari kumpulan elemen atau komponen listrik yang dihubungkan dengan cara tertentu.

Sangat penting untuk mengetahui dasar dan symbol pada rangkaian listrik. Berikut ini merupakan symbol umum yang diguanakan dalam rangkaian listrik :

Setelah mengetahui simbol dari rangkaian listrik, hal tersebut dapat diterapkan untuk menggambar rangkaian, seperti contoh berikut:

Rangkaian listrik terbagi menjadi tiga jenis berdasarkan cara merangkainya yaitu rangkaian listrik seri, rangkaian listrik parallel dan rangkaian campuran (gabungan dari rangkaian seri dan parallel).

Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah sebuah rangkaian listrik yang elemen atau komponennya disusun secara sejajar.

Contohnya : Tiga buah hambatan yang dirangkai seri yang dihubungkan dengan baterai. Seperti gambar dibawah ini :

Pada rangkaian tersebut dijelaskan bahwa baterai merupakan sumber listrik yang memiliki dua kutup yaitu negatif dan positif.

Kita harus tau bahwa elektron bergerak dari positif ke negative sehingga elektron bergerak meninggalkan kutup positif maka timbul arus listrik.

Arus listrik akan terus mengalir disepanjang jalur/kabel yang akan melewati lampu (hambatan).

Ketika aliran listrik melewati lampu maka lampu akan menyala dan aliran listrik akan kembali ke baterai.

Dari rangkaian diatas bahwa ternyata arus listrik yang mengalir melewati lampu 1,2, dan 3 adalah sama sehingga salah satu ciri khas rangkaian seri yaitu :

Nilai arus listrik sama, secara matematis dapat ditulis :

I_total = I₁ = I₂ = I₃ = …

Sedangkan tegangan pada lampu 1, 2 dan 3 berbeda, namun apabila dijumlahkan akan sama dengan tegangan sumber, secara sistematis dapat ditulis :

V_total = V₁ + V₂ + V₃ + …

Hambatan total dalam rangkaian seri adalah

R_total = R₁ + R₂ + R₃ + …

Baca juga Kesetimbangan Benda Tegar.

Rangkaian Parallel

Rangkaian listrik parallel adalah sebuah rangkaian listrik yang elemen atau komponennya disusun secara bercabang atau bertingkat.

Berikut ini salah satu contoh rangkaian parallel :

Elektron yang bergerak dari baterai akan mengalir melalui jalur/kabel, ketika terdapat 2 cabang kabel maka arus listrik akan memecah menjadi 2 yaitu mengalir pada lampu satu dan dua, oleh karena itu pada rangkaian parallel arus listrik berbeda, secara matematis dapat ditulis :

I_total = I₁ + I₂ + I₃ + …

Tetapi berbeda dengan rangkaia seri, tegangan pada rangkaian parallel sama besar sehingga secara matematis ditulis :

V_total = V₁ = V₂ = V₃ = …

Kemudian untuk mencari hambatan parallel menggunakan formula :

Rangkaian Campuran

Rangkaian campuran adalah suatu rangkaian listrik gabungan antara rangkaian seri dan parallel menjadi satu kesatuan.

Berikut ini contoh gambar rangkaian campuran :

Catatan :

Dalam proses perhitungan matematis suatu hambatan untuk rangkaian campuran alangkah baiknya untuk menghitung terlebih dahulu hambatan total rangkaian parallel, setelah ditemukan maka bisa langsung dijumlahkan dengan hambatan pada rangkaian seri.  

Rangkaian Listrik dalam Kehidupan Sehari-hari

Rangkaian seri

1. Lampu tumblr yang dirangkai seri sehingga hanya memiliki satu tombol switch untuk menyalakan semua atau mematikan semua lampu
2. Lampu TL atau Tube lamp yang merupakan lampu neon model lama masih menggunakan ballasr dan dalam boxnya menggunakan rangkaian seri
3. Didalam sertrika terdapat rangkaian seri dengan kenis bimetal/ temperature control

Rangkaian parallel

1. Instalasi listrik rumah
2. Distribusi listrik dari PLN ke seluruh rumah-rumah

Baca juga Tekanan Hidrostatis.

Contoh Soal Rangkaian Listrik

1. Perhatikan gambar dibawah ini.

Bila tegangan sumber 20 volt, maka besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah ….

2. Diberikan gambar rangkaian sebagai berikut :

Tentukan :

a. Hambatan penggati/total

b. arus listrik dari rangkaian tersebut

c. tegangan masing-masing resistor

d. Gambarkan grafik tegangan terhadap hambatan

Pembahasan

a. Karena rangkaian tersebut  merupakan rangkaian seri maka

R total = R1+R2+R3+R4

R total = 6 +4 +5+10

R total = 25 Ohm

b. Arus listrik yang mengalir pada rangkaian ialah

I = V/R = 15 volt/25ohm =3/5 A=  0.6 A

c. Tegangan masing-masing hambatan dapat dicari dengan

V1 = I x R1 = 3/5 x 6 = 3.6 v

V2 = I x R2 = 3/5 x 4 = 2.4 v

V3 = I x R3 = 3/5 x 5 = 3 v

V4 = I x R4 = 3/5 x 10 = 6 v

d. Grafik tegangan terhadap hambatan pada rangkaian seri

Nah pada grafik diatas dapat disimpulkan bahwa pada rangkaian seri, semakin besar hambatannya maka semakin besar pula tegangannya karena kuat arusnya sama.

Baca juga Usaha dan Energi.

3. Perhatikan gambar berikut

Dalam rangkaian tersebut terdapat satu baterai dengan tegangan 24 volt, dan 10 resistor diantaranya 5 sebelah kanan, serta 5 sebelah kiri. Tentukan :

a. Kuat arus yang mengalir

b. Tegangan pada masing-masing hambatan

c. Daya pada masing-masing hambatan

Pembahasan

a. Langkah awal untuk mengetahui kuat arus adalah mencari nilai hambatan totalnya.

Karena rangkaian diatas adalah rangkaian campuran, maka langkah terbaik dengan menyelesaikan terlebih dahulu rangkaian seri karena hambatan yang dirangkai seri lebih banyak.

Maka :

Bagian kiri

> Rangkaian seri

Rs = R1+R2

Rs = 1 + 3

Rs = 4 Ω

Rs = R3+R4

Rs = 4+ 2

Rs = 6 Ω 

> Rangkaian parallel

> Rangkaian seri

Rtot = Rp + R5

Rtot = 2.4 Ω + 0.6 Ω

Rtot = 3 Ω

Bagian kanan

Rs = R6 +R7

Rs = 3 + 2

Rs = 5Ω

Rs = R8+R9

Rs = 1+4

Rs =5 Ω

> Rangkaian parallel

> Rangkaian seri

Rtot = Rp + R10

Rtot =  2.5 + 0.5

Rtot = 3 Ω 

Karena bagian kiri dan kanan dirangkai seri

Maka : nilai hambatan total adalah

Sehingga didapat

Rtot  = 1.5 Ω

Sedangkan  kuat arus yang mengalir adalah

I = V/R = 24 volt / 1.5 Ω = 16 A

Catatan :

Arus akan mengalir dengan memilih hambatan yang lebih kecil dibandingkan hambatan besar. Karena muatan tidak mengalir keluar maka arus pada rangkaian seri akan sama.

Bagian kanan dan kiri adalah rangkaian yang identic, sehingga arus akan membagi secara merata pada rangkaian tersebut.

R5 = 8 A untuk bagian kiri dan R10 = 8 A untuk bagian kanan

Untuk menghitung kuat arus masing-masing hambatan yang terangkai parallel maka menggunakan ratio dari nilai kuat arus rangkaian seri

Bagian kiri

Sehingga

Untuk R1 dan R2 kuat arusnya adalah

²/₅ × 8 A = 3,2 A

Untuk R3 dan R4 kuat arusnya adalah

³/₅ × 8 A = 4,8 A

R5 disusun sejajar/ seri dengan Rp sehingga

Bagian kanan

Sehingga ratio adalah ½

Kuat arus pada R6, R7,R8, dan R9 adalah

½ × 8 A = 4,8 A

b. Tegangan

V= IR

c. Daya

P = VI

Semoga bermanfaat. Baca juga Induksi Elektromagnetik.