Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah sebuah jalur atau rangkaian sehingga elektron dapat mengalir dari sumber voltase atau arus listrik. Proses perpindahan elektron inilah yang kita kenal sebagai listrik.

Elektron dapat mengalir pada material penghantar arus listrik yakni konduktor. Oleh karena itu kabel dipakai pada rangkaian listrik karena kabel terbuat dari tembaga yang dapat menghantarkan arus listrik. Tempat dimana elektron masuk ke dalam rangkaian listrik dinamakan dengan sumber listrik. Setiap benda yang memakai listrik untuk penggunaannya disebut sebagai beban listrik.

Lihat juga materi lainnya:
Listrik Statis
Dioda

Pada gambar dibawah, lampu merupakan beban listrik dan sumber listrik berasal dari baterai; listrik mengalir melalui kabel dan sakelar berfungsi untuk memutus atau menyambungkan aliran listrik. Untuk menggambar rangkaian listrik, kita harus menyederhanakan gambar seperti pada contoh dibawah dari gambar A menjadi gambar B.

rangkaian listrik gambar

Benda apapun dapat menjadi beban listrik, oleh karena itu simbol universal untuk beban listrik adalah hambatan (resistor). Jadi, simbol lampu pada rangkaian diatas dapat diganti menjadi simbol hambatan seperti pada gambar dibawah.

beban hambatan listrik

Terdapat dua tipe rangkaian yaitu: rangkaian seri dan rangkaian paralel. Rangkaian seri dan paralel dapat dikombinasikan sehingga menjadi rangkaian kombinasi atau gabungan.

Rangkaian Seri

Rangkaian seri merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun secara berderetan hanya melalui satu jalur aliran listrik. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor, tapi hanya terdapat satu jalur kabel untuk mengalirkan listrik seperti pada gambar dibawah ini.

gambar rangkaian seri

Pada rangkaian seri, arus listrik yang mengalir besarnya sama tiap elemen dan dirumuskan dengan:

I_{masuk} = I_1 = I_2 = I_3 = \cdots = I_n = I_{keluar}

Total hambatan resistor pada rangkaian seri merupakan penjumlahan masing-masing hambatannya yang dirumuskan dengan:

R_{seri} = R_1 + R_2 + R_3 + \cdots + R_n

Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel merupakan sebuah rangkaian listrik yang komponennya disusun sejajar dimana terdapat lebih dari satu jalur listrik (bercabang) secara paralel. Contohnya adalah sebuah rangkaian yang memiliki dua resistor dimana terdapat satu jalur kabel untuk setiap resistor seperti pada gambar dibawah ini.

rangkaian paralel

Sesuai dengan Hukum Kirchoff 1, arus listrik yang masuk harus sama dengan arus keluar. Sehingga pada rangkaian paralel besarnya arus sebelum masuk ke cabang sama dengan besar arus setelah keluar dari cabang dan dirumuskan dengan:

I_{masuk} = I_1 + I_2 + I_3 + \cdots + I_n

Sesuai dengan Hukum Ohm, maka total hambatan resistor pada rangkaian paralel merupakan jumlah dari kebalikan hambatan tiap-tiap komponen dan dirumuskan dengan:

\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \cdots \frac{1}{R_n}

Contoh Soal Rangkaian Listrik dan Pembahasan

Contoh Soal 1

Perhatikan gambar dibawah ini:

contoh soal rangkaian listrik

Diketahui I1=I2=2 Ampere, I3=I4=1,5 Ampere, R1=2 Ω, R2=8 Ω, R3=6 Ω, dan R4=4 Ω. Berapa besar Voltase pada rangkaian tersebut?

a) 140 V
b) 7,29 V
c) 6,72 V
d) 2,86 V

Solusi:

Pertama, kita cari arusnya dengan Hukum Kirchoff 1:

I_{masuk} = I_{keluar}

I_{masuk} = I_1 = I_2 = I_3 = I_4

I_{masuk} = 2A + 2A + 1,5A + 1,5A = 7A

Kemudian, total hambatan paralelnya dicari dengan:

\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4}

\frac{1}{R_{paralel}} = \frac{1}{2 \Omega} + \frac{1}{8 \Omega} + \frac{1}{6 \Omega} + \frac{1}{4 \Omega} + \frac{25}{24 \Omega}

R_{paralel} = \frac{24 \Omega}{25} = 0,96 \Omega

Lalu, untuk mencari Voltase dipakai Hukum Ohm:

V = I \times R = 7A \times 0,96 \Omega = 0,672 V

Maka, jawaban yang benar adalah C.

Contoh Soal 2

Sebuah dapur memiliki tiga peralatan elektronik yang terpasang pada jalur listrik 120 Volt, yaitu: oven microwave 1200 Watt, pemanas air 850 Watt, dan rice cooker 900 Watt. Arus listrik akan terputus pada circuit breaker PLN yang terpasang jika melebihi 15 Ampere. Dari ketiga benda elektronik tersebut, manakah yang dapat dipakai secara bersamaan tanpa memutuskan circuit breaker yang dapat memutuskan arus listrik?

a) oven microwave, pemanas air, dan rice cooker
b) oven microwave dan pemanas air
c) oven microwave dan rice cooker
d) pemanas air dan rice cooker

Solusi:

Kita harus tahu bahwa stop kontak di rumah kita merupakan rangkaian paralel sehingga masing-masing jalur tidak mempengaruhi jalur lain dan saat salah satu jalur terputus, maka jalur lainnya akan tetap dapat mengaliri arus listrik. Agar lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini.

contoh aplikasi rangkaian listrik

Dengan arus listrik maksimal 15 Ampere pada voltase 120 volt, maka besarnya daya listrik maksimal pada dapur tersebut adalah:

P = V \times I = 120V \times 15A = 1800 Watt

Agar tidak terjadi “mati listrik” karena turunnya circuit breaker, maka penggunaan alat-alat elektronik tidak boleh melebihi 1800 Watt.

  • Oven microwave + pemanas air + rice cooker: 1200 W + 850 W + 900 W = 2950 W
  • Oven microwave + pemanas air: 1200 W + 850W = 2050 W
  • Oven microwave + rice cooker: 1200 W + 900 W = 2100 W
  • Rice cooker + pemanas air: 900 W + 850 W = 1750 W

Jadi, pada dapur hanya bisa dioperasikan rice cooker dan pemanas air secara bersamaan. Semua kombinasi lain selain kedua peralatan diatas akan menurunkan circuit breaker sehingga listrik akan padam.

Maka, jawaban yang benar adalah D.

Kontributor: Ibadurrahman, S.T.
Mahasiswa S2 Teknik Mesin FTUI

Materi lainnya:

  1. Listrik Statis
  2. GLBB
  3. Elastisitas Fisika