Rangkaian Arus Searah

Arus listrik adalah aliran muatan-muatan positif (arus konvensional) yang apabila makin banyak muatan positif yang mengalir dalam selang waktu tertentu maka arus listriknya makin besar. Arus searah (DC) adalah arus listrik yang arahnya selalu tetap terhadap waktu. Arus listrik ini bergerak dari kutub yang selalu sama, yaitu dari kutub positif ke kutub negatif. Pada suatu rangkaian listrik, arus dapat mengalir jika berada pada rangkaian tertutup. Kuat arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik pada suatu konduktor tiap satuan waktu, dirumuskan sebagai:

Q = muatan listrik (C)
∆𝑡 = selang waktu (s)
I = kuat arus lisrik (A)

Contoh Soal
Dalam waktu 5 detik muatan listrik sebanyak 20 coulomb dapat mengalir melalui kawat penghantar. Berapakah kuat arus listrik tersebut?

Penyelesaian:
Diketahui : t = 5 detik
Q = 20 C
Ditanya : I = ….

Hambatan Konduktor

Hambatan listrik pada kawat penghantar (konduktor) bergantung pada jenis konduktor, luas penampang, panjang konduktor, dan temperatur konduktor.

ρ = konstanta hambatan jenis (Ωm)
L = panjang konduktor (m)
A = luas penampang (m²)
R = hambatan konduktor (Ω)

Jika ada pengaruh suhu, nilai hambatan berubah dirumuskan sebagai:

R₀ = hambatan awal (Ω)
R = hambatan setelah dipengaruhi perubahan suhu (Ω)
α = koefisien suhu (⁰C^-1)
∆T = perubahan suhu (⁰C)

Contoh Soal

Diketahui sebuah kawat penghantar memiliki panjang 100 m, luas penampang 2,5 mm², dan hambatan jenis sebesar 17 × 10^-7 Ωm. Tentukan besarnya hambatan kawat tersebut!

Penyelesaian :
Diketahui : l = 100 m
A = 2,5 mm² = 25 × 10^-7 m²
ρ = 17 × 10^-7 Ωm
Ditanyakan : R = … ?

Jawab :

Jadi, besarnya hambatan kawat adalah 68Ω

Rangkaian Hambatan

Rangkaian Seri

Pada rangkaian ini berlaku:

1. R_tot = R_ab + R_bc + R_cd = R₁ + R₂ + R₃
2. V_tot = V_ab + V_bc + V_cd = V₁ + V₂ + V₃
3. V₁ : V₂ : V₃ = R₁ : R₂ : R₃

Contoh Soal

Perhatikan rangkaian hambatan pada gambar berikut, jika pada hambatan paralel yang atas 3Ω !

Hambatan total dari ketiga resistor adalah….Ω

Jawaban:

Berdasarkan gambar, hal awal yang dilakukan adalah merangkai hambatan 3Ω dan 2Ω secara pararel.

Besar hambatan total dapat dihitung dengan merangkai rangkaian R_p dan hambatan 4Ω yang dihasilkan sebagai berikut.
R_total = R_p + 4Ω = 1,2Ω + 4Ω = 5,2Ω

Rangkaian Paralel

Pada rangkaian ini berlaku:

Contoh Soal

Perhatikan gambar di bawah, jika sebuah hambatan yang nilaianya 4R dirangkaikan pararel pada titik P dan Q maka milai arus listrik pada rangkaian akan menjadi…

Jawaban :

Hukum Kirchoff

Hukum 1 Kirchoff

Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar. Hukum I Kirchoff berbunyi:

1. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
2. Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik.
3. Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan sebagai: “Arus yang masuk pada titik percabangan sama dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut.”

Rumus Hukum 1 Kirchoff

Contoh Soal

Pada rangkaian sederhana diatas, kuat arus yang mengalir pada I₁=20 Ampere, I₂=4 Ampere dan I₄=8 Ampere. Tentukan nilai I₃.

Jawaban

Pembahasan:
Diketahui :
I₁ = 20 Ampere
I₂ = 4 Ampere
I₄ = 8 Ampere

Ditanyakan: I₃ =… ?

Berdasarkan data-data yang ada soal ini dapat diselesaikan dengan hukum Kirchoff 1 yaitu Σ_Imasuk = Σ_Ikeluar

I₁ = I₂ + I₃ + I₄
20 = 4 + I₃ + 8
20 = 12 +I₃
I₃ = 20-12= 8 Ampere

Maka didapatkan besar kuat arus pada I₃ adalah 8 Ampere.

Hukum 2 Kirchoff

Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel. Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut.

Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi: Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol. Hukum Kirchoff II dirumuskan sebagai berikut:

Rumus Hukum 2 Kirchoff

Contoh Soal

Perhatikan gambar rangkaian listrik di bawah ini !

Besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian adalah…

Jawaban

Energi dan Daya Listrik

Energi Listrik

Energi listrik berguna untuk kita karena dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Pada alat-alat listrik seperti pemanas listrik, kompor listrik, dan pengering rambut, energi listrik diubah menjadi energi panas. Energi listrik adalah energi yang mampu menggerakkan muatan-muatan listrik pada suatu beda potensial tertentu. Energi listrik adalah besar muatan (dalam coulomb) dikalikan beda potensial yang dialaminya. Satuan energi listrik dalam sistem SI adalah joule (J). Energi listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

Daya Listrik

Pernahkah kalian mengamati data-data pada lampu, alat-alat listrik lain atau bahkan pada meteran PLN. Dari data-data itu kalian akan mendapatkan besaran yang bersatuan watt. Misalnya data lampu 100 watt/220 volt. Besaran yang bersatuan watt inilah yang dinamakan daya. Daya listrik merupakan besarnya energi yang mengalir atau diserap alat tiap detik. Definisi lain, daya didefinisikan sebagai laju aliran energi atau Daya listrik merupakan laju aliran listrik atau besarnya energi yang mengalir atau diserap setiap satuan waktu. Dari definisi ini daya listrik dapat dirumuskan seperti di bawah.

Contoh Soal

Sebuah hambatan 20 Ω dihubungkan pada baterai yang bertegangan 6 volt. Tentukan daya yang diserap hambatan dan energi yang diserap hambatan selama setengah menit!

Jawaban

Usai menyimak pemaparan diatas, kini kamu makin mahir menguasai seputar rangkaian arus searah. Penasaran, kan untuk mengetahui seberapa jauh pemahaman materi yang kamu miliki? Yuk kerjakan TEMU (Tes Kemampuan Kamu) di Kelas BESTIE , ya!

Oiya, Minco alias Mimin KOCO juga mau kasih bocoran, nih kalau KOCO Star juga menyediakan media pembelajaran jika kamu masih butuh penjelasan yang lebih lengkap lagi. Langsung klik gambar banner ini, ya!

Dapatkan juga akses ke ribuan materi atau video belajar Matematika, IPA, IPS, Bahasa Indonesia, Bahasa Inggris, serta bantuan langsung dari para guru secara live online dengan berlangganan KODIO Learning.