Listrik Dinamis 2

💡 Pengantar

Dalam kehidupan sehari-hari, listrik mengalir melalui suatu rangkaian yang disusun secara tertentu. Ada dua jenis rangkaian utama yang umum dipelajari, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel.

Perbedaan Mendasar: Rangkaian seri memiliki satu jalur arus listrik tanpa percabangan, sedangkan rangkaian paralel memiliki beberapa cabang sehingga arus dapat mengalir melalui lebih dari satu jalur.

Rangkaian Seri

---

• Tidak memiliki percabangan.
• Arus listrik hanya memiliki satu jalur.
• Jika satu komponen rusak, seluruh rangkaian mati.
• Lebih sederhana dan membutuhkan kabel lebih sedikit.

Contoh: Lampu hias model lama dan beberapa jenis senter sederhana.

Rangkaian Paralel

---

• Memiliki beberapa cabang.
• Arus listrik terbagi ke setiap cabang.
• Jika satu komponen rusak, komponen lain tetap bekerja.
• Lebih aman dan banyak digunakan dalam instalasi rumah.

Contoh: Instalasi listrik rumah, gedung, dan sekolah.

1. Rangkaian Hambatan Listrik Seri

Karakteristik Rangkaian Seri

Pada rangkaian seri, semua komponen tersusun dalam satu jalur sehingga arus listrik hanya memiliki satu jalan untuk mengalir.

Ingat: Pada rangkaian seri, arus sama tetapi tegangan terbagi.

Sifat Arus dan Tegangan:

• Arus sama pada setiap komponen.
• Tegangan terbagi pada setiap hambatan.

• Arus: I₁ = I₂ = ... = Iₙ
• Tegangan total: Vₛ = V₁ + V₂ + ... + Vₙ
• Hambatan pengganti: Rₛ = R₁ + R₂ + ... + Rₙ

Hubungan dengan Hukum Ohm:

Tegangan total rangkaian seri dapat dihitung menggunakan:

V_s = I × R_s

V_s = (I × R₁) + (I × R₂) + ... + (I × R_n)

Akibat penting: Semakin banyak hambatan yang dipasang secara seri, semakin besar hambatan total rangkaian sehingga arus listrik yang mengalir menjadi semakin kecil.

📝 Contoh Soal: Rangkaian Seri

Jika nilai tegangan pada baterai adalah 15 Volt dan hambatan dalam diabaikan, tentukan:

1. Hambatan pengganti seri pada rangkaian tersebut!
2. Nilai arus pada I, I₁, dan I₂!
3. Tegangan pada V₁ dan V₂!

2. Rangkaian Hambatan Listrik Paralel

Karakteristik Rangkaian Paralel

Pada rangkaian paralel, komponen-komponen disusun pada beberapa cabang yang terhubung ke sumber tegangan yang sama. Karena itu, arus listrik dapat mengalir melalui lebih dari satu jalur.

Ingat: Pada rangkaian paralel, tegangan sama tetapi arus terbagi.

Sifat Arus dan Tegangan:

• Tegangan sama pada setiap cabang.
• Arus terbagi ke setiap cabang.

• Tegangan: V₁ = V₂ = ... = Vₙ
• Arus total: Iₚ = I₁ + I₂ + ... + Iₙ
• Hambatan pengganti: 1/Rₚ = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/Rₙ

Hubungan dengan Hukum Ohm:

Karena tegangan pada setiap cabang sama, maka besar arus pada masing-masing cabang ditentukan oleh hambatannya:

I = V/R

Cabang yang memiliki hambatan lebih kecil akan dialiri arus yang lebih besar, sedangkan cabang dengan hambatan lebih besar akan dialiri arus yang lebih kecil.

Akibat penting: Semakin banyak cabang yang dipasang secara paralel, hambatan pengganti rangkaian menjadi semakin kecil sehingga arus total yang ditarik dari sumber menjadi semakin besar.

📝 Contoh Soal: Rangkaian Paralel

Jika hambatan dalam pada rangkaian di atas diabaikan, tentukan:

1. Hambatan pengganti pada rangkaian tersebut!
2. Nilai arus pada I, I₁, dan I₂!
3. Tegangan pada V₁ dan V₂!

3. Hukum Kirchhoff I

Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff)

Hukum Kirchhoff I menjelaskan hubungan arus listrik pada titik percabangan dalam suatu rangkaian listrik.

Bunyi Hukum Kirchhoff I:
"Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik tersebut."

Persamaan Matematis:

Makna Fisik:

• Arus listrik tidak dapat hilang di titik percabangan.
• Arus hanya terbagi ke beberapa cabang lalu bergabung kembali.
• Hukum ini merupakan bentuk penerapan hukum kekekalan muatan listrik.

Contoh Sederhana:

Jika arus sebesar 8 A masuk ke suatu titik percabangan, kemudian terbagi menjadi dua cabang masing-masing 3 A dan 5 A, maka:

8 A = 3 A + 5 A

Karena jumlah arus masuk sama dengan jumlah arus keluar, maka Hukum Kirchhoff I terpenuhi.

Penerapan: Hukum Kirchhoff I digunakan untuk menentukan besar arus pada rangkaian bercabang, seperti instalasi listrik rumah, rangkaian elektronik, dan jaringan distribusi listrik.

📝 Contoh Soal: Hukum Kirchhoff I

Tentukan besaran dan arah arus pada kawat penghantar X berdasarkan gambar berikut!

4. Tegangan Jepit

Tegangan jepit adalah beda potensial (tegangan listrik) antara dua ujung sumber tegangan (seperti baterai atau aki) ketika sumber tersebut sedang mengalirkan arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup. Dengan kata lain, tegangan jepit adalah tegangan yang sebenarnya digunakan oleh beban dalam rangkaian.

Sebaliknya, gaya gerak listrik (GGL) adalah tegangan maksimum yang dihasilkan oleh sumber listrik ketika tidak ada arus yang mengalir (rangkaian terbuka).

Perbandingan GGL dan Tegangan Jepit

Aspek	GGL (ε)	Tegangan Jepit (V)
Rangkaian	Terbuka	Tertutup
Pengukuran	Diukur tanpa beban	Diukur saat beban terhubung
Pengaruh hambatan dalam (r)	Tidak dipengaruhi	Dipengaruhi
Nilai	Lebih besar	Lebih kecil

Ketika arus listrik mengalir, sebagian energi listrik hilang pada hambatan dalam sumber tegangan. Oleh karena itu, tegangan jepit selalu lebih kecil daripada GGL.

Hubungan antara GGL dan Tegangan Jepit:

untuk menentukan arus:

Keterangan:

• V = tegangan jepit (V)
• ε = gaya gerak listrik / GGL (V)
• I = kuat arus listrik (A)
• r = hambatan dalam sumber tegangan (Ω)

Ingat!

• Jika rangkaian terbuka (I = 0), maka V = ε.
• Semakin besar arus yang mengalir, semakin kecil tegangan jepit.
• Semakin besar hambatan dalam (r), semakin besar penurunan tegangan pada sumber.

📝 Contoh Soal: Tegangan Jepit

Berdasarkan gambar di atas tentukan:

1. Nilai hambatan penggantinya
2. Nilai arus pada rangkaian (I)
3. Nilai tegangan jepit
4. Nilai tegangan yang hilang
5. Nilai I₁, I₂, dan I₃
6. Nilai V₁, V₂, dan V₃

Ringkasan

Kesimpulan:

Listrik mengalir melalui rangkaian seri (satu jalur, arus sama, tegangan terbagi, Rₛ = R₁ + R₂) atau rangkaian paralel (bercabang, tegangan sama, arus terbagi, 1/Rₚ = 1/R₁ + 1/R₂). Hukum Kirchhoff I menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar (kekekalan muatan). Pada sumber tegangan nyata, terdapat hambatan dalam (r), sehingga tegangan jepit (V) yang digunakan beban selalu lebih kecil daripada Gaya Gerak Listrik (GGL / ε) saat rangkaian tertutup, dengan hubungan V = ε - I·r.

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Salah satu ciri khas rangkaian seri adalah .... semua komponen mendapat tegangan sama arus bercabang pada tiap titik jika satu komponen rusak, arus tetap mengalir arus hanya memiliki satu jalur

Dalam rangkaian seri, besar tegangan total merupakan .... sama dengan tegangan pada salah satu resistor lebih kecil dari tegangan pada tiap resistor jumlah tegangan pada tiap resistor tidak tergantung pada banyaknya resistor

Dua resistor, R₁ = 4 Ω dan R₂ = 6 Ω, disusun secara seri dan dihubungkan ke baterai 20 V. Besar tegangan pada R₁ yaitu .... 4 V 6 V 8 V 10 V

Sebuah rangkaian seri diberi tegangan total 24 V. Arus yang mengalir 3 A. Jika salah satu resistor memiliki nilai 2Ω, dan dua resistor lainnya memiliki nilai sama, maka nilai masing-masing resistor yang sama adalah .... 2 Ω 3 Ω 6 Ω 8 Ω

Sebuah rangkaian seri terdiri dari dua resistor R₁ = 3 Ω dan R₂ = 6 Ω, serta dihubungkan ke bateri 9 V. Jika R₃ = 3 Ω ditambahkan secara seri ke dalam rangkaian, maka .... arus total meningkat tegangan pada R₁ meningkat arus total menurun tegangan baterai berubah

Dalam rangkaian paralel, tegangan pada setiap cabang adalah .... berbeda tergantung hambatannya sama besar dengan tegangan sumber nol setengah dari tegangan sumber

Jika salah satu resistor dalam rangkaian paralel terputus, maka .... arus berhenti di seluruh rangkaian arus tetap mengalir pada cabang lainnya semua tegangan menjadi nol sumber tegangan rusak

Dalam rangkaian paralel, arus total .... sama dengan arus pada salah satu cabang lebih kecil dari arus pada tiap cabang merupakan jumlah arus di tiap cabang Nol

Dua resistor, R₁ = 4 Ω dan R₂ = 12 Ω, disusun secara paralel dan dihubungkan ke baterai 24 V. Arus yang mengalir pada R₁ yaitu .... 2 A 4 A 6 A 8 A

Perhatikan gambar rangkaian berikut! Berdasarkan gambar diatas urutan kuat arus listrik dari nilai yang terkecil yaitu .... I1, I2, I3, I4 I2, I1, I3, I4 I3, I1, I2, I4 I4, I3, I1, I2

Perhatikan rangkaian berikut ini! Hambatan pengganti AB pada rangkaian di atas adalah .... 9,5 Ω 10,5 Ω 12,3 Ω 13,2 Ω

Hambatan pengganti pada rangkaian berikut adalah .... 32,2 Ohm 14,2 Ohm 6 Ohm 7 Ohm

Tentukan besar arus pada kawat X dan arahnya terhadap titik K! 5 A masuk ke titik K 5 A keluar dari titik K 2 A masuk ke titik K 2 A keluar dari titik K

Perhatikan rangkaian listrik berikut! Tentukan nilai arus pada i jika diketahui kuat arus pada L₄ adalah 4 A! 4 A 6 A 8 A 12 A

Perhatikan gambar rangkaian berikut! Pernyataan yang tidak tepat berdasarkan gambar di atas adalah .... Arus pada I adalah 0,7 A Tegangan yang hilang adalah 0,6 V Nilai tegangan jepit rangkaian di atas adalah 3,6 V Tegangan pada hambatan 3 Ω dan 6 Ω bernilai sama, yaitu 3,6 V 1 2 dan 4 2 dan 3 1 dan 4