Rangkaian Listrik Terbuka, Tertutup, Elemen dan Hambatan - IPA MTs

RANGKAIAN LISTRIK

Bismillahirrahmanirrahiim

Selamat datang di IPA MTs

Coba kalian perhatikan lampu di rumah kalian. Jika kalian menekan salah satu saklar di ruang tamu , maka lampu di ruang tamu akan menyala tetapi lampu di ruang lainnya tidak menyala. Kenapa hal tersebut dapat terjadi? Yups.. karena lampu di ruang tamu dialiri arus listrik saat saklar ditekan, sedangkan lampu di ruangan lainnya tidak ada arus listrik yang mengalir sebelum saklar ditekan. Arus listrik dapat mengalir bila komponen-komponen listrik dirangkai.

Apa rangkaian komponen listrik itu?. Rangkaian komponen listrik merupakan susunan komponen listrik seperti sumber tegangan, penghubung dan hambatan listrik yang dirangkai agar aliran arus listrik dapat diatur. Tujuan rangkaian komponen listrik untuk mengatur arus listrik yang mengalir dan tentunya akan menghemat penggunaan listrik di rumah.

Artikel kali ini akan membahas tentang rangkaian listrik. Pembahasannya meliputi rangkaian listrik terbuka dan tertutup, rangkaian elemen dan hambatan listrik. So, baca dengan tenang dan relaks serta sampai selesai, mudah-mudahan kalian mendapatkan pemahaman dari apa yang kalian baca. Artikel ini dapat diakses di www.ipamts.com

Rangkaian Listrik Terbuka dan Tertutup

Secara umum, rangkaian listrik terdiri atas dua macam yaitu rangkaian listrik terbuka dan rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik akan mempengaruhi arus listrik, apakah mengalir atau tidak mengalir.

Agar kalian dapat memahami rangkaian listrik ini, coba kalian buat percobaan sederhana dengan mengambil satu batu baterai, 2 kabel yang kedua ujungnya sudah dikupas plastik penutupnya dan sebuah lampu kecil serta isolasi. Ikatkan salah satu ujung kabel pertama dan kedua dengan bagian bawah lampu. Ujung lainnya pada kabel pertama kalian letakkan di atas kutub negatif (ada tanda -) baterai lalu tutup dengan isolasi, kemudian kalian ambil ujung kabel kedua lalu kalian tempelkan ke kutub positif (ada tanda +) baterai dan lalu lepaskan. Perhatikan apa yang terjadi dengan lampu saat kalian menempel dan melepaskan ujung kabel tersebut.

Saat kalian menempelkan ujung kabel kedua ke kutub positif baterai maka kalian sudah menutup rangkaian tersebut dan ketika rangkaian sudah tertutup maka arus listrik akan mengalir lalu lampu akan menyala. Jika kalian melepasnya kembali maka rangkaian tersebut menjadi terbuka sehingga arus listrik tidak mengalir dan lampu akan padam.

Jadi apa yang dapat kalian simpulkan dari kegiatan tersebut? Yups, arus listrik akan mengalir pada rangkaian listrik tertutup dan tidak mengalir pada rangkaian listrik terbuka. Berdasarkan kesimpulan tersebut kalian dapat mengetahui definisi dari rangkaian listrik tertutup dan terbuka. 

Rangkaian listrik tertutup merupakan rangkaian dari komponen-komponen listrik, seperti sumber arus listrik, kabel dan alat elektronik, dimana kedua ujung kabel terhubung dengan kedua kutub sumber arus listrik sehingga arus listrik mengalir di dalam rangkaian tersebut. Sedangkan rangkaian listrik terbuka merupakan rangkaian listrik dimana kedua ujung kabel atau salah satu ujung kabel tidak terhubung dengan kedua kutub sumber arus listrik sehingga arus listrik tidak mengalir dalam rangkaian. Oleh karena itu arus listrik tidak mengalir dalam rangkaian terbuka, sehingga rangkaian ini disebut juga rangkaian terputus.

Kalian perlu ketahui bahwa arus listrik dapat mengalir karena adanya perbedaan potensial dari kedua kutub sumber arus listrik yang dihubungkan dengan kabel atau kawat penghantar listrik. Jadi, saat kutub positip dan negatif dihubungkan dengan kawat atau kabel maka akan ada perbedaan potensial di ujung kawat atau kabel lalu arus listrik akan mengalir di dalam kabel tersebut. Tetapi, jika kutub positif dan negatif tidak terhubung salah satunya atau keduanya, maka di kedua ujung kabel atau kawat penghantar tidak ada beda potensial listrik dan hal tersebut menyebabkan arus listrik tidak mengalir atau terputus. Akan tetapi sumber arus listrik tersebut masih menyimpan tegangan listrik atau yang disebut GGL (Gerak Gaya Listrik).

Baca juga :

Sumber Arus Listrik Searah dan Bolak-balik

Rangkaian Elemen Listrik

Gambar 1. Rangkaian elemen listrik seri dan paralel

Elemen merupakan komponen listrik yang menghasilkan tegangan atau disebut juga sumber tegangan. Tegangan listrik di dalam sumber tegangan yang belum mengalirkan arus listrik dinamakan Gerak Gaya Listrik (GGL). Contohnya pada batu baterai yang terdapat  1,5 Volt. Angka 1,5 Volt merupakan besar GGL dari batu baterai tersebut. Ketika kutub positif dan negatif batu baterai tersebut dihubungkan dengan kabel dan hambatan, maka tegangan yang mengalir di dalam kabel dan hambatan akan lebih kecil dari tegangan awalnya (1,5 volt). Tegangan yang mengalir itu disebut tegangan jepit. Tegangan jepit akan bernilai lebih kecil dari besar tegangan awal atau GGLnya karena dipengaruhi oleh besar hambatan yang terdapat di dalam batu baterai atau sumber tegangannya.

Nilai tegangan jepit yang mengalir di dalam rangkaian atau di dalam hambatan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

• Vjepit = E - Vdalam
• I. R = E - ( i.r )

Keterangan :

• Vjepit adalah tegangan jepit atau tegangan yang mengalir dengan satuan volt (V)
• E adalah GGL di dalam sumber tegangan dengan satuan volt (V)
• V dalam adalah tegangan yang terdapat di dalam hambatan dalam elemen dengan satuan volt (V)
• I adalah kuat arus yang mengalir di dalam rangkaian atau hambatan luar dengan satuan Ampere (A)
• I adalah kuat arus yang mengalir di dalam hambatan dalam elemen dengan satuan Ampere (A)
• R adalah hambatan luar dengan satuan ohm (𝛀)

Baca juga artikel berhubungan:

Memahami Beda Potensial dan Energi Listrik

Adapun besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

• I = E / (R+r)

Keterangan :

• I adalah kuat arus yang mengalir di dalam rangkaian dengan satuan Ampere (A)
• E adalah GGL di dalam sumber tegangan sebelum dialirkan dengan satuan volt (V)
• R adalah hambatan luar dan r adalah hambatan dalam dengan satuan ohm (𝛀)

Baca juga artikel berhubungan :

Memahami Pengertian dan Rumus Arus Listrik

Elemen listrik atau sumber tegangan dapat dirangkai secara seri dan paralel.

A. Rangkaian Elemen Seri

Susunan elemen yang dirangkai secara seri dapat kalian lihat pada gambar a. Rangkaian seperti itu dapat kalian lihat pada susunan batu baterai di dalam senter atau maianan anak yang menggunakan baterai. Tujuan rangkaian elemen ini adalah untuk memperbesar tegangan yang mengalir sehingga arus listrik yang mengalir juga akan semakin besar. Tetapi hal tersebut akan cepat menghabiskan listrik di dalam batu baterai tersebut.

Besar GGL merupakan jumlah dari seluruh elemen, contohnya 3 batu baterai dengan masing-masing tegangan 1,5 volt maka GGL nya adalah 3 x 1,5 volt sama dengan 4,5 volt. Rumus untuk menghitungta yaitu:

• ∑E = E₁ + E₂ + ... + Eₙ

Besar hambatan dalam total dihitung dengan rumus :

• ∑r = r₁ + r₂ + ... + rₙ

Adapun kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian tersebut dihitung dengan rumus :

• I = n.E / (R + n.r) di mana n adalah jumlah elemen yang disusun.

B. Rangkaian Elemen Paralel

Susunan rangkaian elemen paralel dapat kalian lihat pada gambar b dimana kabel dibuat percabangan. Besar tegangan yang mengalir di dalam rangkaian sama dengan besar tegangan yang terdapat di masing-masing elemen. Misalnya 3 buah baterai disusun paralel dengan tegangan masing-masing 1,5 V maka tegangan yang mengalir bukan 4,5 volt melainkan hanya 1,5 volt. Susunan ini sebenarnya dapat menghemat penggunaan sumber tegangan tetapi tegangan dan arus listrik yang mengalir kecil. Jadi susunan rangkaian elemen seri dan paralel tergantung kepada tujuan penggunaan elemen tersebut.

Rumus untuk menghitung GGL dengan rangkaian paralel adalah

• ∑E = E₁ = E₂ = ... = Eₙ = E

Besar hambatan dalam rangkaian paralel dihitung dengan rumus :

• 1/∑r = 1/r₁ + 1/r₂ + ... + 1/rₙ
• 1/∑r = n/r
• ∑r = r/n

Kuat arus listriknya dihitung dengan rumus :

• I = E / (R + r/n)

Rangkaian Hambatan Listrik

Hambatan listrik adalah komponen listrik yang menghambat arus listrik mengalir. Hambatan listrik terdiri dari 2 macam yaitu hambatan luar dan hambatan dalam. Hambatan luar merupakan hambatan yang berada di luar sumber tegangan dan dilambangkan dengan R. Contoh hambatan luar adalah lampu, tv lemari es dan lain-lain. Adapun hambatan dalam adalah hambatan yang berada di dalam sumber tegangan dan dilambangkan dengan r. Hambatan listrik dapat disusun secara seri dan paralel.

Baca juga :

Benda Penghantar Listrik dan Hambatan Jenis

A. Rangkaian Hambatan Seri

Gambar 2. Susunan Rangkaian Seri Hambatan Listrik dan Rumus

Pada gambar 2 kalian dapat melihat bagaimana susunan hambatan dengan rangkaian seri. Tiap hambatan dihubungkan dengan kabel seperti jalan lurus (bebas hambatan tanpa belokan) tidak ada percabangan.

Ciri dari rangkaian ini antara lain :

1. Rangkaian hambatan tidak ada percabangan
2. Kuat arus yang mengalir di tiap hambatan akan sama besar dengan kuat arus yang mengalir di seluruh rangkaian
3. Besar tegangan jepit di dalam tiap hambatan tidak sama sehingga tegangan di hambatan terjauh akan semakin kecil
4. Besar hambatan di seluruh rangkaian merupakan jumlah dari besar dari tiap-tiap hambatan, sehingga diperoleh rumus untuk hambatan penggantinya adalah Rtotal = R1+R2+...+Rn. Jadi rangkaian seri akan memperbesar hambatan dalam rangkaian.
5. Ketika salah satu hambatan terputus arus listriknya maka seluruh hambatan akan terputus juga. Contohnya jika salah satu lampu yang dirangkai seri padam karena rusak maka lampu lainnya akan padam juga. Kayaknya punya empati tinggi nih lampu...

Agar kalian memahami penghitungan tentang rangkaian seri ini, perhatikan contoh soal berikut :

Pertanyaan :

• Tiga buah lampu dengan masing-masing hambatan 2𝛀, 3𝛀 dan 4𝛀 disusun secara seri. Jika Tegangan yang mengalir dari sumber tegangan adalah 18 volt. Hitung !
• a. Kuat arus listrik yang mengalir
• b. Besar tegangan di tiap-tiap hambatan

Pembahasan :

Diketahui :

• R₁ = 2𝛀
• R₂ = 3𝛀
• R₃ = 4𝛀
• V = 18 volt

Ditanyakan :

• a. I = ....A ?
• b. V₁, V₂ dan V₃

Jawaban :

Bagian a.

• I = V/R, R di sini adalah R total dari seluruh hambatan, rumusnya Rtotal=R1+R2+R3
• I = V/(R₁+R₂+R₃)
• I = 18 volt / (2𝛀+3𝛀+4𝛀)
• I = 18 volt / 9𝛀
• I = 2 Ampere

Bagian b.

• V = I x R, Ingat kuat arus (I) yang mengalir adalah sama besar, maka nilai kuat arus yang digunakan adalah 2 A
• V₁ = I x R₁ = 2A x 2𝛀 = 4 volt
• V₂ = I x R₂ = 2A x 3𝛀 = 6 volt
• V₃ = I x R₃ = 2A x 4𝛀 = 8 volt
• Berdasarkan penghitungan tegangan di atas, kalian sudah membuktikan bahwa tegangan yang mengalir di tiap hambatan yang disusun seri adalah berbeda.

B. Rangkaian Hambatan Paralel

Gambar 3. Rangkaian Hambatan Paralel dan Rumus

Susunan hambatan yang dirangkai paralel dapat dilihat pada gambar 3 di atas. Rangkaian ini terdapat percabangan. Rangkaian paralel ini banyak gunakan di rumah-rumah termasuk rumah kalian.

Ciri dari rangkaian paralel antara lain:

1. Besar tegangan yang mengalir di tiap hambatan akan sama besar dengan tegangan dari sumber tegangannya.
2. Kuat arus listrik di tiap hambatan berbeda. Rumusnya adalah Itotal=I1+I2+...+In. Jadi arus listrik yang berasal dari sumber tegangan akan dibagikan tidak sama besar di tiap hambatan.
3. Memperkecil hambatan listrik. Rumusnya yaitu : 1/Rtotal=1/R1+1/R2+...+1/Rn
4. Bila salah satu hambatan mati, maka hambatan lain akan tetap hidup. Lihat saja lampu di rumah kalian, jika lampu di ruang tamu padam, lampu di ruang lainnya akan tetap hidup. Itu menunjukkan rangkaian lampu di rumah kalian adalah paralel

Agar kalian memahami penghitungan tentang rangkaian seri ini, perhatikan contoh soal berikut :

Pertanyaan  (contoh soal dengan angka sama tetapi susunannya pararel, agar kalian dapat membedakan hasilnya):

• Tiga buah lampu dengan masing-masing hambatan 2𝛀, 3𝛀 dan 4𝛀 disusun secara paralel. Jika Tegangan yang mengalir dari sumber tegangan adalah 18 volt. Hitung !
• a. Kuat arus listrik yang mengalir dalam rangkaian
• b. Kuat arus di tiap-tiap hambatan

Pembahasan :

Diketahui :

• R₁ = 2𝛀
• R₂ = 3𝛀
• R₃ = 4𝛀
• V = 18 volt

Ditanyakan :

• a. I = ....A ?
• b. I₁, I₂ dan I₃

Jawaban :

Bagian a.

• I = V/R, R di sini adalah R total dari seluruh hambatan, rumusnya 1/Rtotal=1/R1+1/R2+1/R3
• I = V//Rtotal, Rumus Rtotal=(R1xR2xR3)/(R1xR2+R1xR3+R2xR3), Rtotal=(2x3x4)/(6+8+12), Rtotal=24/26
• I = 18 volt / (24/26)𝛀
• I = 18 volt x 26𝛀 / 24𝛀
• I = 19,5 A, Jadi besar kuat arus yang mengalir di dalam rangkaian adalah 19,5A

Bagian b.

• Rumus umum kuat arus adalah I=V/R. Ingat besar tegangan di tiap hambatan sama besar dengan tegangan di sumbernya karena ini susunan paralel. Adapun besar tegangannya adalah 18 volt
• I₁ = V/R₁ = 18volt/2𝛀 = 9A
• I₂ = V/R₂ = 18volt/3𝛀 = 6A
• I₃ = V/R₃ = 18volt/4𝛀 = 4,5A, jika dijumlahkan hasilnya adalah 19,5A

Selain rumus di atas, cara mencari besarnya kuat arus pada masing-masing hambatan adalah sebagai berikut :

• In = Itotal x Rtotal/Rn

Penutup

Demikian penjelasan mengenai rangkaian listrik terbuka, tertutup, elemen dan hambatan. Mudah-mudahan kalian mendapatkan pemahaman dari membaca artikel ini. Kami sangat berharap kalian dapat membagikan ke media sosial artikel ini dan artikel lainnya di IPA MTs agar saudara, teman dan orang lain mendapatkan manfaat juga. Jika ada kesalahan silahkan dapat menghubungi kami. Terim kasih.