V -Gambar Rangkaian dasar kelistrikan. Alat ukur yang digunakan untuk pengujian atau pemeriksaan rangkaian listrik adalah a. Ampermeter untuk mengukur arus b. Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua terminal pada rangkaian. Ada 2 dua cara untuk menerangkan aliran arus listrik pada rangkaian, yaitu a. Teori konvensional Aliran listrik mengalir dari terminal positif + ke negatif - dari sumber listrik. b. Teori elektron Aliran listrik mengalir dari terminal negatif - ke terminal positif + melalui rangkaian. Kedua rangkaian di atas dapat digunakan, tetapi yang umum digunakan adalah cara Konvensional. C. Jenis-Jenis Rangkaian Listrik. Di dalam rangkaian listrik, kita mengenal dua macam hubungan yang baku, yaitu hubungan seri dan hubungan paralel Bila dijumpai ada bentuk lain, maka pada dasarnya itu merupakan variasi dari hubungan seri dan ini akan diuraikan bentuk hubungan seri, paralel, dan seri paralel lengkap dengan rumus dan perhitungannya dalam bentuk arus searah DC. 1. Hubungan Seri Yang dimaksud dengan hubungan seri adalah rangkaian beberapa lampu yang dihubungkan secara berderet satu sama lain, sehingga arus mengalir secara beranting dimulai dari yang pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya. Gambar di bawah ini memperlihatkan bentuk hubungan seri sebuah batere dengan tiga lampu. + _ Gambar Pemasangan hubungan seri pada lampu 1. Rangkaian tiga lampu dalam hubungan seri dengan batere 2. Bagan hubungan seri Selain pada lampu, hubungan seri pun sering diterapkan dalam pemasangan sel-sel sumber listrikdari prinsip kimia. Misalnya Jika beberapa sel-sel batere dihubungkan secara berderet satu sama lain, dimana bagian positif dari sel pertama, dihubungkan dengan bagian negatif dari sel kedua, selanjutnya bagian bagian positif dari sel kedua dihubungkan dengan bagian negatif dari sel ketiga, maka kita dapatkan tiga sel dalam hubungan secara seri. + _ Gambar Pemasangan hubungan seri pada sel Dari uraian di atas, dapatlah diambil suatu pengertian bahwa dalam hubungan seri masing-masing bagian yang dilalui arus listrik merupakan penghantar bagi sebagian yang lainnya. Oleh karena itu bila tiga lampu yang dihubungkan secara seri dengan sebuah sel, dan salah satu lampunya putus atau dilepas, maka terputuslah hubungan seri itu sehingga lampu-lampu lainnya pun akan ikut tidak menyala. Gambar Rangkaian tertutup dengan tiga buah lampu dalam keadaan menyala S Gambar Rangkaian tertutup dengan 2 buah lampu, penghantar dilepas, rangkaian terputus. Di dalam rangkaian tertutup yang dihubungkan secara seri dengan aliran arus disembarang tempat dalam rangkaian adalah sama. Sedangkan jumlah tegangan dan jumlah hambatan dapat berubah -ubah. Untuk mengetahui jumlah tegangan dan jumlah hambatan pada rangkaian seri dapat menggunakan rumus Jumlah Tegangan E Total = E1 + E2 + E3 + .... En Jumlah Hambatan R Total = R1+ R2 + R3 + .... Rn Keterangan E Total = Jumlah semua sumber listrik yang mengakibatkan tegangan R Total = Jumlah semua hambatan E1/ E2/ E3 = Tegangan setiap komponen R1/ R2/ R3 = Hambatan setiap komponen En = Tegangan pada n buah komponen Rn = Hambatan pada n buah komponen Contoh soal. 1. Hitunglah jumlah tegangan yang dihasilkan pad a pemasangan seri 4 buah batere yang bertegangan masing-masing 1,5 volt. Jawab E Total = E1 + E2 + E3 + E4 = 1,5 + 1,5 + 1,5 + 1,5 = 6 Volt 2. Hitunglah jumlah hambatan yang dihasilkan pada pemasangan seri 3 buah resistor yang bernilai 4 Ohm, 6 Ohm, dan 8 Ohm ! Jawab R Total = R1 + R2 + R3 = 4 + 6 + 8 = 18 Ohm Berdasarkan uraian di atas, maka dapatlah diambil suatu kesimpulan 1. Jumlah tegangan dari sejumlah sumber listrik yang dihubungkan seri adalah jumlah dari masing-masing tegangan 2. Jumlah hambatan dari sejumlah resistor yang dihubungkan seri adalah jumlah dari masing-masing hambatannya. 3. Arus dalam rangkaian seri adalah sama pada semua bagian-bagian rangkaian. Ini ditetapkan oleh rumus I Total = I1 = I2 = I n I Total = Jumlah arus seluruhnya I1 / I2 = Arus melalui hambatan 1 dan 2 In = Arus melalui hambatan ke n. Misalnya Bila sebuah batere mengalirkan arus 6 amper pada tiga hambatan yang dihubungkan seri, maka R1 , R2 dan R3 akan mendapatkan arus yang sama yaitu sebanyak 6 amper. Perhatikan gambar berikut ini A A - + Gambar Amper meter menunjukkan angka yang sama dalam rangkaian seri Di dalam rangkaian listrik tidak selamanya dipasang resistor sebagai hambatan, tetapi rangkaian harus mempunyai beban yang menghasilkan hambatan. Beban-beban ini mungkin berupa motor-motor listrik, lampu-lampu, atau alat-alat yang menggunakan listrik lainnya. Beban ini sebaiknya kita perhitungkan sebagai hambatan atau resistor. Oleh karena itu kita harus mengetahui berapa Ohm nilai hambatan yang dimiliki oleh masing-masing alat listrik ters ebut. Pada perhitungan listrik, bila arus mengalir melalui sebuah beban hambatan listrik, maka akan terjadi kehilangan tegangan listrik, atau sering pula disebut tegangan rugi. Keadaan seperti di atas sama dengan apa yang terjadi pada air, d imana tekanan air keluar dari pipa yang jauh dari sumbernya akan lebih rendah daripada tekanan air yang keluar dari pipa yang dekat dengan sumbernya. Perhatikan gambar di bawah ini. Air A B C Gambar Perbedaan tekanan pada air Tekanan air yang keluar dari lubang C lebih rendah dari tekanan yang keluar dari lubang B dan A. Contoh soal. 1. E= 220 v R1= 17 ohm R2= 10 ohm R3= 13 ohm Gambar Seri-paralel resistor Diketahui E = 220 Volt ; R1 = 17 Ohm ; R2 = 10 Ohm R3 = 13 Ohm Ditanyakan Berapakah arus yang mengalir I ? Jawab R Total = R1 + R2 + R3 = 17 + 10 + 13 = 40 Ohm. E I =  R 220 I =  I = 5,5 Amper. 40 2. Diketahui dua lampu memiliki tahanan dalam, masing-masing 7 Ohm  dan 5 Ohm  dipasang seri dengan batere yang bertegangan 6 Volt. Berapakah tegangan yang terdapat pada kedua lampu tersebut ? Selanjutnya lihat gambar berikut. + _ Jawab Gambar Hubungan seri dua buah lampu Jumlah hambatan dalam semua lampu adalah R Total = R1 + R2 = 7 + 5 = 12 Ohm Besar arus dalam rangk aian adalah E 6 1 I = =  =  = 0,5 Amper. R 12 2 Tegangan pada kedua lamp u adalah E1 = I x R1 = 0,5 x 7 = 3,5 Volt E2 = I x R2 = 0,5 x 5 = 2,5 Volt. Et = E1 + E2 = 3,5 + 2,5 = 6 Volt. Dari uraian di atas, maka gambar di atas dapat di buat menjadi + - atau + -Tugas 2     12 V 5  1 1 4   Ghambar Tahanan dalam lampu Diketahui E = 12 Volt ; R1 = 2 Ohm, R2 = 5 Ohm, R3 = 4 Ohm, R4 = 1 Ohm Ditanyakan 1 Berapakah arus yang mengalir pada rangkaian I ? 2 Berapakah tegangan pada masing-masing tahanan ? 2. Hubungan Paralel. Jika beberapa lampu dihubungkan dalam dua jepitan yang sama, maka lampu-lampu tersebut dinamakan sebagai hubungan paralel atau hubungan sejajar. Perhatikan gambar berikut            Gambar + X X X -Gambar Baga rangkaian Paralel tiga lampu dengan batere. Dalam pemasangan batere atau sel yang dihubungkan secara paralel haruslah bagian positif dihubungkan ke bagian positif. Sedangkan bagian negatif dihubungkan ke bagian negatif. Dalam hal ini masing-masing batere/sel haruslah mempunyai tegangan yang sama. Perhatikan gambar berikut            + + + X Gambar Rangkaian paralel tiga batere dengan lampu dan bagannya. Berbeda dengan rangkaian seri, pada rangkaian paralel walau pun terjadi pemutusan hubungan pada salah satu cabang tidak akan mengganggu rangkaian, kecuali pada rangkaian yang diputuskan. Pemutusan hubungan pada rangkaian paralel akan mengakibatkan arus akan berhenti dalam cabang yang dibuka diputuskan hubungannya saja. Hal ini akan dapat menghasilkan arus dari batere dikurangi oleh suatu pemutusanhubungan dalam setiap cabang dari rangkaiannya. Gambar Walau pun ada lampu yang dilepas, dalam rangkaian paralel tidak akan mengganggu rangkaian lampu lainnya. Apabila lampu kita ibaratkan hambatan, maka arah arusnya dapat digambarkan sebagai berikut + -      R1  R2  R3      Gambar Arah aliran arus menurut perjanjian ditunjukkan oleh pa nah pada rangkaian paralel. Dalam kenyataanya bagan dari gambar di atas dapat dihubungkan langsung pada batere. Perhatikan gambar berikut R 1 R 2 R 3 + _ Gambar Dari gambar di atas dapatlah disimpulkan bahwa jika tegangan batere misalnya 6 Volt, maka hambatan R1, R2, dan R3 punmendapat tegangan masing-masing 6 Volt. Dengan demkian bisa disimpulkan bahwa tegangan yang melintasi masing-masing cabang dari rangkaian paralel adalah sama seperti tegangan sumbernya. Untuk memahami pembagian arus pada setiap rangkaian paralel dapat pula menggunakan pompa air dalam pipa tertutup yang dihubungkan secara paralel. Perhatikan gambar di bawah ini I .1 I 2 I .3 Gambar Pompa air dalam pipa tertutup. Arus I terbagi menjadi I1, I2, dan I3. Tekanan air yang dihasilkan oleh pomnpa adalah sama dalam menekan air dalam pipa. Namun jumlah aliran air secara keseluruhan terbagi dalam cabang-cabang. Makin lebar pipa itu makin banyak air yang dapat leawat, karena pipa yang lebar memiliki hambatan yang kecil dan pipa yang kecil / sempit memiliki hambatan yang besar. Hal yang sama berlaku pula untuk suatu rangkaian listrik. Selanjutnya perhatikan bagan dari tiga buah resistor hambatan yang dipasang paralel ini. R R R A A A Gambar Tegangan jepit dimasing-masing resistor adalah sama. Dari gambar di atas didapat; Tegangan jepit masing-masing resistor adalah sama E = E1 = E2 = E3. Jumlah arus adalah jumlah dari arus pada masing-masing resistor I = I1 + I2 + I3 Arus yang melalui resistor berbanding terbalik dengan hambatannya, karena E E E I1= ; I2= ; I3=  dst. R1 R2 R3 Rumus di atas adalah hasil penggunaan rumus umum E = I x R . Dalam rangkaian gambar di atas, sebenarnya R1, R2, dan R3 dapat diganti dengan R Pengganti. Untuk mencari R pengganti Rp, dapat kita hitung sebagai berikut I = I1 + I2 + I3 E  = I Rp E E E E  =  +  +  atau Rp R1 R2 R3 I I I I  =  +  +  atau Rp R1 R2 R3 1 Rp = 1 1 1  +  +   R1 R2 R3 Definisi 1. Jumlah hambatan dari sejumlah resistor yang dihubungkan paralel adalah kebalikan dari jumlah masing-masing hambatan. 2. Beberapa batere yang dihubungkan secara paralel mempunyai tegangan sama dengan tegangan satu batere. Tetapi jumlah arusnya sama dengan perkalian dari jumlah arus pada batere. Perhatikan gambar berikut ini + + + _ _ _ R Gambar Perbedaan arus pada setiap bagian Contoh soal Diketahui tiga buah batere masing-masing bertegangan 1,5 Volt dihubungkan secara seri dengan sebuah resistor yang memiliki hambatan 1,25 Ohm  . Berapakah arus yang mengalir pada rangkaian ini ? + + + _ _ _ R A Gambar Tiga buah batere paralel Jawab Tegangan total E = 1,5 Volt E 1,5 Arus total I I = = 1,2 Ampere R 1,25 Arus dalam tiap batere 1 1 I1 = I2 = I3 = x I = x 1,2 = 0,4 Ampere 3 3 Tugas Hitunglah besarnya arus I yang mengalir pada rangkaian hubungan paralel berikut dengan menggunakan rumus E It = Rtp Rtp = Tahanan total pada rangkaian paralel. + 6 3 12 V _ Gambar Resistor paralel 3. Hubungan Seri Paralel. Hubungan seri paralel adalah gabungan dari 2 dua jenis rangkaian dimana dalamn rangkaian tersebut disamping ada rangkaian seri terdapat pula rangkaian paralel. Gambar rangkaian di bawah ini menunjukkan rangakaian campuran. Tahanan yang bernilai 2 dihubungkan seri terhadap tahanan paralel 6 dan 3 . 2   R 1 + R2 6 R3 3  12 V _ Gambar Rangkaian seri paralel. Arus total yang mengalir pada rangkaian sama dengan tegangan sumber dibagi dengan tahanan total E It = R t Untuk mencari tahanan total pada rangkaian paralel di atas adalah sebagai berikut 1 1 1  = +  Rp R2 R3 1 1 1  =  +  Rp 6 3 1 1 2  =  +  Rp 6 6 1 3  = Rp 6 6 Rp = = 2 Ohm 3 55 Untuk mencari nilai tahanan seluruhnya adalah sebagai berikut Rt = R1 + Rp Rt = 2 + 2 = 4 Ohm Langkah selanjutnya, untuk menghitung arus total It adalah sebagai berikut E It =   R t 12 It =  = 3 Amper 4 Untuk mencari tegangan jepit pada tahanan pertama R1 digunakan rumus E1 = It x R1 E1 = 3 x 2 E1= 6 Volt. Untuk menghitung tegangan jepit pada tahanan R2dan R3 digunakan rumus Ep = I x Rp Ep = 3 x 2 Ep = 6 Volt. Untuk mencari arus yang mengalir melalui tahanan R2, menggunakan rumus Ep I1 =  R2 6 I1 =  6 I1 = 1 Amper Untuk mencari besarnya arus yang mengalir pada tahanan R3, menggunakan rumus Ep 6 I2=  = - = 3 Ampere R3 2 Jadi arus yang mengalir pada tahanan R1 sama dengan jumlah arus yang mengalir pada tahanan R2dan R3. Hal ini sesuai dengan bunyi “ Hukum Kirchoff I” , yang mengatakan bahwa arus yang masuk pada satu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar pada titik cabang tersebut.