Belajar Rangkaian Listrik Seri dan Paralel serta Hukum Kirchhoff

Ilustrasi.(Freepik)

ADA satu sakelar yang dapat digunakan untuk menyalakan beberapa lampu sekaligus. Namun ada juga satu sakelar yang hanya dapat digunakan untuk menyalakan satu lampu saja. Menyala atau tidaknya lampu listrik tergantung pada rangkaian listrik. 

Pada rangkaian listrik yang tidak memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian seri. Ketiadaan percabangan kabel pada rangkaian listrik seri mengakibatkan aliran listrik akan terputus jika salah satu ujung kabel terputus, sehingga arus tidak ada yang mengalir di dalam rangkaian dan seluruh lampu akan mati. 

Pada rangkaian listrik yang memiliki percabangan kabel, rangkaian tersebut disebut rangkaian paralel. Jika salah satu ujung kabel terputus, arus listrik akan tetap mengalir pada kabel lain yang masih terhubung dan beberapa lampu lainnya akan tetap menyala. 

Nah, ada beberapa karakteristik rangkaian listrik yang perlu kita ketahui. Lebih jelasnya simak penjelasan berikut seperti dilansir dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 1 yang ditulis Siti Zubaidah dkk.  

1. Hukum Kirchhoff.

Bayangkan mobil yang masuk dari jalur utama akan berpisah di persimpangan jalan dan menuju tujuan masing-masing. Jumlah mobil yang masuk dan keluar jalur akan tetap sama. Hal ini juga berlaku pada listrik.    

Menurut hukum Kirchhoff, besar arus listrik yang masuk ke dalam titik cabang kawat penghantar nilainya sama dengan besar arus listrik yang keluar dari titik cabang kawat penghantar tersebut.

Secara matematis, pada setiap titip cabang berlaku rumus berikut.

∑ I masuk = ∑ I keluar

Jika diketahui besar arus listrik I1 = 2 A, I2 = I3 = 4 A, dan I4  = 5 A pada gambar di bawah ini, berapa besar arus I5?

Berikut jawabannya.

∑ I masuk = ∑ I keluar

I₁ + I₄ + I₅ = I₂ + I₃

I₅ = (I₂ + I₃) = (I₁ + I₄) = (4 + 4) - (2 + 5) = 1 A.

Jadi, besar arus listrik yang mengalir pada I5 adalah 1 ampere.

2. Rangkaian hambatan listrik.

Pada suatu rangkaian listrik, hambatan listrik juga dapat dipasang secara seri dan paralel seperti pada lampu dan baterai. Pola pemasangan hambatan listrik ini ternyata juga memengaruhi besar arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian listrik. 

a. Rangkaian hambatan listrik seri.

Pada rangkaian seri, kuat arusnya bernilai sama tetapi tegangannya berbeda-beda. Ini kesimpulannya.

V₁ ≠ V₂ ≠ ... ≠ V_n

V_total = V₁ + V₂ + ... + V_n

Menurut hukum Ohm.

V₁ = I ∙ R₁

V₂ = I ∙ R₂

V_total = IR₁ + IR₂ = I (R₁ + R₂)

Karena V_s = I ∙ R_s = V_total, maka R_s = R₁ + R₂

Jika ada n buah hambatan yang disusun secara seri,

Rs = R1 + R2 + .... + Rn.

b. Rangkaian hambatan listrik paralel.

Pada rangkaian paralel, tegangan listrik bernilai sama tetapi besar kuat arusnya berbeda. Karena itu,

I1 ≠ I₂  ≠ ... ≠ I_n

Menurut hukum Ohm

I₁ = V/R₁ dan I₂ = V/R₂

I_total = I₁ + I₂

I_total = V/R₁ + V/R₂ = V (1/R₁ + 1/R₂)

Karena  I_total  = V/Rp, maka 1/Rp = 1/R₁ + 1/R₂

Dengan demikian, untuk n buah hambatan paralel:

1/Rp = 1/R₁ + 1/R₁ + ... + 1/R_n

3.  Rangkaian GGL dan Hukum Ohm pada rangkaian tertutup.

Baterai baru yang belum dipakai umumnya memiliki gaya gerak listrik (GGL) = 1,5 V. Artinya sebelum dirangkaikan untuk menghasilkan arus listrik, di antara kutub-kutub baterai ada tegangan sebesar 1,5 V. 

Jika baterai dihubungkan dengan suatu rangkaian sehingga ada arus yang mengalir, tegangan di antara kutub-kutub baterai disebut tegangan jepit. Perbedaan besar GGL dan tegangan jepit baterai terjadi karena ada hambatan dalam pada baterai. 

Menurut hukum Ohm, berikut besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian tertutup.

I = E/R+r

Dengan demikian, besar tegangan jepitnya menjadi 

I ∙ R = E - ( i ∙ r )

atau

V = E - ( i ∙ r )

r = hambatan dalam (Ω).
R = hambatan luar (Ω).
E = GGL baterai (volt).
V = tegangan jepit (volt).
I = arus listrik (ampere).

Elemen listrik yang sama dipasang secara seri dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut.

Etotal = E1 + E2 + ... + En = n ∙ E

rtotal = r1 + r2 + ... + rn = n ∙ r

Dengan demikian besar kuat arusnya yaitu 

I =  n ∙ E / R + (n ∙ r)

Itulah pelajaran terkait rangkaian listrik dan yang terkait. Selamat belajar. (Z-2)