Listrik Dinamis (Bagian 3)

RANGKAIAN SERI DAN RANGKAIAN PARALEL

1. RANGKAIAN SERI
Rangkaian seri terdiri dari dua atau lebih beban listrik yang dihubungkan ke catu daya lewat satu rangkaian. Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik, di mana input suatu komponen berasal dari output komponen lainnya. Hal inilah yang menyebabkan rangkaian listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel penghubung).
Selain memeliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki suatu kelemahan, yaitu jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu akan datang dari output lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yan lain akan ikut padam.
Rangkaian seri dapat berisi banyak beban listrik dalam satu rangkaian. Contoh yang baik dari beberapa beban rangkaian dihubung seri adalah lampu pohon Natal. ( kurang lebih 20 lampu dalam rangkaian seri ).
Dua buah elemen berada dalam susunan seri jika mereka hanya memiliki sebuah titik utama yang tidak terhubung menuju elemen pembawa arus pada suatu jaringan. Karena semua elemen disusun seri, maka jaringan tersebut disebut rangkaian seri. Dalam rangkaian seri, arus yang lewat sama besar pada masing-masing elemen yang tersusun seri.


Sifat-sifat Rangkaian Seri:

• Arus yang mengalir pada masing beban adalah sama.
• Tegangan sumber akan dibagi dengan jumlah tahanan seri jika besar tahanan sama. Jumlah penurunan tegangan dalam rangkaian seri dari masing-masing tahanan seri adalah sama dengan tegangan total sumber tegangan.
• Banyak beban listrik yang dihubungkan dalam rangkaian seri, tahanan total rangkaian menyebabkan naiknya penurunan arus yang mengalir dalam rangkaian.  Arus yang mengalir tergantung pada jumlah besar tahanan beban dalam rangkaian.
• Jika salah satu beban atau bagian dari rangkaian tidak terhubung atau putus, aliran arus terhenti.

Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik seri dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) :

1. Lampu hias pohon Natal model lama (yang baru pakai rangkaian elektronik & lampu LED) merupakan rangkaian seri beberapa lampu (12V di-seri 20 pcs) sehingga dapat menerima tegangan sesuai dengan jala-jala (220V).
2. Lampu TL (tube Lamp) atau orang bilang lampu neon, model lama yang masih memakai ballast, di dalam box nya memakai rangkaian seri antara jala-jala dengan ballastnya.
3. Di dalam setrika listrik ada rangkaian seri dengan bimetal (temperatur kontrol), demikian juga kulkas.
4. Sakelar/switch merupakan penerapan rangkaian seri dengan beban.

2. RANGKAIAN PARALEL
Rangkaian Paralel merupakan salah satu yang memiliki lebih dari satu bagian garis edar untuk mengalirkan arus.  Dalam kendaraan bermotor, sebagian besar beban listrik dihubungkan secara parallel. Masing-masing rangkaian dapat dihubung-putuskan tanpa mempengaruhi rangkaian yang lain.
Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian paralel. Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya.

Sifat-sifat Rangkaian Paralel:

• Tegangan pada masing-masing beban listrik sama dengan tegangan sumber.
• Masing-masing cabang dalam rangkaian parallel adalah rangkaian individu.Arus masing-masing cabang adalah tergantung besar tahanan cabang.
• Sebagaian besar tahanan dirangkai dalam rangkaian paralel, tahanan total rangkaian mengecil, oleh karena itu arus total lebih besar. (Tahanan total dari rangkaian parallel adalah lebih kecil dari tahanan yang terkecil dalamrangkaian.)
• Jika terjadi salah satu cabang tahanan parallel terputus, arus akan terputus hanya pada rangkaian tahanan tersebut. Rangkaian cabang yang lain tetap bekerja tanpa terganggu oleh rangkaian cabang yang terputus tersebut.

Contoh paling sederhana penerapan rangkaian listrik paralel dalam kehidupan sehari-hari (di rumah) :

1. Distribusi Listrik PLN kerumah-rumah adalah paralel.
2. Stop contact merupakan rangkaian paralel dengan jala-jala. 

Perbedaan Rangkaian Listrik Seri dan Paralel

1. Rangkaian Seri: disusun berderet/berurutan, tanpa cabang pada sumber arus listrik

     a. Beda Potensial/tegangan   :  V = V₁ + V₂ + … + Vn    

     b. Kuat Arus                                   :    I  =  I₁ = I₂ = … =  In

     c. Hambatan Listrik             :  Rs = R₁+ R₂+… +  Rn

2.  Rangkaian Paralel: disusun sejajar, terbentuk cabang diantara sumber arus listrik 

     a. Beda Potensial/tegangan   :  V = V₁ = V₂ = … = Vn    

     b. Kuat Arus                                   :    I  =  I₁ + I₂ + … +  In

     c. Hambatan Listrik             :  1/Rp = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1/Rn

 I. Contoh Soal

1. Seorang montir radio sedang memperbaiki radio yang rusak. Ternyata, kerusakan ada pada hambatan yang nilainya 2 Ohm dan harus diganti. Sementara itu, dia mempunyai 3 hambatan yang nilainya masing-masing 4 Ohm, 6 Ohm, dan 12 Ohm. Apa yang harus dilakukan montir itu agar dapat mengganti hambatan yang rusak ?

Penyelesaian

Diketahui          : R1 = 4 Ohm, R2 = 6 Ohm dan R3 = 12 Ohm

Ditanya : R = ?

Jawab              : Jika ketiga hambatan itu dirangkaiakan seri, maka nilainya adalah

                         Rs = R1 + R2 + R3 = 4 Ohm + 6 Ohm + 12 Ohm = 22 Ohm

                         Jika ketiga hambatan itu dirangkaiakan paralel, maka nilainya adalah

                         1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/4 Ohm + 1/6 Ohm + 1/12 Ohm 

         = 3/12 Ohm + 2/12 Ohm + 1/12 Ohm     = 6/12 Ohm

  Rp  =  12/6 Ohm = 2 Ohm

Jadi, berdasarkan hitungan di atas, montir itu harus merangkaiakan ketiga hambatan yang ada secara paralel untuk memperoleh hambatan yang nilanya 2 Ohm

2. Arus listrik 2 A mengalir di dalam kawat penghantar ketika beda potensial 10 V diberikan pada ujung-ujungnya. Berapakah hambatan listrik kawat penghantar tersebut ?

Penyelesaian:

Diketahui          : V = 10 V, dan I = 2 A

Ditanya : R = ?

Jawab              : R = V/I =  10V / 2A = 5 Ohm

3. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut !

Bila hambatan dalam baterai diabaikan dan terminal voltmeter (V) dihubungkan pada titik P dan Q, maka besar beda potensial antara P dan Q (V_PQ) adalah....

Pembahasan  :

R _total = 2 ohm + 3 ohm = 5 ohm

 I _induk Data dari gambar :

 I induk: = V/ R _total = 20 v/5 ohm = 4 A

V_pq    = I _induk . R _{( = 2 ohm )}

         = 4 A . 2 ohm = 8 volt

 4. Rangkaian listrik berikut terdiri 3 buah hambatan dan satu buah baterai 24 Volt yang memiliki hambatan dalam 1 Ω. Lihat gambar dibawah dan tentukan:
a) Kuat arus rangkaian
b) Kuat arus pada R₁ , R₂ dan R₃
c) Beda potensial antara titik A dan B
d) Beda potensial antara titik B dan C
e) Beda potensial antara titik C dan D
f) Beda potensial antara titik A dan C
g) Beda potensial antara titik B dan D
h) Beda potensial antara titik A dan D
i) Beda potensial antara ujung -ujung baterai



Pembahasan
a) Kuat arus rangkaian



b) Kuat arus pada R₁ , R₂ dan R₃
Kuat arus yang melewati hambatan-hambatan yang dirangkai seri adalah sama.



c) Beda potensial antara titik A dan B



d) Beda potensial antara titik B dan C



e) Beda potensial antara titik C dan D



f) Beda potensial antara titik A dan C



g) Beda potensial antara titik B dan D



h) Beda potensial antara titik A dan D



i) Beda potensial antara ujung-ujung baterai


 
5.  Diberikan sebuah rangkaian listrik seperti gambar berikut



Tentukan :
a) Hambatan pengganti
b) Kuat arus rangkaian
c) Kuat arus yang melalui R₄
d) Kuat arus yang melalui R₁
e) Kuat arus yang melalui R₂
f) Kuat arus yang melalui R₃
g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R₄
h) Beda potensial ujung-ujung R₁
i) Beda potensial ujung-ujung R₂
j) Daya yang diserap R₁

Pembahasan
a) Hambatan pengganti



b) Kuat arus rangkaian



c) Kuat arus yang melalui R₄ sama dengan kuat arus rangkaian



d) Kuat arus yang melalui R₁



e) Kuat arus yang melalui R₂



f) Kuat arus yang melalui R₃



g) Beda potensial ujung-ujung hambatan R₄

V₄ = I₄R₄ = (1,2)(10) = 12 volt

h) Beda potensial ujung-ujung R₁

V₁ = I₁R₁ = (0,6)(20) = 12 volt

i) Beda potensial ujung-ujung R₂ sama dengan beda potensial pada ujung R₁ karena dirangkai parallel