Siapa di antara Quipperian yang pernah melihat tagihan listrik di rumah? Kira-kira, kenapa tagihan listrik setiap bulan tidak pernah menunjukkan angka yang sama? Hal ini dikarenakan besarnya tagihan tergantung dari besarnya energi listrik yang digunakan setiap bulannya. Nah, energi listrik merupakan bagian dari rangkaian arus searah.
Apa itu rangkaian listrik arus searah?
Pengertian Arus Listrik
Arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir melalui konduktor setiap detik.
Aliran muatan disebabkan oleh beda potensial antara kedua ujung penghantar.
Secara matematis, besar arus yang mengalir menghasilkan suatu besaran yang disebut kuat arus listrik, dan kuat arus listrik dirumuskan sebagai berikut.
Informasi:
SAYA = kuat arus listrik (Ampere);
Q = muatan listrik (C); Dan
T = waktu (s).
Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik pada suatu rangkaian adalah ammeter atau multimeter.
Besarnya arus yang diukur dengan menggunakan amperemeter dapat ditentukan dengan persamaan berikut.
Perhatikan contoh berikut.
Berdasarkan gambar di atas, nilai yang ditunjukkan oleh alat (amperemeter) adalah 30, skala maksimum yang dipilih adalah 5 A, dan skala terbesar di layar adalah 100.
Dengan demikian, besarnya kekuatan arus yang diukur adalah sebagai berikut.
Jadi, arusnya adalah 1,5 A.
Setelah Quipperian mengetahui pengertian arus listrik, tentunya Quipperian mengetahui apa itu rangkaian listrik arus searah?
Rangkaian listrik arus searah adalah rangkaian listrik yang muatannya hanya bergerak satu arah, sehingga polaritasnya tetap.
Namun rangkaian jenis ini jarang digunakan untuk keperluan sehari-hari. Jenis rangkaian listrik yang sehari-hari Anda gunakan di rumah antara lain rangkaian listrik arus bolak-balik (AC).
Hukum Ohm
Karena dalam rangkaian listrik arus searah polaritasnya tetap, berlaku hukum Ohm.
Seorang ilmuwan dari Jerman, George Simon Ohm, berhasil merumuskan hubungan antara tegangan, kuat arus, dan hambatan dalam suatu rangkaian.
Menurut Ohm, besarnya tegangan pada suatu rangkaian berbanding lurus dengan kuat arus yang dihasilkan. Semakin besar tegangannya, semakin kuat arusnya.
Secara matematis, hukum Ohm dinyatakan sebagai berikut.
Informasi:
SAYA = kuat arus listrik (A);
V = tegangan listrik (V); Dan
R = hambatan listrik (Ohm).
hukum Kirchoff
Hukum Kirchhoff dirumuskan oleh seorang ilmuwan dari Jerman, yaitu Gustav Khirchhoff.
Secara umum hukum Kirchhoff terbagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut.
1. Hukum Kirchhoff I
Hukum pertama Kirchhoff menyatakan bahwa jumlah arus yang memasuki rangkaian sama dengan jumlah arus yang meninggalkan rangkaian. Perhatikan ilustrasi berikut.
Gambar di atas menunjukkan bahwa ada dua arah kuat arus, yaitu arus yang masuk ke titik percabangan (ditandai dengan panah merah) dan keluar dari titik percabangan (panah hitam). Jumlah arus masuk = jumlah arus keluar = 5 A.
2. Hukum Kirchhoff II
Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa dalam rangkaian tertutup, tidak ada perubahan beda potensial. Artinya, perubahan beda potensial sama dengan nol. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
Berikut adalah tips agar Quipperian lebih mudah mengerjakan hukum Kirchhoff II.
- Jika arah lilitan pada rangkaian searah dengan arah kuat arus listrik, maka kuat arusnya positif. Sebaliknya, jika arah lilitan berlawanan dengan arah kuat arus listrik, maka kuat arusnya negatif.
- Jika arah loop bertemu dengan potensial negatif, maka potensialnya negatif. Sebaliknya, jika arah loop bertemu dengan potensial positif terlebih dahulu, maka potensialnya negatif.
Perhatikan contoh soal berikut.
Tentukan kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut!
Diskusi:
Pertama, Anda harus mencontohkan arah arus listrik. Disini Quipper Blog mengasumsikan bahwa arah arus sama dengan arah loop sebagai berikut.
Untuk menentukan kuat arus digunakan persamaan hukum Kirchhoff II sebagai berikut.
Jadi, besarnya kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah 2 A.
Sirkuit Resistansi Listrik
Berdasarkan persamaan hukum Ohm, besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan listrik.
Artinya, besarnya hambatan listrik dapat menghambat arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil arusnya.
Hambatan listrik dapat disusun secara seri atau paralel. Apa perbedaan antara keduanya?
1. Rangkaian seri
Dalam rangkaian seri, hambatan diatur secara berurutan sebagai berikut.
Gambar di atas menunjukkan bahwa hambatan listrik disusun berjajar tanpa titik percabangan.
Dengan demikian, arus listrik yang mengalir pada setiap hambatan adalah sama. Besar tegangan antara titik AB, BC, dan CD tidak sama.
Resistansi total pengganti dalam rangkaian seri adalah jumlah dari semua resistansi. Secara matematis, diformulasikan sebagai berikut.
2. Rangkaian paralel
Jika pada rangkaian seri hambatannya disusun berderet, maka pada rangkaian paralel hambatannya tersusun berderet dan terdapat titik percabangan.
Perhatikan contoh berikut.
Jika hambatan listrik disusun seperti gambar di atas, berarti hambatan tersebut dihubungkan secara paralel. Pada rangkaian paralel, besar tegangan antara titik a dan b adalah sama. Untuk menemukan resistansi total tersubstitusi, gunakan persamaan berikut.
Energi dan Tenaga Listrik
Pembahasan energi dan tenaga listrik adalah sebagai berikut.
1. Energi listrik
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi listrik adalah kemampuan untuk melakukan usaha di bidang ketenagalistrikan.
Misalnya kipas angin bisa menyala karena ada energi listrik. Secara matematis, energi listrik diformulasikan sebagai berikut.
Informasi:
W = energi listrik (J);
T = waktu;
R = hambatan listrik (Ohm);
V = tegangan listrik (V); Dan
SAYA = kuat arus listrik (A).
2. Tenaga listrik
Daya listrik adalah jumlah energi listrik per detik. Besarnya daya listrik yang terdapat pada masing-masing alat elektronik berbeda-beda, misalnya penanak nasi membutuhkan daya 350 W untuk menanak nasi.
Artinya, untuk setiap detik, energi yang dibutuhkan oleh penanak nasi adalah 350 J. Secara matematis, daya listrik dirumuskan sebagai berikut.
Informasi:
P = daya listrik (W);
W = energi listrik (J); Dan
T = waktu (s).
Contoh Rangkaian Listrik Arus Searah dalam Kehidupan Sehari-hari
Rangkaian listrik arus searah umumnya digunakan pada perangkat elektronik.
Namun sumber arus listriknya masih menggunakan sumber arus bolak-balik dari PLN.
Sebelum memasuki perangkat elektronik, sumber arus bolak-balik diubah oleh adaptor menjadi sumber arus searah.
Contoh rangkaian listrik arus searah dalam kehidupan sehari-hari adalah pada komputer, televisi, lampu LED, senter, kulkas, dan masih banyak lagi lainnya.
Untuk mengasah pemahaman Quipperian Anda tentang materi ini, mari kita lihat contoh soal berikut.
Pak Surya memasang 5 lampu di rumah singgahnya. Setiap lampu memiliki daya 50 W.
Selain lampu, Pak Surya juga memasang AC dengan daya 500 W. Dalam sehari lampu hanya digunakan selama 8 jam dan AC hanya digunakan selama 4 jam.
Jika PLN menetapkan tarif sebesar Rp. 1.000/kWh, berapa pengeluaran Pak Surya setiap bulan?
Dikenal:
Ditanya : biaya bulanan =..?
Diskusi:
Pertama, Quipperian harus mencari besarnya energi yang dibutuhkan oleh 5 lampu dan 1 AC.
Energi 5 lampu setiap hari
energi AC setiap hari
Biaya penggunaan harian:
Biaya 1 hari = (2 kWh + 2 kWh) × Rp 1.000
= Rp4.000
Biaya penggunaan 1 bulan (dianggap 30 hari)
Biaya 1 bulan = Rp 4.000 × 30
= Rp 120.000
Jadi, biaya listrik yang dikeluarkan Pak Surya setiap bulannya adalah Rp 120.000.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bermanfaat untuk para Quipperian. Untuk pembahasan lengkapnya silahkan temukan di Video Quiper.
Dengan Quipper Video, belajar menjadi lebih mudah dan menyenangkan. Salam Quippers!
Pengarang: Eka Viandari