Rangkaian Listrik: Pengertian, Jenis, Rumus & Contoh | Fisika Kelas 12

Artikel Fisika kelas 12 ini akan membahas mengenai rangkaian listrik. Khususnya perbedaan rangkaian seri dan paralel, baik rumus kuat arus, tegangan, dan hambatan, maupun kelebihan dan kekurangan keduanya.

—

Hayo, siapa yang suka mainan lampu? Anak zaman sekarang, kalo udah ngomongin lampu hias, pasti langsung kebayang jenis lampu yang satu ini deh: lampu tumblr. Entah kenapa juga dinamain kayak gitu. Apakah ada hubungannya sama nama media sosial yang udah diblokir itu?

Lampu tumblr untuk menghias kamar (sumber: thenakedsoul.co)

Selain bisa ngebuat kamar kita jadi hits jadi kayak kamar-kamar di Instagram, bersyukurlah karena lampu tersebut disusun dengan rangkaian seri. Hah? Maksudnya apa tuh rangkaian seri?

Begini. Bandingkan lampu-lampu tersebut dengan instalasi lampu yang ada di rumah kamu. Kalau kamu perhatikan, biasanya, instalasi lampu di rumah menerapkan sistem satu saklar untuk satu lampu. Artinya, lampu-lampu di rumah kamu disusun menggunakan rangkaian paralel.

Sekarang bayangkan kalau kamu harus mematikan/menyalakan lampu tumblr semuanya satu per satu. Bisa-bisa gempor tangan kita. Maka dari itu, kita perlu tahu perbedaan rangkaian seri dan paralel!

Apa itu Rangkaian Listrik?

Rangkaian listrik adalah suatu sistem yang saling terhubung untuk menghasilkan arus listrik. Rangkaian listrik terdiri dari berbagai komponen, seperti resistor, kapasitor, induktor, sumber daya (seperti baterai atau generator), dan elemen-elemen lainnya.

Nah, Ketika komponen-komponen itu terhubung dengan benar, maka aliran listrik dapat mengalir untuk menjalankan fungsi perangkat elektronik yang diinginkan. Contohnya, menyalakan TV, HP, remote control, lampu, dan lain sebagainya.

Fungsi Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik memiliki beberapa fungsi yang sangat penting dalam berbagai aplikasi teknologi dan kehidupan kita sehari-hari, di antaranya:

1. Mengalirkan Daya Listrik

Rangkaian listrik digunakan untuk mengalirkan daya dari sumber, seperti baterai atau pembangkit listrik, ke berbagai perangkat dan komponen elektronik, seperti lampu, motor, komputer, dan alat rumah tangga lainnya.

2. Mengubah Bentuk Energi

Salah satu fungsi penting dari rangkaian listrik adalah mengubah energi listrik menjadi bentuk energi lain. Contohnya, lampu akan mengubah energi listrik menjadi energi cahaya, pemanas listrik mengubahnya menjadi energi panas, dan motor listrik mengubahnya menjadi energi mekanik.

3. Pengolahan Sinyal

Dalam sistem komunikasi dan elektronik, rangkaian listrik digunakan untuk mengolah sinyal listrik. Misalnya, rangkaian elektronik dalam radio atau televisi mengolah sinyal untuk menghasilkan suara atau gambar.

4. Pengukuran

Rangkaian listrik digunakan dalam alat-alat pengukur besaran listrik, seperti voltmeter, ammeter, multimeter, wattmeter, oscilloscope, dan lain sebagainya. Alat-alat ini berguna dalam pengembangan, perbaikan, dan pemeliharaan sistem elektronik, untuk memastikan bahwa mereka berfungsi sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

5. Proteksi dan Keamanan

Rangkaian listrik juga berfungsi untuk melindungi perangkat dan pengguna dari kondisi yang berbahaya, seperti kelebihan arus atau tegangan. Komponen seperti sekering dan pemutus sirkuit (circuit breaker) digunakan untuk memutus aliran listrik jika terjadi kondisi yang tidak aman.

—

Sampai sini, sudah mulai paham belum dengan materi rangkaian listrik? Kalo masih ada poin-poin yang belum kamu mengerti, mending belajar sama ahlinya, deh. Belajar bareng kakak-kakak pengajar di Ruangguru Privat Fisika misalnya. Hehehe…

Belajar nggak cuma menyenangkan, tapi kamu juga bakal diajari konsepnya sampai paham! Para pengajar di Ruangguru Privat juga sudah terstandarisasi kualitasnya, loh. Kamu juga bisa pilih nih, mau diajarkan secara langsung (offline) atau daring (online). Fleksibel, kan? Untuk info lebih lanjut, cuss klik link berikut!

Jenis-Jenis Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik dibagi menjadi 3 jenis, yaitu rangkaian seri, rangkaian paralel, dan rangkaian campuran (seri-paralel). Lalu,  apa sih perbedaannya? Mari kita simak!

Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah rangkaian listrik yang hambatannya disusun secara bersebelahan. Gambar rangkaian seri dapat kamu lihat pada gambar berikut:

Pada rangkaian seri, kuat arus (I) akan mengalir dari sumber energi (baterai) yang ada, dari satu hambatan ke hambatan lain melewati satu kabel.

Perhatikan deh gambar rangkaian seri di atas! Lalu, bayangkan ada aliran listrik yang mengalir mulai dari baterai, menuju hambatan/resistor 1, ke hambatan 2, lalu berputar dan kembali ke baterai. Iya, anggap aja aliran listrik ini kayak aliran air gitu.

Setelah membayangkannya, kamu pasti jadi sadar kalau untuk arus listrik yang melewati hambatan 1, nilainya akan sama besar dengan arus yang melewati hambatan 2.

Kok gitu?

Ya, kan, alirannya nggak mungkin ke mana-mana lagi.

Baca Juga: Apakah Teknologi Wakanda Dapat Ditemui di Dunia Nyata?

Rumus Rangkaian Seri

Nah, itu berarti, kuat arus total sama dengan kuat arus yang ada di hambatan 1, maupun hambatan 2. Secara matematis, rumus kuat arus total pada rangkaian seri dapat ditulis menjadi:

I_tot = I₁ = I₂ = I…

Di sisi lain, tegangan yang mengalir di hambatan 1, tidak sama dengan yang ada di hambatan 2. Tetapi, apabila seluruh tegangan yang ada di hambatan pada rangkaian itu dijumlahkan, hasilnya akan sama dengan tegangan yang ada di sumber. Atau dengan kata lain, rumus tegangan total pada rangkaian seri dapat ditulis menjadi:

V_tot = V₁ + V₂ + V…

Sehingga, hambatan totalnya sama dengan jumlah dari seluruh hambatan yang ada di rangkaian itu. Dengan kata lain, rumus hambatan total pada rangkaian seri dapat ditulis menjadi:

R_tot = R₁ + R₂ + R…

Ingat, ya, maksud dari tanda titik-titik (…) di rumus itu untuk menandakan kalau ada resistor lain. Jadi, kalau resistor/hambatannya lebih dari 2, tinggal dilanjutin aja.

Rangkaian Paralel

Sementara itu, rangkaian paralel adalah rangkaian listrik yang hambatannya disusun secara bertingkat/bercabang. Perhatikan gambar rangkaian paralel berikut:

Nah, kelihatan nggak bedanya dengan rangkaian seri? Sekarang, bayangkan ada aliran listrik yang berjalan dari baterai, berjalan ke arah ke arah bawah menuju hambatan 1. Sesaat dia berada di persimpangan, si aliran listrik akan “memecah”. Ada yang masuk ke resistor 1, ada juga yang berjalan ke resistor 2. Itu artinya, kuat arus di kedua hambatan itu akan berbeda.

Rumus Rangkaian Paralel

Ya, karena terdapat “percabangan”, kuat arus listrik yang diterima oleh hambatan 1 dan hambatan 2 tidak akan sama. Alhasil, kuat arus sumber energinya akan sama dengan jumlah dari seluruh kuat arus semua hambatan. Oleh karena itu, kita dapat menuliskan rumus kuat arus total pada rangkaian paralel menjadi:

I_tot = I₁ + I₂ + I…

Di sisi lain, tegangan yang ada pada hambatan 1 dan hambatan 2 akan bernilai sama besar. Maka, kita dapat menuliskan rumus tegangan total pada rangkaian paralel menjadi:

V_tot = V₁ = V₂ = V…

Lalu, bagaimana cara kita menghitung hambatan listrik untuk rangkaian paralel? Kalau kamu perhatikan, konsep antara seri dan paralel tadi terbalik. Maka, rumus hambatan total pada rangkaian paralel adalah sebagai berikut:

Rangkaian Campuran (Seri-Paralel)

Rangkaian campuran, juga dikenal sebagai rangkaian seri-paralel, adalah kombinasi dari kedua jenis rangkaian listrik, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel.

Dalam rangkaian campuran, beberapa komponen dihubungkan secara seri, sementara komponen lainnya dihubungkan secara paralel. Sehingga, sifat-sifat dari kedua jenis rangkaian tersebut dapat digunakan dalam satu sistem. Nah, gambar rangkaian campuran dapat kamu lihat berikut ini!

Gambar Rangkaian Campuran/Rangkaian Seri-Paralel (Sumber: roboguru.com)

Dapat kamu perhatikan bahwa ada dua rangkaian seri. Pertama, rangkaian lampu nomor 2, 3, dan 4. Kedua, rangkaian lampu nomor 1 dan 3. Sementara itu, dua rangkaian seri tersebut, dihubungkan menjadi rangkaian paralel. Itulah mengapa disebut rangkaian seri-paralel, atau rangkaian campuran.

Contoh Soal Rangkaian Listrik Seri dan Paralel

Nah, untuk mengecek kemampuan kita, coba kerjakan soal berikut deh. Ingat ya, kamu harus menghitung hambatan total di rangkaian paralelnya terlebih dahulu, setelah itu baru jumlahkan dengan hambatan yang ada di rangkaian seri.

Perbedaan Rangkaian Seri dan Paralel

Setelah mengetahui rumus-rumus yang ada pada rangkaian seri dan paralel, sekarang kita coba ulas yuk. Kira-kira apa ya perbedaan kedua rangkaian listrik ini? Lalu, apa juga keuntungan dan kerugian jika kita menggunakan rangkaian listrik tersebut.

Secara penggunaan, kedua jenis rangkaian ini jelas berbeda. Pada rangkaian seri, karena hambatannya disusun bersebelahan, artinya, apabila satu hambatan tersebut mati, maka hambatan lainnya juga akan ikut mati. Kamu pasti pernah tahu lampu LED yang biasa digantung dijadiin hiasan itu kan?

Dengan menggunakan rangkaian seri, kita dengan memudah mematikan seluruh lampu dengan satu pencetan. Bayangkan kalau kita harus matiin semuanya satu per satu. Bisa-bisa kita ikut mati.

Contoh lampu rangkaian seri (sumber: giphy.com)

Di sisi lain, rangkaian paralel bisa kita temukan di instalasi lampu rumah kita sendiri. Dengan memasang hambatan pada kabel yang bertingkat/cabang seperti di rangkaian paralel, kita bisa memisahkan saklar untuk masing-masing lampu.

Coba kalau lampu di rumah kamu semuanya menggunakan rangkaian seri. Sekali pencet saklar, semua lampu di rumah nyala. Yang ada malah boros dan nggak efektif kan?

Gimana, sekarang sudah tahu kan apa yang dimaksud dengan rangkaian listrik, serta apa saja perbedaan rangkaian seri dan paralel? Baik dari segi rumus, maupun manfaatnya. Kalau kamu ingin mempelajari materi seperti ini dalam bentuk video, tonton aja lewat ruangbelajar! Selain dapat melihat video beranimasi menarik, kamu akan mendapat latihan soal dan rangkuman, lho!