Rangkaian Listrik: Pengertian, Rumus, Jenis, dan Contoh Soal

Randra Agustio Efryansah

Mar 24, 2024

Pengertian Rangkaian Listrik

Rangkaian Listrik adalah sebuah jalur yang dibentuk oleh komponen-komponen listrik yang terhubung satu sama lain untuk mengalirkan arus listrik. Rangkaian ini berperan penting dalam mengantarkan energi listrik dari sumbernya (misalnya baterai, aki, atau PLN) ke berbagai perangkat elektronik yang kita gunakan.

Elektron bisa bergerak melalui bahan yang menghantarkan listrik seperti konduktor. Oleh karena itu, kabel yang digunakan dalam rangkaian listrik biasanya terbuat dari tembaga karena tembaga adalah konduktor yang baik dan dapat mengalirkan listrik.

Lampu adalah perangkat yang membutuhkan listrik untuk menyala, dan listriknya diperoleh dari baterai. Arus listrik mengalir melalui kabel, dan saklar digunakan untuk mengontrol aliran listrik dengan membuka atau menutupnya. Simbol universal untuk perangkat yang mengonsumsi listrik disebut sebagai hambatan (resistor).

Fungsi Utama Rangkaian Listrik

Rangkaian Listrik memiliki beberapa fungsi utama, yaitu:

1. Mengalirkan Arus Listrik

Fungsi utama rangkaian listrik adalah untuk mengalirkan arus listrik dari sumbernya (misalnya baterai, aki, atau PLN) ke berbagai perangkat elektronik yang kita gunakan. Arus listrik ini mengalir melalui komponen-komponen yang terhubung dalam rangkaian.

2. Mengatur dan Mengendalikan Aliran Arus Listrik

Rangkaian listrik memungkinkan kita untuk mengatur dan mengendalikan aliran arus listrik. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai komponen seperti sakelar, tombol, potensiometer, dan lain sebagainya.

3. Mengubah Tegangan dan Arus Listrik

Rangkaian listrik dapat digunakan untuk mengubah tegangan dan arus listrik sesuai kebutuhan perangkat. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai komponen seperti transformator, resistor, dan lain sebagainya.

4. Melindungi Perangkat Elektronik

Rangkaian listrik dapat melindungi perangkat elektronik dari kerusakan akibat arus berlebih. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai komponen seperti sekring, MCB (Miniature Circuit Breaker), dan lain sebagainya.

5. Menerangi Ruangan

Salah satu contoh penerapan rangkaian listrik yang paling umum adalah untuk menerangi ruangan. Rangkaian lampu di rumah merupakan contoh sederhana dari rangkaian listrik.

6. Menggerakkan Motor Listrik

Rangkaian listrik juga dapat digunakan untuk menggerakkan motor listrik. Motor listrik ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan, seperti menggerakkan kipas angin, mesin cuci, dan lain sebagainya.

7. Menghasilkan Suara

Rangkaian listrik dapat digunakan untuk menghasilkan suara. Contohnya adalah rangkaian pada bel dan speaker.

8. Memproses Informasi

Rangkaian listrik dapat digunakan untuk memproses informasi. Contohnya adalah rangkaian pada komputer dan kalkulator.

Jenis-Jenis Rangkaian Listrik

Terdapat 3 jenis rangkaian listrik, berikut ini kelasteknisi jabarkan untuk teknikers.

1. Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah jenis rangkaian listrik dimana komponen-komponen dihubungkan secara berurutan. Arus listrik hanya memiliki satu jalur untuk mengalir melalui semua komponen.

Ciri-ciri Rangkaian Seri:

Komponen dihubungkan berurutan.
Satu jalur untuk aliran arus listrik.
Arus listrik yang mengalir di semua komponen sama besar.
Tegangan pada tiap komponen bisa berbeda tergantung resistansi masing-masing komponen.

Rumus Rangkaian Seri

Hambatan Total (R):

R = R1 + R2 + R3 + ...
R adalah hambatan total rangkaian (ohm)
R1, R2, R3 adalah hambatan masing-masing komponen (ohm)

Arus Listrik (I):

Arus listrik pada rangkaian seri adalah sama, sehingga bisa menggunakan rumus dari Hukum Ohm setelah menghitung hambatan total.

I = V / R
I adalah arus listrik (Ampere)
V adalah tegangan sumber tegangan (Volt)
R adalah hambatan total rangkaian (Ohm)

Contoh Rangkaian Seri:

Rangkaian lampu natal yang disusun berurutan.
Baterai yang dihubungkan dengan beberapa lampu pijar secara berurutan.

Kelebihan Rangkaian Seri:

Hemat kabel karena hanya membutuhkan satu jalur penghantar.
Cocok untuk menambah tegangan total (jumlah tegangan masing-masing komponen)

Kekurangan Rangkaian Seri:

Jika satu komponen putus, maka seluruh rangkaian tidak berfungsi (seperti lampu natal).
Kecerahan lampu akan berkurang jika menambahkan lampu pada rangkaian (karena tegangan dibagi rata).

2. Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel adalah jenis rangkaian listrik di mana komponen-komponen dihubungkan secara bercabang. Arus listrik memiliki beberapa jalur untuk mengalir melalui setiap cabang.

Ciri-ciri Rangkaian Paralel:

Komponen dihubungkan secara bercabang.
Beberapa jalur untuk aliran arus listrik.
Tegangan pada setiap komponen sama besar dengan tegangan sumber tegangan.
Arus listrik yang mengalir pada tiap cabang berbeda-beda tergantung resistansi masing-masing cabang.

Rumus Rangkaian Paralel

Hambatan Total (R):

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ...
R adalah hambatan total rangkaian (ohm)
R1, R2, R3 adalah hambatan masing-masing cabang (ohm)

Arus Listrik Total (I):

I = I1 + I2 + I3 + ...
I adalah arus total rangkaian (Ampere)
I1, I2, I3 adalah arus pada each cabang (Ampere)

Arus Listrik pada Setiap Cabang:

I = V / R
I adalah arus pada each cabang (Ampere)
V adalah tegangan sumber tegangan (Volt)
R adalah hambatan each cabang (Ohm)

Contoh Rangkaian Paralel:

Lampu lalu lintas.
Rangkaian lampu rumah.
Baterai yang dihubungkan dengan beberapa resistor secara paralel.

Kelebihan Rangkaian Paralel:

Jika satu komponen rusak, maka komponen lain tetap berfungsi.
Kecerahan lampu tidak berkurang jika menambahkan lampu pada rangkaian (karena setiap lampu memiliki tegangan yang sama).

Kekurangan Rangkaian Paralel:

Membutuhkan lebih banyak kabel karena ada beberapa jalur.
Arus total yang mengalir lebih besar (bisa berbahaya).

3. Rangkaian Kombinasi

Rangkaian kombinasi paralel dan seri adalah jenis rangkaian listrik yang menggabungkan kedua jenis rangkaian, yaitu rangkaian seri dan paralel. Rangkaian ini memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan rangkaian seri atau paralel saja.

Karakteristik Rangkaian Kombinasi:

Memiliki gabungan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel.
Memberikan fleksibilitas dalam pengaturan tegangan dan arus.
Mampu mengatasi kekurangan dari rangkaian seri dan paralel.

Contoh Penerapan Rangkaian Kombinasi:

Rangkaian lampu rumah: Lampu-lampu dihubungkan secara paralel, dan kelompok lampu dihubungkan secara seri.
Rangkaian audio: Rangkaian speaker dihubungkan secara paralel, dan rangkaian filter dihubungkan secara seri.
Rangkaian elektronika: Rangkaian power supply dihubungkan secara paralel, dan rangkaian penguat sinyal dihubungkan secara seri.

Komponen-Komponen Dasar Rangkaian Listrik

Sumber Tegangan: Baterai, aki, atau PLN.
Penghantar Listrik: Kabel.
Beban Listrik: Lampu, motor listrik, dan lain sebagainya.
Komponen Pengendali: Sakelar, tombol, potensiometer, dan lain sebagainya.
Komponen Pengaman: Sekring, MCB (Miniature Circuit Breaker), dan lain sebagainya.

Contoh Soal Rangkaian Listrik

Soal 1:

Tiga buah lampu dengan hambatan masing-masing 4 ohm, 6 ohm, dan 8 ohm dirangkai secara seri. Jika tegangan sumber tegangan adalah 24 volt, hitunglah:

a. Hambatan total rangkaian. b. Arus yang mengalir pada rangkaian. c. Tegangan pada each lampu.

Jawaban:

a. Hambatan total:

R = R1 + R2 + R3 = 4 ohm + 6 ohm + 8 ohm = 18 ohm

b. Arus yang mengalir:

I = V / R = 24 volt / 18 ohm = 1.33 Ampere

c. Tegangan pada each lampu:

V1 = I * R1 = 1.33 Ampere * 4 ohm = 5.32 volt
V2 = I * R2 = 1.33 Ampere * 6 ohm = 7.98 volt
V3 = I * R3 = 1.33 Ampere * 8 ohm = 10.64 volt

Soal 2:

Dua buah resistor dengan hambatan masing-masing 2 ohm dan 3 ohm dirangkai secara paralel. Jika tegangan sumber tegangan adalah 12 volt, hitunglah:

a. Hambatan total rangkaian. b. Arus yang mengalir pada each resistor. c. Arus total yang mengalir pada rangkaian.

Jawaban:

a. Hambatan total:

1/R = 1/R1 + 1/R2 1/R = 1/2 ohm + 1/3 ohm 1/R = 5/6 ohm R = 6/5 ohm

b. Arus yang mengalir pada each resistor:

I1 = V / R1 = 12 volt / 2 ohm = 6 Ampere
I2 = V / R2 = 12 volt / 3 ohm = 4 Ampere

c. Arus total yang mengalir pada rangkaian:

I = I1 + I2 = 6 Ampere + 4 Ampere = 10 Ampere

Kesimpulan

Rangkaian Listrik memiliki berbagai fungsi penting dalam kehidupan sehari-hari. Rangkaian ini memungkinkan kita untuk menggunakan berbagai perangkat elektronik yang kita gunakan.