Untuk memulai belajar tentang rangkaian listrik, laku-kan Kegiatan 6.4.
Kegiatan 6.4 Menyelidiki rangkaian seri dan paralel
1. Buatlah rangkaian seperti gambar (a) dan (b)
3. Lepaslah salah satu bola lampu. Apa yang terjadi pada rangkaian (a) dan (b)?
4. Bila terdapat multimeter, ukurlah kuat arus yang melalui lampu pada rangkaian (a) dan (b). Ukur pula tegangan pada masing-masing lampu. Perhatian: ketika memasang alat ukur listrik, konsultasikan terlebih dahulu rangkaianmu kepada gurumu.
Diskusi dan Analisis
Diskusikan dengan teman-temanmu, apa penyebab terjadinya beberapa perbedaan pada rangkaian (a) dan (b)?
Rangkaian Seri
Rangkaian lampu seperti gambar (a) pada Kegiatan 6.4, atau sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 6.23 disebut rangkaian seri. Karena bagian-bagian dari suatu rangkaian seri disambung satu setelah yang lain, besarnya arus yang mengalir sama untuk seluruh bagian rangkaian. Apabila kamu menghubungkan tiga amperemeter ke dalam rangkaian tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 6.24, ketiga amperemeter itu akan menunjukkan harga yang sama.Apa yang terjadi jika salah satu bagian rangkaian seri terputus? Dalam rangkaian seri arus listrik hanya mempunyai satu jalan yang dapat dilewati. Karena itu apabila ada bagian yang terputus, berarti rangkaian dalam keadaan terbuka dan arus pasti tidak mengalir. Apakah hal ini sesuai dengan hasil pengamatanmu
Bagaimana Cara Bekerjanya Lampu Senter?
Banyak lampu senter menggunakan dua sel kering yang dihubungkan seri seperti ditunjukkan pada Gambar 6.25, bagian-bagian yang membentuk rangkaian lampu senter adalah baterai, konduktor, lampu pijar, dan sakelar.Perhatikan Gambar 6.25.a. Mendorong sakelar ke belakang menciptakan suatu rangkaian terbuka. Tidak ada arus mengalir. Senter itu mati. Perhatikan Gambar 6.25.b. Mendorong sakelar ke depan menciptakan suatu rangkaian tertutup. Arus mengalir dari salah satu ujung baterai ke lampu. Filamen di dalam lampu menjadi sangat panas dan memijar. Lampu senter menyala.
Arus mengelilingi rangkaian dengan mengalir melalui kawat menuju ujung lain baterai itu. Mendorong sakelar itu kembali ke kedudukan terbuka akan membuka rangkaian dan mematikan lampu tersebut.
Berapakah Besar Tegangan dan Kuat Arus dalam Rangkaian Seri?
Pada Gambar 6.23, dalam rangkaian seri, besar tegangan sumber, Vsumber, adalah sama dengan jumlah tegangan pada lampu A dan B,
Karena arus I yang melalui lampu-lampu tersebut sama besar, maka Va = IRa dan Vb = IRb. Oleh karena itu, Vsumber = IRa + IRb atau Vsumber = I(Ra + Rb). Arus yang mengalir melalui rangkaian tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut ini.
Persamaan ini berlaku untuk setiap jumlah hambatan seri, tidak hanya dua seperti Gambar 6.24 di atas. Arus yang sama akan tetap mengalir bila satu resistor tunggal, R, mempunyai hambatan yang sama dengan jumlah hambatan dua lampu tersebut. Hambatan seperti itu disebut hambatan ekivalen rangkaian atau sirkuit tersebut. Untuk hambatan seri, hambatan ekivalen sama dengan jumlah seluruh hambatan yang dihubungkan seri.
Perhatikan bahwa hambatan ekivalen selalu lebih be-sar daripada setiap hambatan tunggal yang dihubungkan seri tersebut. Oleh karena itu, jika tegangan baterai tidak berubah, penambahan lebih banyak alat secara seri selalu menurunkan arus tersebut. Untuk menghitung arus, I, yang mengalir dalam suatu rangkaian seri, pertama-tama hitunglah hambatan ekivalen, R, dan kemudian gunakan persamaan berikut ini untuk menghitung I.
Rangkaian Paralel
Perhatikan rangkaian yang ditunjukkan pada gambar (b) Kegiatan 6.4. Pada rangkaian tersebut, arus listrik dari baterai dapat melalui setiap lampu. Suatu rangkaian, dimana ada beberapa jalan berbeda yang dapat dialiri arus disebut rangkaian paralel.
Pada Gambar 6.26 tiga buah resistor disusun secara paralel dan ujung-ujung ketiga resistor dihubungkan secara bersama-sama ke sumber tegangan, sehingga arus memiliki tiga jalan yang berbeda untuk melewati tiap-tiap resistor.
Berapakah arus yang melalui tiap-tiap resistor? Ini bergantung pada hambatan setiap resistor. Sebagai contoh yaitu pada Gambar 6.27, beda potensial setiap resistor adalah 12 V. Arus yang melalui sebuah resistor diberikan oleh I = V/R, sehingga kita dapat menghitung arus yang melalui resistor 48 Ω adalah I = (12 V)/(48 Ω ) = 0,25 A. Kuat arus yang melalui dua resistor yang lain, dapat dihitung dengan cara yang sama.
Apakah yang akan terjadi jika hambatan 12 Ω diambil dari rangkaian? Apakah arus yang melewati hambatan 48 Ω berubah? Apakah arus hanya bergantung pada beda potensial dan hambatannya? Apakah kasus ini juga sama jika dilakukan pada hambatan 24 Ω. Cabang sebuah rangkaian paralel tidak bergantung satu dengan yang lain. Lampu yang lain tetap menyala, meskipun salah satu lampu dilepas.Kuat arus total pada rangkaian paralel merupakan jumlah dari kuat arus masing-masing jalur. Kuat arus total pada rangkaian Gambar 6.27 adalah (0,25 A + 0,5 A + 1 A) = 1,75 A.
Hambatan pengganti pada rangkaian Gambar 6.27 dapat ditentukan dengan persamaan :
Catatan: hambatan ini adalah lebih kecil daripada hambatan tiap-tiap resistor dari ketiga resistor yang dihubungkan secara paralel dalam rangkaian tersebut. Penempatan dua atau lebih resistor dalam rangkaian paralel, selalu mengurangi besar hambatan pengganti pada rangkaian tersebut. Hambatan tersebut menurun karena setiap resistor baru menambah jalur arus baru, dan meningkatkan arus total karena beda potensial tidak berubah.Untuk menghitung hambatan pengganti pada rangkaian paralel, pertama-tama kita harus tahu bahwa arus total adalah jumlah arus yang melalui cabang.
Jika Ia, Ib, dan Ic adalah arus yang melalui cabang dan I adalah arus total, maka I = Ia + Ib + Ic.
Beda potensial diantara ujung-ujung tiap-tiap resistor adalah sama, sehingga arus yang melalui tiap-tiap resistor, misalnya RA dapat ditentukan dari Ia = V/Ra. Dengan demikian:
Dengan membagi kedua sisi dengan V, maka diperoleh sebuah persamaan untuk hambatan pengganti tiga resistor paralel, yaitu:
