Siapa di antara Quipperian yang pernah melihat tagihan listrik di rumah? Kira-kira, mengapa tagihan listrik setiap bulan tidak pernah menunjukkan angka yang sama? Hal itu karena jumlah tagihan bergantung dari besarnya energi listrik yang digunakan setiap bulan. Nah, energi listrik merupakan bagian dari rangkaian arus searah.
Apa itu rangkaian listrik arus searah?
Pengertian Arus Listrik
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir pada penghantar setiap sekon.
Aliran muatan itu disebabkan oleh adanya beda potensial di antara dua ujung penghantar.
Secara matematis, banyak sedikitnya arus yang mengalir itu menghasilkan suatu besaran yang disebut kuat arus listrik, dan kuat arus listrik dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
I = kuat arus listrik (Ampere);
Q = muatan listrik (C); dan
t = waktu (s).
Alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik pada suatu rangkaian adalah amperemeter atau multimeter.
Besarnya kuat arus yang terukur menggunakan amperemeter bisa ditentukan dengan persamaan berikut.
Perhatikan contoh berikut.
Berdasarkan gambar di atas, nilai yang ditunjuk alat (amperemeter) adalah 30, skala yang dipilih maksimal 5 A, dan skala terbesar pada layar adalah 100.
Dengan demikian, besarnya kuat arus yang terukur adalah sebagai berikut.
Jadi, kuat arusnya 1,5 A.
Setelah Quipperian tahu pengertian arus listrik, tentu Quipperian tahu kan apa itu rangkaian listrik arus searah?
Rangkaian listrik arus searah adalah rangkaian listrik yang muatannya bergerak satu arah saja, sehingga polaritasnya tetap.
Namun, jenis rangkaian ini jarang digunakan untuk keperluan sehari-hari. Jenis rangkaian yang kamu gunakan di rumah sehari-hari termasuk rangkaian listrik arus bolak-balik (AC).
Hukum Ohm
Oleh karena pada rangkaian listrik arus searah polaritasnya tetap, maka berlaku hukum Ohm.
Seorang ilmuwan asal Jerman, George Simon Ohm, berhasil merumuskan hubungan antara tegangan, kuat arus, dan hambatan pada suatu rangkaian.
Menurut Ohm, besarnya tegangan pada suatu rangkaian berbanding lurus dengan kuat arus yang ditimbulkan. Semakin besar tegangan, semakin besar kuat arusnya.
Secara matematis, hukum Ohm dinyatakan sebagai berikut.
Keterangan:
I = kuat arus listrik (A);
V = tegangan listrik (V); dan
R = hambatan listrik (Ohm).
Hukum Kirchhoff
Hukum Kirchhoff dirumuskan oleh seorang ilmuwan asal Jerman, yaitu Gustav Khirchhoff.
Secara umum, hukum Kirchhoff dibagi menjadi dua, yaitu sebagai berikut.
1. Hukum Kirchhoff I
Hukum Kirchhoff I menyatakan bahwa jumlah kuat arus yang masuk rangkaian sama dengan jumlah kuat arus yang keluar rangkaian. Perhatikan ilustrasi berikut.
Gambar di atas menunjukkan adanya dua arah kuat arus, yaitu arus yang masuk titik percabangan (ditandai panah warna merah) dan keluar titik percabangan (panah warna hitam). Jumlah kuat arus yang masuk = jumlah kuat arus yang keluar = 5 A.
2. Hukum Kirchhoff II
Hukum Kirchhoff II menyatakan bahwa di dalam rangkaian tertutup, tidak terjadi perubahan beda potensial. Artinya, perubahan beda potensialnya sama dengan nol. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
Berikut ini tips untuk memudahkan Quipperian dalam mengerjakan hukum Kirchhoff II.
- Jika arah loop pada rangkaian searah dengan arah kuat arus listrik, maka kuat arusnya bertanda positif. Sebaliknya, jika arah loop berlawanan dengan arah kuat arus listrik, maka kuat arusnya bertanda negatif.
- Jika arah loop bertemu dengan potensial negatif, maka potensialnya bertanda negatif. Sebaliknya, jika arah loopnya bertemu dengan potensial positif terlebih dahulu, maka potensialnya bertanda negatif.
Perhatikan contoh soal berikut.
Tentukan kuat arus yang mengalir pada rangkaian tersebut!
Pembahasan:
Pertama, kamu harus memisalkan arah arus listriknya. Di sini, Quipper Blog memisalkan arah arusnya searah dengan arah loop seperti berikut.
Untuk menentukan kuat arusnya, gunakan persamaan hukum Kirchhoff II seperti berikut.
Jadi, besarnya kuat arus yang mengalir pada rangkaian adalah 2 A.
Rangkaian Hambatan Listrik
Berdasarkan persamaan hukum Ohm, besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangannya dan berbanding terbalik dengan hambatan listriknya.
Artinya, besarnya hambatan listrik bisa menghambat arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, semakin kecil kuat arusnya.
Hambatan listrik bisa dirangkai secara seri maupun paralel. Apa perbedaan antara keduanya?
1. Rangkaian seri
Pada rangkaian seri, hambatan dirangkai secara berurutan seperti berikut.
Gambar di atas menunjukkan bahwa hambatan listrik dirangkai secara berderet tanpa ada titik percabangan.
Dengan demikian, kuat arus listrik yang mengalir di setiap hambatan nilainya sama. Besarnya tegangan antara titik A-B, B-C, dan C-D tidak sama.
Hambatan total pengganti pada rangkaian seri merupakan hasil penjumlahan semua hambatannya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
2. Rangkaian paralel
Jika pada rangkaian seri hambatan dirangkai secara berderet, maka pada rangkaian paralel hambatan dirangkai secara berjajar dan terdapat titik percabangan.
Perhatikan contoh berikut.
Jika hambatan listrik dirangkai seperti gambar di atas, artinya hambatan tersebut dirangkai secara paralel. Pada rangkaian paralel, besarnya tegangan antara titik a dan b adalah sama. Untuk mencari hambatan total pengganti, gunakan persamaan berikut.
Energi dan Daya Listrik
Adapun pembahasan energi dan daya listrik adalah sebagai berikut.
1. Energi listrik
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi listrik adalah kemampuan untuk melakukan usaha dalam kelistrikan.
Contohnya, kipas angin bisa menyala karena ada energi listrik. Secara matematis, energi listrik dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
W = energi listrik (J);
t = waktu (s);
R = hambatan listrik (Ohm);
V = tegangan listrik (V); dan
I = kuat arus listrik (A).
2. Daya listrik
Daya listrik adalah besarnya energi listrik tiap detik. Besarnya daya listrik yang terdapat di setiap perangkat elektronik berbeda-beda, misalnya rice cooker membutuhkan daya 350 W untuk mematangkan nasi.
Artinya, untuk setiap detik, energi yang dibutuhkan oleh rice cooker adalah 350 J. Secara matematis, daya listrik dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
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 demikian, sumber arus listriknya tetap menggunakan sumber arus bolak-balik dari PLN.
Sebelum memasuki perangkat elektronik, sumber arus bolak-balik diubah oleh adaptor menjadi sumber arus searah.
Contoh rangkaian arus listrik searah dalam kehidupan sehari-hari adalah pada komputer, televisi, lampu LED, senter, kulkas, dan masih banyak lainnya.
Untuk mengasah pemahaman Quipperian terkait materi ini, yuk simak contoh soal berikut.
Pak Surya memasang 5 buah lampu di rumah singgahnya. Setiap lampu memiliki daya 50 W.
Selain lampu, Pak Surya juga memasang AC yang dayanya 500 W. Dalam sehari, lampu tersebut hanya digunakan selama 8 jam dan AC hanya digunakan selama 4 jam.
Jika PLN mematok tarif Rp1.000/kWh, berapa pengeluaran Pak Surya setiap bulan?
Diketahui:
Ditanya: biaya setiap bulan =..?
Pembahasan:
Pertama, Quipperian harus mencari besarnya energi yang dibutuhkan oleh 5 lampu dan 1 AC.
Energi 5 lampu setiap hari
Energi AC setiap hari
Biaya pemakaian setiap hari:
Biaya 1 hari = (2 kWh + 2 kWh) × Rp1.000
= Rp4.000
Biaya pemakaian 1 bulan (dianggap 30 hari)
Biaya 1 bulan = Rp4.000 × 30
= Rp120.000
Jadi, biaya listrik yang dikeluarkan Pak Surya setiap bulan adalah Rp120.000.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini. Semoga bisa bermanfaat buat Quipperian. Untuk pembahasan lengkapnya, silakan temukan di Quipper Video.
Bersama Quipper Video, belajar jadi lebih mudah dan menyenangkan. Salam Quipper!
Penulis: Eka Viandari