konsep dasar rangkaian listrik

I.            Konsep Dasar Rangkaian Listrik

Definisi

Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup.

Muatan Listrik

Adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga memiliki muatan listrik, Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan muatan. Sistem Satuan Internasional dari satuan Q adalah coulomb    ( C ).

•      Muatan e sebuah electron negatif samadengan besaran 1.602 ´ 10-19 C yang disebut muatan elektron., atau 1 C sebesar 6.24 x 1018  electron.

•      Muatan yang terjadi dialam merupakan integral lipat dari muatan elektron.

•      Arus listrik i = dq/dt. Satuan ampere dapat dituliskan 1 A = 1C/s.

•      direct current (dc) adalah sumber dengan arus waktu yang konstan.

alternating current (ac) adalah arus sinusoidal yang berubah terhadap waktu

Contoh

Sebuah konduktor konstan pada saat   5 A.

Berapa banyak elektron yang melewati titik dalam waktu 1 menit?

5 A = (5 C/s)(60 s/min) = 300 C/min

Arus

•      Perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam  satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), satuan A (Ampere) , dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak

•      Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan arah aliran elektron.

•      Ketika terjadi beda potensial disuatu elemen maka akan muncul arus dimana arah arus positif mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah dan arah arus negatif mengalir sebaliknya

Contoh

Jawaban = -3A

Jawaban = 5A

Tegangan

Kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen dari satu terminal ke terminal lainnya, atau pada kedua terminal akan mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb

Berapa Vab?

 jawaban = 5V

Berapa Vba?

jawaban =-5V

    I.            Hukum Dasar Rangkaian Listrik

Hukum Ohm

            Jika sebuah penghantar/ hambatan/ resistansi dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan muncul beda potensial

	V=I.R

Dua nilai ekstrim untuk kemungkinan nilai R, yaitu R = 0  yang disebut sebagai rangkaian tertutup (short circuit = SC) dan R = ¥ yang disebut rangkaian terbuka (open circuit = OC).

Hukum kirchoff I

            Jumlah arus yang memasuki suatu percabangan/ node/ simpul samadengan arus yang meninggalkan percabangan/ node/ simpul

            S Arus pada satu titik percabangan = 0   

            S Arus yang masuk percabangan = S Arus yang keluar percabangan

 Hukum kirchoff II

            Jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup sama dengan nol, atau penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusunnya yang membentuk satu lintasan tertutup akan bernilai sama dengan nol

contoh soal konsep dasar

1.)

Diketahui I1=I2=2 Ampere, I3=I4=1,5 Ampere, R1=2 Ω, R2=8 Ω, R3=6 Ω, dan R4=4 Ω. Berapa besar Voltase pada rangkaian tersebut?

Solusi:

Pertama, kita cari arusnya dengan Hukum Kirchoff 1:

Kemudian, total hambatan paralelnya dicari dengan:

Lalu, untuk mencari Voltase dipakai Hukum Ohm:

2.)

Sebuah dapur memiliki tiga peralatan elektronik yang terpasang pada jalur listrik 120 Volt, yaitu: oven microwave 1200 Watt, pemanas air 850 Watt, dan rice cooker 900 Watt. Arus listrik akan terputus pada circuit breaker PLN yang terpasang jika melebihi 15 Ampere. Dari ketiga benda elektronik tersebut, manakah yang dapat dipakai secara bersamaan tanpa memutuskan circuit breaker yang dapat memutuskan arus listrik?

Solusi:

Kita harus tahu bahwa stop kontak di rumah kita merupakan rangkaian paralel sehingga masing-masing jalur tidak mempengaruhi jalur lain dan saat salah satu jalur terputus, maka jalur lainnya akan tetap dapat mengaliri arus listrik. Agar lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini.

Dengan arus listrik maksimal 15 Ampere pada voltase 120 volt, maka besarnya daya listrik maksimal pada dapur tersebut adalah:

Agar tidak terjadi “mati listrik” karena turunnya circuit breaker, maka penggunaan alat-alat elektronik tidak boleh melebihi 1800 Watt.

• Oven microwave + pemanas air + rice cooker: 1200 W + 850 W + 900 W = 2950 W
• Oven microwave + pemanas air: 1200 W + 850W = 2050 W
• Oven microwave + rice cooker: 1200 W + 900 W = 2100 W
• Rice cooker + pemanas air: 900 W + 850 W = 1750 W

Jadi, pada dapur hanya bisa dioperasikan rice cooker dan pemanas air secara bersamaan. Semua kombinasi lain selain kedua peralatan diatas akan menurunkan circuit breaker sehingga listrik akan padam.

contoh soal hukum ohm

1.)

Suatu hambatan 12 Ω dihubungkan dengan baterai. Setelah diukur dengan amperemeter, ternyata kuat arus yang mengalir adalah 1/2 ampere. Berapakah nilai tegangan pada baterai tersebut?

R=12 Ω

I=0,5A

V=...

V=IxR

V=12x0,5=6volt

contoh soal hukum khirchaft 1

1.)

1. Suatu rangkaian listrik ditunjukkan seperti gambar berikut ini.

 Dengan menggunakan hukum II Kirchoff, besar kuat arus listrik yang mengalir di dalam rangkaian tersebut adalah...

Diketahui:

ε1 = 6 V

ε2 = 12 V

R1 = 2 Ω

R2 = 6 Ω

R3 = 4 Ω

Ditanya: I ?

Jawab:

contoh soal hukum khirchaft 2

1.)Perhatikan gambar rangkaian listrik dibawah ini!

Jika diketahui ε1 = 16 V; ε2 = 8 V; ε3 = 10 V; R1 = 12 ohm; R2 = 6 ohm; dan R3 = 6 ohm. Besar kuat arus lisrik I adalah...

Jawab:

Loop I (atas):

Loop II (bawah):

Eliminasi:

Element aktif dan pasif

Komponen-komponen elektronika terbagi menjadi dua jenis, yaitu komponen pasif dan komponen aktif. Komponen pasif merupakan komponen yang tidak dapat mengakibatkan kenaikkan daya listrik didalam rangkaian, contoh-contoh komponen pasif adalah resistor, kapasitor, dan induktor.

Sedangkan komponen aktif adalah komponen yang dapat mengakibatkan kenaikkan daya listrik didalam rangkaian, contoh komponen aktif adalah tansistor.

Resistor memiliki kemampuan untuk mengkonversikan energi listrik menjadi panas. Induktor mampu mengkonversi energi listrik menjadi gaya magnetik. Akan tetapi, tidak satu pun diantara kedua komponen ini yang mampu menimbulkan penambahan daya di dalam rangkaian, maka disebut dengan komponen pasif.

Sebaliknya sebuah transistor menerima input daya rendah (arus kecil) dan mengkonversikannya menjadi output daya tinggi (arus besar), maka transistor disebut dengan komponen aktif.

- contoh soal resistor

1.) 

R1 = 1 Ω, R2 = 2 Ω, R3 = 3 Ω. Nilai resistor pengganti adalah…..

Pembahasan

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/1 + 1/2 + 1/3 = 6/6 + 3/6 + 2/6 = 11/6

R = 6/11 Ω.

3. R1 = 4 Ω, R2 = 2 Ω, V = 12 Volt. Tentukan (a) Nilai resistor pengganti (b) Arus listrik yang mengalir pada rangkaian (c) Arus listrik yang melewati resistor R1 dan R2

- contoh soal kondensator

1.)Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar di bawah. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 4 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Kapasitor C1 = 2 μF
Kapasitor C2 = 4 μF
Kapasitor C3 = 4 μF
Ditanya : Kapasitas pengganti (C)
Jawab :
Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :
CP = C2 + C3 = 4 + 4 = 8 μF
Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :
1/C = 1/C1 + 1/CP = 1/2 + 1/8 = 4/8 + 1/8 = 5/8
C = 8/5 μF

μF = mikro Farad (satuan kapasitansi listrik). 1 μF = 10^-6 Farad

- contoh soal induktor

1.)Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100 Volt, arus yang mengalir 1 Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter,  

induktor tersebut berharga 99 W. Jika frekuensi sumber 50 Hz, berapakah kapasitas induktansi L ?

JAWABAN

 D iketahui : 

V = 100 Volt

I = 1 A

R = 99 W
f = 50 Hz

   Jawab : 

Z =V / I = 100 / 1 Ω = 100 Ω
XL = √Z² R² = √10² 99² = 14,1 Ω
XL = 2 . Δ .p . f . L
L = XL / 2 .  Δ . f
= (14,1 / 2 . 3,14 . 50) . 100 mH
= 44,9 mH