Rangkaian Listrik

Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen listrik yang saling dihubungkan dengan cara tertentu dan mempunyai lintasan (rangkaian) tertutup.

Rangkaian listrik sederhana ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub negatip.

Dalam rangkaian listrik ada:

1. Sumber tegangan (V), Volt
   
2. Beban (R), Ohm
   
3. Mengalir arus listrik (I), Ampere
   

 

HUKUM OHM

Apabila sebuah penghantar R dihubungkan dengan sumber tegangan maka arus listrik akan mengalir dari kutub positif ke kutub negative melewati hambatan R. Hal ini dapat ditunjukkan oleh gambar diatas.

Besarnya arus listrik yang mengalir tergantung dari besarnya tegangan V dan hambatan R yang terpasang.

Hukum ohm menjelaskan hubungan arus, tegangan dan tahanan listrik.

Bahwa besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar berbanding lurus dengan tegangan listrik yang diberikan pada kawat penghantar itudan berbanding terbalik dengan tahanan kawat penghantar.

Dinyatakan dengan rumus :

 

V = tegangan (volt)

I = arus yang mengalir (ampere)

R = hambatan (ohm)

Berdasarkan rumus pada persamaan hukum Ohm di atas, maka dapat dijabarkan menjadi :

a. Tegangan Listrik dapat dihitung dengan persamaan :

V = I . R

b. Arus listrik dapat dihitung dengan persamaan :

I =

c. Tahanan atau hambatan listrik dapat dicari dengan persamaan :

R =

Hukum ohm berlaku untuk rangkaian listrik searah (DC) maupun rangkaian listrik arus bolak-balik (AC).

Contoh :

1.    Suatu kompor listrik untuk 220 V menyerap arus sebesar 5,5 A. Berapa besarnya tahanan kompor listrik ?

Penyelesaian :

    Diketahui     : U = 220 V;    I = 5,5 A

    Ditanyakan    : R

Jawaban :     ;    

2.    Pada suatu tahanan tertulis data 4 kW dan 20 mA.

    Berapa besarnya tegangan maksimum yang boleh terpasang ?

Penyelesaian :

    Diketahui     : R = 4 kW = 4000 W

             I = 20 mA = 0,02 A

    Ditanyakan     : U

Jawaban :    U = I . R      U = 4000 W . 0,02 A = 80 V

Daya Listrik

Daya listrik adalah kemampuan atau kapasitas untuk melakukan suatu usaha energi. Kalau dirumah terpasang 900 Watt berarti besarnya kemampuan yang dapat digunakan untuk melakukan usaha atau energi listrik adalah sebesar 900 Watt.

Satuan untuk daya listrik adalah WATT. (W)

Daya listrik dapat dirumuskan sebagai:

P = V . I

P = daya (watt)

V = tegangan (volt)

I = Arus listrik (ampere)

Pada umumnya kita masih menggunakan:

1 MW = 1 mega watt     = 1 000 000 V = 10⁶ W

1 kW = 1 kilo watt     = 1 000 V = 10³ W

1 mW = 1 milli watt = 1/1000 V = 10^-3 W

1 mW = 1 mikro watt = 1/1000 000 V = 10^-6 W

1 nW = 1 nano watt = 1/1000 000 000 V = 10^-9 W

Dengan memasukkan hukum ohm kedalam rumus daya kita peroleh rumus daya listrik yang lain. Rumus ini sangatlah tepat untuk penentuan daya pada tahanan.

P = V × I

V = I × R

P = I × I × R = I².R

     I =

            P = V . =

 

Pada kendaraan bermotor, lokomotip dan motor-motor listrik tipe lama, dayanya sebagian masih diberikan dalam HP (Horse Power). Satuan ini dapat digunakan dalam masa peralihan sampai dengan 31-12-1977.

1 HP = 736 W

Contoh:

1.    Pada suatu seterika listrik terukur nilai-nilai sebagai berikut : V = 220 V, I = 4,5 A. Berapa daya yang diserap seterika listrik dari jala-jala ?

Penyelesaian :

Diketahui : U = 220 V;    I = 4,5 A;

Ditanyakan : P

Jawaban : P = U × I ;    P = 220 V × 4,5 A = 990 W

 

2.    Suatu tahanan tertulis pada label 1,2 kW/0,5 W maksimum boleh dihubung ke tegangan berapa volt ?

Penyelesaian :

Diketahui : R = 1,2 kW = 1200 W;    P = 0,5 W

Ditanyakan :    U

Jawaban :     diubah menjadi: V² = P × R

 

3.    Sebuah lampu pijar 125 V/40 W harus dioperasikan pada tegangan jala-jala 220 V seperti gambar 3.1. Berapa besarnya tahanan depan yang harus dipasang, dan berapa daya yang diambilnya?

Gambar. Lampu dengan tahanan depan

Penyelesaian :

Diketahui : V
= 220 V ; V_L = 125 V ;    P_L = 0,5 W

Ditanyakan :    V_V

Jawaban :   

Tegangan pada tahanan depan :

V_V = V – V_L ;   

V_V = 220 V – 125 V = 95 V

Arus I :

Pada label nama (name plate) peralatan listrik, dicantumkan daya dan lain-lainnya, yakni daya yang menarik perhatian dimana:

• pada mesin listrik (motor-motor, transformator) merupakan daya yang diberikan;
  
• pada alat-alat kerja listrik merupakan daya yang diberikan dan yang diserap;
  
• pada alat-alat rumah tangga merupakan daya yang diserap!
  

 

 

Tenaga atau Energi Listrik

Sejumlaha daya listrik dapat berupa tenaga atau energi. Dengan tenaga listrik bias mendapatkan panas, cahaya, gerakan, suara, dan lain-lain. Terjadinya tenaga listrik bila ada elektron-elektron bebas yang didorong pada suatu penghantar. Akibat adanya tekanan listrik maka terbentuklah potensial listrik.

Satuan jumlah daya listrik dinamai watt yang dapat menimbulkan tenaga atau energi listrik dalam waktu tertentu dalam satuan watt detik atau joule atau kWh. Hubungan antara daya listrik (P) dalam satuan watt (W), tenaga atau energi listrik (W) dalam satuan joule (J), dan lamanya waktu pemakaian (t) dalam satuan detik atau jam, dapat dituliskan dengan persamaan :

W = P x t

Karena : – P = E.I , maka W = (E.I) x t = E x I x t

- P = E²/R, maka W = (E²/R) x t = E2.t /R

- P = I².R, maka W = (I².R) x t = I² x R x t

W = energi listrik ( Watt hours) Wh

P = daya listrik (watt)

t = waktu (jam) hour

Catatan :

1 kWh = 1.000 Wh = 1.000 x 3.600 W det = 3,6 x 10⁶ Joule

 

Contoh

Berapakah tenaga listrik yang dikeluarkan setiap bulan (30 hari) bila mempergunakan setrika listrik 400 watt dengan pemakaian rata-rata 3 jam setiap malam.

Jawab :

Diketahui : P = 400 W, t = 3 jam x 30 hari = 90 jam

W = P x t = 400 x 90 = 36.000 Wh = 36 kWh.

atau karena :

1 kWh = 3,6 x 10⁶ joule,

sehingga

W = 36 x 3,6 x 10⁶ =1,296 x 10⁸ Joule