alat ukur listrik

Materi Rangkaian Arus Searah, Contoh Soal & Pembahasannya

Fadil Rianno

May 30, 2022 — 7 min read

Halo, Sobat Zenius! Kali ini gue akan membahas mengenai materi listrik arus searah. Materi ini akan elo temukan pada mata pelajaran Fisika kelas 12.

Gak cuman membahas mengenai materi, gue juga akan membahas mengenai rumus listrik arus searah hingga contoh soal rangkaian arus searah.

Tapi, elo pernah kepikiran gak sih kenapa namanya listrik arus searah? Memang ada yang gak searah ya? Atau dua arah? Atau bolak-balik?

Jadi, dinamakan listrik arus searah karena arus listriknya mengalir dari kutub negatif ke positif secara terus-terusan. Karena arah aliran inilah arus listrik yang mengalir searah memiliki nilai dan arah yang tetap.

Nah, contoh arus listrik searah yang sering kita temui adalah baterai, remot tv, kincir angin dan masih banyak lagi.

Materi rangkaian arus searah kelas 12 ini perlu elo pahami dengan baik. Soalnya materi ini akan menjadi bekal elo untuk mempelajari materi Fisika terkait listrik lainnya lho, seperti materi medan magnet akibat arus listrik, gaya magnet, induksi elektromagnetik, dan lain-lain.

Oke, dari pada berlama-lama, kita mulai aja pelajari materi listrik arus searah ini ya, cekidot!

Rangkaian Hambatan

Sebelum gue membahas materi rangkaian arus searah lebih lanjut ada baiknya kita mempelajar dulu hambatan yang ada dalam rangkaian arus ini.

Hambatan Listrik

Georg Simon Ohm adalah ilmuwan asal Jerman yang meniti tentang cara listrik bekerja. Berkat kejeniusannya, ditemukannya Hukum yang menjelaskan hubungan antara arus dan tegangan.

Rumus hukum Ohm adalah sebagai berikut:

Kuat arus (I) yang mengalir pada rangkaian berbanding lurus dengan tegangan (V) pada ujung-ujung rangkaian (V ∼ I).

I = V/R

Hambatan Listrik Kawat Penghantar:

$R = \rho \frac{l}{A}$

Keterangan:

I : kuat arus listrik (Ampere)

V : hambatan listrik (Ω/ohm)

R : beda potensial listrik (Volt)

Nah, di hukum Ohm ini kita jadi tahu ketika arusnya naik disebabkan oleh naiknya tegangannya juga.

Untuk memperdalam materi Hukum Ohm, baca artikel berikut: Rumus Hukum Ohm dalam Rangkaian Listrik.

Hambatan Pengganti Seri dan Paralel

Di materi rangkaian arus searah tentunya akan membahas rangkaian seri dan paralel juga dong. Bentuk dari kawat yang seri atau parallel ini juga akan menentukan arus yang mengalir.

Hambatan pengganti rangkaian seri:

R_s = R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n

Hambatan pengganti rangkaian paralel:

$\frac{1}{R_{p}} = \frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}+\frac{1}{R_{3}}+...+\frac{1}{R_{n}}$

Hukum Kirchhoff

Hukum Kirchoff juga dapat menjelaskan tentang materi rangkaian arus searah ini. Jadi di hukum Kirchoff ini akan dijelaskan tentang aliran arus listrik dan tegangan pada suatu rangkaian.

Hukum I Kirchhoff

Bunyi hukum I Kirchhoff : “Arus total yang masuk melalui sebuah titik percabangan pada rangkain listrik sama dengan arus total yang keluar dari percabangan tersebut.”

Persamaan:

$\sum I_{masuk} = \sum I_{keluar}$

I₁ + I₂ = I₃ + I₄ + I₅

Hukum II Kirchhoff

Bunyi hukum II Kirchhoff : “Jumlah beda potensial pada loop tertutup sama dengan nol”.

Persamaan:

$\sum V_{loop} = 0$

Untuk memperdalam materi Hukum Kirchhoff, baca artikel berikut: Hukum Kirchhoff 1 dan 2 – Sejarah Penemu, Rumus, dan Contoh Soal.

Oh iya, sebelum ke pembahasan selanjutnya, selain materi listrik arus searah, Zenius juga punya kumpulan materi mata pelajaran lainnya lho. Seperti mata pelajaran Matematika, Biologi, Kimia, lengkap dengan soal dan pembahasan yang bisa dengan mudah elo akses.

Caranya gampang banget, elo cukup klik banner di bawah ini kemudian download aplikasi Zenius dan login deh!

Download Aplikasi Zenius

Tingkatin hasil belajar lewat kumpulan video materi dan ribuan contoh soal di Zenius. Maksimaln persiapanmu sekarang juga!

Arus dan Tegangan pada Rangkaian

Arus dan Tegangan pada Rangkaian Seri dan Paralel

Rangkaian seri dan paralel adalah termasuk dalam rangkaian listrik arus searah. Langsung lihat aja deh rumus arus listrik searah pada rangkaian seri dan paralel di bawah ini.

Arus dan tegangan pada rangkaian seri:

I₁ = I₂ = I

V_AB = V₁ + V₂

Arus dan tegangan pada rangkaian paralel:

I = I₁ + I₂

V₁ = V₂ = V_AB

Gaya Gerak Listrik, Hambatan Dalam, dan Tegangan Jepit

Hubungan antara gaya gerak listrik $(\epsilon)$ , hambatan dalam (r), dan tegangan jepit (V_AB):

$\epsilon = I(r+R) = Ir + IR$

$\epsilon = Ir + V_{AB}$

Energi dan Daya Listrik

Di materi rangkaian arus searah kelas 12, elo akan ketemu juga rumus menghitung energi listrik dan daya listrik.

Energi Listrik

Energi listrik adalah salah satu jenis energi utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik atau energi yang tersimpan dalam arus listrik.

Persamaan:

W = V.I.t

W = I².R.t

W = V²t/R

Daya Listrik

Daya listrik merupakan jumlah energi yang bisa diserap pada suatu rangkaian listrik atau energi listrik per satuan waktu.

Persamaan:

P = V.I

P = I².R

P = V²/R

Untuk memperdalam materi daya listrik, baca artikel berikut: 4 Rumus Daya Listrik dalam Fisika Beserta 3 Contoh Soal.

Alat Ukur Listrik

Masa cuma belajar rumus-rumusnya aja sih. Nah sekarang untuk melengkapi materi rangkaian arus searah ini, simak juga alat ukurnya yuk.

Amperemeter

Fungsi: mengukur besar arus listrik yang mengalir pada rangkaian

Besar R_s untuk meningkatkan batas ukur:

$R_{s} = \frac{I_{G}.r_{G}}{I-I_{G}}$

Pemasangan amperemeter: dipasang secara seri pada rangkaian listrik

Pembacaan hasil pengukuran:

$I = \frac{skala yang ditunjuk}{skala maksimum}\times batas ukur$

Voltmeter

Fungsi: mengukur besar tegangan listrik diantara dua titik pada rangkaian
Besar R_s untuk meningkatkan batas ukur:

$R_{s} = \frac{V_{AB}}{I_{G}}-r_{G}$

Pemasangan Amperemeter: dipasang secara paralel pada rangkaian listrik

Pembacaan Hasil Pengukuran:

$V = \frac{skala yang ditunjuk}{skala maksimum}\times batas ukur$

Jembatan Wheatstone

Di materi rangkaian arus searah, ada yang dinamakan jembatan wheatstone.

Rangkaian jembatan wheatstone adalah rangkaian hambatan yang digunakan untuk mengukur nilai suatu resistor yang tidak diketahui.

Cara penggunaannya adalah dengan memasang dua buah resistor yang sudah diketahui nilainya (R₁ dan R₂), sebuah hambatan variabel (R₃), hambatan yang akan dicari nilainya (R₄), serta sebuah galvanometer seperti berikut.

Jembatan Wheatstone Setimbang

Rangkaian di atas dikatakan setimbang apabila arus yang melewati galvanometer bernilai nol. Kondisi tersebut dapat dicapai dengan cara mengubah nilai dari hambatan variabel.

Saat rangkaian dalam keadaan setimbang, berlaku:

R₁R₃ = R₂R₄

Sehingga hambatan yang tidak diketahui nilainya dapat dihitung dengan persamaan

$R_{4} = \frac{R_{1}R_{3}}{R_{2}}$

Transformasi Wye (Y) – Delta $(\Delta)$

Transformasi ini digunakan apabila rangkaian jembatan wheatstone dalam keadaan tidak setimbang (arus pada galvanometer tidak sama dengan nol)

Dengan transformasi ini rangkaian wye seolah-olah dapat dihitung dengan rangkaian delta, begitupun sebaliknya.

Transformasi dari Delta ke Wye

$R_{1} = \frac{R_{b}R_{c}}{R_{a}+R_{b}+R_{c}}$

$R_{2} = \frac{R_{a}R_{c}}{R_{a}+R_{b}+R_{c}}$

$R_{3} = \frac{R_{a}R_{b}}{R_{a}+R_{b}+R_{c}}$

Transformasi dari Wye ke Delta

$R_{a} = \frac{R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}}{R_{1}}$

$R_{b} = \frac{R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}}{R_{2}}$

$R_{c} = \frac{R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}}{R_{3}}$

Udah belajar tentang materi beserta rumusnya kan ya, mendingan langsung lihat ke contoh soal rangkaian arus searah biar makin ngerti.

Contoh Soal Rangkaian Arus Searah dan Pembahasannya

Nah, biar lebih paham sama materi rangkaian arus searah, kurang komplit rasanya kalo gak ada contoh soal.

Coba elo perhatiin deh, contoh soal rangkaian arus searah yang satu ini.

Nilai R agar lampu dapat menyala normal adalah … ohm.

Pembahasannya:

Dari rangkaian listrik arus searah di atas informasi apa nih yang bisa elo ambil?

Kalo melihat gambar, kita dapat ketahui kalau lampu akan menyala normal kalau dapat tegangan 3 volt dan daya 5 watt.

V = 3 Volt
P = 5 watt

Nah, kita pakai rumus daya listrik nih
P = V. I
5 = 3. I
I =5/3 A

Balik lagi ke gambar rangkaian di atas. Tegangan di kiri adalah 12 V, nah agar menjadi 12V juga, maka totalnya di R harus 9 V ya karena ditambah dengan 3 V tadi untuk menyala normal.

Dari situ kita dapat:

Vr = 9 v
Ir = 5/3 A

V = I. R
R = V / I = 9 : 5/3
R = 27 / 5 = 5,4 Ohm

Gimana? Gampang kan menjawab contoh soal rangkaian arus searah? Butuh contoh soal arus listrik searah yang lebih susah lagi? Tenang ada kok. Elo tinggal download aplikasi Zenius di hp elo untuk dapetin soal-soal dan video pembahasannya sekalian.

Elo juga bisa klik banner di bawah ini untuk belajar materi rangkaian arus searah atau materi fisika lainnya. Tinggal klik banner dan ketik materi yang diinginkan di kolom pencarian ya.