BAB I PENDAHULUAN
B. Dasar Teori
B.8. Susunan Seri – Paralel Komponen Listrik
Gambar. Peta Konsep Listrik Dinamis
Di dalam rangkaian listrik, kita mengenal dua macam hubungan yang baku yaitu: Susunan seri dan susunan pararel. Bila dijumpai ada bentuk susunan lain, pada dasarnya merupakan variasi dari hubungan seri dan parallel. Berikut ini diuraikan bentuk hubungan seri dan parallel
v Susunan Seri Resistor
Yang dimaksud dengan susunan seri adalah jika beberapa lampu dihubungkan secara berderet satu sama lain, sehingga arus mengalir secara berganti dimulai yang pertama, kedua, ketiga dan seterusnya. Gambar 1 memperlihatkan bentuk hubungan seri sebuah baterai denngan tiga lampu.
Gambar 1. Rrangkaian seri 3 lampu
Cirinya Cirinya
Dapat disusun Dapat disusun
LISTRIK DINAMIS
Seri
Kuat arus yang melalui tiap komponen sama
Paralel
Tegangan pada tiap komponen sama
Selain pada lampu, hubungan seripun sering diterapkan dalam pemasangan sel-sel sumber listrik dari prinsip kimia. Misalnya: jika beberapa sel dihubungkan secara berderet satu sama lain, dimana bagian positip dari sel pertama, dihubungkan dengan bagian negatif dari sel kedua dihubungkan dengan bagian negatip dari sel yang ketiga, maka kita dapatkan sejumlah tiga sel dalam berhubungan secara seri.
Gambar 2. Rangkaian seri 3 baterai
Dari uraian di atas, dapatlah diambil suatu pengertian bahwa dalam hubungan seri masing-masing bagian yang dilalui arus listrik merupakan penghantar bagi bagian yang lainnya. Oleh karena itu bila tiga lampu yang dihubungkan secara seri dengan sebuah sel, salah satu lampunya putus atau dilepas, maka terputuslah hubungan seri itu sehingga lampu-lampu lainnyapun akan ikut tidak menyala.
Gambar 3. Rangkaian tertutup dengan tiga buah lampu
Di dalam rangkaian tertutup yang dihubungkan secara seri aliran arus di sembarang tempat dalam rangkaian adalah sama. Sedangkan jumlah tegangan dan jumlah hambatan dapat berubah-ubah. Untuk mengetahui besarnya jumlah tegangan dan jumlah hambatan pada rangkaian seri, dapat menggunakan rumus:
Jumlah tegangan: Vtotal = V1 + V2 + V3 + …….. + Vn Jumlah hambatan: Rtotal = R1 + R2 + R3 + …….. + Rn Jumlah arus: Itotal = I1 = I2 = I3 = In
Keterangan :
Vtotal = Jumlah semua sumber listrik yang mengakibatkan tegangan Rtotal = Jumlah semua hambatan
Itotal = Jumlah arus seluruhnya V1/V2/V3 = Tegangan setiap komponen R1/R2/R3 = Hambatan setiap komponen I1/I2/I3 = Arus melalui hambatan 1 / 2 / 3
Vn = Tegangan pada n buah komponen Rn = Hambatan pada n buah komponen In = Arus melalui hambatan ke n
Di dalam rangkaian listrik tidak selamanya dipasang alat resistor sebagai hambatan, tetapi rangkaian harus mempunyai beban yang menghasilkan hambatan. Beban-beban ini mungkin berupa motor-motor listrik, lampu-lampu atau alat-alat yang menggunakan listrik lainnya. Beban ini sebaiknya kita perhitungkan sebagai hambatan atau resistor. Oleh karena itu kita harus mengetahui berapa Ohm nilai hambatan yang dimiliki oleh masing-masing alat listrik tersebut.
Pada perhitungan listrik, bila arus mengalir melalui sebuah beban (hambatan) listrik, maka akan terjadi kehilangan tegangan listrik atau sering pula disebut tegangan rugi. Keadaan seperti ini sama pada air, di mana tekanan air keluar dari pipa yang jauh dari sumbernya akan lebih rendah dari pada tekanan air yang keluar dari pipa yang dekat dengan sumber
Kelemahan susunan seri
Jika salah satu filament lampu putus (missal lampu R1), maka rangkaian berubah menjadi terbuka. Sebagai hasilnya lampu R2 yang masih baik ikut padam. Bayangkanlah sederetan lampu hias yang disusun secara seri. Jika salah satu filament lampu putus, seluruh lampu akan padam. Anda harus memeriksa satu demi satu lampu tersebut untuk menemukan lampu yang rusak, kemudian menggantinya dengan lampu baru. Pekerjaan memeriksa seperti ini memerlukan waktu yang lama. Oleh karena itu, tidaklah menyenangkan merangkai komponen-komponen listrik secara seri.
Manfaat Susunan Seri
Dalam banyak rangkaian, sekering sengaja dipasang seri dengan rangkaian komponen-komponen lain untuk tujuan pengamanan. Konduktor pada sekering didesain untuk melebur dan membuka rangkaian pada arus maksimum tertentu yang tergantung pada batas arus yang boleh melalui komponen yang dirangkai seri dengan sekering. Jika sekering tidak digunakan, arus yang melebihi batas dapat merusak komponen-komponen pada rangkaian, mengakibatkan pemanasan lebih pada kawat atau kabel penghantar yang dapat memungkinkan terjadinya kebakaran. Dalam instalasi listrik rumah, pemutusan daya (circuit breaker) digunakan sebagai pengganti sekering. Ketika kuat arus dalam rangkaian melebihi nilai tertentu, pemutusan daya akan bertindak sebagai saklar dan pemutusan rangkaian secara otomatis.
v Susunan Pararel Resistor
Jika beberapa lampu dihubungkan dalam dua jepitan yang sama, maka lampu-lampu tersebut dinamakan sebagai susunan pararel atau susunan sejajar. Gambar 5 ini merupakan contoh pemasangan tiga buah lampu secara pararel dengan baterai.
Gambar 5. Rangkaian parallel 3 lampu
Dalam pemasangan baterai atau sel yang dihubungkan secara parallel haruslah bagian positip dihubungkan ke bagian positip, sedangkan bagian negatip dihubungkan ke bagian negatip. Dalam hal ini masing-masing baterai haruslah mempunyai gaya gerak listrik (ggl) yang sama. Gaya gerak listrik (ggl) dari suatu baterai adalah tegangan listrik antara kedua terminal, jika tidak ada rangkaian luar. Perhatikan gambar berikut ini:
Gambar 6. Rangkaian parallel 3 baterai
Berbeda dengan rangkaian seri, pada rangkaian pararel walaupun terjadi pemutusan hubungan tidak akan mengganggu rangkaian kecuali pada rangkaian yang diputuskannya. Pemutusan hubungan pada rangkaian parallel akan mengakibatkan arus akan berhenti dalam cabang yang dibuka (diputuskan) hubungnnya saja. Hal ini akan menghasilkan jumlah arus dari baterai dikurangi oleh suatu pemutusan hubungan dalam setiap cabang dari rangkaiannya.
Apabila lampu yang kita pakai ibaratkan hambatan. Maka gambar bagian dan arah arusnya dapat digambarkan sebagai berikut:
Arah aliran arus menurut perjanjian ditunjukkan oleh panah pada rangkaian pararel
Gambar 8. Arah aliran arus
Dalam kenyataannya bagan dari gambar 8 dapat dihubungkan langsung pada baterai. Perhatikan gambar 9 dibawah ini.
Gambar 9. Rangkaian parallel yang dihubungkan langsung dengan baterai
Dari gambar 9 dapatlah diambil pengertian bahwa jika diberi tegangan baterai, maka hambatan R1, R2, dan R3 pun mendapatkan tegangan yang sama dengan baterai.
Untuk memahami pembagian arus pada setiap rangkaian paralel dapat pula menggunakan pompa air dalam pipa tertutup yang dihubungkan secara pararel
Gambar 10. Pompa air dalam pipa tertutup
Tekanan air yang dihasilkan oleh pompa adalah sama dalam menekan air dalam pompa, namun jumlah aliran air secara keseluruhan terbagi dalam cabang-cabang. Makin lebar pipa itu makin banyak air dapat lewat, oleh karena pipa yang lebar memiliki hambatan yang kecil dan pipa yang sempit memiliki hambatan yang besar.
Hal yang sama berlaku pula untuk suatu rangkaian listrik. Selanjutnya perhatikan gambar dari tiga buah resistor (hambatan) yang dipasang pararel
Gambar 11. Tegangan jepit di masing-masing radiator adalah sama Dari gambar 11 di atas didapat:
Tegangan jepit di masing-masing resistor adalah sama: V = V1 = V2 = V3
Jumlah arus adalah jumlah dari arus pada masing-masing resistor: I = I1 + I2 + I3
1 1 R V I = 2 2 R V I = 3 3 R V I = n n R V I =
Dalam rangkaian gambar 11, sebenarnya R1, R2, dan R3 dapat dig anti dengan R pengganti. Untuk mencari R pengganti (RP) dapat kita hitung sebagai berikut: I = I1 + I2 + I3 P R E E = 3 2 1 R E R E R E R E P + + = atau 3 2 1 1 1 1 1 R R R RP = + + atau Jumlah kali Hasil R R R R R R RP = + + × × = 3 2 1 3 2 1
Manfaat Susunan Paralel
Seperti telah dijelaskan bahwa dalam susunan seri, kegagalan salah satu komponen akan memadamkan komponen-komponen lain yang masih baik. Oleh karena itu komponen-komponen listrik di rumah, biasanya disusun secara pararel, seperti gambar disamping. Dalam susunan
pararel, jika salah satu komponen rusak atau gagal (misalnya filament lampu pijar putus), komponen-komponen lain dalam rangkaian (TV, radio) masih tetap bekerja