Rangkaian GGL Seri dan Paralel, Bagaimana Pengaruhnya Tehadap Besar Arus yang Dihasilkan?

GGL merupakan singkatan dari gaya gerak listrik yaitu komponen listrik yang mengubah suatu energi menjadi energi listrik. Rangkaian GGL dapat berbentuk rangkaian seri atau rangkaian paralel. Bentuk rangkaian GGL akan mempengaruhi besar arus yang dihasilkan pada suatu rangkaian.

Besar GGL dinyatakan dalam satuan yang sama dengan satuan beda potensial (tegangan) yaitu volt (V). Untuk simbol, GGL dapat menggunakan E atau ɛ (epsilon). Diagram sel sumber tegangan listrik seperti pada baterai digambarkan melalui kutub baterai dan hambatan dalam (r) yang terangkai seri.

Tegangan kutub akan sama dengan GGL ketika tidak ada arus yang ditarik dari baterai. Sehingga GGL sering juga dipahami sebagai beda potensial dari sumber tegangan.

Jika arus I mengalir dari baterai maka akan ada penurunan tegangan di dalam baterai yang disebut tegangan polarisasi (ɛ_pol). Besar tegangan polarisasi sama dengan kuat arus yang mengalir dikali hambatan dalam GGL (ɛ_pol = I × r).

Arus yang mengalir dari dua GGL dengan rangkaian seri berbeda dengan dua GGL dengan rangkaian paralel. Bagaimana pengaruh rangkaian GGL Seri dan Paralel terhadap arus listrik yang dihasilkan pada suatu rangkaian?

Sobat idschool dapat mencari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

Baca Juga: Kumpulan Rumus Rangkaian R (Resistor) – L (Induktor) – C (Kapasitor)

Rumus Kuat Arus dengan Rangkaian GGL Seri

Dua atua lebih sumber tegangan (GGL) yang dirangkai seri memiliki tegangan total sama dengan jumlah besar setiap tegangan yang dirangkai seri. Sebagai contoh, dua buah baterai 1,5 V yang dirangkai memiliki tegangan total sejumlah 3,0 V.

Rangkaian GGL seri ditandai dengan tidak adanya cabang antara satu GGL dengan GGL lainnya.

Besar sumber tegangan pengganti dari n buah GGL yang dirangkai seri memenuhi persamaan ɛ_s = ɛ₁ + ɛ₂ + ɛ₃ + … + ɛ_n. Untuk setiap GGL dengan besar tegangan yang sama (GGL sejenis) akan diperoleh persamaan ɛ_s = n · ɛ (n = banyak GGL sejenis).

Sementara hambatan dalam (r) pengganti dari rangkaian GGL seri memenuhi persamaan r_s = r₁ + r₂ + r₃ + … + r_n. Untuk GGL sejenis akan diperoleh besar hambatan dalam pengganti dengan persamaan r_s = n · r (n = banyak GGL sejenis).

Secara matematis, rumus kuat arus pada suatu rangkaian listrik dengan GGL yang dirangkai seri sesuai dengan persamaan berikut.

Baca Juga: Rangkaian Hambatan Listrik Seri, Paralel, dan Gabungan

Rumus Kuat Arus dengan Rangkaian GGL Paralel

Rangkaian GGL paralel ditandai dengan susunan dua sumber tegangan atau lebih yang dirangkai secara bercabang. Pada rangkaian GGL paralel yang terdiri dari beberapa jenis sumber tegangan memiliki beda potensial sumber pengganti sama degan sebuah sumber tegangan.

Sebagai contoh pada dua buah sumber tegangan yang masing-masing nilai GGL sama dengan 1,5 V memiliki GGL pengganti sama dengan 1,5 volt.

Dua buah GGL sumber tegangan dengan jenis yang sama diketahui dapat membangkitkan arus yang lebih besar dibanding rangkaian GGL seri. Hal ini dapat terjadi karena besar GGL total dengan rangkaian paralel sama dengan besar sebuah GGL sumber yang dirangkai paralel.

Sementara hambatan dalam (r) pengganti sama dengan perbandingan besarnya dengan banyak GGL sejenis, sehingga hambatan dalam pengganti menjadi lebih kecil.

Arus yang mengalir memiliki hubungan berbanding terbalik dengan hambatan, di  mana semakin kecil hambatan maka arus akan semakin besar. Secara matematis, rumus kuat arus pada suatu rangkaian listrik dengan GGL yang dirangkai seri sesuai dengan persamaan berikut.

Keterangan:
I = arus yang mengalir (A)
ɛ = ggl sumber/baterai (volt)
R = hambatan luar/resistor (ohm)
r = hambatan dalam/sumber (ohm)
r_par = hambatan pengganti paralel (ohm)
ɛ_par = sumber tegangan pengganti paralel (ohm)
n = banyak ggl sejenis

Baca Juga: Cara Menghitung Beda Potensial Antara 2 Titik

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya.

Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!

Contoh 1 – Rangkaian GGL Seri dan Paralel

Tiga buah elemen berbeda kutub-kutub positifnya dihubungkan ke titik a dan kutub-kutub negatifnya dihubungkan ke titik b. GGL dan hambatan dalam tiap elemen ditunjukkan oleh gambar di bawah.

Beda potensial antara a dan b adalah ….
A. ¹²/₁₃ volt
B. 1,2 volt
C. 2,8 volt
D. 3 volt
E. 9 volt

Pembahasan:
Untuk menyelesaikan permasalahan seperti pada soal di atas dapat dilakukan dengan meninjau besar arus lsitrik yang mengalir antara titik a dan b adalah sama. Langkah pertama adalah menghitung hambatan dalam pengganti dari ketiga sumber tegangan. Cara menghitung hambatan delam pengganti dari ketiga sumber tengangan yang dirangkai paralel dilakukan seperti berikut.

Berikutnya adalah menghitung beda potensial antara titik a dan b dengan persamaan I_ab = I_ab seperti yang dilkaukan pada penyelesaian cara berikut.

Jadi, beda potensial antara a dan b adalah 2,8 volt.

Jawaban: C

Contoh 2 – Rangkaian GGL Seri dan Paralel

Untuk mengukur hambatan R dipakai suatu rangkaian R dipakai suatu rangkaian seperti gambar berikut.

Baterai E dengan ggl 12 V yang hambatan dalamnya diabaikan dihubungkan seri dengan hambatan R dan voltmeter (V) yang hambatannya 20 kΩ. Jika dari pembacaan voltmeter diperoleh 2 V maka besar hambatan yang dicari adalah ….
A. 20 kΩ
B. 50 kΩ
C. 75 kΩ
D. 100 kΩ
E. 120 kΩ

Pembahasan:
Berdasarkan informasi yang diberikan pada soal dapat diperoleh beberapa keterangan nilai besaran-besaran berikut.

• Tegangan sumber (ggl): ɛ = 12 V
• Hambatan dalam tegangan: r = 0 (diabaikan)
• Hambatan voltmeter: R_V = 20 kΩ = 20.000 Ω
• Tegangan jepit: V = 2 volt

Arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sama dengan I = I_V yang besarnya dapat dihitung seperti cara berikut.

I = I_V
I = ^V/_Rv = ²/_20.000 = 0,0001 A = 10^‒4 A

Menghitung besar hambatan R:
ɛ = I × (R + Rv + r)
12 = 10^‒4 × (R + 20.000 + 0)
12 = 10^‒4 × R + 2
10^‒4 × R = 12 ‒ 2
10^‒4 × R = 10
R = 10 : 10^‒4
R = 10^1‒(‒4) = 10⁵ Ω = 100 kΩ

Jadi, hambatan yang dicari adalah R = 100 kΩ.

Jawaban: D

Contoh 3 – Rangkaian GGL Seri dan Paralel

Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut!

Beda potensial antara titik B dan D adalah ….
A. 0,5 V
B. 1 V
C. 3 V
D. 4 V
E. 8 V

Pembahasan:
Besar beda potensial antara titik B dan D sama dengan perkalian arus I dengan hambatan R. Sehingga, agar dapat mengetahui beda potensial antara titik B dan D perlu dihitung nilai arus yang mengalir pada rangkaian terlebih dahulu.

Arus yang mengalir pada rangkaian dapat ditentukan melalui persamaan yang sesuai Hukum II Kirchoff. Setelah mendapatkan besar arus kemudian beda potensial antara titik B dan D dapat dihitung seperti pada cara penyelesaian berikut.

Jadi, beda potensial antara titik B dan D adalah 4 volt.

Jawaban: D

Demikianlah tadi ulasan bagaimana pengaruh rangkaian GGL seri dan Paralel terhadap besar kuat arus dalam suat rangkaian. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

Baca Juga: Contoh Cara Menghitung Biaya Pemakaian Listrik