Listrik Arus Searah: Pengertian, Hukum, Rangkaian, dan Contoh Soalnya

Ponsel pastinya selalu menemani keseharian kita dimanapun dan kapanpun. Kita pasti tidak akan bisa lepas dari ponsel ataupun perangkat elektronik lainnya.

Ponsel yang kita miliki pasti mempunyai baterai yang digunakan untuk bisa mengoperasikan perangkat tersebut. Nah, Baterai ponsel yang digunakan itu menghasilkan listrik arus searah, karena baterai bekerja dengan merubah energi kimia menjadi energi listrik.

Ingin tau lebih lengkap tentang materi listrik arus searah kelas 12? Yuk, kita baca sampai habis artikel kali ini dan temukan berbagai keseruan mempelajari materi ini.

Baca juga: Gas Ideal: Pengertian, Syarat, Hukum, Rumus, Energi Kinetik, dan Contoh Soalnya

Pengertian Arus Listrik Searah

Arus listrik searah, juga dikenal sebagai arus searah (DC), adalah aliran listrik yang mengalir dalam satu arah konstan dalam suatu rangkaian tertutup. Ini berbeda dari arus bolak-balik (AC) di mana arusnya terus berubah arah secara berkala. Berikut adalah beberapa pengertian, contoh rangkaian, dan contoh penggunaan arus searah:

Arus listrik searah adalah aliran listrik yang mengalir dalam satu arah tetap dalam suatu rangkaian tertutup. Arus ini memiliki polaritas tetap, yang berarti arah alirannya selalu sama.

Rangkaian listrik arus searah terdiri dari komponen-komponen seperti sumber arus searah (biasanya baterai atau sumber daya sejenis), resistor, saklar, dan komponen lainnya yang ditempatkan dalam rangkaian tertutup. Contoh paling sederhana dari rangkaian listrik arus searah adalah rangkaian baterai yang terhubung dengan sebuah resistor.

Contoh Rangkaian Arus Searah:

1. Lampu mobil menerima arus searah dari baterai mobil. Arus tersebut mengalir melalui kawat dan komponen lainnya untuk menerangi lampu.
2. Ketika Anda mengisi baterai ponsel atau laptop menggunakan charger, Anda menggunakan arus searah. Charger mengonversi arus bolak-balik dari sumber daya listrik menjadi arus searah yang digunakan untuk mengisi daya baterai.
3. Dalam berbagai perangkat elektronik seperti radio, televisi, atau pemutar musik, ada sirkuit elektronik dengan berbagai komponen seperti resistor, kapasitor, dan transistor yang menerima arus searah untuk berfungsi.
4. Mesin pompa air dalam kendaraan biasanya menggunakan arus searah untuk mengalirkan air ke radiator atau sistem pendingin mesin.

Hukum Ohm

Karena polaritas pada rangkaian arus searah adalah tetap, maka prinsip Hukum Ohm berlaku. Hukum ini pertama kali dirumuskan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Georg Simon Ohm. Hukum Ohm menghubungkan tegangan, kuat arus, dan hambatan dalam suatu rangkaian listrik.

Menurut Hukum Ohm menyatakan kalau besarnya tegangan dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir melaluinya. Dengan kata lain, semakin besar tegangan, semakin besar pula kuat arus yang akan terjadi. Hukum Ohm dapat diungkapkan secara matematis sebagai berikut:

$I=V . R$

Keterangan: 

$I$ = kuat dari arus listrik ($A$)

$V$ = besaran dari tegangan listrik ($V$)

$R$ = hambatan listrik ($ohm$)

Hukum Kirchoff

Hukum Kirchoff, yang diciptakan oleh seorang ilmuwan Jerman bernama Gustav Kirchhoff, dapat disederhanakan menjadi dua prinsip utama, yaitu sebagai berikut:

Hukum Kirchoff 1

Hukum Kirchoff I mengatakan bahwa total arus yang memasuki suatu rangkaian sama dengan total arus yang keluar dari rangkaian. Ini dapat dilihat dalam contoh berikut.

Sumber: Repositori Kemdikbud

Ilustrasi di atas menunjukkan adanya dua arah arus listrik, yaitu arus yang masuk titik percabangan (diberi panah warna merah) dan arus yang keluar dari titik percabangan (panah warna hitam). Jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar, yakni sebesar 5 Ampere (A).

Hukum Kirchoff 2

Hukum Kirchoff II mengemukakan bahwa dalam suatu rangkaian tertutup, tidak ada perubahan besar potensial, yang berarti bahwa total perubahan besar potensial dalam rangkaian adalah nol. Dalam bentuk matematis, hukum ini dirumuskan sebagai berikut:

$\sum V + \sum IR = 0$

Rangkaian Hambatan Listrik

Menurut hukum Ohm, besar arus listrik dalam suatu rangkaian terkait secara langsung dengan besar tegangan dan secara terbalik dengan besar hambatan listriknya. Dengan kata lain, semakin besar hambatan listrik, semakin besar kemampuannya untuk menghambat arus listrik. Semakin besar tegangan, semakin besar pula arus yang mengalir.

Hambatan listrik dapat diatur dalam rangkaian hambatan listrik seri dan paralel. Dalam rangkaian seri, hambatan listrik akan menambah total hambatan, sehingga arus menjadi lebih kecil. Di sisi lain, dalam rangkaian paralel, hambatan listrik akan berkurang, sehingga arus dapat lebih besar.

Rangkaian Seri

Dalam rangkaian seri, hambatan dihubungkan secara berturut-turut seperti ini.

Sumber: Repositori Kemdikbud

Gambar di atas menggambarkan bahwa hambatan listrik diatur berurutan tanpa adanya percabangan. Karena itu, besarnya arus listrik yang mengalir melalui setiap hambatan adalah sama. Meskipun begitu, beda potensial antara titik A-B, B-C, dan C-D tidak identik.

Hambatan total pengganti dalam rangkaian seri dihitung dengan menjumlahkan semua hambatan secara matematis, seperti berikut:

$R_{total} = R_1 +R_2+R_3$

Rangkaian Paralel

Dalam rangkaian seri, hambatan diatur berurutan, sedangkan dalam rangkaian paralel, hambatan diatur secara berdampingan dengan titik percabangan. Contoh dibawah ini mengilustrasikan hal tersebut.

Sumber: Repositori Kemdikbud

Apabila hambatan listrik diatur seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas, ini menunjukkan pengaturan hambatan dalam mode paralel. Dalam rangkaian paralel, beda potensial antara titik a dan b adalah seragam. Untuk menghitung hambatan total pengganti, kita dapat menggunakan persamaan berikut:

$\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}$

Contoh Soal Listrik Arus Searah

Soal 1

Diketahui empat buah resistor dirangkai secara paralel. Masing-masing resistor memiliki besaran berikut: $R_1 = 5 Ω$ , $R_2 = 9 Ω$, $R_3 = R_4 = 6 Ω$. Tentukan besar hambatan penggantinya!

Jawaban:

Untuk menghitung hambatan total pengganti (Rp) dalam rangkaian paralel, kita dapat menggunakan rumus berikut:

$\frac{1}{R_{p}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\frac{1}{R_4}$

Dalam hal ini, nilai resistor $R1 = 5 Ω$, $R_2 = 9 Ω$, $R_3 = 6 Ω$, dan $R_4 = 6 Ω$. Mari kita hitung Rp:

$\frac{1}{R_{p}} = \frac{1}{5} + \frac{1}{9}+\frac{1}{6}+\frac{1}{6}$

$\frac{1}{R_{p}} = \frac{18}{90} + \frac{10}{90}+\frac{15}{90}+\frac{15}{90}$

$\frac{1}{R_{p}} = \frac{58}{90}$

Untuk mendapatkan Rp, kita perlu mengambil kebalikan dari $\frac{1}{R_{p}}$ :

$R_Rp = \frac{90}{58} Ω$

Jadi, besar hambatan pengganti (Rp) dari rangkaian paralel dengan resistor $R_1 = 5 Ω$, $R_2 = 9 Ω$, $R_3 = 6 Ω$, dan R4 = 6 Ω$R_4 = 6 Ω$ adalah $\frac{90}{58}$ atau 1,55 $Ω$.

Soal 2

Lima buah resistor dengan masing-masing hambatan $5 Ω$, $8 Ω$ , $10 Ω$ , $12 Ω$ , dan $15 Ω$ dirangkai secara seri dan dihubungkan dengan sumber daya tegangan 30 volt. Hitunglah hambatan pengganti dari rangkaian tersebut.

Jawaban :

Untuk menghitung hambatan pengganti dalam rangkaian seri, kita cukup menjumlahkan semua hambatan individu. Dalam hal ini, jumlahkan hambatan masing-masing resistor:

$R_{total}=R_1+R_2+R_3+R_4+R_5$

$R_{total} = 5 Ω + 8 Ω + 10 Ω + 12 Ω + 15 Ω$

$R_{total} = 50 Ω$

Jadi, hambatan pengganti (Rtotal) dari rangkaian seri dengan resistor $5 Ω, 8 Ω, 10 Ω, 12 Ω,$ dan $15 Ω$ adalah $50 Ω$.

Baca juga: Ruang Lingkup Ilmu Fisika

_________________________________________

Sobat Pijar, semoga artikel ini memberikan wawasan yang lebih baik tentang listrik arus searah, ya. Listrik arus searah memiliki peran penting dalam berbagai aplikasi teknologi, dan pemahaman yang baik tentang prinsip-prinsip dasarnya sangat berharga. 

Nah, siap untuk belajar lebih banyak mengenai Listrik Arus Searah? Yuk, belajar santai di mana aja dan kapan aja bareng Pijar Belajar! Kamu bisa menyesuaikan dengan materi yang saat ini kamu pelajari di sekolah, lho!

Yuk, mulai belajar di aplikasi Pijar Belajar sekarang!