Rangkaian Arus Searah
Perhatikan dua rangkaian listrik berikut:
- Rangkaian A: Sumber 12 V dan dua resistor 6 $\Omega$ disusun seri.
- Rangkaian B: Sumber 6 V dan dua resistor 3 $\Omega$ disusun paralel.
Agar besar arus listrik pada kedua rangkaian tersebut nilainya sama, bagaimana cara modifikasi rangkaian yang tepat?
Langkah pertama adalah menghitung hambatan total dan arus listrik pada masing-masing rangkaian sebelum dilakukan modifikasi.
Hambatan total: $R_A = R_1 + R_2 = 6\Omega + 6\Omega = 12\Omega$
Arus listrik: $I_A = \frac{V_A}{R_A} = \frac{12 \text{ V}}{12 \Omega} = 1 \text{ A}$
Rangkaian B (Paralel):
Hambatan total: $\frac{1}{R_B} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{2}{3}$, sehingga $R_B = \frac{3}{2} = 1.5 \Omega$
Arus listrik: $I_B = \frac{V_B}{R_B} = \frac{6 \text{ V}}{1.5 \Omega} = 4 \text{ A}$
Terlihat bahwa arus pada Rangkaian B (4 A) jauh lebih besar daripada Rangkaian A (1 A). Tujuan kita adalah menyamakan nilai arus tersebut.
Jika $V_A$ diubah menjadi 6 V, maka: $I_A = \frac{6 \text{ V}}{12 \Omega} = 0.5 \text{ A}$ Arus menjadi 0.5 A, semakin jauh dari 4 A. Kesimpulan: Salah.
Hambatan total A menjadi: $R_A' = \frac{12\Omega \times 6\Omega}{12\Omega + 6\Omega} = \frac{72}{18} = 4\Omega$ Arus baru: $I_A' = \frac{12 \text{ V}}{4 \Omega} = 3 \text{ A}$ Arus menjadi 3 A, masih belum sama dengan 4 A. Kesimpulan: Salah.
Jika resistor 3 $\Omega$ disusun seri, hambatan total menjadi: $R_B' = 3\Omega + 3\Omega = 6\Omega$ Arus baru: $I_B' = \frac{6 \text{ V}}{6 \Omega} = 1 \text{ A}$ Sekarang arus Rangkaian B = 1 A, sama persis dengan Rangkaian A. Kesimpulan: Benar.
Hambatan total tetap 1.5 $\Omega$. Maka: $I_B = \frac{12 \text{ V}}{1.5 \Omega} = 8 \text{ A}$ Arus menjadi 8 A, semakin besar. Kesimpulan: Salah.
Hambatan total menjadi: $R_B' = 1.5\Omega + 3\Omega = 4.5\Omega$ Arus baru: $I_B' = \frac{6 \text{ V}}{4.5 \Omega} \approx 1.33 \text{ A}$ Arus menjadi 1.33 A, tidak tepat sama dengan 1 A. Kesimpulan: Salah.
Konsep Hukum Ohm ($V = I \times R$): Arus berbanding terbalik dengan hambatan. Untuk menurunkan arus dari 4 A menjadi 1 A pada rangkaian dengan tegangan tetap (6 V), kita harus memperbesar hambatan total.
Perbedaan Susunan Seri dan Paralel:
- Seri: Hambatan total adalah jumlah dari semua hambatan ($R_{total} = R_1 + R_2 + ...$). Menyusun seri akan memperbesar hambatan total.
- Paralel: Hambatan total lebih kecil dari hambatan terkecil ($\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ...$). Menyusun paralel justru memperkecil hambatan total.
Dengan mengubah susunan paralel (1.5 $\Omega$) menjadi seri (6 $\Omega$), hambatan total naik 4 kali lipat, sehingga arus turun menjadi $\frac{1}{4}$ dari semula (dari 4 A menjadi 1 A).