DIY Rekayasa

Hubungan seri maupun hubungan paralel sering kita terapkan pada baterai, resistor dan juga kapasitor. Kita perlu memahami dengan baik karakteristik dari hubungan-hubungan itu dan memanfaatkannya didalam rangkaian elektronika.

Hubungan Seri

Hubungan seri dilaksanakan dengan cara komponen-komponen disusun secara sejajar.

Hubungan Seri Baterai

Baterai Seri

Karakteristik dari baterai-baterai yang dihubung secara sejajar (seri) adalah akan mampu menyediakan tegangan listrik yang berlipat ganda. Gambar diatas menunjukkan bahwa empat buah baterai (masing-masing bertegangan 1,5 Volt) jika dirangkai seri akan mampu menyediakan tegangan sebesar 6 Volt. Akan tetapi untuk kuat arusnya adalah tetap. Perhitungannya adalah:

• Vt = V1 + V2 + V3 + V4
• Vt = 1,5 Volt + 1,5 Volt + 1,5 Volt + 1,5 Volt
• Vt = 6 Volt

Hubungan Seri Resistor

Beberapa buah resistor jika disusun secara sejajar (seri) maka nilai total hambatan yang diperoleh akan lebih besar daripada resistor terbesar yang diseri itu.

Resistor Seri

Hubungan Seri Kapasitor

Berbeda dengan baterai dan resistor, hubungan seri beberapa kapasitor justru akan memperkecil nilai kapasitansi. Sebagai pedoman, nilai totalnya adalah lebih kecil daripada kapasitor terkecil yang dihubung seri itu.

Kapasitor Seri

Hubungan Paralel

hubungan paralel dilakukan dengan cara komponen-komponen disusun secara deret.

Hubungan Paralel Baterai

Beberapa buah baterai bertegangan sama yang diparalel akan memiliki nilai total tegangan yang tetap, namun kuat-arusnya menjadi berlipat ganda dari semula.

Baterai Paralel

Hubungan Paralel Resistor

Beberapa buah resistor yang diparalel akan memiliki nilai total yang lebih kecil daripada resistor terkecil yang diparalel itu.

Resistor Paralel

Hubungan Paralel Kapasitor

Beberapa buah kapasitor yang diparalel akan memiliki nilai total yang lebih besar daripada kapasitor terbesar dalam rangkaian paralel tersebut.

Kapasitor Paralel

Orang pertama yang berhasil menemukan hubungan antara tegangan, kuat arus dan hambatan listrk adalah Georg Ohm, seorang fisikawan dari Jerman. Berkat jasanya hukum yang menyatakan hubungan tegangan, kuat arus dan hambatan listrik dinamai sebagai Hukum Ohm.


Hukum Ohm menyatakan bahwa "kuat arus listrik yang melalui penghantar antara dua titik berbanding lurus dengan besarnya perbedaan potensial listrik antara kedua titik itu". Secara matematis dinyatakan sebagai:

V = I . R

dimana:

1. V adalah tegangan listrik (voltage) yang diukur dalam satuan Volt.
2. I adalah kuat arus listrik (current) yang diukur dalam satuan Ampere.
3. R adalah hambatan listrik (resistance) yang diukur dalam satuan Ohm atau Ω

Simulasi Hukum Ohm

 
Petunjuk penggunaan:

1. Untuk mendapatkan nilai tegangan tertentu, geser slider voltage. Geser kebawah untuk menurunkan nilai tegangan, dan geser keatas untuk menaikkan nilai tegangan.
2. Untuk mendapatkan nilai hambatan tertentu, geser slider resistance. Geser kebawah untuk memperkecil nilai hambatan, dan geser keatas untuk memperbesar nilai hambatan.
3. Selama penggeseran slider, perhatikan gambar ilustrasi yang diperlihatkan pada rumus dan gambar rangkaian.
4. Besarnya kuat arus yang mengalir didalam rangkaian akan ditunjukkan pada kotak current.
5. Opsi Color code digunakan untuk menampilkan V, I dan R pada rumus Hukum Ohm dalam warna yang berbeda-beda ataukah dalam warna yang seragam.
6. Opsi Sound bisa digunakan untuk mematikan atau menghidupkan suara dalam animasi.

Ketika hendak mengawali mengeksplorasi dunia listrik dan elektronika, sangatlah penting memulainya dengan memahami dasar-dasar tegangan, arus dan hambatan listrik. Pemahaman yang baik terhadap ketiga hal dasar tersebut sangat dibutuhkan supaya dapat memanipulasi dan memanfaatkan listrik. Mungkin ini agak sulit karena listrik tak terlihat oleh mata, akan tetapi dari gejala-gejala tampak yang ditimbulkannya Insya Allah kita akan bisa memahaminya.

Muatan Listrik

Listrik merupakan pergerakan elektron. Elektron-elektron menimbulkan muatan listrik, yang kita manfaatkan untuk berbagai hal seperti menyalakan lampu, memanaskan seterika, menghidupkan televisi dsb. Seluruh peralatan listrik yang ada di rumah kita semuanya bekerja atas dasar sumber daya yang sama yaitu gerakan elektron.


Konsep mengenai muatan listrik ini dikemukakan oleh Charles Augustin de Coulomb, seorang ilmuwan Perancis yang akhirnya namanya digunakan sebagai satuan muatan listrik (Coulomb). Ilustrasi dibawah menunjukkan pergerakan elektron-elektron:

Ilustrasi Gerakan Elektron-Elektron (Sumber: http://electrical4u.com)

Tiga prinsip dasar yang telah disebutkan diatas dapat dijelaskan melalui konsep muatan listrik yang ditimbulkan oleh pergerakan elektron.

1. Tegangan, merupakan perbedaan muatan listrik antara dua titik. Ketika elektron-elektron berpindah dari satu titik ke titik lainnya, hal ini menimbulkan perbedaan muatan listrik pada kedua titik itu.
2. Kuat arus, adalah rata-rata jumlah muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Semakin banyak jumlah muatan listrik yang mengalir, semakin besar pula kuat-arusnya.
3. Hambatan, bisa dikatakan sebagai sifat kecenderungan bahan untuk menahan aliran muatan listrik. Setiap jenis bahan memiliki "sifat menghambat" yang berbeda-beda terhadap aliran muatan listrik.

Jadi, ketika kita membicarakan ketiga hal diatas maka sejatinya kita menjelaskan pergerakan muatan, dan juga tentu saja tingkah laku elektron-elektron. Sebuah rangkaian elektronik adalah loop tertutup yang memungkinkan muatan listrik berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Komponen-komponen elektronik didalam rangkaian memungkinkan kita untuk mengendalikan muatan ini dan memanfaatkannya untuk melakukan suatu kerja.

Tegangan Listrik (Voltage)

Kita definisikan tegangan listrik sebagai jumlah energi potensial antara dua titik didalam sebuah rangkaian. Salah satu titik memiliki lebih banyak muatan listrik daripada titik lainnya. Perbedaan muatan listrik pada kedua titik itu disebut tegangan listrik, yang diukur dalam satuan Volt.
Analogi umum yang sering dipakai untuk menjelaskan tegangan, arus dan hambatan listrik adalah tangki air. Dalam analogi ini, banyaknya air di tangki A bisa diibaratkan sebagai muatan listrik. tekanan air didalam tangki A (akibat gravitasi bumi) diibaratkan sebagai tegangan listrik, dan aliran air yang menuju tangki B jika kran dibuka diibaratkan sebagai arus listrik.

Hambatan Listrik

Hambatan listrik dapat didefinisikan sebagai karakteristik bahan yang merintangi aliran ketika muatan-muatan listrik melaluinya. Hambatan listrik diukur dalam satuan Ohm. Debit aliran air juga dipengaruhi oleh seberapa lebar katup kran terbuka. Jika katup kran terbuka lebar maka aliran air akan deras, sebaliknya jika katup kran hanya terbuka sedikit maka aliran air akan mengecil. Jadi, bisa dikatakan bahwa kran bersifat menghambat aliran air. Kran bisa diibaratkan sebagai hambatan listrik.