Berbicara mengenai
Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian dari rangkaian itu sendiri. Rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen penyusunnya ditambah dengan rangkaian penghubungnya dimana disusun dengan cara-cara tertentu dan
minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan kata lain, hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita dapat menganalisis suatu rangkaian. Sedangkan yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari titik yang dimaksud akan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tidak memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh. Maka dapat dikatakan bahwa
Rangkaian Listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup.
Berdasarkan penjelasan tersebut, maka dapat dikatakan bahwa Rangkaian Listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada teknik elektro yang menjadi dasar atay fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem computer, putaran mesin, dan teori control.
Elemen atau Komponen yang terkait pada
rangkaian listrik dikelompokkan ke dalam elemen atau komponen aktif dan komponen atau elemen pasif. Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energy (contoh sumber arus dan sumber tegangan). Sedangkan elemen pasif merupakan elemen yang tidak dapat menghasilkan energy. Elemen pasif sendiri dapat dikelompokkan menjadi 2, yakni elemen yang hanya dapat menyerap energy (contoh resistor) dan elemen yang dapat menyimpan energy, baik berupa energy medan magnet (inductor) maupun medan listrik (kapasitor).
Berdasarkan uraian tersebut, maka dapat dikatakan untuk membentuk suatu
rangkaian listrik, setidak-tidaknya dibutuhkan 2 elemen, yakni elemen aktif (sumber tegangan maupun sumber arus) dan elemen pasif (R, L, C). Selain itu, kedua elemen ini harus berada dalam suatu rangkaian tertutup.
Dalam mempelajari suatu rangkaian listrik, ada beberapa elemen yang harus kita pelajari terlebih dahulu, yaitu
1. Arus Listrik
Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral.
Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain. Coulomb adalah unit dasar dariInternational System of Units (SI) yang digunakan untuk mengukur muatan listrik.
Simbol : Q = muatan konstan
q = muatan tergantung satuan waktu
muatan 1 elektron = -1,6021 x 10-19 coulomb
1 coulomb = -6,24 x 1018 elektron
Secara matematis, arus listrik dapat didefinisika : i=dq/dt , dengan satuan : Ampere (A)
Arus listrik dapat muncul ketika terdapat beda potensial pada suatu elemen dan arus listrik tersebut mengalir dari potensial tinggi ke rendah.
Macam-macam arus listrik :
a. Arus searah (DC)
Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada wakttu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama (hanya punya satu polaritas saja).
b. Arus bolak-balik (AC)
Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu (mempunyai perida waktu : T dan memiliki 2 polaritas).
2. Tegangan
Tegangan atau sering disebut sebagai beda potensial (voltage) adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya.
Keterkaitan antara kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan, sehingga pengertian diatas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi per satuan muatan.
Secara matematis –> v = dw/dq
Satuan : Volt (V)
Tegangan merupakan salah satu elemen yang sangat penting dalam
rangkaian listrik, baik pada perancangan
rangkaian listrik maupun pada analisis
rangkaian listrik. Pada tahap perancangan suatu
rangkaian listrik, besaran tegangan yang akan digunakan akan mempengaruhi pemilihan komponen yang akan digunakan, demikian juga sebaliknya, antara komponen yang satu dengan yang lain memiliki karakteristik yang berbeda-beda dan dapat mempengaruhi besaran nilai tegangan yang harus digunakan. Sedangkan pada alanisis
rangkaian listrik, dengan mengetahui nilai besaran tegangan kita dapat menganalisis kondisi
rangkaian listrik tersebut apakah bekerja dengan baik (sesuai spesifikasi rancangan) atau tidak. Bahkan dengan mengetahui besaran tegangan pada node-node tertentu pada suatu
rangkaian listrik kita dapat menganalisa dan mengetahui penyebab
rangkaian listrik tidak berfungsi dengan baik.
3. Energi
Energy adalah sesuatu kerja dimana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya sebesar satu Newton dengan jarak tempuh atau sesuatu tersebut berpindah dengan selisih jarak satu meter. Pada alam akan berlaku hukum Kekekalan Energi dimana energi sebetulnya tidak dapat dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Contohnya pada pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak akan berpindah menjadi energi yang menghasilkan energi listrik, energi listrik akan berpindah menjadi energi cahaya jika anergi listrik tersebut melewati suatu lampu, energi cahaya akan berpinda menjadi energi panas jika bola lampu tersebut pemakaiannya lama, demikian seterusnya.
Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap tidak hanya polaritas tegangan tetapi arah arus juga berpengaruh.
Elemen/komponen listrik digolongkan menjadi :
a. Menyerap energi
Jika arus positif meninggalkan terminal positif menuju terminal elemen/komponen, atau arus positif menuju terminal positif elemen/komponen tersebut.
b. Mengirim energi
Jika arus positif masuk terminal positif dari terminal elemen/komponen, atau arus positif meninggalkan terminal positif elemen/komponen.
Energi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan v dan muatan yang melewatinya Δq adalah Δw = vΔq
Satuannya : Joule (J)
4. Daya
Daya merupakan rata-rata kerja yang dilakukan. Daya merupakan salah satu elemen yang digunakan terutama pada analisis
rangkaian listrik. Secara matematis, Daya –> P=dw/dq = dw/dq x dq/dt = vi
Satuan : Watt (W)
