Contoh Soal Rangkaian dan Hambatan Listrik Beserta Jawabannya

Tutorial mata pelajaran fisika kali ini, kita akan membahas tentang Hambatan Listrik yang disertai dengan contoh soal dan pembahasannya.

Sebelum kita memasuki pembahasan soal latihan, terlebih dahulu kita akan memahami : apa itu kuat arus, beda potensial, hambatan listrik serta juga "Hubungan antara Kuat Arus, Beda Potensial dan Hambatan Listrik".

Apa itu Kuat Arus ?

Kuat arus menyatakan banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar pada satu detik. Satuan kuat arus listrik adalah ampere (A) dan dilambangkan dengan huruf (I).

Pada sebuah rangkaian listrik jika terdapat satu coulomb elektron yang melewati rangkaian tersebut dalam waktu satu detik, maka rangakaian tersebut akan memiliki arus satu ampere. Ketika setiap detiknya terdapat dua coulomb maka memiliki besar dua ampere, jika setiap detiknya terdapat tiga coulomb maka arusnya memiliki besar tiga ampere. Jadi dalam hal ini dapat diamati bahwa satu ampere itu sama dengn satu coulomb (1 ampere = 1 coulomb) untuk setiap satu satuan waktu (detik).

Dengan demikian kita dapat merumuskan persamaan kuat arus dengan waktu dan muatan yang secara matematis ditulis sebagai berikut :

I =

q / t

Dimana :

• I adalah kuat arus listrik (Ampere)
• q adalah muatan listrik (Coulomb)
• t adalah waktu(sekon/s))

Apa itu Beda Potensial

Beda potensial adalah selisih tegangan yang terdapat diantara ujung-ujung penghantar yang teraliri arus listrik. Besarnya beda potensial yang terdapat pada rangkaian listrik akan mempengaruhi kuat arus listrik yang mengalir.

Misalkan kita memiliki potensial V_A pada titik A dan memiliki potensial V_B di titik B, maka rumus beda potensial kedua titik tersebut adalah ( dari titik A ke titik B) :

V_AV = V_B - V_A

Hambatan Listrik

Hambatan listrik yang biasa disebut dengan resistansi adalah sesuatu yang bersifat menahan aliran listrik. Jika ditilik pengertian hambatan listrik yang dihubungkan dengan kuat arus dan beda potensial, maka hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik dengan arus listrik yang melewatinya, dimana satuan hambatan listrik adalah Ohm.

Secara matematis, hubungan antara hambatan listrik dengan arus listrik dan beda potensial dapat dirumuskan dengan persamaan :

R =

V / I

Dimana :

• I adalah kuat arus listrik (Ampere)
• R adalah hambatan listrik (ohm)
• V adalah beda potensial (volt)

1. Rangkaian Seri

Rangkaian Seri adalah rangkaian listrik yang tersusun dari hambatan listrik yang di susun sejajar atau seri seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah ini :

Untuk menghitung jumlah hambatan total pada rangkaian seri (seperti gambar di atas), maka rumusnya adalah :

R_total = R₁ + R₂ + R₃ .....+ R_n

Misalkan kita memiliki dua hambatan R₁ dan R₂ disusun seri seperti gambar di bawah ini :

Berdasarkan gambar rangkaian listrik diatas, maka kita dapat menyimpulkan bahwa :

I₁ = I₂ = I_total (arusnya sama )
V₁ + V₂ = V_total
R_total = R₁ + R₂

Untuk mencari tegangan pada masing-masing hambatan :
V₁ =

R₁ / R_total

. V_Sumber
V₂ =

R₂ / R_total

. V_Sumber

2. Rangkaian Paralel

Rangkaian Seri adalah rangkaian listrik yang tersusun dari hambatan listrik yang disusun dengan tidak sebaris, dimana input untuk setiap komponen semuanya adalah dari sumber yg sama seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah ini :

Persamaan matematis dalam menghitung jumlah hambatan total pada rangkaian paralel (seperti gambar di atas), rumusnya adalah :

1 / R_total

=

1 / R₁

+

1 / R₂

+

1 / R₃

... +

1 / R_n

Misalkan kita memiliki dua hambatan R₁ dan R₂ disusun paralel seperti gambar di bawah ini :

Berdasarkan gambar rangkaian listrik (rangkaian paralel) diatas, maka kita dapat menyimpulkan bahwa :

I₁ + I₂ = I_total
V₁ = V₂ = V_total (tegangannya sama )

1 / R_total

=

1 / R₁

+

1 / R₂

Untuk mencari arus pada masing-masing hambatan :
I₁ =

R₂ / R₁ + R₂

. I_Total
I₂ =

R₁ / R₁ + R₂

. I_Total

3. Hambatan pada Kawat Penghantar

Kawat penghantar yang digunakan pada kawat listrik memiliki hambata, meskipun nilainya kecil. Hambatan pada kawat dipengaruhi oleh:
a. Panjang kawat (l)
b. Luas penampang kawat (A)
c. Hambatan jenis kawat (ρ)
d. Perubahan suhu pada kawat (ΔT)

Secara matematis, persamaan hambatan listrik pada suatu kawat penghantar dapat ditulis menjadi persamaan :

R = ρ

l / A

Dimana :

• ρ adalah Hambatan jenis kawat (ohm meter)
• R adalah hambatan listrik (ohm)
• l adalah panjang kawat (m)
• A adalah luas penampang kawat (m²)

Untuk mencari hubungan hambatan listrik dengan perubahan suhu, persamaan matematisnya ditulis sebagai berikut :

R = R₀(1 + α . ΔT)

Dimana :

• R₀ adalah hambatan listrik awal (ohm)
• R adalah hambatan listrik (ohm)
• α adalah koefisien suhu hambatan (^oC)
• ΔT adalah perubahan suhu pada kawat (^oC)

Latihan Soal Hambatan Listrik

Soal No.1

---

Berapakah hambatan sebuah kawat besi yang memiliki panjang 0,5 cm, dan luas 1,3 x 10^-2 cm². Jika hambatan jenis kawat besi tersebut 9,7 x 10^-8 Ohmmeter?

Pembahasan

R = ρ

l / A

R = 9,7x10^-8 .

0,5x10^-2 / 1,3x10^-6

= 0,037 Ohm

Soal No.2

---

Lilitan kawat mempunyai hambatan 25 Ohm pada suhu 35^oC, sedangkan pada suhu 50^oC hambatannya menjadi 25,17 Ohm. Berapakah koefisien hambatan suhu jenisnya?

Pembahasan

R = R₀(1 + α . ΔT)
25, 17 = 25(1 + α . 15)
1,0068 = 1 + 15α
0,0068 = 15α
α = 4,5 x 10^-4
Sehingga koefisien hambatan suhu jenisnya adalah 44,5 x 10^{-4 o}C

Soal No.3

---

Dua buah resistor masing-masing 6 Ohm dan 3 Ohm disusun seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 Volt. Tentukan :
a. hambatan total
b. tegangan pada masing-masing hambatan.

Pembahasan

a. Hambatan total
R_total = R₁ + R₂
R_total = 6 + 3 = 9 Ohm
Jadi hambatan totalnya 9 Ohm

b.Tegangan pada masing-masing hambatan
V₁ =

R₁ / R_total

. V_Sumber
V₁ =

6 / 9

. 12 = 8 Volt

V₂ =

R₂ / R_total

. V_Sumber
V₂ =

3 / 9

. 12 = 4 Volt