PENGERTIAN DASAR RANGKAIAN LISTRIK 1. RANGKAIAN LISTRIK Rangkaian listrik adalah suatu susunan elemen yang mewakili suatu sistem elektrik, yaitu sistem yang memanfaatkan atau menimbulkan gejala-gejala yang berhubungan dengan listrik. Elemen itu mewakili sifat listrik benda-benda fisis seperti peralatan-peralatan listrik. Untuk tujuan analisis, benda-benda itu diidealisasikan menurut sifat kelistrikannya yang menonjol, dan setiap sifat ini diwakili oleh satu elemen listrik. Elemen-elemen listrik itu dirangkai membentuk rangkaian (elemen) listrik yang mewakili penampilan sifat sistem yang hendak dijelaskan atau dianalisis. Setiap elemen yang demikian ini dinyatakan dengan satu lambang (gambar) yang berujung dua. Dengan demikian benda-benda fisis itu tanpa direpotkan oleh ukuran dimensi ruangnya dapat diwakili oleh satu atau lebih elemen dasar sesuai dengan sifat atau sifat-sifat listrik yang ditampilkannya. Jadi, sepotong kawat yang panjangnya mungkin hanya beberapa mm, atau beberapa ratus meter, atau bahkan berpuluh km dapat dinyatakan dengan satu elemen yang sederhana. Kalau lebih dari satu sifat listrik yang hendak ditampilkan, maka benda tersebut dinyatakan sebagai rangkaian elemen yang sesuai dengan dan mewakili sifat-sifat itu. Pembahasan tentang rangkaian listrik itu dapat digolongkan ke dalam dua kategori, yaitu analisis rangkaian dan sintesis rangkaian. Analisis rangkaian berhubungan dengan pembahasan sifat-sifat atau perhitungan kelistrikan suatu sistem yang telah ada atau dianggap ada. Sintesis rangkaian adalah proses penyusunan suatu rangkaian listrik yang akan menampilkan sifat atau sifat-sifat listrik tertentu. Pembahasan kita ini akan terbatas pada analisis rangkaian.

2. BESARAN LISTRIK DAN SATUANNYA Dalam analisis rangkaian kita akan selalu berkenaan dengan peralihan energi yang timbul sebagai akibat terdapatnya tegangan atau beda potensial listrik dan arus listrik pada rangkaian. Tegangan listrik atau beda potensial listrik itu selalu antara dua titik ujung suatu elemen atau rangkaian elemen. Arus listrik mengalir melalui elemen atau rangkaian elemen menurut lintasan yang harus selalu menutup, yaitu arus itu harus dapat kembali dari titik asal/tolaknya. Gejala-gejala listrik itu dikuantitaskan dengan menggunakan satuan-satuan yang telah disepakati secara internasional. Bersama dengan besaran lainnya yang sering dijumpai.

dalam pembahasan rangkaian listrik, satuan-satuan ini dapat dilihat pada Tabel 1. Pada tabel ini dapat pula dilihat lambang atau notasi yang lazim dipakai dan akan digunakan dalam pembicaraan kita selanjutnya. Untuk tujuan-tujuan praktis, biasa dipakai satuan kelipatan-puluhan atau perpuluhan satuan tersebut di atas, yaitu dengan menambahkan kata-depan pada satuan itu, seperti yang dicantumkan pada Tabel 2. Sebagai contoh penggunaan kata-depan tersebut sebagai faktor pengali, misalnya 30.10-12 F dapat ditulis sebagai 30 pF (dibaca 30 pikofarad); 10.103 ohm ditulis sebagai 10 kΩ, dan 150.106 W ditulis sebagai 150 MW (dibaca 150 megawatt). Ada baiknya dibiasakan menggunakan huruf kecil untuk melambangkan kuantitas yang berubah-ubah terhadap waktu, jadi misalnya v(t) untuk menyatakan tegangan sebagai fungsi waktu t, dan huruf kapital V menyatakan tegangan tetap, yang tidak bergantung pada waktu t. Simbol i(t) menyatakan arus sebagai fungsi waktu t sedangkan I menyatakan arus yang bukan fungsi waktu. Tabel 1. Besaran listrik, lambang dan satuan Besaran Lambang Satuan Arus i, I Ampere (A) Tegangan v, V, e, E volt (V) Muatan listrik q, Q coulomb Fluks (magnetik) Φ weber Tahanan (resistansi) R ohm (Ω) Konduktansi G siemen(S), mho Induktansi L henry (H) Kapasitansi C farad (F) Reaktansi X ohm (Ω) Suseptansi ß mho Impedansi Z ohm (Ω) Admitansi Y mho Frekuensi f hertz (hz) Frekuensi sudut, ω radian per detik Kecepatan sudut rad/det, rad/s Daya aktif p,P watt (W) Daya Semu, S voltampere (VA) Daya kompleks Daya reaktif Q voltampere reaktif (Var) Energi joule (J) Wattdetik (Ws)

Tabel 2. Kata-depan untuk menyatakan faktor kelipatan satuan Faktor kelipatan Kata-depan Lambang 10-12 piko p 10-9 nano n 10-6 mikro μ 10-3 mili m 103 kilo k 106 mega M 109 giga G 1012 tera T 3. ELEMEN-ELEMEN LISTRIK Selain elemen sumber energi, elemen dasar listrik yang akan kita jumpai selanjutnya ada tiga macam yaitu; tahanan atau resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C). Tahanan atau resistor R adalah elemen yang mewakilkan sifat hambatan terhadap mengalirnya arus listrik. Besar tahanan yang dimiliki R disebut resistansi, dan satuannya adalah ohm (Ω). Gejala yang tampak bila arus mengalir melalui tahanan ialah naiknya suhu (timbulnya panas), sama seperti yang dialami dengan peristiwa gesekan pada mekanika. Jadi resistor atau tahanan R ini mewakili sifat benda yang berkenaan dengan pengubahan energi listrik menjadi energi panas atau kalor. Benda yang tahanan listriknya mendekati nol atau sangat kecil disebut konduktor, dan benda yang tahanannya sangat besar disebut isolator. Bahan isolator itu disebut dielektrik. Bahan yang tahanannya nol disebut superkonduktor. Induktor L adalah elemen yang mewakilkan sifat munculnya medan magnet bila arus mengalir. Besar sifat yang dimiliki induktor L itu disebut induktansi, dan satuannya adalah henry (H). Induktor L itu mewakilkan pula sifat benda yang berkenaan dengan sulitnya mengubah arus yang mengalir melalui benda tersebut. Sifat ini seirama dengan kesulitan mengubah momentum benda pada mekanika. Pada kumparan atau lilitan kawat konduktor, sifat induktansi itulah yang paling menonjol, sehingga induktor itu digambarkan sebagai konduktor yang dililitkan. Pada mekanika, momentum suatu benda adalah produk kecepatan benda v dengan massa benda m, yaitu momentum = m.v. Pada gejala listrik, momentum listrik _ disebut momentum elektrokinetik_ adalah perkalian induktansi L dengan arus i yang mengalir pada induktor tersebut yaitu L.i. Pada mekanika, kita kenal hukum ketetapan momentum, maka seirama dengan itu pada ilmu kelistrikan dikenal pula hukum ketetapan momentum elektrokinetik. Kapasitor C adalah elemen yang mewakilkan kesanggupan menampung muatan listrik atau menimbulkan medan listrik. Besar sifat yang dimiliki kapasitor C itu disebut kapasitansi, dan satuannya adalah farad (F). Pada dua buah lempengan konduktor yang dipisahkan oleh isolator atau dielektrik, dampak sifat kapasitansi itulah yang paling menonjol, sehingga kapasitor digambarkan sebagai dua lempengan yang disederhanakan gambarnya menjadi dua garis paralel. Elemen-elemen R, L dan C dihubungkan satu dengan lainnya oleh konduktor atau penghantar yang tidak memiliki sifat selain melalukan arus listrik. Dua buah induktor dapat tergandeng tanpa dihubungkan oleh konduktor. Hal ini disebabkan oleh adanya gandengan magnetik, yaitu medan magnet yang ditimbulkan oleh salah satu kumparan (induktor) menggandeng kumparan (induktor) lainnya. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.(a). Pada Gambar 2.(b) terlihat dua lempeng konduktor dipasang paralel dan sangat berdekatan, diantarai oleh dielektrik. Kalau salah satu lempeng bermuatan listrik positif,

maka lempeng lainnya akan bermuatan negatif. Antar kedua lempeng terdapat medan listrik. Jadi kedua lempeng saling bergandengan dengan perantaraan medan listrik. Perhatikan bahwa karena adanya dielektrik di antara kedua lempeng yang membentuk kapasitor tersebut, arus listrik sebenarnya tidak dapat menyeberang langsung dari satu lempeng ke lempeng pasangannya.

Akan tetapi dalam analisis dianggap bahwa arus listrik mengalir melalui kapasitor. Ketiga elemen dasar yang dibicarakan ini digolongkan ke dalam elemen pasif. Gambar 2. Gandengan medan magnetik dan medan listrik Tidak ada arus listrik yang mengalir di luar konduktor. Dalam hal dua kumparan yang terpisah seperti pada Gambar 2.(a) arus yang mengalir pada satu kumparan tidak bisa menyeberang ke kumparan lainnya, tetapi arus-arus ini dapat menyebabkan arus mengalir pada kumparan lainnya. Demikian juga pada kapasitor arus tidak mengalir melalui isolator (dielektrik), tetapi hanya melalui konduktor dari lempeng bermuatan positif ke lempeng yang bermuatan negatif. Dalam analisis arus listrik i dianggap mengalir melintasi kapasitor C tersebut, sehingga membentuk lintasan melingkar melalui yang tertutup. Elemen pasif yang telah dibicarakan tersebut, bukan merupakan sumber energi