Rangkaian Seri: Pengertian, Ciri, Gambar, Rumus Soal

Daftar Isi

Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan, alat-alat listrik tersusun secara berderet atau berurutan (seri).

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu jenis rangkaian listrik, yaitu rangkaian seri.

Materi rangkaian seri ini dipelajari oleh siswa SD kelas 6, SMP kelas 9, dan SMA kelas 12.

Sebagaimana yang dipahami, rangkaian listrik adalah susunan komponen listrik yang dihubungkan dengan sumber listrik sehingga menghasilkan arus listrik.

Berdasarkan susunannya, rangkaian listrik dibedakan menjadi tiga (3) jenis, yaitu rangkaian seri, paralel, dan campuran (seri-paralel).

Semuanya akan kita bahas satu per satu dalam materi terpisah. Pada kesempatan kali ini, materi akan kita fokuskan pada rangkaian seri. 

Baiklah, kita mulai saja materinya...

1. Pengertian Rangkaian Seri 

Apa yang dimaksud dengan rangkaian listrik seri? Rangkaian seri adalah rangkaian alat/komponen listrik yang disusun secara berurut, disebut juga rangkaian berderet.

 

Rangkaian seri tidak memiliki percabangan. Dengan kata lain, rangkaian seri adalah rangkaian yang arus listriknya mengalir hanya pada satu jalur.

 

Rangkaian seri terbentuk jika arus listrik dihubungkan secara berurut atau berderet. Kutub negatif komponen pertama dengan kutub positif komponen kedua, kutub negatif komponen kedua dengan kutub positif komponen ketiga, kemudian diteruskan ke kutub positif komponen pertama.

Berikut ini adalah contoh bentuk rangkaian seri sederhana yang menghubungkan tiga buah lampu dan satu sumber tegangan (baterai):

 

Pada rangkaian seri, kuat arus listrik yang mengalir melalui beberapa hambatan listrik adalah sama besar. Jumlah kuat arus pada rangkaian seri tidak dipengaruhi oleh nilai hambatan. Jika terdapat beberapa hambatan berbeda yang dilalui, dalam hambatan mengalir arus yang besarnya sama.

 

Namun, berbeda dengan arus, tegangan di antara kaki-kaki hambatan yang disusun secara seri memiliki nilai yang berbeda-beda, bergantung pada nilai hambatan tersebut. 

2. Ciri-Ciri Rangkaian Seri

Berdasarkan uraian di atas, maka ciri-ciri khusus rangkaian seri antara lain sebagai berikut:

1. Komponennya disusun secara berurutan atau berderet
2. Arus listrik mengalir tanpa melalui cabang
3. Arus listrik yang mengalir di berbagai titik dalam rangkaian besarnya sama
4. Tegangan listrik disetiap hambatan nilainya berbeda-beda 

3. Kelebihan dan Kekurangan Rangkaian  Seri

Rangkaian seri memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan, antara lain sebagai berikut:

3.1. Kelebihan/Keuntungan Rangkaian Seri

Dari sisi penerapan, rangkaian seri memiliki kelebihan atau keutungan, yaitu: 

1. Kuat arus listrik yang mengalir pada tiap bagian besarnya sama.
2. Cara pembuatannya mudah karena bentuknya sederhana.
3. Rangkaian seri tidak membutuhkan terlalu banyak komponen karena pemasangannya secara sejajar.
   
4. Rangkaian seri membutuhkan kabel yang lebih sedikit sehingga lebih murah.

Oleh karena itu, rangkaian seri pada lampu tepat digunakan pada ruangan atau area yang yang berukuran besar seperti misalnya gedung perkantoran, gedung sekolah atau kampus, hotel dan juga bangunan besar lainnya karena penerapannya yang sangat murah dan praktis.

3.2. Kekurangan/Kerugian Rangkaian Seri

Namun, disamping memiliki kelebihan, rangkaian seri juga memiliki beberapa kekurangan atau kerugian, yaitu:

1. Rangkaian seri jika salah satu alat listrik dilepas atau rusak maka arus listrik akan terputus.
   
2. Rangkaian seri memerlukan daya listrik lebih banyak sehingga boros listrik, akibatnya baterai cepat habis.
3. Rangkaian seri yang digunakan pada lampu akan menghasilkan nyala lampu yang agak redup dan tidak stabil, semakin banyak lampu makin redup.

4. Cara Membuat Rangkaian Seri

Berikut ini adalah langkah-langkah membuat rangkaian seri yang yang terdiri atas 3 lampu, 3 baterai 12 volt atau 9 volt, dan satu saklar. Berikut ini gambarnya:

Alat dan Bahan:

• Tang pengupas kabel
• 3 Buah Lampu
• 3 Buah Baterai 12 volt
• Kabel
• Saklar
  

Langkah Pembuatan:

• Susun 3 baterai seperti pada gambar di atas 
• Susun 3 lampu secara berderet, hubungkan semua lampu dengan kabel secukupnya.
  
• Ambil kabel dengan panjang secukupnya, kupas semua bagian ujung kabel menggunakan tang pengupas kabel, sambungkan ujungnya ke kutub lampu pertama yang masih kosong, ujung yang lainnya disambungkan ke satu kutub saklar.
• Ambil kabel dengan panjang secukupnya, sambungkan satu ujungnya ke kutub saklar yang masih kosong, ujung kabel yang lain sambungkan ke kutub positif baterai pertama.
• Ambil kabel dengan panjang secukupnya, sambungkan satu ujungnya ke kutub lampu ketiga yang masih kosong, ujung kabel yang lain sambungkan ke kutub negatif baterai ketiga.
• Rangkaian seri siap

Penjelasan:

Rangkaian seri menghasilkan nyala/cahaya lampu yang tidak sama terangnya. 

 

Pada rangkaian seri keadaan lampu ketika semua lampu terhubung ke baterai, yaitu lampu pertama menyala terang, lampu kedua agak redup, dan lampu ketiga sangat redup.

Rangkaian seri tidak menyala jika salah satu lampu putus/rusak atau dilepas. 

 

Beberapa baterai atau sumber arus yang disusun secara seri akan menghasilkan tegangan (tegangan totalnya) lebih besar. 

Makin besar tegangan listrik pada suatu rangkaian seri menyebabkan arus listrik makin besar.

Contoh Penggunaan Rangkaian Seri

Berikut ini adalah beberapa contoh penggunaan rangkaian seri:

• Senter, lampu dan baterai tersusun secara seri 

• Lampu hias, puluhan lampu disusun secara berderet.

Rumus Rangkaian Seri

Rumus yang berlaku pada rangkaian seri adalah rumus hukum Ohm dan rumus hambatan pengganti (R_s). 

 

Rumus hambatan pengganti sendiri merupakan hasil penurunan rumus hukum Ohm berdasarkan analisis rangkaian seri.

Baiklah, akan kakak uraikan penurunan rumusnya. Perhatikan gambar rangkaian seri 3 buah hambatan berikut ini:

 

Pada rangkaian seri, nilai kuat arus di titik a dan b (I_ab) sama dengan yang mengalir di setiap hambatan:

I_ab = I₁ = I₂ = I₃....(1)

 

Berbeda dengan arus, tegangan dari titik a sampai b (V_ab) merupakan hasil penjumlahan dari tegangan pada masing-masing hambatan. 

 

Dengan kata lain, tegangan di antara kaki-kaki hambatan (R) yang disusun seri memiliki nilai yang berbeda-beda:

V_ab = V₁ + V₂ + V₃...(2)

 

Berdasarkan Hukum Ohm (V = I . R), berlaku:

 

V₁ = I . R₁, V₂ = I . R₂, V₃ = I . R₃...(3)

 

Sehingga, persamaan (2) menjadi: 

I . R_s = I . R₁ + I . R₂ + I . R₃

         = I (R₁ + R₂ + R₃)

 R_s = R₁ + R₂ + R₃.....(4, Rumus Hambatan Pengganti)

 

Persamaan (4) di atas menjelaskan bahwa hambatan yang dirangkai secara seri dapat digantikan dengan hambatan pengganti (R_s). Selain itu, hambatan  pengganti (R_s) selalu lebih besar dari hambatan yang diganti.

 

Artinya, resistor (hambatan) yang dipasang secara seri maka nilai hambatannya (resistansi totalnya) semakin besar.

 

Rangkaian seri di dalam alat elektronik berfungsi sebagai pembagi tegangan. Secara matematis berlaku persamaan:

 

V₁ : V₂ : V₃ = R₁ : R₂ : R₃

Contoh Soal Rangkaian Seri 

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang rangkaian seri:

Contoh Soal 1

Tentukan hambatan pengganti pada rangkaian berikut! 

Jawaban:

Diketahui:

• R₁ = 4 Ohm
• R₂ = 6 Ohm
• R₃ = 3 Ohm

Ditanyakan:

• R_s.....? 

Penyelesaian:

R_s = R₁ + R₂ + R₃ 

R_s = 4 + 6 +3

R_s = 13 Ohm

 

Jadi, besar hambatan pengganti (R_s) rangkaian di atas adalah 13 Ohm.

Contoh Soal 2

Tiga buah hambatan disusun secara seri masing masing nilainya 4 Ohm, 3 Ohm dan 5 Ohm. Hambatan ini kemudian dipasang pada tegangan 120 Volt. Besarnya tegangan pada hambatan 3 Ohm adalah? 

Jawaban:

Diketahui:

• R₁ = 4 Ohm
• R₂ = 3 Ohm
• R₃ = 5 Ohm
• V = 120 Volt

Ditanyakan:

• V₂...?

Penyelesaian:

R_s = R₁ + R₂ + R₃ 

R_s = 4 + 3 + 5

R_s = 12 Ohm

V = I . R_s

I = ^V/_Rs

I = ¹²⁰/₁₂

I = 10 A

 

V₂ = I . R₂ 

V₂ = 10 . 3

V₂ = 30 Volt

 

Jadi, besar tegangan pada hambatan 3 Ohm (R₂) adalah 30 Volt 

Contoh Soal 3

Diketahui tiga resistor yg dirangkai seri dengan hambatan sebesar R₁ = 100 Ohm, R₂ = 200 Ohm, R₃ = 300 Ohm. Ujung-ujung rangkaian itu dihubungkan pada sumber tegangannya 120 Volt. Tentukan:

 

(a) beda potensial ujung-ujung R₁ 

(b) beda potensial ujung-ujung R₂

Jawaban: 

Diketahui:

• R₁ = 100 Ohm
• R₂ = 200 Ohm
• R₃ = 300 Ohm
• V = 120 Volt

Ditanyakan:

 

a. V₁

b. V₂

 

Penyelesaian:

R_s = R₁ + R₂ + R₃ 

R_s = 100 + 200 + 300

R_s = 600 Ohm

V = I . R_s

I = ^V/_Rs

I = ¹²⁰/₆₀₀

I = 0,2 A

 

a. V₁

V₁ = I . R₁ 

V₁ = 0,2 . 100

V₁ = 20 Volt

 

b. V₂

V₂ = I . R₂ 

V₂ = 0,2 . 200

V₂ = 40 Volt

 

Jadi, beda potensial ujung-ujung R₁ dan R₂ adalah 20 Volt dan 40 Volt.

Kesimpulan

Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan, alat-alat listrik tersusun secara berderet atau berurutan (seri).

 

Gimana adik-adik, udah paham kan materi rangkaian seri di atas? Jangan lupa lagi yah.

 

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.

 

Referensi:

• Pauliza, Osa. 2008. Fisika Kelompok Teknologi dan Kesehatan untuk SMK Kelas XII. Bandung: Grafindo Media Pratama.