Tegangan dalam Rangkaian Seri
Apa itu Tegangan Seri?
Rangkaian seri atau sambungan seri merujuk pada saat dua atau lebih komponen listrik dihubungkan dalam susunan rantai dalam rangkaian. Dalam jenis rangkaian ini, hanya ada satu cara bagi muatan untuk melewati rangkaian. Variasi potensial muatan antara dua titik dalam rangkaian listrik dikenal sebagai tegangan. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara detail tentang tegangan dalam rangkaian seri.
Baterai dalam rangkaian menyediakan energi untuk muatan melewati baterai dan menciptakan perbedaan potensial di antara ujung-ujung rangkaian eksternal. Sekarang, jika kita mengasumsikan sel dengan 2 volt, maka akan menciptakan perbedaan potensial 2 volt di sepanjang rangkaian eksternal.
Nilai potensial listrik pada terminal positif adalah 2 volt lebih besar dari terminal negatif. Jadi, ketika muatan mengalir dari terminal positif ke terminal negatif, hal ini menyebabkan hilangnya 2 volt dalam potensial listrik.
Ini disebut penurunan tegangan. Hal ini terjadi ketika energi listrik dari muatan diubah menjadi bentuk lain (mekanis, panas, cahaya, dll) saat melewati komponen (resistor atau beban) dalam rangkaian.
Jika kita mempertimbangkan rangkaian dengan lebih dari satu resistor yang dihubungkan secara seri dan ditenagai oleh sel 2V, total kerugian potensial listrik adalah 2V. Artinya, akan ada penurunan tegangan tertentu pada setiap resistor yang terhubung. Namun, kita dapat melihat bahwa jumlah penurunan tegangan dari semua komponen akan sama dengan 2V, yang setara dengan tegangan sumber daya.
Secara matematis, kita dapat mengekspresikannya sebagai
Dengan menggunakan Hukum Ohm, penurunan tegangan individual dapat dihitung sebagai
Sekarang, kita bisa mengasumsikan rangkaian seri yang terdiri dari 3 resistor dan ditenagai oleh sumber energi 9V. Di sini, kita akan mencari perbedaan potensial di lokasi yang berbeda selama arus listrik melewati rangkaian seri.
Lokasi-lokasi tersebut ditandai dengan warna merah dalam rangkaian di bawah. Kita tahu bahwa arus melewati dari terminal positif menuju terminal negatif sumber. Tanda negatif dari tegangan atau perbedaan potensial mewakili kerugian potensial karena resistor.
Perbedaan potensial listrik dari titik-titik yang berbeda dalam rangkaian dapat direpresentasikan dengan bantuan diagram yang disebut diagram potensial listrik yang ditunjukkan di bawah.
Dalam contoh ini, potensial listrik di A = 9V karena merupakan terminal dengan potensial yang lebih tinggi. Potensial listrik di H = 0V karena merupakan terminal negatif. Ketika arus melewati sumber daya 9V, muatan mendapatkan 9V potensial listrik, yaitu dari H ke A. Sementara arus melewati rangkaian eksternal, muatan kehilangan 9V secara penuh.
Di sini, hal ini terjadi dalam tiga tahap. Akan ada penurunan tegangan ketika arus melewati resistor tetapi tidak ada penurunan tegangan ketika laluan melalui kawat biasa. Jadi, kita dapat melihat bahwa antara titik AB, CD, EF, dan GH; tidak ada penurunan tegangan. Tetapi antara titik B dan C, penurunan tegangan adalah 2V.
Yaitu tegangan sumber 9V menjadi 7V. Selanjutnya, antara titik D dan E, penurunan tegangan adalah 4V. Pada titik ini, tegangan 7V menjadi 3V. Akhirnya, antara titik F dan G, penurunan tegangan adalah 3V. Pada titik ini, tegangan 3V menjadi 0V.
Pada bagian rangkaian antara titik G dan H, tidak ada energi untuk muatan. Jadi, dibutuhkan dorongan energi untuk melalui rangkaian eksternal lagi. Ini disediakan oleh sumber daya saat muatan melewati dari H ke A.
Beberapa sumber tegangan dalam seri dapat digantikan oleh satu sumber tegangan dengan menjumlahkan semua sumber tegangan. Tetapi kita harus mempertimbangkan polaritas seperti yang ditunjukkan di bawah.
Sumber Tegangan AC dalam Seri
Dalam kasus sumber tegangan AC dalam seri, sumber tegangan dapat ditambahkan atau digabungkan menjadi satu sumber asalkan frekuensi sudut (ω) dari sumber-sumber yang terhubung identik. Jika sumber tegangan AC yang terhubung dalam seri memiliki frekuensi sudut yang berbeda, mereka dapat ditambahkan bersama-sama asalkan arus melalui sumber-sumber yang terhubung sama.
Aplikasi Tegangan dalam Rangkaian Seri
Aplikasi tegangan dalam rangkaian seri termasuk:
