Hitung Kalor Pada Setiap Hambatan Rangkaian Listrik
Halo guys! Pernah nggak sih kalian penasaran, berapa sih kalor yang dilepaskan sama setiap komponen resistor di dalam sebuah rangkaian listrik? Apalagi kalau kita ngomongin soal rangkaian yang lumayan kompleks, kayak gabungan seri dan paralel. Nah, di artikel kali ini, kita bakal bedah tuntas gimana caranya ngitung kalor yang dilepaskan pada masing-masing hambatan dalam sebuah rangkaian selama periode waktu tertentu. Siapin kopi kalian, karena kita bakal masuk ke dunia fisika yang seru!
Jadi gini, guys, konsep dasarnya itu berhubungan sama Hukum Joule. Ingat kan Hukum Joule? Dia bilang kalau arus listrik yang mengalir melalui suatu penghantar akan menimbulkan panas. Nah, panas inilah yang kita sebut kalor. Besarnya kalor yang dihasilkan itu dipengaruhi sama beberapa faktor, yaitu kuadrat arus listrik (I), besar hambatan (R), dan lamanya waktu (t) arus itu mengalir. Rumusnya sih simpel banget, yaitu Q = I²Rt.
Di soal yang lagi kita bahas ini, kita punya rangkaian yang agak menarik. Ada dua resistor, R1 dan R2, yang masing-masing nilainya 10 Ohm ( m f oldsymbol{oldsymbol{ ext{Ω}}}), mereka dihubungkan secara paralel. Nah, gabungan rangkaian paralel ini kemudian disambungin seri sama resistor ketiga, R3, yang nilainya 5 Ohm ( m f oldsymbol{oldsymbol{ ext{Ω}}}). Semua ini terhubung ke sumber tegangan. Tugas kita adalah mencari tahu berapa kalor yang dilepaskan pada masing-masing hambatan ini selama 10 detik. Keren, kan?
Sebelum kita bisa ngitung kalornya, tentu aja kita perlu tahu dulu beberapa hal penting tentang rangkaian ini. Pertama, kita harus tahu dulu berapa total arus yang mengalir di seluruh rangkaian. Kedua, kita perlu tahu berapa tegangan yang ada di setiap komponen, terutama di R1, R2, dan R3. Dan yang paling penting, kita perlu tahu berapa arus yang lewat di R1 dan R2 secara individual, karena mereka kan dipasang paralel.
Oke, biar nggak pusing, kita pecah satu-satu ya langkahnya. Pertama, kita cari dulu hambatan total dari rangkaian paralel R1 dan R2. Karena mereka paralel, rumusnya jadi m f rac{1}{R_{paralel}} = rac{1}{R_1} + rac{1}{R_2}. Dengan R1 = 10 Ohm dan R2 = 10 Ohm, maka m f rac{1}{R_{paralel}} = rac{1}{10} + rac{1}{10} = rac{2}{10}. Jadi, m f R_{paralel} = rac{10}{2} = 5 ext{ Ohm}. Nah, sekarang kita punya rangkaian yang lebih sederhana: R_paralel (5 Ohm) disusun seri dengan R3 (5 Ohm). Kedua, kita cari hambatan total dari seluruh rangkaian. Karena seri, tinggal dijumlah aja: m f R_{total} = R_{paralel} + R_3 = 5 ext{ Ohm} + 5 ext{ Ohm} = 10 ext{ Ohm}.
Sampai sini paham ya, guys? Kita udah punya hambatan total rangkaian. Langkah selanjutnya, kita perlu tahu berapa arus total yang keluar dari sumber tegangan. Nah, untuk itu, kita perlu tahu berapa tegangan sumbernya. Sayangnya, di soal ini tegangan sumbernya nggak dikasih tahu nih. Anggap aja, guys, biar perhitungannya bisa jalan, tegangan sumbernya kita misalkan V. Jadi, kalau kita pakai Hukum Ohm, arus total yang mengalir di rangkaian adalah m f I_{total} = rac{V}{R_{total}} = rac{V}{10 ext{ Ohm}}. Ini berarti arus yang masuk ke rangkaian gabungan R1 dan R2 itu besarnya juga V/10 Ampere, dan arus yang lewat di R3 juga V/10 Ampere.
Nah, sekarang kita fokus ke bagian rangkaian paralel R1 dan R2. Karena R1 dan R2 itu nilainya sama (sama-sama 10 Ohm) dan mereka dipasang paralel, maka arus total yang masuk ke cabang paralel ini (yaitu V/10 A) akan terbagi rata ke R1 dan R2. Jadi, arus yang mengalir di R1 itu m f I_1 = rac{I_{total}}{2} = rac{V/10}{2} = rac{V}{20} ext{ Ampere}. Sama juga, arus yang mengalir di R2 itu m f I_2 = rac{I_{total}}{2} = rac{V/10}{2} = rac{V}{20} ext{ Ampere}. Penting banget nih dicatat, guys, karena nanti kita pakai nilai arus ini buat ngitung kalornya.
Sekarang, kita udah punya modal yang cukup buat ngitung kalor yang dilepaskan pada masing-masing hambatan. Kita bakal pakai rumus Hukum Joule: Q = I²Rt. Waktu yang kita punya adalah t = 10 sekon.
Kalor yang Dilepaskan pada R1
Oke, kita mulai dari R1. Kita tahu nilai hambatannya adalah m f R_1 = 10 ext{ Ohm}. Arus yang mengalir di R1 itu m f I_1 = rac{V}{20} ext{ Ampere}. Waktunya adalah m f t = 10 ext{ sekon}. Maka, kalor yang dilepaskan pada R1 adalah:
m f Q_1 = I_1^2 imes R_1 imes t m f Q_1 = ig( rac{V}{20}ig)^2 imes 10 ext{ Ohm} imes 10 ext{ sekon} m f Q_1 = rac{V^2}{400} imes 100 m f Q_1 = rac{V^2}{4} ext{ Joule}
Jadi, kalor yang dilepaskan pada R1 adalah V²/4 Joule. Ingat, V di sini adalah tegangan sumber dalam Volt.
Kalor yang Dilepaskan pada R2
Selanjutnya, kita hitung untuk R2. R2 ini sama persis kondisinya sama R1. Hambatannya m f R_2 = 10 ext{ Ohm}, dan arus yang mengalirinya m f I_2 = rac{V}{20} ext{ Ampere}. Waktunya juga m f t = 10 ext{ sekon}. Maka, kalor yang dilepaskan pada R2 adalah:
m f Q_2 = I_2^2 imes R_2 imes t m f Q_2 = ig( rac{V}{20}ig)^2 imes 10 ext{ Ohm} imes 10 ext{ sekon} m f Q_2 = rac{V^2}{400} imes 100 m f Q_2 = rac{V^2}{4} ext{ Joule}
Sama seperti R1, kalor yang dilepaskan pada R2 juga V²/4 Joule. Ini logis banget, guys, karena R1 dan R2 identik dan menerima arus yang sama.
Kalor yang Dilepaskan pada R3
Terakhir, kita hitung untuk R3. Hambatan R3 ini m f R_3 = 5 ext{ Ohm}. Arus yang mengalir di R3 itu sama dengan arus total rangkaian, yaitu m f I_3 = I_{total} = rac{V}{10} ext{ Ampere}. Waktunya juga m f t = 10 ext{ sekon}. Maka, kalor yang dilepaskan pada R3 adalah:
m f Q_3 = I_3^2 imes R_3 imes t m f Q_3 = ig( rac{V}{10}ig)^2 imes 5 ext{ Ohm} imes 10 ext{ sekon} m f Q_3 = rac{V^2}{100} imes 50 m f Q_3 = rac{50V^2}{100} m f Q_3 = rac{V^2}{2} ext{ Joule}
Nah, jadi kalor yang dilepaskan pada R3 adalah V²/2 Joule. Kalau kita bandingin, kalor yang dilepaskan R3 itu dua kali lipat dari kalor yang dilepaskan R1 atau R2. Ini juga masuk akal, karena arus yang lewat di R3 lebih besar (dua kali lipat dari arus di R1/R2) dan hambatannya lebih kecil, tapi efek kuadrat arus ini lebih dominan.
Kesimpulan
Jadi, kesimpulannya, guys, kalor yang dilepaskan pada masing-masing hambatan selama 10 sekon adalah:
- Kalor pada R1 (Q1): V²/4 Joule
- Kalor pada R2 (Q2): V²/4 Joule
- Kalor pada R3 (Q3): V²/2 Joule
Perlu diingat lagi ya, hasil ini masih dalam bentuk V (tegangan sumber). Kalau di soal aslinya ada nilai tegangannya, tinggal kamu substitusikan aja nilai V itu ke dalam rumus-rumus di atas. Misalnya, kalau tegangannya 10 Volt, maka Q1 = Q2 = (10²/4) = 25 Joule, dan Q3 = (10²/2) = 50 Joule. Lumayan banget kan, bisa ngitung detailnya kayak gini?
Belajar fisika itu memang butuh ketelitian dan pemahaman konsep yang kuat, terutama soal rangkaian listrik. Dengan memecah masalah jadi bagian-bagian kecil dan memahami setiap langkah perhitungannya, semua jadi terasa lebih mudah. Semoga artikel ini bisa membantu kalian yang lagi belajar tentang kalor pada rangkaian listrik ya! Kalau ada pertanyaan atau mau diskusiin soal lain, jangan ragu buat komen di bawah! Sampai jumpa di artikel fisika selanjutnya, guys!