8. Hukum Ohm untuk Rangkaian tertutup
Suatu rangkaian arus yang sederhana, terdiri sebuah sumber tegangan, misalnya baterai dan sebuah penghantar yang hambatannya R yang menghubungkan kutub-kutub baterai tersebut.
A. Rangkaian Tertutup dengan Satu Sumber Tegangan
Di luar sumber tegangan, arus mengalir dari P ke Q melalui hambatan yang besarnya R ohm.
Di dalam sumber tegangan, arus mengalir dari Q ke P melalui hambatan yang besarnya r ohm. Hambatan r ini disebut hambatan dalam.
Kutub-kutub sumber tegangan sebelum mengalirkan arus disebut gaya gerak listrik (GGL) atau emf = electromotiveforce, sedangkan kutub-kutub sumber tegangan selama megalirkan arus disebut beda potensial atau tegangan jepit. Bila arus I mengalir melalui rangkaian di atas, maka hambatan seluruhnya yang dilewati arus listrik adalah R + r.
Kuat arus I yang mengalir dapat dituliskan sebagai berikut :
Pada setiap baterai, biasanya mengandung suatu hambatan karena kelajuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam baterai akan membatasi jumlah arus yang dapat dihasilkan. Jadi jika tidak ada arus yang mengalir, biasanya tidak ada penurunan tegangan, tapi jika ada arus yang mengalir pada elemen tersebut, maka tegangan antara kutub-kutubnya akan berkurang.
Tegangan jepit ialah beda potensial antara kutub-kutub sumber tegangan pada waktu sumber tegangan tersebut mengalirkan arus. Bisa juga diartikan, Tegangan jepit adalah beda potensial yang dapat ditemukan pada sumber tegangan antara kedua kutub positif dan negatif disaat sumber tegangan tersebut sudah terhubung antara kutub positif dan negatifnya terhadap tahanan dan sudah mengalirkan arus listrik.
Tegangan jepit pada gambar di atas ialah VPQ , dimana
Contoh tegangan jepit
Dapat kita ambil contoh dalam praktek pengukuran tegangan pada batu baterai, dimana batu baterai tersebut sudah terhubung dalam rangkaian tertutup yaitu dihubungkan ke sebuah beban misalnya lampu pijar. Maka beda potensial yang terjadi antara kutub positif dan negatif pada baterai tersebut dapat dikatakan sebagai tegangan jepit. Hal ini dapat dilihat pada saat tegangan di ukur, ternyata besarnya tidak sama dengan saat baterai tidak digunakan untuk menyalakan lampu pijar. Jika sebelumnya baterai tersebut memiliki tegangan 4,5 volt, maka pada saat sudah terhubung dengan rangkaian maka tegangan jepitnya sebesar 4,2 volt.
B. Rangkaian Tertutup dengan Beberapa Sumber Tegangan Disusun Seri
Beberapa sumber tegangan dapat dihubungkan secara seri, yaitu kutub positif sumber yang pertama dihubungkan dengan kutub negatif sumber yang berikutnya.
Bila ada n buah sumber tegangan yang tiap-tiap ggl nya adalah : volt dihubungkan secara seri, maka ggl seluruhnya adalah n x volt. Dan bila hambatan dalam masing-masing sumber adalah r, maka hambatan dalam seluruhnya sama dengan n x r ohm. Kalau n buah sumber tersebut dihubungkan oleh hambatan luar sebesar R, maka kuat arus yang mengalir sama dengan :
C. Rangkaian Tertutup dengan Beberapa Sumber Tegangan Disusun Paralel
Apabila n buah sumber tegangan tersebut dihubungkan secara paralel, maka ggl susunannya juga volt. (lihat gambar di samping ini dan apabila hambatan dalam tiap sumber = r ohm, maka hambatan dalam n sumber sama dengan
Sekarang bila kutub-kutub susunan tersebut dihubungkan oleh sebuah hambatan yang besarnya R, maka kuat arus yang mengalir adalah :
Untuk rangkaian parallel berlaku :
Untuk n sumber tegangan identik dengan ggl dan hambatan dalam tiap sumber tegangan adalah r, maka :
D. Rangkaian Tertutup dengan Beberapa Sumber Tegangan Disusun Campuran Seri dan Paralel
Bila beberapa elemen (n buah elemen) yang masing-masing mempunyai GGL e dan tahanan dalam r disusun secara seri, sedangkan berapa elemen (m buah elemen) yang terjadi karena hubungan seri tadi dihubungkan paralel lagi, maka kuat arus yang timbul adalah :
Gambar. Susunan Seri Parallel Sumber tegangan