Dalam mempelajari tentang arus listrik searah, pasti akan berkaitan dengan Gaya Gerak Listrik (GGL) dan tegangan jepit. Keduanya mempunyai satuan yang sama, yakni “Volt” dan menjadi satuan dari beda potensial listrik.
Artikel ini akan membahas mengenai GGL dan tegangan jepit secara lebih detail mulai dari perbedaan hingga rumusnya. Perlu diketahui bahwa GGL merupakan beda potensial antara ujung sumber tegangan dalam rangkaian terbuka atau ketika tidak mengalirkan arus listrik.
Sedangkan tegangan jepit merupakan beda potensial antara ujung sumber tegangan dalam rangkaian tertutup atau ketika mengalirkan arus listrik. Untuk lebih lengkapnya, simak pembahasan berikut ini.
Perbedaan Gaya Gerak Listrik (GGL) dan Tegangan Jepit
Gaya gerak listrik adalah beda potensial antara dua kutub atau ujung penghantar yang terdapat pada suatu sumber listrik ketika belum dialiri arus listrik atau dalam sebuah rangkaian terbuka. Besarnya tegangan GGL ini disimbolkan dengan E.
GGL listrik terjadi apabila sumber listrik itu belum dialirkan ke dalam rangkaian listrik serta belum menghasilkan arus listrik. Contohnya saat sebuah baterai tidak terhubung dengan rangkaian apapun.
Sedangkan tegangan jepit adalah beda potensial antara dua kutub atau ujung penghantar yang terdapat pada suatu sumber listrik saat dialiri arus listrik atau dalam sebuah rangkaian tertutup. Besarnya tegangan jepit disimbolkan dengan V.
Tegangan jepit ini diperoleh ketika sumber listrik, baik itu generator atau baterai telah dialirkan ke dalam rangkaian listrik sera menghasilkan arus listrik. Contohnya saat baterai mengalirkan arus listrik ke suatu rangkaian listrik.
Jadi, perbedaan antara Gaya Gerak Listrik (GGL) dan tegangan jepit yaitu bahwa tegangan GGL lebih besar dibanding dengan tegangan jepit.
Rumus Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit
Untuk mengetahui beda potensial dalam suatu rangkaian listrik tertutup, maka dapat memakai rumus tegangan jepit berikut:
V = I x R
Keterangan:
V = tegangan jepit
I = arus listrik yang mengalir
R = nilai tahanan pada suatu rangkaian
Namun, ketika ingin mengetahui beda potensial dalam suatu rangkaian terbuka atau ketika belum dialiri arus listrik, maka dapat memakai rumus Gaya Gerak Listrik (GGL) berikut:
E = I x (r + R)
Keterangan:
E = gaya gerak listrik
I = arus listrik yang mengalir
r = besar hambatan dari sumber tegangan
R = nilai tahanan dari suatu rangkaian
Contoh Soal
Agar lebih jelas, berikut beberapa contoh soal mengenai cara menghitung GGL dan tegangan jepit lengkap dengan pembahasannya.
Contoh Soal 1
Suatu sumber listrik memiliki GGL dengan nilai hambatan (r) yaitu 0,5 ohm. Kemudian dialirkan pada rangkaian tertutup mengalir melewati suatu resistor (R) dengan nilai tahanan sebesar 5 ohm serta menghasilkan arus listrik 3 Ampere. Hitung besarnya tegangan GGL dan juga tegangan jepitnya!
Diketahui:
I = 3 Ampere; r = 0,5 ohm; R = 5 ohm
Ditanya:
Berapa besarnya tegangan GGL dan juga tegangan jepitnya?
Jawab:
Untuk menghitung GGL, maka memakai rumus berikut
E = I x (r +R)
= 3 x (0,5 + 5)
= 3 x 5,5
= 16,5 Volt
Jadi, besarnya GGL saat sumber listrik belum dialiri arus listrik sebesar 16,5 Volt.
Sedangkan untuk menghitung tegangan jepit, maka memakai rumus berikut:
V = I x R
= 3 x 5
= 15 Volt
Jadi, besarnya tegangan jepit saat sumber listrik dialiri arus sebesar 15 Volt.
Contoh Soal 2
Sebuah baterai memiliki GGL = 8 Volt. Apabila kedua kutub baterai dihubungkan dengan kawat yang tidak memiliki hambatan, maka dalam baterai akan mengalir arus listrik sebesar 4 A. Hitung berapa hambatan dalam baterai dan berapakah tegangan jepit dalam baterai apabila dihubungkan dengan hambatan luar R = 5 ohm!
Diketahui:
E = 8 Volt; I = 4 A; dan R = 5 ohm
Ditanya: berapa besarnya hambatan dalam baterai dan besarnya tegangan jepit?
Jawab:
Dikarenakan hambatan luar sama dengan 0, maka kuat arus (I) hanya dibatasi oleh hambatan dalam. Untuk mengetahui besarnya hambatan dalam baterai, maka gunakan rumus berikut.
r = E / I
= 8/4
= 2 ohm
Jadi, besarnya hambatan dalam baterai yaitu 2 ohm.
Untuk menghitung besarnya tegangan jepit dengan hambatan luar sebesar 5 ohm, maka terlebih dahulu cari kuat arus listrik yang mengalir mengunakan rumus berikut.
I = E/(r + R)
= 8/(2 + 5)
= 8/7
= 1,14 A
Setelah itu, untuk mencari tegangan jepit, gunakan rumus berikut.
Vjepit = I x R
= 1,14 x 5
= 5,7 Volt
Jadi, besarnya tegangan jepit yaitu sebesar 5,7 Volt.
Contoh Soal 3
Sebuah aki mempunyai GGL sebesar 5,5 Volt. Apabila aki itu sedang diisi menggunakan arus sebesar 10 A dan tegangan jepitnya sebesar 6 Volt, hitung nilai hambatan dalam aki!
Diketahui:
Vjepit = 6 Volt; E = 5,5 Volt; I = 10 A
Ditanya:
Hitung nilai hambatan dalam aki!
Jawab:
Untuk menghitung hambatan dalam, terlebih dahulu hitung hambatan luar (R) menggunakan rumus berikut.
Vjepit = I x R
6 = 10 x R
R = 0,6 ohm
Setelah itu, hitung hambatan dalamnya menggunakan rumus berikut.
V = E – (I x r)
6 = 5,5 – (10 x r)
r = 0,05 ohm
Jadi, nilai hambatan dalam aki yaitu sebesar 0,05 ohm.
Contoh Soal 4
Sebuah aki memiliki GGL sebesar 5,6 Volt. Apabila aki tersebut diisi menggunakan arus sebesar 10 Ampere dan tegangan jepitnya sebesar 6,8 Volt, hitung besarnya hambatan dalam aki!
Diketahui:
E = 5,6 Volt; I = 10 A; dan Vjepit = 6,8 Volt
Ditanya:
Berapa besarnya hambatan dalam aki?
Jawab:
Untuk menghitung besarnya hambatan dalam aki, maka terlebih dahulu cari besarnya nilai hambatan luar menggunakan rumus berikut.
Vjepit = I x R
6,8 = 10 x R
R = 0,68 ohm
Setelah itu, hitung hambatan dalamnya menggunakan rumus berikut.
V = E – (I x r)
6,8 = 5,6 – (10 x r)
r = 0,12 ohm
Jadi, besarnya hambatan dalam aki tersebut yaitu 0,12 ohm.
Contoh Soal 5
Suatu komponen mempunyai GGL = 1,2 Volt dan hambatan dalam sebesar 1 ohm. Hitung kuat arus jika kedua kutub dihubungkan melalui sepotong kawat penghantar dengan hambatan 59 ohm!
Diketahui:
E = 1,2 Volt; r = 1 ohm; R = 59 ohm
Ditanya:
Berapa kuat arusnya?
Jawab:
Untuk menghitung kuat arus gunakan rumus berikut.
I = E / (R + r)
= 1,2 / (59 + 1)
= 0,02 ohm
Jadi, besarnya kuat arus dari komponen tersebut yaitu 0,02 ohm.
Gaya Gerak Listrik (GGL) dan tegangan jepit berhubungan dengan arus. Perbedaan keduanya yaitu GGL merupakan beda potensial di antara kedua kutub sumber listrik sebelum dialiri arus listrik. Sedangkan tegangan jepit merupakan tegangan yang terjadi saat rangkaian sudah dialiri arus.
