hukum ohm Posted on September 26, 2010 BAB I PENDAHULUAN Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa. Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan. Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm. Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum. Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan. Kadang kalanya kita ingin mengetahui berapa tegangan, kuat arus, dan nilai hambatan suatu rangkaian. Dalam hal ini pengukuran sangat perlu. Kita dapat menggunakan alat-alat pengukur pada rangkaian listrik seperti voltmeter untuk mengukur tegangan, amperemeter untuk mengukur besar kuat arus suatu rangkaian, serta ohmmeter untuk mengukur hambatan. Untuk mengetahui nilai resistansi (hambatan) suatu resistor, kita dapat mngukur dali gelang warna yang terdapat pada badan resistor, mengukurnya secara langsung, maupun menggunakan suatu rangkaian tertutup yang terdiri dari voltmeter dan ammeter. Untuk itu pada kesempatan ini, kelompok kami membuat makalah dengan judul “Hukum Ohm”. Namun pada makalah ini tidak hanya dibahas mengenai hokum ohm saja, tetapi juga masalah lainnya juga masalah pengukuran pada rangkaian listrik karena kami rasa hal tersebut cukup penting. Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah 1. memahami apa kah arus listrik itu;
2. memahami apakah tegangan listrik itu; 3. memahami apakah hambatan listrik itu; 4. memahami bunyi hokum Ohm dan prinsipnya; dan 5. mengetahui cara mengukur besaran-besaran listrik seperti kuat arus, tegangan, dan hambatan listrik. BAB II PEMBAHASAN A. Arus Listrik Arus listrik adalah gerakan atau muatan arus listrik. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena muatan positif yang bergerak ataupun karena muatan negative yang bergerak. Arah arus listrik adalah arah aliran muatan positif. Besar kuat arus adalah I=Q T Di mana : I = kuat arus (Ampere) Q = muatan listrik (Coulomb) T = waktu (detik) B. Tegangan Listrik Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Besarnya suatu tegangan listrik adalah V= I .R Di mana : V = tegangan listrik (volt) I = kuat arus (ampere) R = hambatan (ohm) C. Hambatan Listrik Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: R=V I di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R). Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya. Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat diboroskan.
Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, resistor harus cukup besar secara fisik agar tidak menjadi terlalu panas saat memboroskan daya. Hambatan listrik (R) juga dipengaaruhi oleh pengaruh panjang penghantar (l), luas penampang (A), dan hambat jenis (p). R = pl/A Resistor aksial biasanya menggunakan pola pita warna untuk menunjukkan resistansi. Resistor pasang-permukaan ditandas secara numerik jika cukup besar untuk dapat ditandai, biasanya resistor ukuran kecil yang sekarang digunakan terlalu kecil untuk dapat ditandai. Kemasan biasanya cokelat muda, cokelat, biru, atau hijau, walaupun begitu warna lain juga mungkin, seperti merah tua atau abu-abu. Resistor awal abad ke-20 biasanya tidak diisolasi, dan dicelupkan ke cat untuk menutupi seluruh badan untuk pengkodean warna. Warna kedua diberikan pada salah satu ujung, dan sebuah titik (atau pita) warna di tengah memberikan digit ketiga. Aturannya adalah “badan, ujung, titik” memberikan urutan dua digit resistansi dan pengali desimal. Toleransi dasarnya adalah ±20%. Resistor dengan toleransi yang lebih rapat menggunakan warna perak (±10%) atau emas (±5%) pada ujung lainnya. Identifikasi empat pita adalah skema kode warna yang paling sering digunakan. Ini terdiri dari empat pita warna yang dicetak mengelilingi badan resistor. Dua pita pertama merupakan informasi dua digit harga resistansi, pita ketiga merupakan pengali (jumlah nol yang ditambahkan setelah dua digit resistansi) dan pita keempat merupakan toleransi harga resistansi. Kadang-kadang pita kelima menunjukkan koefisien suhu, tetapi ini harus dibedakan dengan sistem lima warna sejati yang menggunakan tiga digit resistansi. Identifikasi lima pita digunakan pada resistor presisi (toleransi 1%, 0.5%, 0.25%, 0.1%), untuk memberikan harga resistansi ketiga. Tiga pita pertama menunjukkan harga resistansi, pita keempat adalah pengali, dan yang kelima adalah toleransi. Resistor lima pita dengan pita keempat berwarna emas atau perak kadang-kadang diabaikan, biasanya pada resistor lawas atau penggunaan khusus. Pita keempat adalah toleransi dan yang kelima adalah koefisien suhu. Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator. Bagaimana prinsip konduksi, dijelaskan pada artikel tentang semikonduktor. Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon . Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol W (Omega). Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut. Table gelang warna resistor Warna Angka ke-1 Angka ke-2 Faktor perkalian Toleransi
Hitam 0 1 Coklat 1 1 10 Merah 2 2 100 Oranye 3 3 1000 2% Kuning 4 4 10000 Hijau 5 5 100000 Biru 6 6 1000000 Ungu 7 7 10000000 Abu-abu 8 8 100000000 Putih 9 9 1000000000 Emas 0,1 5% Perak 0.01 10% Tanpa warna 20% Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya. Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya. Misalnya resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%. Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100W5W. Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi:
1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. 2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB). 3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin. 4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. D. Hukum Ohm Untuk menghasilkan arus listrik dalam satu rangkaian diperlukan suatu beda potensial. Adalah George Simon Ohm (1787 – 1854) yang pertama kali secara eksperimen menunjukkan bahwa arus listrik dalam kawat logam (I) sebanding dengan beda potensiall atau tegangan (V) yang diberikan pada kedua ujungnya. I sebanding V (1) Secara tepat berapa besarnya arus yang mengalir dalam kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan oleh kawat terhadap aliran elektron. Mengambil analogi dengan aliran air, dinding pipa, pinggir sungai dan batu di tengahnya memberikan hambatan terhadap aliran air. Hal yang serupa, elektron diperlambat oleh interaksi dengan atom dalam kawat. Hambatan yang lebih tinggi akan mengurangi arus listrik untuk suatu tegangan tertentu. Sehingga hambatan dapat didefinisikan sebagai suatu besaran yang berbanding terbalik dengan arus. I = (2) Di mana R adalah hambatan dari kawat atau komponen elektronik lainnya, V adalah beda potensial yang melewati komponen dan I adalah arus yang mengalir melalui komponen tersebut. Persamaan (2) dapat ditulis sebagai berikut : V = IR (3) Persamaan (3) dikenal sebagai Hukum Ohm. Banyak Fisikawan mengatakan bahwa persamaan (3) bukanlah suatu hukum melainkan hanya definisi untuk hambatan. Jika kita menyatakan Hukum Ohm, cukup dengan mengatakan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan tegangan yang diberikan. Karenanya hambatan (R) dari suatu bahan atau komponen adalah konstan, tidak tergantung pada tegangan. Tetapi persamaan (3) tidak berlaku umum untuk bahan dan komponen lain seperti diode, tabung vakum, transistor, dan lain-lain. Karenanya Hukum Ohm bukanlah hukum fundamental, tetapi merupakan deskripsi dari suatu kelompok material tertentu (konduktor logam). Bunyi Hukum Ohm : “ Kuat arus yang melalui suatu penghantar adalah sebanding dengan beda potensial antara ujungujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.” George Ohm juga menyatakan dalilnya dalam bentuk rumus. Ini merupakan rumus dasar yang
digunakan untuk menghitung nilai listrik. Nilai tersebut bisa dihitung selama dua nilai lainnya diketahui. Rumus : I = E R Dimana I = Arus listrik diukur dalam ampere. E = Tekanan listrik diukur dalam Volt. R = Hambatan/Tahanan diukur dalam Ohm. Untuk menentukan tegangan jika arus dan tahanan diketahui, kita ubah rumus sebelumnya. E=IxR Juga bisa diubah untuk menentukan tahanan jika arus dan tegangan diketahui. R=E I Cara yang mudah untuk mengingat dasar Hukum Ohm yaitu mengingat lingkaran kecil yang ditunjukkan pada diagram dibawah ini. Jika anda mengetahui adanya dua nilai dalam sirkuit, anda dapat menentukan salah satu yang hilang dengan menggunakan rusmus Hukum Ohm dan berikut prosedurnya. 1. Tutuplah hruf yang tidak diketahui nilainya. 2. Gantilah huruf sisanya dengan nilai yang sudah diketahui 3. Pecahkan nilai yang hilang dengan menggunakan Rumus Hukum Ohm. E. Mengukur Besaran Listrik Voltmeter Volmeter digunakan untuk mengukur tegangan (tekanan listrik) antara dua titik dalam sirkuit listrik. Voltmeter bisa digunakan untuk mengukur tingkat tegangan yang ada dalam batterei. Voltmeter juga digunakan untuk mengukur turunnya tegangan dalam sirkuit. Diagram 12. Voltmeter dihubungkan parallel dengan sirkuit yaitu positif ke positif, negatif ke negatif. Skala Voltmeter Voltmeter digunakan untuk test otomotif yang mempunyai skala yang menunjukkan lebih dari satu tingkat tegangan. Diagram 13. Sambungan Voltmeter Mengukur Tegangan Jika nilainya tidak diketahui, pilihlah nilai tertinggi pada saklar putar. Hal ini akan mencegah rusaknya meter tersebut. Hubungkan Voltmeter positif (+) (merah) pada batterei positif (+) dan negatif (-) (hitam) pada negatif (-) batterei. Tempatkan skala yang sesuai: (Skala 0 – 20) (Skala 0 – 50)
Sistem 12 Volt Sistem 24 Vol Ammeter Ammeter digunakan untuk mengukur aliran arus dalam sirkuit listrik. Ammeter dihubungkan seri dengan sirkuit. Putuskan sirkuit, kemudian sambung kembali dengan Ammeter. Penggunaan Ammeter Sirkuit yang akan ditest diatur dalam keadaan “OFF” (putuskan sirkuit dengan batterei atau pada hubungan dalam rangkaiannya). Atur saklar (knob) putar pada skala tertinggi. Hubungkan jarum penduga/probe positif + (merah) pada pada input +supply (sisi baterai) dan jarum penduga negatif – (hitam) pada sambungan input komponen. Nyalakan rangkaian beban dan perhatikan penyimpangan yang ditunjukkan oleh jarum meter. Jika pembacaan meter berada di bawah range, matikan rangkaian dan pindahkan saklar putar pada tingkat yang lebih kecil. Dengan demikian akan diperoleh hasil pembacaan yang lebih akurat. Hitung pembacaan meter dengan membaca skala range dan pembagian skala. Ohmmeter Ohmmeter digunakan untuk mengukur resistansi komponen atau rangkaian. Ohmmeter juga dapat dipergunakan untuk mengetes saklar, kabel dan sekering untuk mengetahui apakah terputus serta rangkaian terbuka. Perubahan skala tidaklah linier. Catatan : Ke arah kanan perubahan hanya menandakan 1 satuan (terhadap nilai yang ditunjukkan oleh saklar putar) Ke arah kiri perubahan menunjukkan nilai yang lebih besar dari 100 atau 1000 kali. Diagram 14. Ohmmeter Ohmmeter harus memiliki sendiri baterai karena ohmmeter mengukur resistansi dengan mengalirkan arus melalui resistor. Oleh karena itu pada saat mengetes sebuah komponen atau rangkaian dengan menggunakan ohmmeter, sumber power supply harus diputus. Ohmmeter mempunyai skala range yang menunjukkan lebih dari satu range nilai tahanan. Untuk menghitung resistansi, pembacaan pada skala dikalikan dengan nilai saklar putar yang dipilih. BAB III PENUTUP A. Simpulan Dari penjelasan-peenjelasan yang ada pada makalah ini maka simpulan yang dapat diambil
adalah sebagi berikut : 1. Arus listrik adalah gerakan atau muatan arus listrik. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Besar kuat arus adalah I=Q T Dimana I adalah kuat arus, Q adalah muatan listrik, dan T adalah waktu. Satuan kuat arus adalah ampere. 2. Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besar tegangan suatu listrik : V= I .R Di mana : V = tegangan listrik (volt) I = kuat arus (ampere) R = hambatan (ohm) 3. Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: R=V I di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R). 4. Bunyi Hukum Ohm : “ Kuat arus yang melalui suatu penghantar adalah sebanding dengan beda potensial antara ujungujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.” 5. Untuk mengukur kuat arus kita dapat menggunakan ammeter yang dihubungkan secara seri pada rangkaian. Untuk mengukur tegangan/beda potensial kita dapat menngunakan voltmeter yang duhubungkan secara parallel pada rangkaian. Dan untuk mengukur hambata kita dapat menggunakan ohmmeter serta rangkaian tertututup yang terdiri dari voltmeter dan ammeter. B. Saran Saran yang dapat kami berikan adalah agar mahasiswa dapat belajar lebih jauh mengenai listrik dan rangkaiannya serta dapat menerapkan hokum ohm dalam kehidupan sehari-hari. Karena listrik sangat penting bagi kehidupan kita dan merupakan bagian dari kehidupan kita.
Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar Apr 16, 2012 ~ Leave a Comment ~ Written by Budiyanto Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar- Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik. Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa arus listrik sebanding dengan beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik yang diberikan, semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, semakin kecil beda potensial yang diberikan, semakin kecil arus listrik yang dihasilkan. Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial/tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik. Secara matematis ditulis sebagai berikut. R=V/I dengan: R = hambatan listrik (ohm;Ω ), V = tegangan atau beda potensial listrik (volt; V), dan I = kuat arus listrik (ampere; A). sering juga ditulis dalam bentuk V = IR …….. (8–4) dan dikenal sebagi hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω .
Gambar 5.5 Grafik kuat arus listrik I sebagai fungsi beda potensial V Gambar 5.5 di samping menunjukkan tentang grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V. Pada Gambar 5.5 jika suatu bahan penghantar menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V nya tidak membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen non-ohmik. Untuk bahan penghantar yang menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial Vnya membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen ohmik.
Hambatan Listrik Konduktor Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar. Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktorfaktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sebagai berikut. R = ρl/A dengan:R = hambatan listrik konduktor (Ω ), ρ = hambatan jenis konduktor (m), l = panjang konduktor (m), dan A = luas penampang konduktor (m2). Suatu kawat penghantar memiliki hambatan listrik R yang sering disebut juga resistensi. Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan A = ¼ πd2 sehingga Persamaan diatas dapat juga ditulis R = (4ρl) / (πd2) Persamaan ini menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar jarijari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil. Selain itu, Persamaan ini juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.
Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut. R=Ro (1+αΔt) …. (8–7) dengan: R = hambatan konduktor pada suhu t oC, R0 = hambatan konduktor pada suhu t0 oC, α = koefisien suhu hambatan jenis (/oC), dan Δt = t - t0 = selisih suhu (oC). Contoh soal 1. Sebuah bola lampu dengan hambatan dalam 20 Ω diberi tegangan listrik 6 V. (a) Tentukan arus yang mengalir melalui lampu tersebut. (b) Jika tegangannya dijadikan 12 V, berapakah arus yang melalui lampu tersebut sekarang? Jawab Diketahui: R = 20 Ω. a. ketika V = 6 V, arus pada lampu I = V / R = 6V/20Ω = 0,3 A b. ketika V = 12 V, arus pada lampu I = V / R = 12 V / 20Ω = 0,6 A Contoh ini menunjukkan bahwa, untuk hambatan tetap, ketika tegangan dijadikan dua kali semula (12 V = 2 kali 6 V), arus listrik yang mengalir menjadi dua kali semula (0,6 A = 2 kali 0,3 A). 2. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampangnya 5 cm2 memiliki hambatan 100Ω. Jika kawat tersebut memiliki panjang 4 m dan luas penampang 1,25 cm2, berapakah hambatannya? Jawab Diketahui: l1 = 2 m, A1 = 5 cm2, R1 = 100 Ω, l2 = 4 m, dan A2 = 1,25 cm2.
Soal ini lebih mudah diselesaikan dengan menggunakan metoda perbandingan. Dari persamaan R = ρl/A diperoleh: R1/R2 = (l2.A2) / (l1.A1) R2= (4m x 1,25 cm2)x100 / (2m x 5cm2) = 50Ω Jadi, hambatannya adalah 50 Ω. 3. Sebuah termometer hambatan terbuat dari platina (α = 3,92 × 10-3/C°). Pada suhu 20°C, hambatannya 50 Ω. Sewaktu dicelupkan ke dalam bejana berisi logam indium yang sedang melebur, hambatan termometer naik menjadi 76,8 Ω. Tentukan titik lebur indium tersebut. Jawab Diketahui: α = 3,92 × 10-3/C°, to = 20°C, Ro = 50 Ω, dan R = 76,8 Ω . R = R0 (1 +α Δt ) = R0 + R0 α Δt → R – R0 = R0 α Δt sehingga diperoleh Δt = (R – Ro) / (Roα) = (76,8 – 50)Ω / (50Ω )(3,920×10-3 /oC)= 136,7 oC Jadi, karena suhu awalnya 20°C, titik lebur indium adalah 136,7°C + 20°C = 156,7°C. 4. Suatu kawat penghantar dengan hambatan total sebesar 10 Ω. Kawat tersebut membawa arus sebesar 50 mA. Hitunglah perbedaan potensial antara kedua ujung kawat tersebut. Penyelesaian: Beda potensial antara kedua ujung kawat tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5.4) yaitu: V = R I = (10 Ω) (50 mA) = (10 Ω) (0,05 A) = 0,5 V 5. Suatu kawat nikrom (resistivitas 10-6 Ω.m) memiliki jari-jari 1,20 mm. Berapakah panjang kawat yang dibutuhkan untuk memperoleh resistansi 4,0 Ω? Penyelesaian: Luas penampang kawat ini adalah: A = πr2 = (3,14) (12 x 10-4m)2
= 4,5 x 10-6 m2 Dari persamaan kita dapatkan: L = (RA)/ρ = (4Ω)(4,5×10-6m2) / 10-6Ω = 18
Georg Simon Ohm (16 Maret 1789 – 6 Juli 1854) adalah seorang fisikawan Jerman yang banyak mengemukakan teori di bidang elektrisitas. Karyanya yang paling dikenal adalah teori mengenai hubungan antara aliran listrik, tegangan, dan tahanan konduktor di dalam sirkuit, yang umum disebut Hukum Ohm. Biografi Georg Ohm dilahirkan dari pasangan Johann Wolfgang Ohm, seorang tukang kunci, dan Maria Elizabeth Beck, seorang penjahit. Walaupun ayahnya hanya berprofesi sebagai tukang kunci, namun dia mampu memberikan anak-anaknya pendidikan yang tinggi melalui ajarannya sendiri. Sebenarnya Georg Ohm terlahir sebagai 7 bersaudara, namun hanya 3 yang bertahan melewati masa kecilnya, yaitu Georg, Martin (matematikawan terkenal), dan Elizabeth Barbara. Pada tahun 1805, Ohm masuk ke Universitas Erlangen namun keluar di semester ketiga dan kemudian pergi mengajar matematika di sekolah Gottstadt bei Nydaud, Swiss. Georg Ohm meninggalkan sekolah tersebut pada Maret 1809 untuk menjadi guru privat di Neuchâtel. Atas nasihat dari Karl Christian von Langsdorf, dia kembali melanjutkan studi di bidang matematika dan pada April 1811, dia kembali ke Universitas Erlangen. Pada 25 Oktober 1811, Ohm memperoleh gelar doktor di bidang matematika dari Erlangen dan bergabung sebagai staf dosen matematika. Menyadari bahwa pekerjaan tersebut tidak memiliki prospek yang baik dan uang yang diterima sedikit, maka dia meninggalkan pekerjaan tersebut dan menerima tawaran pemerintah Bavaria. Tawaran untuk mengajar sebagai guru matematika dan fisika di sebuah sekolah berkualitas rendah di Bamberg diterimanya pada Januari 1813. Dia juga bekerja sebagai penulis buku sekolah dasar tentang geometri, namun Ohm tidak merasa bahagia dengan pekerjaannya. Pada Februari 1816, sekolah tersebut ditutup dan pemerintah Bavaria mengirimnya ke sekolah yang penuh sesak di Bamberg untuk mengajar matematika. Pada 11 September 1817, Georg Ohm menerima tawaran mengajar matematika dan fisika di Gimnasium Jesuit, Cologne. Di tempat itu, dia mulai melakukan berbagai eksperimen hingga kepindahannya ke Berlin pada Maret 1928 karena antusiasme terhadap karyanya tidak terlalu baik.
Pada tahun 1833, Ohm mendapatkan pekerjaan dan gelar profesor dari salah satu universitas di Nüremberg. Meskipun demikian, universitas tersebut bukanlah yang dicita-citakan olehnya. Pengakuan dan penghargaan masyarakat terhadap karya-karya besar Ohm terlambat dia terima dan untuk mendapatkannya pun, dia harus berusaha susah payah dan dalam waktu yang lama. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh hubungannya yang tidak terlalu baik dengan beberapa tokoh berkuasa, seperti Johannes Schultz, tokoh berpengaruh dalam departemen pendidikan Berlin, dan Georg Friedrich Pohl, profesor fisika di kota tersebut. Royal Society memberikan penghargaan Medali Copley pada Ohm pada tahun 1841 dan setahun kemudian, dia menjadi anggota Royal Society. Akademi Berlin dan Turin juga memilih Ohm sebagai anggota, dan pada tahun 1845, ia menjadi anggota penuh Akademi Bavaria. Pada tahun 1849, Ohm mengambil jabatan di Munich sebagai kurator Akademi Bavaria dan mulai mengajar di Universitas Munich. Dua tahun sebelum kematiannya, dia berhasil meraih ambisinya menjadi ketua bidang studi fisika di Universitas Munich. Penemuan Naskah ilmiah yang pertama kali dipublikasikan oleh Ohm berisi tentang pemeriksaan penurunan gaya elektromagnetik yang dihasilkan oleh suatu kawat yang diperpanjang ukurannya. Naskah tersebut memperlihatkan hubungan matematis yang murni berdasarkan pada eksperimen yang dilakukannya. Setahun kemudian, pada 1826, Ohm mempublikasikan dua naskah ilmiah yang memberikan gambaran tentang konduksi model sirkuit yang didasarkan oleh studi Fourier tentang konduksi panas. Di dalamnya, dia juga mengajukan suatu teori untuk menerangkan tentang elektrisitas galvanik. Naskah kedua yang ditulisnya pada tahun tersebut memuat langkah awal dari teori komprehensif yang berperan untuk mendukung penerbitan bukunya yang terkenal berisi hukum Ohm (1827). Ketika sel elektrokimia baru ditemukan oleh Alessandro Volta, Omh menggunakannya untuk eksperimennya hingga menghasilkan hukum Ohm. Dengan bantuan peralatan yang dibuat sendiri, Ohm mengemukakan bahwa arus listrik yang mengalir melalui kawat sebanding dengan luas penampang dan berbanding terbalik dengan panjang kawat tersebut. Hukum Ohm tersebut dituliskannya dalam buku berjudul Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (1827).
