Hai sobat, selamat bertemu kembali dengan RumusHitung. Kali rumushitung akan mengajak sobat untuk membahas materi tentang Hukum Ohm beserta rumusnya. Yuk, kita mulai pembahasannya.
Definisi Hukum Ohm
Hukum Ohm adalah hubungan antara arus listrik dan beda potensial. Arus yang mengalir melalui sebagian besar konduktor berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan padanya. George Simon Ohm, fisikawan Jerman adalah orang pertama yang memverifikasi hukum Ohm secara eksperimental.
[gambar]
Salah satu yang paling dasar dan penting dari rangkaian listrik adalah hukum Ohm. Hukum ini dapat dinyatakan sebagai tegangan yang melintasi sebuah konduktor berbanding lurus dengan arus yang mengalir melaluinya, asalkan semua kondisi fisik dan suhu tetap konstan.
Rumus Hukum Ohm Beserta Keterangannya
Dibawah ini akan dijelaskan mengenai rumus persamaan hukum ohm dan hubungannya dengan tegangan dan arus.
Secara matematis, hubungan tegangan dan arus ini dapat ditulis sebagai,
V = I . R
Keterangan :
V = tegangan (V)
I = Kuat arus (A)
R = hambatan atau resistansi (Ohm atau Ω)
Dalam persamaan tersebut, konstanta proporsionalitas R adalah Resistansi dan memiliki satuan ohm, dengan simbol Ω (ohm).
Rumus yang sama dapat ditulis ulang untuk menghitung arus dan hambatan masing-masing sebagai berikut :
I = V / R
R = V / I
Hukum Ohm hanya berlaku jika suhu yang disediakan dan faktor fisik lainnya dalam keadaan konstan. Pada komponen tertentu, peningkatan arus akan menaikkan suhu. Contohnya adalah filamen bola lampu, di mana suhu naik seiring dengan kenaikan arus. Dalam hal ini, hukum Ohm tidak dapat diterapkan.
Pernyataan :
Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan yang melintasi sebuah konduktor berbanding lurus dengan arus yang mengalir melaluinya, asalkan semua kondisi fisik dan suhu, tetap konstan.
Persamaan :
Rumus V = I R, dimana V adalah tegangan yang melintasi konduktor, I adalah arus yang mengalir melalui konduktor dan R adalah resistansi atau hambatan yang diberikan oleh konduktor terhadap aliran arus.
Hubungan Antara Tegangan, Arus dan Hambatan
Menganalisis baris 1,2 dan 3, kami memahami bahwa menggandakan dan melipatgandakan tegangan menyebabkan penggandaan dan tiga kali lipat arus di sirkuit. Demikian juga, ketika kita membandingkan baris 1 dan 4 dan baris 2 dan 5, kita memahami bahwa menggandakan resistansi total berfungsi untuk membagi setengah arus di rangkaian.
Analogi Pipa Air
Hukum Ohm menggambarkan aliran arus yang melalui resistansi ketika potensial listrik (tegangan) yang berbeda diterapkan di setiap ujung resistansi. Karena kita tidak dapat melihat elektron, analogi pipa air membantu kita memahami sirkuit listrik dengan lebih baik. Air yang mengalir melalui pipa merupakan sistem mekanik yang baik yang dianalogikan dengan rangkaian listrik.
Di sini, tegangan dianalogikan dengan tekanan air, arus adalah jumlah air yang mengalir melalui pipa, dan tahanan adalah ukuran pipa. Lebih banyak air akan mengalir melalui pipa (arus) ketika lebih banyak tekanan diterapkan (tegangan) dan semakin besar pipa, (turunkan resistansi).
Verifikasi Eksperimental
Hukum Ohm dapat dengan mudah diverifikasi dengan eksperimen berikut :
Apartemen diperlukan :
- Penghambat
- Pengukur amper
- Voltmeter
- Baterai
- Pasang Kunci
- Rheostat
Rangkaian arus listrik :
Tahapan :
- Awalnya, kunci K ditutup dan rheostat disetel untuk mendapatkan pembacaan minimum pada Amperemeter dan voltmeter.
- Arus di sirkuit ditingkatkan secara bertahap dengan menggerakkan terminal geser rheostat. Selama proses, arus yang mengalir di sirkuit dan nilai beda potensial yang sesuai di kabel resistansi R dicatat.
- Dengan cara ini, rangkaian nilai tegangan dan arus yang berbeda diperoleh.
- Untuk setiap kumpulan nilai V dan I, rasio V / I dihitung.
- Saat Anda menghitung rasio V / I untuk setiap kasus, Anda akan melihat bahwa rasio ini hampir sama. Jadi V / I = R, yang merupakan konstanta.
- Plot grafik arus terhadap beda potensial, itu akan menjadi garis lurus. Ini menunjukkan bahwa arus sebanding dengan beda potensial.
Rumus Hukum Ohm Bentuk Segitiga
Anda dapat menggunakan hukum ohm dengan bentuk segitiga untuk mengingat persamaan berbeda yang digunakan dalam menyelesaikan variabel berbeda (V, I, R).
Jika nilai tegangan ditanyakan dan nilai arus serta resistansi diberikan, maka untuk menghitung tegangan cukup tutup V di bagian atas. Jadi, kita tertinggal dengan I dan R atau I x R. Jadi, persamaan untuk Tegangan adalah Arus dikalikan dengan Hambatan. Berikut ini adalah contoh bagaimana cara ini digunakan untuk menentukan tegangan menggunakan hukum ohm.
Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh 1 : Jika resistansi setrika listrik adalah 50 Ω dan arus 3,2 A mengalir melalui resistansi. Tentukan tegangan antara dua titik.
Jawaban :
Jika kita diminta menghitung nilai tegangan dengan nilai arus dan tahanan yang diberikan kepada kita, maka tutupi V pada segitiga tersebut. Sekarang, kita memiliki I dan R atau lebih tepatnya I × R.
Oleh karena itu, kami menggunakan rumus berikut untuk menghitung nilai V :
V = I × R
Substitusikan nilai-nilai dalam persamaan, diperoleh :
V = 3,2 × 50 = 160 V.
Jadi, tegangannya adalah 160 V.
Contoh 2 : Sumber EMF 8,0 V disambungkan ke alat listrik resistif murni (bola lampu). Arus listrik 2,0 A mengalir melaluinya. Pertimbangkan kabel konduksi agar bebas hambatan. Hitung hambatan yang ditawarkan alat listrik.
Jawaban :
Ketika kita diminta untuk mengetahui nilai resistansi saat nilai tegangan dan arus diberikan, maka kita tutupi R dalam segitiga. Ini menyisakan kita hanya dengan V dan I, lebih tepatnya V / I.
Mengganti nilai-nilai dalam persamaan, kita dapatkan
R = V / I
R = 8 / 2 = 4 Ω
Jadi, hambatannya adalah 4 Ω
Menghitung Daya Listrik
Tingkat di mana energi diubah dari energi listrik dari muatan bergerak ke beberapa bentuk energi lain seperti energi mekanik, panas, medan magnet atau energi yang tersimpan dalam medan listrik, dikenal sebagai tenaga listrik. Satuan daya adalah watt. Daya listrik juga dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm.
Rumus Menentukan Daya
Ketika nilai tegangan dan arus diberikan,
P = V . I
Ketika nilai tegangan dan resistansi (hambatan) diberikan,
P = V2 / R
Ketika nilai arus dan hambatan diberikan,
P = I2 . R
Rumus Daya Bentuk Segitiga
Rumus daya dengan cara segitiga dapat digunakan untuk menentukan nilai daya listrik, tegangan, dan arus ketika nilai dari dua parameter lainnya diberikan kepada kita. Dalam segitiga daya, daya (P) ada di atas dan arus (I) serta tegangan (V) ada di bawah.
Ketika nilai arus dan tegangan diberikan, rumus untuk mencari daya adalah :
P = V . I
Ketika nilai daya dan tegangan diberikan, rumus untuk mencari arus adalah :
I = P / V
Ketika nilai daya dan arus diberikan, rumus untuk mencari tegangan adalah,
V = P / I
Diagram Lingkaran Hukum Ohm
Untuk lebih memahami hubungan antara berbagai parameter, kita dapat mengambil semua persamaan yang digunakan untuk menemukan tegangan, arus, hambatan dan daya, dan memadatkannya menjadi diagram lingkaran Hukum Ohm sederhana seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Tabel Matriks Hukum Ohm
Selain dalam bentuk diagram lingkaran, bisa juga dengan meringkas rumus persamaan Hukum Ohm individu ke dalam tabel matriks sederhana, seperti yang ditunjukkan di bawah ini untuk referensi mudah saat menghitung nilai yang tidak diketahui.
Aplikasi Hukum Ohm
Aplikasi utama hukum Ohm adalah :
- Untuk menentukan tegangan, hambatan atau arus dari suatu rangkaian listrik.
- Digunakan untuk mempertahankan penurunan tegangan yang diinginkan di seluruh komponen elektronik.
Batasan Hukum Ohm
Berikut adalah batasan hukum Ohm :
- Hukum ini tidak berlaku untuk elemen listrik unilateral seperti dioda dan transistor karena memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah.
- Untuk elemen listrik non-linier dengan parameter seperti kapasitansi, resistansi, dll, tegangan dan arus tidak akan konstan sehubungan dengan waktu sehingga sulit untuk menggunakan hukum Ohm.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa yang dinyatakan dalam hukum Ohm?
Hukum Ohm dapat dinyatakan sebagai arus yang melalui konduktor antara dua titik berbanding lurus dengan tegangan yang melintasi dua titik tersebut.
Hukum Ohm dapat digunakan untuk apa?
Dapat digunakan untuk memvalidasi nilai statis komponen rangkaian seperti level arus, suplai tegangan, dan penurunan tegangan.
Apakah Hukum Ohm Universal?
Tidak. Hukum Ohm bukanlah universal karena hanya berlaku untuk konduktor ohmik seperti besi dan tembaga tetapi tidak berlaku untuk konduktor non-ohmik seperti semikonduktor.
Mengapa hukum Ohm tidak berlaku untuk semikonduktor?
Hukum Ohm tidak berlaku untuk perangkat semikonduktor karena hanya berlaku untuk perangkat nonlinier. Artinya rasio tegangan terhadap arus tidak konstan untuk variasi tegangan.