Pengertian Tegangan, Arus, Hambatan, dan Hukum Ohm No ratings yet.

Diposting pada

Pengertian Tegangan, Pengertian Arus, Pengertian Hambatan, dan Hukum Ohm – Hukum Ohm ini akan kita pelajari di mata pelajaran fisika, selain hukum ohm konsep tegangan, arus, hambatan juga wajib kita pahami ah, MasterIPA akan menjelaskan dengan cukup rinci mengenai konsep tersebut.

Dasar-Dasar Kelistrikan

Ketika mulai menjelajahi dunia listrik dan elektronik, sangat penting untuk memulai dengan memahami dasar-dasar pengertian tegangan, arus, dan hambatan. Ini adalah tiga poin dasar yang diperlukan untuk memanipulasi dan memanfaatkan listrik. Pada awalnya, konsep-konsep ini bisa sulit dipahami karena kita tidak bisa “melihat” mereka.

Seseorang tidak dapat melihat dengan mata telanjang energi yang mengalir melalui kawat atau tegangan baterai yang ada di atas meja. Bahkan kilat di langit, meskipun terlihat, bukan benar-benar pertukaran energi yang terjadi dari awan ke bumi, tetapi merupakan reaksi di udara terhadap energi yang melewatinya. Untuk mendeteksi transfer energi ini, kita harus menggunakan alat pengukuran seperti multimeter, penganalisa spektrum, dan osiloskop untuk memvisualisasikan apa yang terjadi dengan muatan dalam suatu sistem.

teks lama

Georg Ohm

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.

Pada dasarnya, bunyi dari Hukum Ohm adalah :

“Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau Konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial / tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)”

Tercakup dalam Artikel ini

  • Bagaimana muatan listrik berhubungan dengan tegangan, arus, dan hambatan
  • Apa itu tegangan, arus, dan resistansi.
  • Bagaimana Hukum Ohm itu dan bagaimana menggunakannya untuk memahami listrik.
  • Eksperimen sederhana untuk menunjukkan konsep-konsep ini.

Muatan listrik

Listrik adalah pergerakan elektron. Elektron menciptakan muatan, yang dapat kita manfaatkan untuk melakukan pekerjaan. Bola lampu Anda, HP, telepon Anda, dll., semuanya memanfaatkan pergerakan elektron untuk bisa berfungsi. Mereka semua beroperasi menggunakan sumber daya dasar yang sama: pergerakan elektron.

Mari kita lihat pengertian tegangan, arus dan hambatan secara singkat di bawah ini”

  • Tegangan atau Gaya Gerak Listrik (GGL) sering disebut juga electromotive force (emf) adalah perbedaaan potensial antara dua buah titik dalam suatu rangkaian listrik. Tegangan listrik atau voltage memiliki satuan yaitu Volt (V). Besaran ini digunakan untuk mengukur energi potensil sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam suatu konduktor.
  • Arus listrik atau Electric Current sering didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu penghantar listrik tiap satuan waktu. Arus listrik memiliki satuan (Coulomb/detik) sering ditulis I dalam rumus persamaan listrik. Arus listrik termasuk satu dari tujuh satuan pokok dalam Satuan Internasional (SI). Satuan Internasional untuk sebuah arus listrik adalah Ampere (A).
  • Hambatan listrik atau resistansi adalah perbandingan antara tegangan listrik dengan arus listrik yang mengalir pada suatu komponen elektronika. Hambatan listrik memiliki satuan ohm (Ω) yang berarti Omega dalam penulisan abjad latin. Pada hambatan listrik satuan ohm diambil dari nama Georg Simon Ohm seorang fisikawan yang berasal dari Jerman.
Baca:  Pengertian Termometer dan Jenis-Jenis Termometer

Jadi, ketika kita berbicara tentang nilai-nilai ini, kita menggambarkan pergerakan muatan, dan dengan demikian, perilaku elektron. Sirkuit adalah loop tertutup memungkinkan muatan bergerak dari satu tempat ke tempat lain. Komponen dalam sirkuit memungkinkan kita mengontrol muatan ini.

Georg Ohm adalah seorang ilmuwan Bavaria yang mempelajari listrik. Ohm dimulai dengan menggambarkan unit resistansi yang ditentukan oleh arus dan tegangan. Jadi, mari kita mulai dengan pengertian tegangan

Pengertian Tegangan

Kami mendefinisikan tegangan sebagai jumlah energi potensial antara dua titik pada suatu rangkaian. Satu titik memiliki muatan lebih dari yang lain. Perbedaan muatan antara kedua titik ini disebut tegangan. Ini diukur dalam volt, yang, secara teknis, adalah perbedaan energi potensial antara dua titik yang akan memberikan satu joule energi per coulomb muatan yang melewatinya. Unit “volt” dinamai sesuai dengan fisikawan Italia Alessandro Volta yang menemukan baterai kimia pertama. Tegangan direpresentasikan dalam persamaan dan skema oleh huruf “V“.

Ketika menggambarkan tegangan, arus, dan hambatan, analogi yang umum agar mudah dipahami adalah tangki air. Dalam analogi ini, muatan diwakili oleh jumlah air, tegangan diwakili oleh tekanan air, dan arus diwakili oleh aliran air. Jadi untuk analogi ini, ingat:

  • Air = Muatan
  • Tekanan = Tegangan
  • Aliran = Arus

Bayangkan sebuah tangki air pada ketinggian tertentu di atas tanah. Di bagian bawah tangki ini ada selang.

Tegangan seperti tekanan yang diciptakan oleh air.
Voltage = Tegangan (V)

Tekanan di ujung selang bisa mewakili tegangan. Air dalam tangki mewakili muatan. Semakin banyak air dalam tangki, semakin tinggi muatannya, dan semakin banyak tekanan diukur di ujung selang.

Kita dapat menganggap tangki ini sebagai baterai, tempat kita menyimpan sejumlah energi dan kemudian melepaskannya. Jika kita mengalirkan tangki kita dalam jumlah tertentu, tekanan yang dibuat di ujung selang turun. Kita dapat menganggap ini sebagai penurunan tegangan, seperti ketika senter menjadi redup karena tegangan baterainya habis. Ada juga penurunan jumlah air yang akan mengalir melalui selang. Semakin sedikit tekanan berarti semakin sedikit air yang mengalir, aliran ini berhubungan dengan arus

Arus

Kita dapat menganggap jumlah air yang mengalir melalui selang dari tangki sebagai arus. Semakin tinggi tekanan, semakin tinggi aliran, dan sebaliknya. Dengan air, kita dapat mengukur volume air yang mengalir melalui selang selama periode waktu tertentu. Dengan listrik, kita dapat mengukur jumlah muatan yang mengalir melalui rangkaian selama periode waktu tertentu. Arus diukur dalam Ampere (biasanya hanya disebut sebagai “Amper”). Suatu ampere didefinisikan sebagai 6.241 * 10 18 elektron (1 Coulomb)/detik yang melewati titik dalam suatu rangkaian. Ampere diwakili dalam persamaan dengan huruf “I”.

Katakanlah sekarang kita memiliki dua tangki, masing-masing memiliki selang di bawahnya. Setiap tangki memiliki jumlah air yang sama persis, tetapi selang pada satu tangki lebih sempit dari pada yang lainnya.

Kedua tangki ini menciptakan tekanan yang berbeda.
Selang pada tangki kiri lebih besar dibandingkan selang pada tangki kanan

Kita mengukur jumlah tekanan yang sama di ujung kedua selang, tetapi ketika air mulai mengalir, laju aliran air di dalam tangki dengan selang yang lebih sempit (gambar kanan) akan lebih kecil daripada laju aliran air di dalam tangki dengan selang yang lebih luas.

Baca:  Pengertian Superkonduktor, Jenisnya, dan Penggunaan Superkonduktor

Dalam istilah kelistrikan, arus yang melalui selang lebih sempit lebih kecil jumlahnya dibandingkan arus yang melalui selang yang lebih lebar. Jika kita ingin alirannya sama melalui kedua selang, kita harus menambah jumlah air  dalam tangki dengan selang yang lebih sempit.

Kedua tangki ini menciptakan tekanan yang sama.
Arus yang mengalir menjadi sama apabila air pada tangki kanan diambah agar menambah tekanannya = tegangan

Penambahanjumlah air ini meningkatkan tekanan (tegangan) di ujung selang yang lebih sempit, mendorong lebih banyak air melalui tangki. Inilah perumpamaan peningkatan tegangan (V) yang akan menyebabkan peningkatan arus (I)

Sekarang kita mulai memahami hubungan antara tegangan dan arus. Tetapi ada faktor ketiga yang harus dipertimbangkan di sini: lebar selang. Dalam perumpamaan ini, lebar selang adalah hambatan (R). Ini berarti kita perlu menambahkan istilah lain ke model kita:

  • Air = Muatan (diukur dalam Coulomb)
  • Tekanan = Tegangan (diukur dalam Volt)
  • Aliran air= Arus (diukur dalam Ampere)
  • Lebar Selang = Hambatan (Ω)

Pengertian Hambatan

Perhatikan lagi dua tangki air kita, satu dengan pipa sempit dan satu dengan pipa lebar.

Tangki dengan pipa sempit menciptakan resistensi yang lebih tinggi.
Pipa disebelah kiri lebih besar dibandingkan pipa disebelah kanan

Kita tidak dapat memuat banyak volume air melalui pipa sempit daripada pipa yang lebih luas pada tekanan yang sama. Penyebabnya adalah hambatan. Pipa sempit “menahan” aliran air yang melewatinya meskipun airnya berada pada tekanan yang sama seperti tangki dengan pipa yang lebih lebar.

Pipa sempit menahan aliran.
Pipa Atas Lebih Sedikit Hambatannya Karena Pipanya Lebar, Sedangkan Pipa Bawah Memiliki Hambatan Lebih Besar karena pipanya kecil

Dalam hal listrik, persoalan ini diwakili oleh dua sirkuit/rangkaian dengan tegangan yang sama dan hambatan (R) yang berbeda. Sirkuit/rangkaian dengan hambatan (R) yang lebih tinggi akan membuat lebih sedikit muatan untuk mengalir, artinya sirkuit dengan hambatan (R) yang lebih tinggi memiliki lebih sedikit arus yang mengalir melaluinya.

Ini membawa kita kembali ke Georg Ohm. Ingat Hukum Ohm dimana Ohm mendefinisikan satuan hambatan”1 Ohm (Ω)” sebagai hambatan antara dua titik dalam konduktor di mana penerapan 1 volt akan mendorong 1 ampere, atau 6,241 × 10 18 elektron. Nilai hambatan ini biasanya dituliskan dengan huruf Yunani “Ω”, yang disebut omega, dan diucapkan “ohm”.

Hukum Ohm

Menggabungkan elemen-elemen dari tegangan, arus, dan hambatan, Ohm mengembangkan rumus:

Hukum Ohm

Dimana

  • V = Tegangan dalam volt
  • I = Arus dalam ampere
  • R = Perlawanan dalam ohm (Ω)

Iniilah yang disebut hukum Ohm.

Katakanlah, misalnya kita memiliki rangkaian dengan potensial 1 volt, arus 1 ampere, dan hambatan 1 ohm.

Menggunakan Hukum Ohm kita dapat menuliskan:

teks lama

Ini mewakili tangki kita tadi dengan selang lebar. Jumlah air dalam tangki didefinisikan sebagai 1 volt dan empitnya hambatan terhadap aliran dari selang didefinisikan sebagai 1 Ω. Menggunakan Hukum Ohm, ini memberi kita aliran (arus) 1 ampere.

Dengan menggunakan analogi ini, sekarang mari kita melihat tangki dengan selang yang sempit. Karena selang lebih sempit, hambatannya terhadap aliran lebih tinggi. Mari kita tentukan hambatan ini sebagai 2 ohm. Jumlah air dalam tangki sama dengan tangki lainnya, jadi, menggunakan Hukum Ohm, persamaan kita untuk tangki dengan selang sempit adalah

teks lama

Berapa arusnya? Karena hambatan lebih besar, dan tegangannya sama, ini memberi kita nilai arus 0,5 ampere:

teks lama

Tank dengan makna listrik yang setara.

Jadi, arus lebih rendah di tangki dengan hambatan yang lebih tinggi. Sekarang kita dapat melihat bahwa jika kita mengetahui dua variabek untuk hukum Ohm, kita dapat menyelesaikannya untuk menentukan variabel yang ketiga. Mari kita tunjukkan ini dengan percobaan.

Baca:  Pentingnya Belajar Fisika di Era Dunia Modern

Eksperimen Hukum Ohm

Untuk percobaan ini, kami ingin menggunakan baterai 9 volt untuk menyalakan LED. LED ini cukup rapuh dan hanya dapat menggunakan sejumlah arus yang mengalir melaluinya sebelum terbakar. Dalam dokumentasi untuk LED, akan selalu ada “level arus”. Ini adalah jumlah maksimum arus yang dapat mengalir melalui LED tertentu sebelum terbakar.

Bahan yang Dibutuhkan

Untuk melakukan percobaanini, Anda perlu:

  • Multimeter
  • Baterai 9 Volt
  • Sebuah resistor 560 Ohm (atau nilai terdekat berikutnya)
  • LED

CATATAN: LED adalah apa yang dikenal sebagai perangkat “non-ohmic”. Ini berarti bahwa persamaan untuk arus yang mengalir melalui LED itu sendiri tidak sesederhana V = IR. LED memperkenalkan sesuatu yang disebut “drop tegangan” ke dalam rangkaian, sehingga mengubah jumlah arus yang melewatinya. Namun, dalam percobaan ini kami hanya mencoba melindungi LED dari arus berlebih, jadi kami akan mengabaikan karakteristik arus LED dan memilih nilai resistor menggunakan Hukum Ohm untuk memastikan bahwa arus yang melalui LED aman di bawah 20 mA (miliampere).

Untuk contoh ini, kami memiliki baterai 9 volt dan LED merah dengan level arus 20 miliampere, atau 0,020 ampere. Agar aman, kami lebih suka tidak mengarahkan LED pada arus maksimum tetapi arus yang disarankan, yang terdaftar di datasheet-nya sebagai 18mA, atau 0,018 ampere. Jika kita cukup menghubungkan LED langsung ke baterai, nilai-nilai untuk hukum Ohm terlihat seperti ini:

teks lama

karena itu:

teks lama

dan karena kita belum memiliki hambatan:

teks lama

Membagi dengan nol memberi kita arus tanpa batas! Yah, tidak terbatas dalam praktik, tetapi sebanyak arus dalam baterai yang dapat disalurkan. Karena kita TIDAK ingin arus yang mengalir melalui LED kita, kita akan memerlukan resistor. Rangkaian kami akan terlihat seperti ini:

teks lama

Kita dapat menggunakan Hukum Ohm dengan cara yang sama persis untuk menentukan nilai reistor yang akan memberi kita nilai saat ini yang diinginkan:

teks lama

karena itu:

teks lama

memasukkan nilai-nilai kami:

teks lama

Hasil untuk hambatan:

teks lama

Jadi, kita membutuhkan nilai resistor sekitar 500 ohm untuk menjaga arus melalui LED di bawah peringkat arus maksimum.

560 ohm resistor.

500 ohm bukan merupakan nilai umum untuk sebuah resistor, jadi perangkat ini menggunakan resistor 560 ohm sebagai gantinya. Inilah yang terlihat dari semua perangkat kami.

Keberhasilan!

Berhasil! Kami telah memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk menjaga arus melalui LED di bawah peringkat maksimumnya, tetapi cukup rendah sehingga arus cukup untuk menjaga LED bagus dan cerah.

Contoh resistor LED / pembatas arus ini adalah kejadian umum dalam rangkaian elektronik. Anda sering harus menggunakan Hukum Ohm untuk mengubah jumlah arus yang mengalir melalui rangkaian. Contoh lain dari implementasi ini terlihat di papan LED LilyPad.

Papan Baterai LilyPad dengan Papan LED LilyPad

Dengan pengaturan ini, alih-alih harus memilih resistor untuk LED, resistor sudah on-board dengan LED sehingga pembatas arus tercapai tanpa harus menambahkan resistor dengan tangan.

Bagaimana Artikel Kami?

Gambar Gravatar
Seorang Guru dan Dosen. Aktif melakukan riset di bidang pendidikan dan fisika. Lulusan sarjana pendidikan Universitas Negeri Makassar dan magister Pascasarjana Universitas Negeri Makassar. Artikel dalam website ini valid dan dapat dipercaya kebenarannya.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *