Cara Menghitung Besar Hambatan Listrik dengan Hukum Ohm

Hukum Ohm

Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar, seperti pada lampu senter, radio, dan televisi. Alat-alat tersebut dapat menyala karena adanya aliran listrik dari sumber tegangan yang dihubungkan dengan peralatan tersebut sehingga menghasilkan beda potensial.

Georg Simon Ohm, ahli fisika dari Jerman berhasil menemukan hubungan secara matematis antara kuat arus listrik dan beda potensial, yang kemudian dikenal sebagai Hukum Ohm. Semakin besar beda potensial yang ditimbulkan, maka kuat arus yang mengalir makin besar pula. Besarnya perbandingan antara beda potensial dan kuat arus listrik selalu sama (konstan). Jadi, beda potensial sebanding dengan kuat arus (V  µ I).

Bunyi Hukum Ohm adalah sebagai berikut:
Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu.

Perbandingan antara beda potensial dengan kuat arus tersebutlah yang didefinisikan sebagai besaran hambatan listrik yang dilambangkan R, dan diberi satuan ohm untuk menghargai Georg Simon Ohm.
Secara matematis, hukum Ohm dituliskan:

Rumus Hukum ohm

dengan:
V : beda potensial atau tegangan (V)
I : kuat arus (A)
R : hambatan listrik ( W)

Hambatan Listrik

Berdasarkan persamaan hukum Ohm, hambatan listrik dapat didefinisikan sebagai hasil bagi beda potensial antara ujung-ujung penghantar dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Untuk mengenang jasa Georg Simon Ohm, namanya dipakai sebagai satuan hambatan listrik, yaitu ohm. Suatu penghantar dikatakan mempunyai hambatan satu ohm apabila dalam penghantar tersebut mengalir arus listrik sebesar satu ampere yang disebabkan adanya beda potensial di antara ujung-ujung penghantar sebesar satu volt.

Hambatan pada Kawat Penghantar
Kawat penghantar yang dipakai pada kawat listrik pasti mempunyai hambatan, meskipun nilainya kecil. Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut.
Secara matematis hambatan kawat penghantar dapat dituliskan:

Rumus Hambatan pada kawat penghantar

dengan:
R : hambatan kawat penghantar (W)
l : panjang kawat penghantar (m)
A : luas penampang kawat penghantar (m2)
r : hambatan jenis kawat penghantar  (Wm)

Berdasarkan persamaan tersebut, terlihat bahwa apabila kawat penghantar makin panjang dan hambatan jenisnya makin besar, maka nilai hambatannya bertambah besar. Tetapi apabila luas penampang kawat penghantar makin besar, ternyata nilai hambatannya makin kecil.

Konstanta pembanding disebut hambatan jenis (resistivitas). Hambatan jenis kawat berbeda-beda tergantung bahannya. Berikut nilai hambatan jenis penghantar yang sudah ditentukan berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan:

Tabel Hambatan Jenis bahan

Hambatan jenis suatu penghantar bergantung pada suhu penghantar tersebut, hubungan antara hambatan jenis dan suhu adalah sebagai berikut:

Rumus Hambatan jenis pada suhu tertentu

Dengan:
r = hambatan jenis akhir (Wm)
ro = hambatan jenis mula-mula (Wm)
T = perubahan suhu (0C)
a = koefisien suhu hambatan

Karena nilai hambatan sebanding dengan hambatan jenis, maka pengaruh suhu terhadap hambatan juga dapat dituliskan:

Rumus Hambatan pada suhu tertentu

dengan:
Rt = hambatan akhir (W)
Ro = hambatan mula-mula (W)

Rangkaian Hambatan Listrik

Kita akan sering menemui beberapa hambatan pada rangkaian listrik yang dirangkai secara bersama-sama. Hambatan yang dimaksud di sini bukan hanya resistor, melainkan semua peralatan yang menggunakan listrik, seperti lampu, radio, televisi, dan setrika listrik. Rangkaian hambatan listrik dibedakan menjadi dua, yaitu seri dan paralel. Berikut akan dibahas tentang rangkaian seri dan paralel pada resistor.

Rangakaian seri resistor

Rangkaian seri adalah rangkaian yang disusun secara segaris atau juga bisa disebut rangkaian berderet. Jika dua atau lebih resistor dihubungkan dari ujung ke ujung dikatakan mereka dihubungkan secara seri. Selain resistor, alat-alat yang dirangkai tersebut dapat berupa bohlam, elemen pemanas, atau alat penghambat lainnya.

Gambar Rangkaian seri resistor

Muatan listrik yang melalui R1 juga akan melalui R2 dan R3. Dengan demikian, arus I yang sama melewati setiap resistor. Jika V menyatakan tegangan pada ketiga resistor, maka V sama dengan tegangan sumber (baterai).
V1, V2, dan V3 adalah beda potensial pada masing-masing resistor R1, R2, dan R3. Berdasarkan Hukum Ohm,
V1=I.R1, V2=I.R2, dan V3=I.R3.

Karena resistor-resistor tersebut dihubungkan secara seri, kekekalan energi menyatakan bahwa tegangan total V sama dengan jumlah semua tegangan dari masing-masing resistor.
Rumus tegangan pada rangkaian seri resistor

 Hambatan total pengganti susunan seri resistor (Rs) yang terhubung dengan sumber tegangan (V ) dirumuskan:

rumus tegangan pada rangkaian seri resistor


Jika kedua persamaan disubtitusikan, akan diperoleh rumus hambatan total pengganti pada rangkaian seri yaitu:

Rumus Hambatan pengganti rangkaian resistor seri



Persamaan diatas menunjukkan bahwa besar hambatan total pengganti pada rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan pada tiap resistor. Hambatan pengganti rangkaian seri selalu lebih besar karena merupakan jumlah dari hambatan-hambatan yang dipasang.

Rangkaian paralel resistor

Rangkaian paralel adalah rangkaian yang disusun secara berjajar/berdampingan. Pemasangan alat-alat listrik pada rumahrumah dan gedung-gedung dipasang secara paralel.
Pada rangkaian paralel resistor, arus dari sumber terbagi menjadi cabang-cabang yang terpisah tampak seperti pada gambar berikut.
Gambar Rangkaian hambatan paralel resistor

Jika kita memutuskan hubungan dengan satu alat (misalnya R1), maka arus yang mengalir pada komponen lain yaitu R2 dan R3 tidak terputus. Tetapi pada rangkaian seri, jika salah satu komponen terputus arusnya, maka arus ke komponen yang lain juga berhenti.

Arus total pada rangkaian paralel yang berasal dari sumber (baterai) terbagi menjadi tiga cabang. Arus yang keluar dimisalkan I1, I2, dan I3 berturut-turut sebagai arus yang melalui resistor R1, R2, dan R3. Oleh karena muatan kekal, arus yang masuk ke dalam titik cabang harus sama dengan arus yang keluar dari titik cabang sesuai hukum kirchoff, sehingga diperoleh:

Rumus Arus pada rangkaian hambatan paralel resistor

Ketika rangkaian paralel tersebut terhubung dengan sumber tegangan V, masing-masing mengalami tegangan yang sama yaitu V. Berarti tegangan penuh baterai diberikan ke setiap resistor, sehingga:

Rumus Arus pada rangkaian hambatan paralel resistor

Hambatan penganti susunan paralel (RP) akan menarik arus (I ) dari sumber yang besarnya sama dengan arus total ketiga hambatan paralel tersebut.
Arus yang mengalir pada hambatan pengganti memenuhi:

Rumus Arus pada rangkaian hambatan paralel resistor

Jika semua persaman diatas saling disubstitusikan akan diperoleh:

Mencari hambatan pengganti rangkaian paralel resistor

Kemudian kita bagi setiap ruas dengan V, didapatkan nilai hambatan pengganti (RP) rangkaian paralel:

Rumus Mencari hambatan pengganti rangkaian paralel resistor

Hambatan pengganti pada rangkaian paralel selalu lebih kecil karena merupakan jumlah dari kebalikan hambatan tiap-tiap komponen.

 Jenis-Jenis Resistor

Pada kehidupan sehari-hari dikenal beberapa jenis hambatan (resistor) yang sering digunakan sesuai kebutuhannya. Jenis-jenis hambatan (resistor) tersebut, antara lain, resistor tetap dan resistor variabel.

a. Resistor Tetap

Gambar resistor tetap
google image

Resistor tetap yang biasanya dibuat dari karbon atau kawat nikrom tipis, nilai hambatannya disimbolkan dengan warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya. Simbol warna-warna tersebut mempunyai arti sesuai dengan letaknya. Warna pada pita ke-1 menunjukkan angka pertama, pita ke-2 menunjukkan angka ke-2, pita ke-3 menunjukkan banyaknya angka nol, dan pita ke-4 menunjukkan tingkat akurasi.
 
Tabel Pita warna resistor tetap
skemaku.com


Resistor tetap yang dipasang pada rangkaian listrik seperti radio, televisi, dan komputer berfungsi untuk mengatur kuat arus listrik dan beda potensial pada nilai-nilai tertentu sehingga komponen-komponen listrik pada rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik.

b. Resistor Variabel

Resistor variabel di pasaran yang kita kenal ada dua, yaitu resistor variabel tipe berputar dan bergeser (rheostat). Pada prinsipnya, cara kerja kedua resistor ini adalah sama, yaitu memutar atau menggeser kontak luncur untuk menambah atau mengurangi nilai hambatan sesuai kebutuhan. Resistor variabel ini dapat kita temui pada sistem volume di radio, tape recorder, dan alat-alat elektronik lainnya.
 
Gambar Resistor variabel
electronicUK

 Mengukur Hambatan

Cara  mengukur hambatan listrik ada dua cara, yaitu secara langsung dan tidak langsung.

a. Mengukur Hambatan Secara Langsung

Untuk mengukur hambatan secara langsung kita dapat menggunakan multimeter, yaitu alat yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus, beda potensial, dan hambatan. Cara mengukur hambatan dengan menggunakan multimeter adalah sebagai berikut, terlebih dahulu kita putar sakelar pilih pada multimeter ke arah yang bertanda R. Dengan demikian, multimeter telah berfungsi sebagai ohmmeter (pengukur hambatan). Hubungkan ujung-ujung terminal multimeter dengan ujung-ujung benda yang akan diukur hambatannya, kemudian perhatikan skala yang ditunjukkan pada multimeter.
 
Gambar multimeter
multimeter*google image

b. Mengukur Hambatan Secara Tidak Langsung

Kita dapat mengukur hambatan secara tidak langsung dengan menggabungkan voltmeter dan amperemeter secara bersama-sama pada rangkaian listrik yang diukur hambatannya. Voltmeter dipasang secara paralel, sedangkan amperemeter dipasang seri dengan benda yang akan diukur hambatannya.
 
Gambar rangkaian amperemeter dan voltmeter
Bentuk rangkaian Ammeter dan voltmeter
*google image

Setelah rangkaian terpasang seperti terlihat pada gambar, bacalah skala yang ditunjukkan voltmeter maupun amperemeter, setelah itu hitunglah nilai hambatan R dengan persamaan hukum ohm. Untuk ketelitian yang lebih baik, ulangilah pengukuran tersebut dengan cara mengubah-ubah beda potensialnya, misalnya percobaan pertama dengan 1 baterai, percobaan kedua dengan 2 baterai, percobaan ketiga dengan 3 baterai.

Soal Latihan
Soal Fisika SMA Kelas 10 Tentang Listrik Dinamis
Previous
Next Post »