HUKUM OHM: SATUAN DAN RUMUS, PERHITUNGAN, CONTOH, LATIHAN - FISIK - 2025

Hukum Ohm dalam bentuk makroskopisnya, menunjukkan bahwa tegangan dan intensitas arus dalam suatu rangkaian adalah resistansi berbanding lurus dengan konstanta proporsionalitas. Menandai ketiga besaran ini masing-masing sebagai V, I dan R, hukum Ohm menyatakan bahwa: V = IR

Demikian juga, hukum Ohm digeneralisasikan untuk memasukkan elemen rangkaian yang tidak murni resistif dalam rangkaian arus bolak-balik, dengan cara ini ia mengambil bentuk berikut: V = IZ

Gambar 1. Hukum Ohm berlaku untuk banyak sirkuit. Sumber: Wikimedia Commons. Tlapicka

Di mana Z adalah impedansi, yang juga mewakili perlawanan terhadap aliran arus bolak-balik oleh elemen rangkaian, misalnya kapasitor atau induktansi.

Perlu dicatat bahwa tidak semua bahan dan elemen sirkuit sesuai dengan hukum Ohm. Yang valid disebut unsur ohmik, dan yang tidak terpenuhi disebut non-ohmik atau non-linier.

Resistor listrik umum adalah tipe ohmik, tetapi dioda dan transistor tidak, karena hubungan antara tegangan dan arus tidak linier di dalamnya.

Hukum Ohm berutang namanya kepada fisikawan dan matematikawan Jerman kelahiran Bavaria George Simon Ohm (1789-1854), yang selama karirnya mengabdikan dirinya untuk mempelajari perilaku sirkuit listrik. Satuan untuk hambatan listrik dalam Sistem Internasional SI dinamai untuk menghormatinya: ohm, yang juga dinyatakan dengan huruf Yunani Ω.

Bagaimana cara menghitungnya?

Meskipun bentuk makroskopis dari hukum Ohm adalah yang paling terkenal, karena ia menghubungkan besaran-besaran yang dengan mudah dapat diukur di laboratorium, bentuk mikroskopis tersebut menghubungkan dua besaran vektor penting: medan listrik E dan kerapatan arus J :

Dimana σ adalah konduktivitas listrik material, sebuah sifat yang menunjukkan betapa mudahnya menghantarkan arus. Untuk bagiannya, J adalah vektor yang besarnya adalah hasil bagi antara intensitas arus I dan luas penampang A yang dilaluinya bersirkulasi.

Adalah logis untuk mengasumsikan bahwa ada hubungan alami antara medan listrik di dalam material dan arus listrik yang bersirkulasi melaluinya, sehingga semakin besar arusnya, semakin banyak arusnya.

Tetapi arus bukanlah vektor, karena tidak memiliki arah dalam ruang. Di sisi lain, vektor J tegak lurus -atau normal- terhadap luas penampang konduktor dan arahnya adalah arus.

Dari bentuk hukum Ohm ini kita sampai pada persamaan pertama, dengan asumsi konduktor dengan panjang ℓ dan penampang A, dan mengganti besaran J dan E dengan:

Kebalikan dari konduktivitas disebut resistivitas dan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ:

Jadi:

Hambatan konduktor

Dalam persamaan V = (ρℓ / A]. I, konstanta (ρℓ / A) adalah hambatan, oleh karena itu:

Hambatan konduktor tergantung pada tiga faktor:

-Tahanannya ρ, tipikal bahan yang digunakan untuk membuatnya.

-Panjang ℓ.

-Area A dari penampang melintangnya.

Semakin tinggi ℓ, semakin besar hambatannya, karena pembawa arus memiliki lebih banyak peluang untuk bertabrakan dengan partikel lain di dalam konduktor dan kehilangan energi. Dan sebaliknya, semakin tinggi A, semakin mudah operator saat ini bergerak secara tertib melalui material.

Akhirnya, dalam struktur molekul masing-masing bahan terletak kemudahan suatu zat memungkinkan arus listrik lewat. Jadi, misalnya, logam seperti tembaga, emas, perak, dan platina, dengan resistivitas rendah, adalah konduktor yang baik, sedangkan kayu, karet, dan minyak bukan, itulah sebabnya mereka memiliki resistivitas yang lebih tinggi.

Contoh

Berikut adalah dua contoh ilustrasi hukum Ohm.

Percobaan untuk memeriksa hukum Ohm

Pengalaman sederhana menggambarkan hukum Ohm, untuk ini Anda memerlukan material konduktif, sumber tegangan variabel, dan multimeter.

Tegangan V ditetapkan antara ujung bahan konduktif, yang harus divariasikan sedikit demi sedikit. Dengan sumber daya variabel, nilai tegangan tersebut dapat diatur, yang diukur dengan multimeter, serta arus I yang bersirkulasi melalui konduktor.

Pasangan nilai V dan I dicatat dalam tabel dan dengan mereka grafik dibuat di atas kertas grafik. Jika kurva yang dihasilkan adalah garis lurus, materialnya adalah ohmik, tetapi jika kurva lain, materialnya adalah non-ohmik.

Dalam kasus pertama, kemiringan garis dapat ditentukan, yang setara dengan resistansi R konduktor atau kebalikannya, konduktansi.

Pada gambar di bawah, garis biru mewakili salah satu grafik ini untuk bahan ohmik. Sedangkan kurva kuning dan merah terbuat dari bahan non-ohmik, seperti semikonduktor misalnya.

Gambar 2. Grafik I vs. V untuk material ohmic (garis biru) dan material non-ohmic. Sumber: Wikimedia Commons.

Analogi hidrolik dari hukum Ohm

Menarik untuk diketahui bahwa arus listrik dalam hukum Ohm memiliki sifat yang mirip dengan arus air yang bersirkulasi melalui pipa. Fisikawan Inggris Oliver Lodge adalah orang pertama yang mengusulkan simulasi perilaku arus menggunakan elemen hidrolik.

Misalnya, pipa mewakili konduktor, karena air bersirkulasi melalui mereka dan pembawa arus melalui yang terakhir. Ketika ada penyempitan di dalam pipa, aliran air menjadi sulit, jadi ini akan sama dengan hambatan listrik.

Perbedaan tekanan di dua ujung tabung memungkinkan air mengalir, yang memberikan perbedaan ketinggian atau pompa air, dan demikian pula, perbedaan potensial (baterai) yang membuat muatan tetap bergerak. , setara dengan aliran atau volume air per satuan waktu.

Pompa piston akan memainkan peran sebagai sumber tegangan bolak-balik, tetapi keuntungan dari memasang pompa air adalah bahwa sirkuit hidrolik akan ditutup, seperti rangkaian listrik harus untuk mengalirkan arus.

Gambar 3. Analogi hidrolik untuk hukum Ohm: dalam a) sistem aliran air dan dalam b) rangkaian resistif sederhana. Sumber: Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. McGraw Hill.

Resistor dan sakelar

Setara dengan sakelar di sirkuit, itu akan menjadi stopcock. Ini diinterpretasikan dengan cara ini: jika sirkuit terbuka (stopcock tertutup), arus, seperti air, tidak dapat mengalir.

Di sisi lain, dengan sakelar tertutup (stopcock terbuka penuh) arus dan air dapat mengalir tanpa masalah melalui konduktor atau pipa.

Stopcock atau katup juga dapat menunjukkan resistansi: saat keran dibuka penuh, hal itu setara dengan memiliki resistansi nol atau korsleting. Jika menutup sepenuhnya seperti memiliki rangkaian terbuka, sementara tertutup sebagian seperti memiliki resistansi nilai tertentu (lihat gambar 3).

Latihan

- Latihan 1

Setrika listrik diketahui membutuhkan 2A pada 120V agar berfungsi dengan baik. Apa daya tahannya?

Larutan

Pecahkan resistensi dari hukum Ohm:

- Latihan 2

Sebuah kawat berdiameter 3 mm dan panjang 150 m memiliki hambatan listrik 3,00 Ω pada suhu 20 ° C. Temukan resistivitas material.

Larutan

Persamaan R = ρℓ / A sudah tepat, oleh karena itu luas penampang perlu dicari dulu:

Akhirnya, saat mengganti, Anda mendapatkan:

Referensi

1. Resnick, R. 1992. Fisika. Edisi perluasan ketiga dalam bahasa Spanyol. Volume 2. Editorial Compañía Continental SA de CV
2. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14 ^th . Ed. Volume 2. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik dengan Fisika Modern. Edisi ke-7. Volume 2. Pembelajaran Cengage. 752-775.
4. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke-7. McGraw Hill.
5. Universitas Sevilla. Jurusan Fisika Terapan III. Massa jenis dan intensitas arus. Diperoleh dari: us.es.
6. Walker, J. 2008. Fisika. Edisi ke-4 Pearson.725-728