Hukum Ohm: Cara Kerjanya (Rumus dan Segitiga Hukum Ohm)

Electrical4u

Bidang: Listrik Dasar

China

Apa itu Hukum Ohm?

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir melalui setiap konduktor sebanding langsung dengan perbedaan potensial (voltase) antara ujung-ujungnya, dengan asumsi kondisi fisik konduktor tidak berubah.

Dengan kata lain, rasio perbedaan potensial antara dua titik mana pun pada konduktor terhadap arus yang mengalir di antara mereka adalah tetap, selama kondisi fisik (misalnya, suhu, dll.) tidak berubah.

Secara matematis, Hukum Ohm dapat dinyatakan sebagai,

$\begin{align*} I \propto V \end{align*}$

Dengan memperkenalkan konstanta proporsionalitas, hambatan R dalam persamaan di atas, kita mendapatkan,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, or \,\, V = I * R \end{align*}$

Di mana,

R adalah hambatan konduktor dalam Ohm ( $\Omega$ ),

I adalah arus melalui konduktor dalam Amper (A),

V adalah tegangan atau perbedaan potensial yang diukur di seberang konduktor dalam Volt (V).

Hukum Ohm berlaku untuk kedua DC dan AC.

Hubungan antara perbedaan potensial atau tegangan (V), arus (I), dan hambatan (R) dalam rangkaian listrik pertama kali ditemukan oleh fisikawan Jerman George Simon Ohm.

Satuan hambatan adalah Ohm ( $\Omega$ ) dinamai untuk menghormati George Simon Ohm.

Bagaimana Hukum Ohm Bekerja?

Menurut definisi Hukum Ohm, arus yang mengalir melalui konduktor atau resistor antara dua titik secara langsung proporsional dengan perbedaan tegangan (atau perbedaan potensial) di seberang konduktor atau resistor.

Tapi... itu bisa sedikit sulit untuk dipahami.

Jadi mari kita dapatkan pemahaman intuitif yang lebih baik tentang Hukum Ohm dengan menggunakan beberapa analogi.

Analogi 1

Pertimbangkan sebuah tangki air yang diletakkan pada ketinggian tertentu di atas tanah. Ada selang di bagian bawah tangki air seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Analogy 1.png

Tekanan air dalam pascal di ujung selang setara dengan tegangan atau perbedaan potensial dalam rangkaian listrik.
Laju aliran air dalam liter per detik setara dengan arus listrik dalam coulomb per detik dalam rangkaian listrik.
Pembatas aliran air seperti lubang yang ditempatkan di pipa antara dua titik setara dengan resistor dalam rangkaian listrik.

Dengan demikian, laju aliran air melalui pembatas lubang sebanding dengan perbedaan tekanan air di seberang pembatas tersebut.

Demikian pula, dalam rangkaian listrik, arus yang mengalir melalui konduktor atau resistor antara dua titik sebanding langsung dengan perbedaan tegangan atau perbedaan potensial di seberang konduktor atau resistor tersebut.

Kita juga dapat mengatakan bahwa hambatan yang ditawarkan terhadap aliran air tergantung pada panjang pipa, bahan pipa, dan ketinggian tangki yang diletakkan di atas tanah.

Hukum Ohm bekerja dengan cara yang serupa dalam rangkaian listrik, yaitu hambatan listrik yang ditawarkan terhadap aliran arus tergantung pada panjang konduktor dan bahan konduktor yang digunakan.

Analogi 2

Analogi sederhana antara rangkaian hidrolik air dan rangkaian listrik untuk menjelaskan bagaimana Hukum Ohm bekerja ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Analogy 2.png Analogy 2.2.png

Seperti yang ditunjukkan, jika tekanan air konstan dan pembatasan meningkat (membuat lebih sulit bagi air untuk mengalir), maka laju aliran air berkurang.

Demikian pula, dalam rangkaian listrik, jika tegangan atau perbedaan potensial konstan dan hambatan meningkat (membuat lebih sulit bagi arus untuk mengalir), maka laju aliran muatan listrik, yaitu arus, berkurang.

Sekarang, jika pembatasan aliran air konstan dan tekanan pompa meningkat, maka laju aliran air juga meningkat.

Demikian pula, dalam rangkaian listrik, jika resistansi konstan dan perbedaan potensial atau tegangan meningkat, maka laju aliran muatan listrik, yaitu arus, juga meningkat.

Rumus Hukum Ohm

Hubungan antara tegangan atau perbedaan potensial, arus, dan resistansi dapat ditulis dalam tiga cara yang berbeda.

Jika kita mengetahui dua nilai, kita dapat menghitung nilai ketiga yang tidak diketahui dengan menggunakan hubungan hukum Ohm. Dengan demikian, hukum Ohm sangat berguna dalam rumus dan perhitungan elektronik dan listrik.

Ketika arus listrik yang diketahui mengalir melalui resistansi yang diketahui, maka penurunan tegangan di seberang resistansi tersebut dapat dihitung dengan hubungan

$\begin{align*} V = IR \,\, i.e., \,\, Potential \,\, Difference = Current * Resistance \end{align*}$

Ketika tegangan yang diketahui diterapkan di seberang resistansi yang diketahui, maka arus yang mengalir melalui resistansi tersebut dapat dihitung dengan hubungan

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \,\, i.e., \,\, Arus = \frac{Perbedaan Potensial}{Hambatan} \end{align*}$

Ketika tegangan yang diketahui diterapkan pada hambatan yang tidak diketahui dan arus yang mengalir melalui hambatan tersebut juga diketahui maka nilai hambatan yang tidak diketahui dapat dihitung dengan hubungan

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\, i.e., \,\, Hambatan = \frac{Perbedaan Potensial}{Arus} \end{align*}$

Rumus Hukum Ohm untuk Daya

Daya yang ditransfer adalah hasil kali tegangan penyediaan dan arus listrik.

Sekarang, Masukkan $V = I * R$ ke dalam persamaan (1) kita mendapatkan,

$\begin{equation*} P = IR * I = I^2*R \end{equation*}$

Rumus ini dikenal sebagai rumus kerugian ohmik atau rumus pemanasan resistif.

Sekarang, masukkan $I = \frac{V}{R}$ ke dalam persamaan (1) kita dapatkan,

(3) $\begin{equation*} P = V * \frac{V}{R}= \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Dari hubungan di atas, kita dapat menentukan disipasi daya dalam hambatan jika tegangan dan hambatan atau arus dan hambatan diketahui.

Kita juga dapat menentukan nilai hambatan yang tidak diketahui dengan menggunakan hubungan di atas jika tegangan atau arus diketahui.

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\, \& \,\, R = \frac{P}{I^2} \end{align*}$

Jika dua variabel dari daya, tegangan, arus, dan hambatan diketahui, maka dengan menggunakan hukum Ohm, kita dapat menentukan dua variabel lainnya.

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \,\,or\,\,R = \frac{V^2}{P} \,\,or\,\, V = \sqrt{PR} \end{align*}$

$\begin{align*} P = {I^2}{R} \,\,or\,\, R = \frac{P}{I^2} \,\,or\,\, I = \sqrt{\frac{P}{R}} \end{align*}$

Keterbatasan Hukum Ohm

Beberapa keterbatasan Hukum Ohm dibahas di bawah ini.

Hukum Ohm tidak berlaku untuk semua konduktor non-logam. Misalnya, untuk karbida silikon, hubungan tersebut diberikan oleh $V = KI^m$ di mana K dan m adalah konstanta dan m<1.
Hukum Ohm tidak berlaku untuk elemen Non-Linear berikut.

Resistansi
Kapasitansi
Semikonduktor
Tabung vakum
Elektrolit
Resistor karbon
Lampu busur
Dioda Zener

(Perlu dicatat bahwa elemen non-linear adalah elemen di mana hubungan antara arus dan tegangan tidak linear, yaitu, arus tidak tepat proporsional terhadap tegangan yang diterapkan.)

Hukum Ohm hanya berlaku untuk konduktor logam pada suhu tetap. Jika suhu berubah, hukum tersebut tidak berlaku.
Hukum Ohm juga tidak berlaku untuk jaringan unilateral. Perlu dicatat bahwa jaringan unilateral mengandung elemen-elemen unilateral seperti transistor, dioda, dll. Elemen unilateral adalah elemen yang memungkinkan aliran arus hanya dalam satu arah.

Segitiga Hukum Ohm

Rumus dasar untuk hukum Ohm diringkas di bawah segitiga hukum Ohm.

Ohm’s Law Triangle.png

Soal Latihan Hukum Ohm

Contoh 1

Seperti ditunjukkan dalam rangkaian di bawah ini, arus sebesar 4 A mengalir melalui tahanan 15 Ω. Tentukan penurunan tegangan pada rangkaian menggunakan hukum Ohm.

Solusi:

Data yang Diberikan: $I = 4\,\,A$ dan $R = 15\,\,\Omega$

Menurut hukum Ohm,

$\begin{align*} \begin{split} V = I * R \\ = 4*15 \\ V = 60 \,\, Volts \end{split} \end{align*}$

Dengan demikian, menggunakan persamaan hukum Ohm, kita mendapatkan penurunan tegangan pada sirkuit sebesar 60 V.

Contoh 2

Seperti ditunjukkan dalam rangkaian di bawah ini, tegangan suplai sebesar 24 V diterapkan pada resistansi 12 Ω. Tentukan arus yang mengalir melalui resistor menggunakan hukum Ohm.

$\begin{equation*} P = V * I \end{equation*}$

Solusi:

Data yang Diberikan: $V = 24\,\,V$ dan $R = 12\,\,\Omega$

Menurut hukum Ohm,

$\begin{align*} \begin{split} I = \frac{V}{R} \\ = \frac{24}{12} \\ I = 2 \,\, A (Ampere) \end{split} \end{align*}$

Dengan demikian, dengan menggunakan persamaan hukum Ohm, kita mendapatkan arus yang mengalir melalui resistor adalah 2 A.

Contoh 3

Seperti ditunjukkan dalam rangkaian di bawah ini, tegangan sumber adalah 24 V dan arus yang mengalir melalui resistansi yang tidak diketahui adalah 2 A. Tentukan nilai tahanan yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm.

Solusi:

Data yang Diberikan: $V = 24\,\,V$ dan $I = 2\,\,A$

Menurut hukum Ohm,

$\begin{align*} \begin{split} R = \frac{V}{I} \\ = \frac{24}{2} \\ R = 12 \,\, \Omega \end{split} \end{align*}$

Dengan demikian, dengan menggunakan persamaan hukum Ohm, kita mendapatkan nilai tahanan yang tidak diketahui $12\,\,\Omega$ .

Aplikasi Hukum Ohm

Beberapa aplikasi dari hukum Ohm termasuk:

Untuk menghitung perbedaan potensial atau tegangan yang tidak diketahui, tahanan, dan aliran arus dalam rangkaian listrik.
Hukum Ohm digunakan dalam rangkaian elektronik untuk menentukan penurunan tegangan internal di komponen-komponen elektronik.
Hukum Ohm digunakan dalam rangkaian pengukuran DC, khususnya pada amperemeter DC di mana shunt tahanan rendah digunakan untuk mengalihkan arus.

Sumber: Electrical4u

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran hak cipta silakan hubungi untuk dihapus.