Hukum Ohm: Cara Ia Berfungsi (Formula dan Segitiga Hukum Ohm)

Electrical4u

Medan: Elektrik Asas

China

Apakah Hukum Ohm?

Hukum Ohm menyatakan bahawa arus elektrik yang mengalir melalui sebarang konduktor adalah berkadar terus dengan perbezaan keupayaan (voltan) antara hujung-hujungnya, dengan andaian bahawa keadaan fizikal konduktor itu tidak berubah.

Dengan kata lain, nisbah perbezaan keupayaan antara mana-mana dua titik pada suatu konduktor kepada arus yang mengalir di antaranya adalah malar, dengan syarat keadaan fizikal (seperti suhu dan sebagainya) tidak berubah.

Secara matematik, Hukum Ohm boleh dinyatakan sebagai,

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

Dengan memperkenalkan pemalar proporsional, tahanan R dalam persamaan di atas, kita mendapatkan,

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

Di mana,

R adalah tahanan konduktor dalam Ohm ( $\Omega$ ),
I adalah arus melalui konduktor dalam Amper (A),
V adalah voltan atau perbezaan potensial yang diukur merentasi konduktor dalam Volt (V).

Hukum Ohm berlaku untuk kedua-dua DC dan AC.

Hubungan antara perbezaan potensial atau voltan (V), arus (I) dan rintangan (R) dalam litar elektrik pertama kali ditemui oleh ahli fizik Jerman, George Simon Ohm.

Unit rintangan adalah Ohm ( $\Omega$ ) dinamakan sempena George Simon Ohm.

Bagaimana Hukum Ohm Berfungsi?

Berdasarkan definisi hukum Ohm, arus yang mengalir melalui konduktor atau resistor antara dua titik adalah secara langsung berkadar dengan perbezaan voltan (atau perbezaan potensial) merentasi konduktor atau resistor tersebut.

Tetapi… ia mungkin agak sukar difahami.

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

Analogi 1

Pertimbangkan tangki air yang diletakkan pada ketinggian tertentu di atas tanah. Terdapat 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 elektrik.
Laju aliran air dalam liter per detik setara dengan arus listrik dalam coulomb per detik dalam rangkaian elektrik.
Pembatas aliran air seperti lubang yang ditempatkan di pipa antara dua titik setara dengan resistor dalam rangkaian elektrik.

Oleh itu, laju aliran air melalui pembatas lubang berbanding lurus dengan perbedaan tekanan air di seberang pembatas tersebut.

Demikian pula, dalam rangkaian elektrik, arus yang mengalir melalui konduktor atau resistor antara dua titik berbanding lurus dengan perbedaan tegangan atau perbedaan potensial di seberang konduktor atau resistor tersebut.

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

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

Analogi 2

Analogi sederhana antara rangkaian hidrolik air dan rangkaian elektrik 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 tetap konstan dan pembatasan meningkat (membuatnya lebih sulit bagi air untuk mengalir), maka laju aliran air menurun.

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

Sekarang, jika pembatasan aliran air adalah tetap dan tekanan pam meningkat, kadar aliran air akan meningkat.

Secara serupa, dalam litar elektrik, jika rintangan adalah tetap dan perbezaan keupayaan atau voltan meningkat, maka kadar aliran muatan elektrik iaitu, arus elektrik akan meningkat.

Rumus Hukum Ohm

Hubungan antara voltan atau perbezaan keupayaan, arus, dan rintangan boleh ditulis dalam tiga cara yang berbeza.

Jika kita mengetahui dua nilai, kita dapat mengira nilai ketiga yang tidak diketahui dengan menggunakan hubungan hukum Ohm. Oleh itu, hukum Ohm sangat berguna dalam formula dan pengiraan elektronik dan elektrik.

Apabila arus elektrik yang diketahui mengalir melalui rintangan yang diketahui, maka jatuh tegangan di seberang rintangan tersebut boleh dikira dengan hubungan

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

Apabila voltan yang diketahui dikenakan pada rintangan yang diketahui, maka arus yang mengalir melalui rintangan tersebut boleh dikira dengan hubungan

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

Apabila voltan yang diketahui dikenakan merentasi rintangan yang tidak diketahui dan arus yang mengalir melalui rintangan tersebut juga diketahui, maka nilai rintangan yang tidak diketahui boleh dihitung dengan menggunakan hubungan

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

Rumus Hukum Ohm untuk Kuasa

Kuasa yang dipindahkan adalah hasil darab voltan bekalan dan arus elektrik.

Sekarang, masukkan $V = I * R$ ke dalam persamaan (1) kita dapat,

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

Rumus ini dikenali sebagai rumus kerugian ohmik atau rumus pemanasan reaktif.

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 boleh menentukan pembebasan kuasa dalam rintangan jika voltan dan rintangan atau arus dan rintangan diketahui.

Kita juga boleh menentukan nilai rintangan yang tidak diketahui dengan menggunakan hubungan di atas jika voltan atau arus diketahui.

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

Jika dua pemboleh ubah daripada kuasa, voltan, arus dan rintangan diketahui, maka dengan menggunakan undang-undang Ohm, kita boleh menentukan dua pemboleh ubah yang lain.

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

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

Hadiah-hadiah Undang-undang Ohm

Beberapa hadiah-hadiah undang-undang Ohm dibincangkan di bawah.

Undang-undang Ohm tidak berlaku untuk semua konduktor bukan logam. Sebagai contoh, untuk karbida silikon, hubungan tersebut diberikan oleh $V = KI^m$ di mana K dan m adalah pemalar dan m<1.
Undang-undang Ohm tidak boleh digunakan untuk unsur-unsur Non-Linear berikut.

Rintangan
Kapasitans
Semikonduktor
Tabung vakum
Elektrolit
Rintangan karbon
Lampu busur
Diod Zenner

(Perlu diingat bahawa elemen tidak linear adalah elemen di mana hubungan antara arus dan voltan adalah tidak linear, iaitu, arus tidak tepat berkadar dengan voltan yang dikenakan.)

Hukum Ohm hanya berlaku untuk konduktor logam pada suhu malar sahaja. Jika suhu berubah, hukum ini tidak lagi berlaku.
Hukum Ohm juga tidak berlaku untuk rangkaian unilater. Perlu diingat bahawa rangkaian unilater mengandungi elemen unilater seperti transistor, diod, dll. Elemen unilater adalah elemen yang membenarkan aliran arus hanya dalam satu arah.

Segitiga Hukum Ohm

Formula asas untuk hukum Ohm disimpulkan di bawah segitiga hukum Ohm.

Ohm’s Law Triangle.png

Latihan Masalah Hukum Ohm

Contoh 1

Seperti ditunjukkan dalam litar di bawah, arus sebanyak 4 A mengalir melalui rintangan 15 Ω. Tentukan jatuh tegangan di seluruh litar menggunakan hukum Ohm.

Penyelesaian:

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

Menurut hukum Ohm,

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

Oleh itu, dengan menggunakan persamaan hukum Ohm, kita mendapatkan jatuh tegangan di sepanjang litar 60 V.

Contoh 2

Seperti yang ditunjukkan dalam litar berikut, voltan bekalan 24 V dikenakan di sepanjang rintangan 12 Ω. Tentukan arus yang mengalir melalui perintang menggunakan hukum Ohm.

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

Penyelesaian:

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

Berdasarkan hukum Ohm,

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

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

Contoh 3

Seperti yang ditunjukkan dalam litar di bawah, voltan bekalan adalah 24 V dan arus yang mengalir melalui rintangan yang tidak diketahui adalah 2 A. Tentukan nilai rintangan yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm.

Penyelesaian:

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

Berdasarkan hukum Ohm,

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

Oleh itu, dengan menggunakan persamaan undang-undang Ohm, kita mendapatkan nilai rintangan yang tidak diketahui $12\,\,\Omega$ .

Aplikasi Undang-Undang Ohm

Beberapa aplikasi undang-undang Ohm termasuk:

Untuk mengira beza keupayaan atau voltan yang tidak diketahui, rintangan, dan aliran arus dalam litar elektrik.
Undang-undang Ohm digunakan dalam litar elektronik untuk menentukan jatuh tegangan dalaman di sepanjang komponen elektronik.
Undang-undang Ohm digunakan dalam litar pengukuran DC terutamanya dalam ammeter DC di mana shunt rintangan rendah digunakan untuk mengalihkan arus.

Sumber: Electrical4u

Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dibagikan, jika ada pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.