Hambatan Listrik: Apa itu?

Electrical4u

Bidang: Listrik Dasar

China

Apa itu Hambatan Listrik?

Hambatan (juga dikenal sebagai hambatan ohmik atau hambatan listrik) adalah ukuran dari penolakan terhadap arus yang mengalir dalam rangkaian listrik. Hambatan diukur dalam satuan ohm, yang disimbolkan dengan huruf Yunani omega (Ω).

Semakin besar hambatan, semakin besar pula penghalang terhadap aliran arus.

Ketika perbedaan potensial diterapkan pada konduktor, arus mulai mengalir, atau elektron bebas mulai bergerak. Saat bergerak, elektron bebas bertabrakan dengan atom dan molekul konduktor tersebut.

Akibat tabrakan atau penghalang, laju aliran elektron atau arus listrik dibatasi. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa ada beberapa penolakan terhadap aliran elektron atau arus. Dengan demikian, penolakan yang ditawarkan oleh suatu bahan terhadap aliran arus listrik disebut hambatan.

Hambatan bahan konduksi ditemukan—

berbanding lurus dengan panjang bahan
berbanding terbalik dengan luas penampang bahan
bergantung pada sifat bahan
Bergantung pada suhu

Secara matematis, hambatan bahan konduksi dapat dinyatakan sebagai,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Di mana R = hambatan konduktor

$l$ = panjang konduktor

a = luas penampang konduktor

$\rho$ = konstanta proporsionalitas bahan yang dikenal sebagai hambatan spesifik atau resistivitas bahan

Definisi Hambatan 1 Ohm

Jika potensial 1 volt diterapkan pada dua ujung konduktor dan jika arus 1 ampere mengalir melaluinya, hambatan konduktor tersebut dikatakan satu ohm.

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

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Dalam Apa Hambatan Listrik Diukur (Satuan)?

Hambatan listrik diukur dalam (satuan SI untuk resistor) ohm, dan Ω mewakilinya. Satuan ohm (Ω) dinamai berdasarkan nama fisikawan dan matematikawan Jerman yang hebat, Georg Simon Ohm.

Dalam sistem SI, satu ohm sama dengan 1 volt per ampere. Dengan demikian,

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Oleh karena itu, hambatan juga diukur dalam volt per ampere.

Resistor dibuat dan ditentukan dalam berbagai nilai. Satuan ohm biasanya digunakan untuk nilai resistansi sedang, tetapi nilai resistansi yang sangat besar dan kecil dapat dinyatakan dalam miliohm, kiloohm, megaohm, dll.

Oleh karena itu, satuan turunan resistor dibuat sesuai dengan nilainya, seperti ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Satuan Turunan Resistor

Simbol Ketahanan Listrik

Ada dua simbol rangkaian utama yang digunakan untuk ketahanan listrik.

Simbol paling umum untuk resistor adalah garis zig-zag yang secara luas digunakan di Amerika Utara. Simbol rangkaian lainnya untuk resistor adalah persegi panjang kecil yang secara luas digunakan di Eropa dan Asia, yang disebut simbol resistor internasional.

Simbol rangkaian untuk resistor ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

企业微信截图_17099630627029.png 企业微信截图_17099630544755.png

Rumus Ketahanan Listrik

Rumus dasar untuk ketahanan adalah:

Hubungan antara Ketahanan, Tegangan, dan Arus (Hukum Ohm)
Hubungan antara Ketahanan, Daya, dan Tegangan
Hubungan antara Ketahanan, Daya, dan Arus

Hubungan-hubungan tersebut diringkas dalam gambar di bawah ini.

Rumus Ketahanan 1 (Hukum Ohm)

Menurut hukum Ohm

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

Dengan demikian, hambatan adalah rasio antara tegangan dan arus.

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

Rumus Hambatan 2 (Daya dan Tegangan)

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

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

Sekarang, masukkan $I = \frac{V}{R}$ ke dalam persamaan di atas, kita mendapatkan,

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

Dengan demikian, kita mendapatkan bahwa hambatan adalah perbandingan kuadrat dari tegangan sumber dan daya. Secara matematis,

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

Rumus Hambatan 3 (Daya dan Arus)

Kita tahu bahwa, $P = V * I$

Masukkan $V = I *R$ ke dalam persamaan di atas, kita mendapatkan,

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

Dengan demikian, kita mendapatkan bahwa hambatan adalah perbandingan antara daya dan kuadrat arus. Secara matematis,

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

Perbedaan Antara Hambatan AC dan DC

Terdapat perbedaan antara hambatan AC dan DC. Mari kita bahas ini secara singkat.

Hambatan AC

Hambatan total (termasuk hambatan, reaktansi induktif, dan reaktansi kapasitif) dalam rangkaian AC disebut impedansi. Oleh karena itu, hambatan AC juga disebut impedansi.

Hambatan = Impedansi yaitu,

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

Rumus berikut memberikan nilai tahanan AC atau impedansi dari rangkaian AC,

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Tahanan DC

Besar DC adalah konstan, yaitu tidak ada frekuensi dalam rangkaian DC; oleh karena itu reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif dalam rangkaian DC adalah nol.

Oleh karena itu, hanya nilai tahanan konduktor atau kawat yang berperan ketika diberikan sumber DC.

Dengan demikian, menurut hukum Ohm, kita dapat menghitung nilai tahanan DC.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

Mana yang Lebih Besar Tahanan AC atau Tahanan DC?

Tidak ada efek kulit dalam sirkuit DC karena frekuensi pada suplai DC bernilai nol. Oleh karena itu, resistansi AC lebih besar dibandingkan resistansi DC akibat efek kulit.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

Biasanya, nilai resistansi AC adalah 1,6 kali nilai resistansi DC.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

Resistansi Listrik, Pemanasan, dan Suhu

Resistansi Listrik dan Pemanasan

Ketika arus listrik (yaitu aliran elektron bebas) mengalir melalui konduktor, terdapat 'gesekan' antara elektron yang bergerak dengan molekul konduktor. Gesekan ini disebut sebagai resistansi listrik.

Dengan demikian, energi listrik yang diberikan ke konduktor diubah menjadi panas akibat gesekan atau resistansi listrik. Ini dikenal sebagai efek pemanasan dari arus listrik yang dihasilkan oleh resistansi listrik.

Misalnya, jika arus I amper mengalir melalui konduktor dengan resistansi R ohm selama t detik, energi listrik yang disuplai adalah I2Rt joule. Energi ini diubah dalam bentuk panas.

Dengan demikian,

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

Efek pemanasan ini digunakan untuk memproduksi banyak peralatan listrik pemanas seperti pemanas air listrik, pemanggang listrik, ketel listrik, setrika listrik, solder listrik, dan lain-lain. Prinsip dasar dari peralatan-peralatan ini sama, yaitu ketika arus listrik mengalir melalui hambatan tinggi (disebut elemen pemanas), maka akan menghasilkan panas yang diperlukan.

Salah satu paduan nikel dan kromium yang paling umum digunakan, yang disebut nichrome, memiliki resistansi lebih dari 50 kali tembaga.

Pengaruh Suhu terhadap Resistansi Listrik

Resistansi semua bahan dipengaruhi oleh perubahan suhu. Efek perubahan suhu berbeda tergantung pada bahan tersebut.

Logam

Hambatan listrik logam murni (misalnya, tembaga, aluminium, perak, dll.) meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Peningkatan hambatan ini cukup besar dalam rentang suhu normal. Dengan demikian, logam memiliki koefisien temperatur hambatan positif.

Paduan

Hambatan listrik paduan (misalnya, nichrome, manganin, dll.) juga meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Peningkatan hambatan ini tidak teratur dan relatif kecil. Dengan demikian, paduan memiliki nilai koefisien temperatur hambatan positif yang rendah.

Semi-Konduktor, Isolator, & Elektrolit

Hambatan listrik semi-konduktor, isolator, & elektrolit berkurang seiring dengan peningkatan suhu. Ketika suhu ditingkatkan, banyak elektron bebas yang dibuat. Jadi, ada penurunan nilai hambatan listrik. Dengan demikian, bahan seperti ini memiliki koefisien temperatur hambatan negatif.

Pertanyaan Umum Tentang Hambatan

Hambatan Listrik Tubuh Manusia

Hambatan kulit tubuh manusia tinggi, tetapi hambatan internal tubuh rendah. Ketika tubuh manusia kering, hambatan efektif rata-ratanya tinggi, dan ketika basah, hambatan berkurang secara signifikan.

Dalam kondisi kering, hambatan efektif yang ditawarkan oleh tubuh manusia adalah 100.000 ohm, dan dalam kondisi basah atau kulit yang rusak, hambatan berkurang menjadi 1.000 ohm.

Jika energi listrik tegangan tinggi masuk ke kulit manusia, maka kulit manusia akan cepat rusak, dan hambatan yang ditawarkan oleh tubuh berkurang menjadi 500 ohm.

Ketahanan Listrik Udara

Kita mengetahui bahwa ketahanan listrik dari setiap material tergantung pada resistivitas atau hambatan spesifik dari material tersebut. Resistivitas atau hambatan spesifik udara berkisar antara $10^6$ hingga $10^1^5$ $\Omega-m$ pada suhu 200 C.

Ketahanan listrik udara adalah ukuran kemampuan udara untuk melawan arus listrik. Hambatan udara merupakan hasil dari tabrakan antara permukaan depan benda dengan molekul-molekul udara. Dua faktor utama yang memengaruhi besarnya hambatan udara adalah kecepatan benda dan luas penampang lintang benda.

Kekuatan tembus (breakdown) atau kekuatan dielektrik udara adalah 21,1 kV/cm (RMS) atau 30 kV/cm (puncak), yang berarti udara memberikan ketahanan listrik hingga 21,1 kV/cm (RMS) atau 30 kV/cm (puncak). Jika tegangan elektrostatik dalam udara melebihi 21,1 kV/cm (RMS), maka terjadi tembusan udara; dengan demikian dapat dikatakan bahwa ketahanan udara menjadi nol.

Ketahanan Listrik Air

Hambatan spesifik atau resistivitas air adalah ukuran kemampuan air untuk melawan arus listrik, yang tergantung pada konsentrasi garam terlarut dalam air.

Air murni memiliki nilai hambatan spesifik atau resistivitas yang lebih tinggi karena tidak mengandung ion apa pun. Ketika garam larut dalam air murni, ion bebas dihasilkan. Ion-ion ini dapat menghantarkan arus listrik; oleh karena itu, ketahanannya menurun.

Air dengan konsentrasi garam terlarut yang tinggi akan memiliki hambatan spesifik atau resistivitas yang rendah dan sebaliknya. Tabel di bawah ini menunjukkan nilai resistivitas untuk berbagai jenis air.

Jenis Air	Resistivitas dalam Ohm-m $(\Omega-m)$
Air Murni	20.000.000
Air Laut	20-25
Air Distilasi	500.000
Air Hujan	20.000
Air Sungai	200
Air Minum	2 sampai 200
Air Deionisasi	180.000

Hambatan Listrik Tembaga

Tembaga adalah konduktor yang baik; oleh karena itu, hambatannya rendah. Hambatan alami yang ditawarkan oleh tembaga dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas tembaga.

Nilai hambatan jenis atau resistivitas tembaga adalah $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Bagaimana Anda Menamakan Fenomena Ketika Hambatan Listrik Nol?

Ketika hambatan listrik nol, fenomena ini disebut superkonduktivitas.

Menurut hukum Ohm,

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

Jika hambatan listrik yaitu R = 0 maka,

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

Oleh karena itu, arus tak terbatas mengalir melalui konduktor jika hambatan konduktor tersebut nol; fenomena ini dikenal sebagai superkonduktivitas.

Kita juga dapat mengatakan bahwa jika hambatan listrik adalah nol, maka konduktansinya tak terhingga.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

Bagaimana Resistivitas Mempengaruhi Hambatan?

Seperti yang kita ketahui, hambatan bahan konduktor dapat dinyatakan sebagai,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Di mana R = hambatan konduktor

$l$ = panjang konduktor

a = luas penampang konduktor

$\rho$ = konstanta proporsional bahan yang dikenal sebagai resistivitas atau hambatan jenis bahan

Sekarang, jika $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ maka

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

Dengan demikian, resistivitas atau hambatan jenis suatu bahan adalah hambatan yang ditawarkan oleh panjang satuan dan luas penampang satuan bahan tersebut.

Kita tahu bahwa setiap bahan konduktor memiliki nilai resistivitas atau hambatan jenis yang berbeda; oleh karena itu, nilai hambatan bergantung pada panjang dan luas bahan konduktor yang digunakan.

Sumber: Electrical4u

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