Hukum Ohm - Bagaimana Hubungan Tegangan, Arus, dan Hambatan

Yang pertama, dan mungkin yang paling penting, hubungan antara arus, tegangan, dan hambatan disebut Hukum Ohm, ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan diterbitkan dalam makalahnya tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically.

Tegangan, Arus, dan Resistansi

Sirkuit listrik terbentuk ketika jalur konduktif dibuat untuk memungkinkan muatan listrik terus bergerak. Pergerakan muatan listrik yang terus menerus melalui konduktor suatu rangkaian disebut arus , dan sering disebut dengan istilah “aliran”, seperti halnya aliran zat cair melalui pipa berlubang.

Gaya yang memotivasi pembawa muatan untuk "mengalir" dalam rangkaian disebut tegangan . Tegangan adalah ukuran spesifik energi potensial yang selalu relatif antara dua titik.

Ketika kita berbicara tentang sejumlah tegangan yang ada dalam suatu rangkaian, kita mengacu pada pengukuran berapa banyak potensial energi ada untuk memindahkan pembawa muatan dari satu titik tertentu di sirkuit itu ke titik tertentu lainnya. Tanpa mengacu pada dua titik tertentu, istilah "tegangan" tidak ada artinya.

Arus cenderung bergerak melalui konduktor dengan beberapa derajat gesekan, atau menentang gerakan. Oposisi terhadap gerakan ini lebih tepat disebut perlawanan . Besarnya arus dalam suatu rangkaian tergantung pada besarnya tegangan dan besarnya hambatan dalam rangkaian untuk melawan aliran arus.

Sama seperti tegangan, hambatan adalah besaran relatif antara dua titik. Untuk alasan ini, besaran tegangan dan hambatan sering dinyatakan sebagai “antara” atau “melintasi” dua titik dalam sebuah rangkaian.

Satuan Pengukuran:Volt, Amp, dan Ohm

Untuk dapat membuat pernyataan yang berarti tentang besaran-besaran ini dalam rangkaian, kita harus dapat menggambarkan besaran-besaran itu dengan cara yang sama seperti kita mengukur massa, suhu, volume, panjang, atau jenis besaran fisis lainnya. Untuk massa kita dapat menggunakan satuan “kilogram” atau “gram”.

Untuk suhu, kita bisa menggunakan derajat Fahrenheit atau derajat Celcius. Berikut adalah satuan standar pengukuran arus, tegangan, dan hambatan listrik:

"Simbol" yang diberikan untuk setiap besaran adalah huruf alfabet standar yang digunakan untuk menyatakan besaran itu dalam persamaan aljabar. Huruf standar seperti ini umum dalam disiplin fisika dan teknik dan diakui secara internasional.

"Singkatan satuan" untuk setiap kuantitas mewakili simbol alfabet yang digunakan sebagai notasi singkatan untuk unit pengukuran tertentu. Dan, ya, simbol “tapal kuda” yang tampak aneh itu adalah huruf kapital Yunani , hanya sebuah karakter dalam asing alfabet (permintaan maaf kepada pembaca Yunani di sini).

Setiap unit pengukuran diberi nama sesuai dengan nama seorang eksperimenter terkenal di bidang kelistrikan:amp setelah orang Prancis Andre M. Ampere, volt setelah Alessandro Volta Italia, dan ohm setelah Georg Simon Ohm dari Jerman.

Simbol matematika untuk setiap kuantitas juga bermakna. "R" untuk resistansi dan "V" untuk tegangan keduanya cukup jelas, sedangkan "I" untuk arus tampaknya agak aneh. Huruf "I" dianggap mewakili "Intensitas" (aliran muatan), dan simbol lain untuk tegangan, "E," adalah singkatan dari "Gaya listrik." Dari penelitian yang dapat saya lakukan, tampaknya ada beberapa perselisihan tentang arti “saya”.

Simbol "E" dan "V" dapat dipertukarkan untuk sebagian besar, meskipun beberapa teks mencadangkan "E" untuk mewakili tegangan di seluruh sumber (seperti baterai atau generator) dan "V" untuk mewakili tegangan di hal lain.

Semua simbol ini dinyatakan menggunakan huruf kapital, kecuali dalam kasus di mana kuantitas (terutama tegangan atau arus) dijelaskan dalam periode waktu yang singkat (disebut nilai "seketika"). Misalnya, tegangan baterai, yang stabil dalam jangka waktu yang lama, akan dilambangkan dengan huruf kapital “E”, sedangkan puncak tegangan sambaran petir pada saat menabrak kabel listrik kemungkinan besar akan dilambangkan dengan huruf kecil “e” (atau huruf kecil “v”) untuk menunjukkan nilai tersebut pada saat yang sama.

Konvensi huruf kecil yang sama ini berlaku untuk arus juga, huruf kecil "i" mewakili arus pada suatu waktu. Namun, sebagian besar pengukuran arus searah (DC), karena stabil dari waktu ke waktu, akan dilambangkan dengan huruf kapital.

Coulomb dan Muatan Listrik

Satuan dasar pengukuran listrik yang sering diajarkan di awal kursus elektronika tetapi jarang digunakan setelahnya, adalah satuan coulomb , yang merupakan ukuran muatan listrik yang sebanding dengan jumlah elektron dalam keadaan tidak seimbang. Satu coulomb muatan sama dengan 6.250.000.000.000.000 elektron.

Lambang besaran muatan listrik adalah huruf kapital “Q”, dengan satuan coulomb disingkat dengan huruf kapital “C”. Kebetulan unit untuk aliran arus, amp, sama dengan 1 coulomb muatan yang melewati suatu titik tertentu dalam suatu rangkaian dalam waktu 1 detik. Dalam istilah ini, arus adalah laju gerak muatan listrik melalui konduktor.

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, tegangan adalah ukuran energi potensial per satuan muatan tersedia untuk memotivasi aliran arus dari satu titik ke titik lain. Sebelum kita dapat secara tepat mendefinisikan apa itu "volt", kita harus memahami bagaimana mengukur kuantitas ini yang kita sebut "energi potensial." Satuan metrik umum untuk energi jenis apa pun adalah joule , sama dengan jumlah kerja yang dilakukan oleh gaya 1 newton yang dilakukan melalui gerakan 1 meter (dalam arah yang sama).

Dalam satuan Inggris, ini sedikit kurang dari 3/4 pon gaya yang diberikan pada jarak 1 kaki. Dalam istilah umum, dibutuhkan sekitar 1 joule energi untuk mengangkat beban 3/4 pon 1 kaki dari tanah, atau untuk menyeret sesuatu sejauh 1 kaki menggunakan gaya tarik paralel 3/4 pon. Didefinisikan dalam istilah ilmiah ini, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial listrik per (dibagi dengan) 1 coulomb muatan. Jadi, baterai 9 volt melepaskan 9 joule energi untuk setiap coulomb muatan yang dipindahkan melalui suatu rangkaian.

Satuan dan simbol besaran listrik ini akan menjadi sangat penting untuk diketahui saat kita mulai mengeksplorasi hubungan di antara mereka dalam rangkaian.

Persamaan Hukum Ohm

Penemuan utama Ohm adalah bahwa jumlah arus listrik yang melalui konduktor logam dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan tegangan yang melewatinya, untuk suhu tertentu. Ohm mengungkapkan penemuannya dalam bentuk persamaan sederhana, menggambarkan bagaimana tegangan, arus, dan hambatan saling berhubungan:

Dalam ekspresi aljabar ini, tegangan (E) sama dengan arus (I) dikalikan dengan hambatan (R). Dengan menggunakan teknik aljabar, kita dapat memanipulasi persamaan ini menjadi dua variasi, penyelesaian untuk I dan untuk R, masing-masing:

Menganalisis Rangkaian Sederhana dengan Hukum Ohm

Mari kita lihat bagaimana persamaan ini dapat bekerja untuk membantu kita menganalisis rangkaian sederhana:

Pada rangkaian di atas, hanya ada satu sumber tegangan (baterai, di sebelah kiri) dan hanya satu sumber hambatan arus (lampu, di sebelah kanan). Ini membuatnya sangat mudah untuk menerapkan Hukum Ohm. Jika kita mengetahui nilai dua dari tiga besaran (tegangan, arus, dan hambatan) dalam rangkaian ini, kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk menentukan yang ketiga.

Dalam contoh pertama ini, kita akan menghitung besarnya arus (I) dalam suatu rangkaian, dengan memberikan nilai tegangan (E) dan hambatan (R):

Berapa besar arus (I) pada rangkaian ini?

Pada contoh kedua ini, kita akan menghitung besarnya hambatan (R) dalam suatu rangkaian, dengan memberikan nilai tegangan (E) dan arus (I):

Berapakah besar hambatan (R) yang diberikan oleh lampu tersebut?

Pada contoh terakhir, kita akan menghitung jumlah tegangan yang disuplai oleh baterai, dengan nilai arus (I) dan hambatan (R):

Berapa besar tegangan yang diberikan oleh baterai?

Teknik Segitiga Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah alat yang sangat sederhana dan berguna untuk menganalisis rangkaian listrik. Ini sangat sering digunakan dalam studi listrik dan elektronik sehingga perlu diingat oleh siswa yang serius. Bagi mereka yang belum terbiasa dengan aljabar, ada trik untuk mengingat bagaimana menyelesaikan kuantitas siapa pun, mengingat dua lainnya.

Pertama, susun huruf E, I, dan R menjadi segitiga seperti ini:

Jika Anda tahu E dan I, dan ingin menentukan R, hilangkan saja R dari gambar dan lihat apa yang tersisa:

Jika Anda mengetahui E dan R, dan ingin menentukan I, hilangkan I dan lihat apa yang tersisa:

Terakhir, jika Anda mengetahui I dan R, dan ingin menentukan E, hilangkan E dan lihat apa yang tersisa:

Akhirnya, Anda harus terbiasa dengan aljabar untuk mempelajari listrik dan elektronik dengan serius, tetapi tip ini dapat membuat perhitungan pertama Anda sedikit lebih mudah diingat. Jika Anda merasa nyaman dengan aljabar, yang perlu Anda lakukan hanyalah memasukkan E=IR ke memori dan menurunkan dua rumus lainnya saat Anda membutuhkannya!

TINJAUAN:

• Tegangan diukur dalam volt , dilambangkan dengan huruf “E” atau “V”.
• Arus diukur dalam amp , dilambangkan dengan huruf “I”.
• Resistensi diukur dalam ohm , dilambangkan dengan huruf “R”.
• Hukum Ohm:E =IR; saya =E/R; R =E/I

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Hukum Ohm
• Lembar Kerja Praktek Hukum Ohm Dengan Jawaban

Cobalah Kalkulator Hukum Ohm kami di bagian Alat kami.