Hambatan Kabel dalam Rangkaian: Mengapa Panjang & Bentuk Biasanya Tidak Penting

Sampai sekarang, kita telah memeriksa rangkaian sederhana satu baterai, satu resistor tanpa mempertimbangkan kabel penghubung. Namun, apakah panjang kabel atau bentuk rangkaian mempengaruhi perhitungan kita? Diagram berikut menjelaskan jawabannya.

Dalam sebagian besar analisis buku teks, kabel diasumsikan memiliki hambatan nol. Akibatnya, hanya hambatan komponen—di sini, dua resistor 5 Ω—yang berkontribusi pada total hambatan loop. Dalam kenyataan, konduktor logam memang memiliki hambatan, namun biasanya sangat kecil dibandingkan nilai komponen sehingga dapat diabaikan untuk rangkaian daya rendah, arus rendah. Pengecualian timbul dalam sistem distribusi daya arus tinggi, di mana bahkan beberapa miliohm per meter dapat menghasilkan penurunan tegangan yang signifikan.

Titik Secara Listrik Umum dalam Rangkaian

Saat hambatan kabel dianggap tidak signifikan, dua titik yang dihubungkan oleh kabel adalah secara listrik umum. Baik titik 1 dan 2 fisiknya dekat atau jauh, tegangan yang diukur di antara mereka efektifnya sama, dan hal yang sama berlaku untuk titik 3 dan 4. Properti ini memungkinkan Anda menggambar ulang atau merangkaian ulang rangkaian—memendekkan atau memperpanjang kabel—tanpa mempengaruhi perilaku listriknya, asalkan urutan komponen tetap tidak berubah.

Itu juga berarti bahwa pembacaan tegangan yang diambil di antara titik secara listrik umum adalah identik. Misalnya, tegangan di seluruh baterai (titik 1 ke 4) sama dengan tegangan di seluruh resistor (titik 2 ke 3). Contoh berikut mengilustrasikan prinsip ini.

Dalam rangkaian itu, elemen aktif satu-satunya adalah baterai dan resistor, namun kabel membentuk jalur yang berbelit-belit. Titik 1, 2, dan 3 semuanya secara listrik umum, begitu juga titik 4, 5, dan 6. Baterai menyuplai 10 V, jadi tegangan di antara titik 1 dan 6 adalah 10 V. Karena titik 5 dan 4 umum dengan 6, dan titik 2 dan 3 umum dengan 1, tegangan 10 V yang sama muncul di semua pasangan lainnya:

Between points 1 and 4 = 10 V Between points 2 and 4 = 10 V Between points 3 and 4 = 10 V (directly across the resistor) Between points 1 and 5 = 10 V Between points 2 and 5 = 10 V Between points 3 and 5 = 10 V Between points 1 and 6 = 10 V (directly across the battery) Between points 2 and 6 = 10 V Between points 3 and 6 = 10 V

Sebaliknya, karena kabel tidak memiliki hambatan, tegangan di antara dua titik umum apa pun efektifnya nol:

Between points 1 and 2 = 0 V Between points 2 and 3 = 0 V Between points 1 and 3 = 0 V Between points 4 and 5 = 0 V Between points 5 and 6 = 0 V Between points 4 and 6 = 0 V

Menghitung Penurunan Tegangan dengan Hukum Ohm

Dengan baterai 10 V dan resistor 5 Ω, arus loop adalah 2 A. Asumsi hambatan kabel nol, Hukum Ohm memberikan penurunan tegangan di sepanjang panjang kabel yang tidak terganggu sebagai V = IR = I × 0 = 0 V, terlepas dari besarnya arus.

Karena titik umum berbagi tegangan yang sama, kabel yang menghubungkannya seringkali diberi designation yang sama. Misalnya, dalam diagram di bawah, kabel yang menghubungkan titik 1 ke 2 diberi label “kabel 2,” sama seperti kabel dari titik 2 ke 3. Dalam praktik, karakteristik fisik kabel ini mungkin berbeda, namun label simbolik mereka mencerminkan potensi listrik umum.

Penurunan Tegangan Harus Nol pada Titik Umum

Mengenal bahwa tegangan di antara titik secara listrik umum adalah nol adalah petunjuk troubleshooting yang kuat. Jika pengukuran tegangan di antara dua titik yang assumed umum menghasilkan bacaan non-nol, Anda dapat segera mencurigai koneksi terbuka atau kesalahan dalam kabel.

Tegangan Nol adalah Ideal

Dalam praktik, semua konduktor memiliki hambatan terhingga, kecuali superkonduktor. Oleh karena itu, aturan “tegangan nol” berlaku secara ketat di bawah kondisi ideal. Kabel nyata akan menunjukkan penurunan tegangan yang sangat kecil, namun dapat diukur, yang proporsional dengan arus dan hambatannya. Namun, untuk sebagian besar rangkaian daya rendah, deviasi yang dihasilkan adalah tidak signifikan dan asumsi ideal tetap berlaku.

Tinjauan:

• Kecuali dinyatakan lain, kabel dalam analisis rangkaian diasumsikan memiliki hambatan nol.
• Kabel dapat dipendekkan atau diperpanjang tanpa mempengaruhi performa rangkaian, selama urutan komponen dipertahankan.
• Titik yang langsung dihubungkan oleh kabel hambatan nol dianggap secara listrik umum.
• Tegangan di antara titik secara listrik umum adalah nol (secara ideal) terlepas dari arus.
• Pengukuran tegangan atau hambatan di antara himpunan titik umum adalah identik.
• Aturan ini berlaku di bawah asumsi ideal; dalam kehidupan nyata, hambatan kabel minimal hanya menimbulkan penurunan tegangan jejak.

Lembar Kerja Terkait:

• Lembar Kerja Rangkaian Sederhana
• Lembar Kerja Rangkaian Elementer
• Lembar Kerja Rangkaian Pembagi Tegangan