Hambatan Listrik

Hambatan Listrik

1. Arus

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.

I = Q/T

Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.

Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).

2. Hambatan

Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

R = V/I

atau

di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.

Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).

3. Tegangan

Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.

V= I .R

Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).

4. Hukum OHm

Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.

Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.

Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.

Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan.

Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.

Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.

Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).

Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.

Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.

Rumus hambatan

E = I x R

I = E / R

R = I / E

Kesimpulan :

Tegangan dinyatakan dengan nilai volt disimbolkan dengan E atau V.

Arus dinyatakan dengan ampere, dan diberi symbol I

Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R

Hukum Ohm: E = I x R , I = E : R , R = E : I

Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :

P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R

Dimana :

P             : daya, dalam satuan watt

V             : tegangan dalam satuan volt

I               : arus dalam satuan ampere

Contoh Soal Latihan:

Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?

JAWAB :

dik :

V = 220 Volt

I = 10 Amper

Dit : hambatan…………….?

JAWAB

R = V/R

R = 220/10 = 22 ohm

Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm

Contoh Soal Latihan:

Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu tersebut ?

JAWAB :

diketahui :

V = 220 Volt

I = 2 Amper

Ditanya : Daya…………….?

JAWAB

P = V.I

P = 220. 2 = 440 Watt

1.     Hukum Ohm

Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar- Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik. Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa arus listrik sebanding dengan beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik yang diberikan, semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, semakin kecil beda potensial yang diberikan, semakin kecil arus listrik yang dihasilkan. Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial/tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

dan dikenal sebagi hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω .

 Grafik kuat arus listrik I sebagai fungsi beda potensial V

di samping menunjukkan tentang grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V. jika suatu bahan penghantar menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V nya tidak membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen non-ohmik. Untuk bahan penghantar yang menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V-nya membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen ohmik.

Hambatan Listrik Konduktor

Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar. Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktor-faktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sebagai berikut.

R = ρl/A

dengan:R = hambatan listrik konduktor (Ω ),

ρ = hambatan jenis konduktor (m),

l = panjang konduktor (m), dan

A = luas penampang konduktor (m2).

Suatu kawat penghantar memiliki hambatan listrik R yang sering disebut juga resistensi. Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan A = ¼ πd2 sehingga Persamaan diatas dapat juga ditulis

R = (4ρl) / (πd2)

Persamaan ini menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil. Selain itu, Persamaan ini juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

R=Ro (1+αΔt) …. (8–7)

dengan: R = hambatan konduktor pada suhu t oC,

R0 = hambatan konduktor pada suhu t0 oC,

α = koefisien suhu hambatan jenis (/oC), dan

Δt = t - t0 = selisih suhu (oC).

Contoh soal

1. Sebuah bola lampu dengan hambatan dalam 20 Ω diberi tegangan listrik 6 V.

(a) Tentukan arus yang mengalir melalui lampu tersebut. (b) Jika tegangannya dijadikan 12 V, berapakah arus yang melalui lampu tersebut sekarang?

Jawab

Diketahui: R = 20 Ω.

a. ketika V = 6 V, arus pada lampu

I = V / R = 6V/20Ω = 0,3 A

b. ketika V = 12 V, arus pada lampu

I = V / R = 12 V / 20Ω = 0,6 A

Contoh ini menunjukkan bahwa, untuk hambatan tetap, ketika tegangan dijadikan dua kali semula (12 V = 2 kali 6 V), arus listrik yang mengalir menjadi dua kali semula (0,6 A = 2 kali 0,3 A).

2. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampangnya 5 cm2 memiliki hambatan 100Ω. Jika kawat tersebut memiliki panjang 4 m dan luas penampang 1,25 cm2, berapakah hambatannya?

Jawab

Diketahui: l1 = 2 m, A1 = 5 cm2, R1 = 100 Ω, l2 = 4 m, dan A2 = 1,25 cm2.

Soal ini lebih mudah diselesaikan dengan menggunakan metoda perbandingan. Dari persamaan R = ρl/A diperoleh:

R1/R2 = (l2.A2) / (l1.A1)

R2= (4m x 1,25 cm2)x100 / (2m x 5cm2) = 50Ω

Jadi, hambatannya adalah 50 Ω.

3. Sebuah termometer hambatan terbuat dari platina (α = 3,92 × 10-3/C°). Pada suhu 20°C, hambatannya 50 Ω. Sewaktu dicelupkan ke dalam bejana berisi logam indium yang sedang melebur, hambatan termometer naik menjadi 76,8 Ω. Tentukan titik lebur indium tersebut.

Jawab

Diketahui: α = 3,92 × 10-3/C°, to = 20°C, Ro = 50 Ω, dan R = 76,8 Ω .

R = R0 (1 +α Δt ) = R0 + R0 α Δt → R – R0 = R0 α Δt

sehingga diperoleh

Δt = (R – Ro) / (Roα) = (76,8 – 50)Ω / (50Ω )(3,920×10-3 /oC)= 136,7 oC

Jadi, karena suhu awalnya 20°C, titik lebur indium adalah 136,7°C + 20°C = 156,7°C.

4. Suatu kawat penghantar dengan hambatan total sebesar 10 Ω. Kawat tersebut membawa arus sebesar 50 mA. Hitunglah perbedaan potensial antara kedua ujung kawat tersebut.

Penyelesaian:

Beda potensial antara kedua ujung kawat tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5.4) yaitu:

V = R I = (10 Ω) (50 mA) = (10 Ω) (0,05 A) = 0,5 V

5. Suatu kawat nikrom (resistivitas 10-6 Ω.m) memiliki jari-jari 1,20 mm. Berapakah panjang kawat yang dibutuhkan untuk memperoleh resistansi 4,0 Ω?

Penyelesaian:

Luas penampang kawat ini adalah:

A = πr2

= (3,14) (12 x 10-4m)2

= 4,5 x 10-6 m2

Dari persamaan kita dapatkan:

L = (RA)/ρ = (4Ω)(4,5×10-6m2) / 10-6Ω = 18 m

Hubungan antara hambatan kawat dengan jenis kawat dan ukuran kawat

Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Dalam radio dan televisi, resistansi berguna untuk menjaga kuat arus dan tegangan pada nilai tertentu dengan tujuan agar komponen-komponen listrik lainnya dapat berfungsi dengan baik.

Untuk berbagai jenis kawat, panjang kawat dan penampang berbeda terdapat hubungan sebagai berikut:

               

               

dengan ketentuan:

               

R = hambatan()

P = hambatan jenis penghantar (m)

L = panjang penghantar (m)

A = Luas penampang penghantar (m2) untuk kawat berbentuk lingkaran

A = 2

R = jari-jari lingkaran kawat

Hambatan Listrik

Dalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan/resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Berikut akan dijelaskan secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian listrik

1) Hambatan Kawat Penghantar

Besarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu Hambatan Jenis

Penghantar,Panjang Penghantar, dan Luas Penampang Penghantar

2) Hambatan Resistor

Dalam suatu rangkaian, kadangkala digunakan resistor sebagai penghambat arus. Resistor digunakan agar tidak membuang banyak biaya dalam pembuatan suatu hambatan. Besarnya resistansi suatu resistor dapat kita tentukan secara langsung menggunakan alat ukur hambatan (ohmmeter) atau bisa juga dilakukan penghitungan manual menggunakan kode warna resistor. Terkait dengan kode warna resistor, akan dijelaskan seperti berikut

Terdapat 12 warna cincin yang berbeda yang ada di resistor atau gambar di atas.

bila kita lihat gambar resistar yang paling atas pada gambar memiliki 4 pita warna, warna yang terdapat pada resistor yaitu :

merah – hijau – orange – emas

warna ini bila di sesuaikan pada gambar di atas berarti :

2 – 5 – 3 – 5%

Dan ini artinya , angka pertama adalah 2, angka kedua adalah 5, sedangkan angka ketiga sebagai pengali adalah 3 yang berarti memiliki (x1000) maka nilai resistor tersebut adalah

25000 ohm atau 25K ohm dengan toleransi 5 % yaitu

25 x 1000 x 5% = 1250 ohm atau 1.25K ohm

Hambatan tertinggi = nilai resistor + nilai toleransi

Hambatan terendah = nilai resistor – nilai toleransi

Berdasarkan rumus di atas berarti hambatan tertinggi adalah 26.25K ohm dan hambatan terendah adalah 23.75K ohm yang artinya resistor tersebut memiliki rentang hambatan dengan 26.25 – 23.75 K ohm tergantung suhu pada saat resistor tersebut bekerja.

Yang harus diingat adalah Cara pembacaan resistor di atas hanya berlaku untuk resistor dengan 4 pita warna sedangkan untuk pembacaan 5 warna atau 6 warna ada sedikit sedikit modifikasi.

Yaitu, warna pertama, kedua dan ketiga menunjukkan angka nilai resistor sedangkan angka ke 4 menunjukkan faktor pengali dan angka ke 5 menunjukkan faktor toleransi.

Contoh soal untuk gelang warna :

1. Berapa nilai resistor dengan kode warna : Jingga, Jingga, hitam, Emas?

     Jawab :     1st Ring    2nd Ring    3rd Ring    4th Ring

                         Jingga      Jingga         Hitam        Emas

                            3             3                x 1         ± 5 %

    Jadi Nilai Resistor tersebut adalah = 33 Ohm ± 5 %

2. Berapa nilai resistor dengan kode warna : Cokelat, Hitam, Merah, Perak?

     Jawab :     1st Ring    2nd Ring    3rd Ring    4th Ring

                       Cokelat       Hitam       Merah       Perak

                            1              0            x 100       ± 10 %

    Jadi Nilai Resistor tersebut adalah = 1.000 Ohm ± 10 %

Kode Alphanumeric

Kode tertulis pada badan resistor tersebut. Selain menunjukkan nilai resistansi, kode juga menunjukkan nilai kemampuan daya dan toleransi. Kemampuan daya tertulis langsung dalam satuan Watt (W), Nilai resistansi biasanya diimbuhi dengan beberapa kode huruf yang menunjukkan faktor pengali, dan Toleransi juga diberi kode huruf dengan nilai ± (….) %.

Tabel 1.    Kode Resistansi dan Kode Toleransi - Alphanumeric

Gambar 15.    Contoh Resistor dengan kode Alphanumeric

Contoh :

1. Jelaskan maksud kode Alphanumeric  sebuah resistor dengan kode 5W 22 R J !

       Jawab : 

         -  Kode kemampuan daya    5 W        =  5 Watt

         -  Kode resistansi                 22R        =  22 Ohm

         -  Kode toleransi                       J        =  ± 5 %

2. Jelaskan maksud kode Alphanumeric  sebuah resistor dengan kode 10W 1R5 K !

       Jawab : 

         -  Kode kemampuan daya     10 W    =  10 Watt

         -  Kode resistansi                  1R5      =  1,5 Ohm

         -  Kode toleransi                    K         =  ± 10 %

3. Jelaskan maksud kode Alphanumeric  sebuah resistor dengan kode 2W 2 K F !

       Jawab : 

         -  Kode kemampuan daya    2 W        =  2 Watt

         -  Kode resistansi                   2K        =  2.000 Ohm

         -  Kode toleransi                      F        =  ± 1 %