Hukum Ohm adalah salah satu prinsip dasar dalam ilmu kelistrikan yang menjelaskan hubungan antara tegangan (V), arus (I), dan hambatan (R) dalam suatu rangkaian listrik. Pada tahun 1827, Georg Simon Ohm seorang fisikawan asal Jerman menemukan Hukum Ohm yang menjadi dasar penting dalam analisis rangkaian listrik baik dalam arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC).
Hukum Ohm menyatakan bahwa arus listrik (I) yang mengalir melalui suatu penghantar berbanding lurus dengan tegangan (V) yang diberikan dan berbanding terbalik dengan hambatan (R) penghantar tersebut. Secara matematis, hubungan ini dirumuskan sebagai:
Dimana:
- V = Tegangan (Volt)
- I = Arus (Ampere)
- R = Hambatan (Ohm, Ω)
Sejarah Penemuan Hukum Ohm
Georg Simon Ohm (1789–1854) melakukan serangkaian eksperimen dengan kawat penghantar dan baterai. Ia menemukan bahwa semakin besar tegangan yang diberikan, semakin besar pula arus yang mengalir, asalkan hambatan tetap konstan. Hasil penelitiannya dipublikasikan dalam karya berjudul "Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet" (1827). Awalnya, temuan Ohm tidak langsung diterima oleh komunitas ilmiah karena dianggap terlalu sederhana. Namun, seiring perkembangan ilmu fisika, Hukum Ohm menjadi dasar penting dalam teori kelistrikan.
Rumus dan Penurunan Persamaan Hukum Ohm
Hukum Ohm dapat dinyatakan dalam tiga bentuk persamaan, tergantung variabel yang dicari:
1. Menghitung Tegangan (V):
2. Menghitung Arus (I):
3. Menghitung Hambatan (R):
Penjelasan Variabel:
- Tegangan (V)
Beda potensial antara dua titik dalam rangkaian yang mendorong elektron untuk bergerak.
- Arus (I)
Aliran muatan listrik per satuan waktu (1 Ampere = 1 Coulomb/detik).
- Hambatan (R)
Perlawanan material terhadap aliran arus listrik.
Segitiga Hukum Ohm
Untuk memudahkan penghitungan, digunakan segitiga Ohm:
- Tutup V → Hitung I x R
- Tutup I → Hitung V : R
- Tutup R → Hitung V : I
Komponen dalam Hukum Ohm
a. Tegangan (Voltage, V)
Tegangan adalah energi per satuan muatan yang diperlukan untuk memindahkan muatan listrik antara dua titik. Sumber tegangan umumnya adalah baterai, generator, atau power supply.
b. Arus Listrik (Current, I)
Arus listrik adalah aliran elektron melalui konduktor. Arah arus konvensional berlawanan dengan arah aliran elektron (dari positif ke negatif).
c. Hambatan (Resistance, R)
Hambatan dipengaruhi oleh:
- Jenis material (konduktor seperti tembaga memiliki hambatan kecil, isolator seperti karet memiliki hambatan besar).
- Panjang penghantar (semakin panjang, semakin besar hambatan).
- Luas penampang (semakin lebar penampang, semakin kecil hambatan).
- Suhu (pada kebanyakan logam, hambatan meningkat dengan suhu).
Rumus hambatan suatu material:
Dimana:
- ρ = Resistivitas material (Ω.m)
- L = Panjang penghantar (m)
- A = Luas penampang (m²)
Aplikasi Hukum Ohm dalam Kehidupan Sehari-hari
Hukum Ohm digunakan dalam berbagai perangkat elektronik, seperti:
1. Rangkaian Seri dan Paralel
- Seri: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….
- Paralel:
2. Pengaturan Kecerahan Lampu
Arus yang mengalir ke lampu dapat diatur dengan mengubah hambatan (menggunakan resistor variabel/potensiometer).
3. Pengukuran dengan Multimeter
Alat ukur seperti amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter bekerja berdasarkan prinsip Hukum Ohm.
4. Power Supply & Pengisian Baterai
Tegangan dan arus diatur agar sesuai dengan kebutuhan perangkat.
Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh 1:
Sebuah resistor 10 Ω dihubungkan ke baterai 5 V. Berapa arus yang mengalir?
Penyelesaian:
Contoh 2:
Jika arus 2 A mengalir melalui resistor dan menghasilkan tegangan 12 V, berapa hambatan resistor?
Penyelesaian:
Pembatasan dan Penyimpangan Hukum Ohm
Tidak semua material mematuhi Hukum Ohm. Berikut ini beberapa kasus penyimpangannya:
- Dioda & Semikonduktor
Hambatan berubah tergantung arah arus.
- Superkonduktor
Hambatan nol pada suhu sangat rendah.
- Material Non-Linear
Seperti lampu pijar (hambatan meningkat dengan suhu).
Baca juga : Hukum Kirchoff 2 (KVL)
Eksperimen Sederhana Membuktikan Hukum Ohm
Alat dan Bahan:
- Baterai 9 V
- Resistor 100 Ω
- Amperemeter
- Voltmeter
- Kabel penghubung
Langkah Percobaan:
1. Rangkai resistor, baterai, amperemeter (seri), dan voltmeter (paralel ke resistor).
2. Catat nilai V dan I.
3. Ubah tegangan (gunakan resistor variabel), lalu amati perubahan arus.
4. Plot grafik , seharusnya diperoleh garis lurus (konfirmasi Hukum Ohm).
Analisis Rangkaian dengan Hukum Ohm
Hukum Ohm tidak hanya berlaku untuk satu resistor, tetapi juga dapat digunakan untuk menganalisis rangkaian yang lebih kompleks, seperti rangkaian seri, paralel, atau kombinasi keduanya.
a. Rangkaian Seri
Pada rangkaian seri, arus yang mengalir melalui setiap komponen adalah sama, sedangkan tegangan terbagi sesuai dengan nilai hambatan masing-masing komponen.
Contoh:
Tiga resistor dihubungkan seri dengan sumber tegangan 10 V. Hitung:
1. Hambatan total
2. Arus yang mengalir
3. Tegangan pada masing-masing resistor
Penyelesaian:
1.
2.
3.
-
-
-
b. Rangkaian Paralel
Pada rangkaian paralel, tegangan pada setiap cabang sama, sedangkan arus terbagi tergantung nilai hambatan.
Contoh:
Dua resistor dihubungkan paralel dengan sumber tegangan 12 V. Hitung:
1. Hambatan total
2. Arus total
3. Arus pada masing-masing resistor
Penyelesaian:
1.
2.
3.
-
-
Hukum Ohm dalam Komponen Elektronik
a. Resistor Variabel (Potensiometer)
Potensiometer adalah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah, digunakan untuk mengatur volume speaker, kecerahan lampu, atau kecepatan motor.
b. Termistor (Resistor Termal)
Termistor adalah resistor yang hambatannya berubah sesuai suhu. Digunakan dalam sensor suhu, seperti termostat dan sistem pendingin.
c. Light Dependent Resistor (LDR)
LDR memiliki hambatan yang bergantung pada intensitas cahaya. Aplikasinya meliputi lampu otomatis dan sistem keamanan.
Hubungan Hukum Ohm dengan Daya Listrik
Daya listrik adalah laju energi yang dihasilkan atau dikonsumsi dalam rangkaian. Hubungannya dengan Hukum Ohm dapat dirumuskan sebagai:
Contoh:
Sebuah resistor 50 Ω dialiri arus 0,5 A. Hitung daya yang terdisipasi!
Penyelesaian:
Aplikasi Hukum Ohm dalam Teknologi Modern
a. Pengaturan Kecepatan Motor Listrik
Kecepatan motor DC dapat dikendalikan (seperti pada kipas angin dan mainan RC) dengan mengubah tegangan atau hambatan.
b. Pengisian Baterai Smartphone
Pengisian cepat (fast charging) menggunakan prinsip pengaturan arus dan tegangan sesuai kapasitas baterai.
c. Sistem Pengaman Listrik (Fuse & Circuit Breaker)
Alat ini memutus arus jika melebihi batas aman, sehingga dapat mencegah kerusakan akibat korsleting.
Tantangan dalam Penerapan Hukum Ohm
a. Efek Panas pada Resistor
Ketika arus besar mengalir, resistor memanas sehingga hambatannya berubah (terutama pada resistor murah).
b. Resistansi Kabel yang Diabaikan
Resistansi kabel dapat memengaruhi hasil pengukuran dalam rangkaian panjang.
c. Komponen Non-Ohmik
LED, dioda, dan transistor tidak mengikuti Hukum Ohm secara linear.
Baca juga : Komparator dengan Op-Amp
Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?
Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!
0 Komentar