Hukum Ohm - Hukum dasar Elektronika yang wajib dipelajari dan dimengerti oleh setiap Enginer Elektronika ataupun yang hobi dalam dunia Elektronik adalah Hukum Ohm, yaitu Hukum dasar yang menyatakan hubungan antara Arus Listrik (I), Tegangan (V) dan Hambatan (R). Hukum Ohm dalam bahasa Inggris disebut dengan “Ohm’s Laws”.
Pada tahun 1825 Hukum Ohm diperkenalkan pertama kali oleh seorang fisikawan asal asal Jerman yang bernama Georg Simon Ohm (1789-1854). Kemudian pada tahun 1827 Ia mempublikasikan Hukum Ohm pada sebuah Paper yang berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically”.
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan dengan alasan sejarah.
I = Current (Arus Listrik yang satuan unitnya adalah Ampere (A)
R = Resistance (Hambatan atau Resistansi yang satuan unitnya adalah Ohm (Ω)
Arus Listrik
Arus listrik adalah sebuah muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere.
Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan microampere seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.
Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.
Definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif(-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya). Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional. Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif.
Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel- partikel elektron bermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:
"Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan."
Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.
Rumus yang dapat gunakan untuk menghitung Arus Listrik adalah
Setting DC Generator atau Power Supply untuk menghasilkan Output Tegangan 10V, kemudian atur Nilai Potensiometer ke 10 Ohm. Berapakah nilai Arus Listrik (I) ?
Masukan nilai Tegangan yaitu 10V dan Nilai Resistansi dari Potensiometer yaitu 10 Ohm ke dalam Rumus Hukum Ohm seperti dibawah ini :
I = V / R
I = 10 / 10
I = 1 Ampere
Maka hasilnya adalah 1 Ampere.
Contoh Kasus 2 :
Setting DC Generator atau Power Supply untuk menghasilkan Output Tegangan 10V, kemudian atur nilai Potensiometer ke 1 kiloOhm. Berapakah nilai Arus Listrik (I)?
Konversi dulu nilai resistansi 1 kiloOhm ke satuan unit Ohm. 1 kiloOhm = 1000 Ohm. Masukan nilai Tegangan 10V dan nilai Resistansi dari Potensiometer 1000 Ohm ke dalam Rumus Hukum Ohm seperti dibawah ini: I = V / R
I = 10 / 1000
I = 0.01 Ampere atau 10 miliAmpere Maka hasilnya adalah 10mA
Tegangan (V)
Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
Secara definisi tegangan listrik menyebabkan objek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi menuju tegangan rendah.
Secara sederhana, sirkuit elektronik dapat dianalogikan sebagai aliran air dalam pipa yang didorong oleh pompa air. Perbedaan tekanan air dari satu titik dekat pompa dan titik lain di ujung pipa dapat dianalogikan dengan potensial tegangan listrik. Jika pompa mulai bekerja tekanan air dalam pipa pada titik di dekat pompa menjadi lebih tinggi sehingga air dalam pipa mulai terdorong dari satu titik (dekat pompa) menuju titik yang lain (ujung pipa).
Pergerakan air ini (yang disebabkan perbedaan tekanan) mampu melakukan usaha, misalnya memutar turbin. Begitu pula dalam sirkuit elektronik, perbedaan potensial tegangan (misalnya dihasilkan oleh baterai) mampu melakukan usaha pula, misalnya memutar motor listrik. Jika dalam analogi, air pompa tidak bekerja, maka tidak ada perbedaan tekanan dan air tidak mengalir. Begitu pula untuk sirkuit elektronik, jika baterai, misalnya, habis, maka tidak ada perbedaan potensial tegangan listrik dan motor listrik tidak akan berputar.
Analogi ini cukup berguna untuk memahami beberapa konsep elektronik. Misalnya energi yang diperlukan untuk menggerakkan air dalam pipa sama dengan tekanan dikali volume air yang bergerak. Hal ini senada dalam dunia elektronik, energi yang diperlukan untuk menggerakkan elektron dalam konduktor sama dengan besar tegangan dikali jumlah muatan yang bergerak. Tegangan listrik sangat praktis digunakan untuk mengukur kemampuan suatu sumber energi listrik untuk melakukan usaha. Semakin besar tegangan listrik antara dua titik, maka semakin besar arus yang bisa mengalir.
Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain: voltmeter, dan osiloskop. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus dalam sirkuit ketika dilewatkan melalui resistor dengan nilai tertentu. Sesuai hukum Ohm, besar tegangan sebanding dengan besar arus untuk nilai resistansi sama.
Prinsip kerja potensiometer adalah menimbang tegangan yang diukur dengan tegangan yang sudah diketahui besarnya dengan menggunakan sirkuit jembatan. Sedang osiloskop bekerja dengan cara menggunakan tegangan yang diukur untuk membelokkan elektron di layar monitor, sehingga di layar akan tercipta grafik dari elektron yang telah dibelokkan. Grafik ini sebanding dengan besar tegangan yang diukur.
Baca juga: Pengertian Potensiometer, Fungsinya dan Cara Kerjanya
Rumus yang akan digunakan untuk menghitung Tegangan atau Beda Potensial adalah.
Atur nilai resistansi atau hambatan (R) Potensiometer ke 500 Ohm, kemudian atur DC Generator (Power supply) hingga mendapatkan Arus Listrik (I) 10mA. Berapakah Tegangannya (V)? Konversikan dulu unit Arus Listrik (I) yang masih satu miliAmpere menjadi satuan unit Ampere yaitu : 10mA = 0.01 Ampere. Masukan nilai Resistansi Potensiometer 500 Ohm dan nilai Arus Listrik 0.01 Ampere ke Rumus Hukum Ohm seperti dibawah ini :
V = I x R
V = 0.01 x 500
V = 5 Volt
Maka nilainya adalah 5Volt.
Resistansi / Hambatan Listrik (R)
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm dapat dirumuskan sebagai berikut:
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus listrik.
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk
mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol.
Contoh Kasus :Jika di nilai Tegangan di Voltmeter (V) adalah 12V dan nilai Arus Listrik (I) di Amperemeter adalah 0.5A. Berapakah nilai Resistansi pada Potensiometer? Masukan nilai Tegangan 12V dan Arus Listrik 0.5A kedalam Rumus Ohm seperti dibawah ini:
R = V / I
R = 12 /0.5 R = 24 Ohm
Maka nilai Resistansinya adalah 24 Ohm
Perhitungan Hambatan dalam berbagai rangkaian diantaranya adalah:
Baca juga: Pengertian, Penjelasan dan Jenis-Jenis Resistor Lengkap
Hambatan Seri
Hambatan seri hanyalah menghubungkan bagian keluaran salah satu resistor dengan bagian masukan resistor lain dalam sebuah rangkaian. Setiap resistor tambahan yang ditambahkan di dalam rangkaian dijumlahkan dengan hambatan total rangkaian itu.
• Rumus menghitung total hambatan resistor n yang ada di dalam rangkaian seri adalah:
• Jadi, semua resistor seri hanya dijumlahkan. Misalnya, carilah hambatan total dari gambar di bawah:
• Dalam contoh ini, R1 = 100 Ω R2 = 200Ω dan R3 = 300Ω dirangkai seri. Rtot =
100 Ω + 200Ω + 300 Ω = 600 Ω
Hambatan Paralel
Hambatan Paralel adalah saat bagian masukan dua resistor atau lebih dihubungkan, dan bagian keluaran resistor itu dihubungkan.
• Rumus untuk merangkai resistor n secara paralel adalah:Rtot = 1/Ç(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)..+(1/Rn)}
• Berikut adalah sebuah contoh. Diketahui R1 = 20 Ω, R2 = 30 Ω, dan
R3 = 30 Ω.
• Total hambatan untuk 3 resistor yang disusun paralel adalah: Req = 1/{(1/20)+(1/30)+(1/30)}
= 1/{(3/60)+(2/60)+(2/60)}
= 1/(7/60)=60/7 Ω = sekitar 8,57 Ω.
Rangkaian Kombinasi Seri dan Paralel
Rangkaian kombinasi adalah kombinasi rangkaian seri dan paralel apapun yang dirangkai dalam satu rangkaian. Cobalah mencari hambatan total dari rangkaian berikut:
Rs = R1 + R2 = 100 Ω + 300 Ω = 400 Ω.
• Selanjutnya, kita melihat resistor R3 dan R4 dihubungkan secara paralel. Jadi, hambatan totalnya (namakan Rp1) adalah:
Rp1 = 1/{(1/20)+(1/20)} = 1/(2/20)= 20/2 = 10 Ω
• Kemudian, Resistor R5 dan R6 juga dihubungkan secara paralel. Jadi, hambatan totalnya (kita namakan Rp2) adalah:
Rp2 = 1/{(1/40)+(1/10)} = 1/(5/40) = 40/5 = 8 Ω
• Jadi sekarang rangkaian dengan resistor Rs, Rp1, Rp2 dan R7 yang dihubungkan secara seri. Hambatan ini dapat dijumlahkan untuk mendapatkan hambatan total Rtot dari rangkaian awal yang
diberikan.
Rtot = 400 Ω + 20Ω + 8 Ω = 428 Ω.
Rangkuman
- Hukum dasar Elektronika yang wajib dipelajari dan dimengerti adalah Hukum Ohm, yaitu Hukum dasar yang menyatakan hubungan antara Arus Listrik (I), Tegangan (V) dan Hambatan (R).
- Dalam aplikasinya, dapat menggunakan Teori Hukum Ohm dalam Rangkaian Elektronika untuk memperkecilkan Arus listrik, Memperkecil Tegangan dan juga dapat memperoleh Nilai Hambatan (Resistansi) yang diinginkan.
- Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.
- Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A).
- Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt.
- Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain: voltmeter, dan osiloskop.
- Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya.
Demikian uraian lengkap tentang Hukum Ohm: Pengertian, Teori dan Rumus Ohm, semoga dapat bermanfaat dan menambah wawasan kita tentang dunia Elektronika. Salam