Hambatan Ohmik dan Non Ohmik
Komponen elektronik yang dapat digunakan untuk mengatur arus listrik dalam rangkaian adalah resistor atau hambatan. Sebuah resistor memiliki resistansi atau hambatan dengan satuan ohm atau Ω. Selain resistor yang memiliki nilai hambatan, kawat juga memiliki nilai hambatan. Demikian juga bola lampu (bohlam) karena di dalamnya terdapat kawat tipis yang memiliki hambatan. Georg Simon Ohm (1789-1854 ) melakukan percobaan dan mendapatkan hasil percobaan hubungan tegangan V – arus I berupa garis lurus, persamaan garisnya dikenal dengan hukum Ohm,
dengan R merupakan gradien garisnya yaitu besar hambatan (ohm atau Ω), Alat-alat listrik yang memiliki nilai hambatan tetap dengan grafik linier antara tegangan dan arus memenuhi hukum Ohm sehingga dikenal dengan hambatan ohmik. Tidak semua nilai hambatan bernilai tetap atau memenuhi hukum Ohm, ada juga yang berubah bergantung pada besaran lainnya. Hambatan dengan nilai berubah disebut hambatan non-ohmik, contohnya lampu filamen. Lampu filamen memancarkan cahaya setelah filamen kawat di dalamnya menjadi panas, memiliki hambatan yang tidak konstan namun dipengaruhi oleh suhu kawat.
Berbeda dengan lampu filamen yang memancarkan cahaya karena pemanasan, LED akan memancarkan cahaya monokromatik ketika dihubungkan dengan tegangan pada kondisi panjar maju . Jika sebuah resistor dan LED dihubungkan dengan sumber tegangan dalam rangkaian tertutup, maka arus listrik akan mengalir.
Bagaimana karakteristik beda potensial listrik sumber (V) dan arus listrik (I) yang mengalir pada resistor dan LED?. Apakah ada perbedaan? Lakukan Aktivitas 3.1 untuk mengetahuinya.
Aktivitas 3.1. Hambatan Ohmik dan Non-Ohmik
Tujuan: Membedakan karakteristik hubungan tegangan – arus pada resistor dan lampu LED.Alat dan Bahan:
- sebuah resistor,
- sebuah lampu LED (merah / kuning / hijau / bening),
- baterai,
- papan rangkaian,
- kabel,
- voltmeter/ amperemeter/ multimeter.
Langkah Kegiatan:
- Buat rangkaian seperti Gambar 2.6.
- Baca nilai tegangan pada LED, tegangan pada resistor dan arus listrik yang terukur pada rangkaian.
- Ubah nilai tegangan sumber (tambah baterainya), ukur kembali nilai tegangan dan arus yang terukur.
- Tuliskan data pada tabel pengamatan.
- Gunakan minimal 4 nilai tegangan yang berbeda.
- Berdasarkan data yang diperoleh pada tabel, buat dua grafik:
- Grafik tegangan terhadap arus listrik untuk resistor
- Grafik tegangan terhadap arus listrik untuk LED
- Bandingkan kedua grafik, kemudian analisis perbedaan karakteristik hambatan resistor dan lampu LED berdasarkan grafik tersebut.
Perbedaan grafik tegangan-arus listrik pada hambatan ohmik dan lampu filamen terlihat pada Gambar.
Grafik V-I pada hambatan ohmik merupakan garis linier, sedangkang lampu filamen (lampu Led) bukan grafik fungsi linier sehingga tidak memenuhi hukum Ohm.
Hukum Ohm
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.
Untuk memahami hubungan antara potensial listrik dan arus listrik yang
dihasilkan, lakukanlah penelitian berikut.
KLIK LINK LKPD HUKUM OHM
Dari penelitian tersebut 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.
dengan: R = hambatan listrik (ohm; Ω ),
V = tegangan atau beda potensial listrik (volt; V), dan
I = kuat arus listrik (ampere; A).
Hambatan Jenis
Hambatan listrik dalam sebuah kawat penghantar bukan terjadi tanpa alasan. Secara fisis, hambatan adalah hasil dari interaksi (tabrakan) antara elektron-elektron yang mengalir dengan atom-atom penyusun kawat tersebut. Besarnya hambatan ini ditentukan oleh tiga faktor utama yang dirumuskan dalam persamaan:
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Hambatan
Berikut adalah penjelasan rinci mengenai bagaimana ketiga faktor tersebut bekerja:
-
1. Hambatan Jenis (ρ - Rho)
Ini adalah sifat intrinsik dari material kawat. Setiap bahan memiliki struktur atom yang berbeda.
- Konduktor yang baik (seperti tembaga atau perak) memiliki hambatan jenis yang rendah karena struktur atomnya memudahkan elektron untuk lewat.
- Isolator memiliki hambatan jenis yang sangat tinggi.
- Korelasi: Semakin besar hambatan jenis bahan, semakin besar hambatan total kawat tersebut.
-
2. Panjang Penghantar (L)
Hambatan berbanding lurus dengan panjang kawat.
- Bayangkan elektron harus menempuh perjalanan dari ujung ke ujung. Semakin jauh jarak yang harus ditempuh, semakin banyak peluang elektron bertabrakan dengan atom-atom di dalam kawat.
- Korelasi: Semakin panjang kawat, semakin besar hambatannya.
-
3. Luas Penampang (A)
Hambatan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat (ketebalan).
- Kawat yang tebal menyediakan "jalur" yang lebih lebar bagi elektron untuk bergerak, sehingga mengurangi kepadatan dan frekuensi tabrakan.
- Korelasi: Semakin besar luas penampang (semakin tebal kawat), semakin kecil hambatannya.
Analogi Aliran Air dalam Selang
Untuk lebih mudah membayangkannya, kita bisa mengibaratkan aliran listrik sebagai aliran air yang melewati sebuah selang:
- Hambatan Listrik (R) diibaratkan sebagai tahanan atau kesulitan air untuk mengalir keluar dari selang.
- Hambatan Jenis (ρ) diibaratkan sebagai kekasaran dinding bagian dalam selang. Selang yang dinding dalamnya penuh lumut atau kasar akan lebih menghambat air dibandingkan selang yang dinding dalamnya sangat licin.
- Panjang Penghantar (L) diibaratkan sebagai panjang selang. Semakin panjang selang yang harus dilalui air, semakin besar gesekan yang terjadi antara air dengan dinding selang, sehingga air yang keluar di ujung satunya akan kehilangan lebih banyak tekanan.
- Luas Penampang (A) diibaratkan sebagai diameter selang. Selang pemadam kebakaran yang lebar akan mengalirkan air jauh lebih mudah dan banyak dibandingkan selang kecil untuk menyiram tanaman, meskipun tekanan air di pangkalnya sama.
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?
Diketahui sebuah kawat penghantar memiliki panjang 100 m, luas penampang 2,5 mm2, dan hambatan jenis sebesar 17 × 10-7 : Ω m. Tentukan besarnya hambatan kawat tersebut!
