Hukum ohm pada suatu tegangan

λArah getar

ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK

5.2 Tegangan Listrik

5.2.1. Hukum ohm pada suatu tegangan

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. 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. 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.

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

69

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.Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

V = I . R (5-9)

Dimana :V = tegangan I = Arus

R = Hambatan

Dari hukum Ohm dapat disimpulkan bahwa antara tegangan, arus dan hambatansaling berhubungan.

Contoh soal

1. Arus listrik sebesar 2 Ampere mengalir pada beban sebesar 20 Ohm. Tentukan tegangan yang ada pada rangkaian tersebut!

Diket : I = 2 A R = 20 Ω Ditanya : V = ?

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

70

Jawab : V = I x R = 2 x 20 = 40 Volt

2. Jika sebuah hambatan 100 ohm dihubungkan pada sumber listrik, akan mengalir arus 2,5 A. Berapa tegangan listriknya?

Diket : R = 100 Ω I = 2,5 A Ditanya : V = ? Jawab : V = I . R V = 2,5 A . 100 ohm = 250 volt

3. Jika suatu alat mempunyai tegangan sebesar 200 V, ternyata arus listrik yang mengalir adalah 2.5 A. Berapakah hambatan alat?

Jawab : V = I . R R = ^𝑉𝑉_𝐼𝐼 = ²⁰⁰_2.5 = 80Ω

4. Sebuah beban memiliki muatan 75 coulomb karena telah dihubungkan kesebuah tegangan selama 30 detik. Berapakah sumber tegangannya jika besar tahanannya 100 Ω? Jawaban : Diket : Q = 75 C t = 30 s R = 100 Ω Dit : V ……….? Jawab : V = I R V = ^𝑄𝑄_𝑎𝑎 x R = ⁷⁵₃₀ x 100 = 2,5 x 100 = 250 V

5. Suatu beban yang mempunyai tahanan R = 200Ω, dihubungkan kesumber tegangan ( V ) yang besarnya 220 Volt. Berapa besar arus ( I ) dan yang mengalir pada rangkaian tersebut?

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

71

Jawaban :

Besar arus (I) yang mengalir: 𝐼𝐼 =^𝑉𝑉_𝑅𝑅

𝐼𝐼 =²²⁰₂₀₀ = 1,1 𝐴𝐴 5.2.2Tegangan pada rangkaian seri dan parallel

Hasil Aplikasi dari H

1. Perhitungan tegangan pada rangkaian seri

ukum Ohm dalam suatu rangkaian tertutup bisa sebagai rangkain seri, paralel atau seri-paralel. Pada susunan seri beberapa sumber tegangan nilai GGL-nya (V sumber) merupakan jumlah beberapa GGL yang membentuk susunan seri tersebut atau dengan kata lainnya secara matematis, GGL-nya itu jumlah dari setiap titik, sehingga jika memenuhi hukum kirchoff, jumlah tegangan dalam satu rangkaian tertutup adalah nol, atu juga biasanya kita sering menyebut dalam rangkaian seri itu Arus nya sama pada setiap titik. Pada susunan paralel, beberapa sumber tegangan tersebut GGL-nya dapat digantikan oleh satu GGL yang sumber tegangannya merupakan rata-rata dari sumber-sumber tegangan yang tersusun paralel tersebut.

Keterangan : R1 = 2 Ohm R2 = 2 ohm V = 12 volt

Tentukan I pada rangkaian tersebut! Jawab :

V = I . R 12 = I . (2+2) I = 12/4= 3 A

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

72 Keterangan : R1 = 2 Ohm R2 = 2 ohm R3 = 2 ohm V = 12 volt

Tentukan I pada rangkaian tersebut! Jawaban :

V = I . R

12 = I . (1/2+1/2+1/2) 12 = I . 3/2

I = 12 . 2/3 = 8 A

Jadi perhitungan tegangan pada rangkaian seri dan parallel itu tidak sama. 3. Tentukan kuat arus pada rangkaian di bawah ini, jika :

E1 = 6 volt E2 = 9 volt E3

Tentukan berapa kuat arus yang melalui R = 12 volt

1… Jawaban:

Kuat arus yang melalui R1

Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan : Langkah-langkah standar :

- menentukan arah arus - menentukan arah loop

- masukkan hukum kirchoff arus - masukkan hukum kirchoff tegangan - menyelesaikan persamaan yang ada Misalkan arah arus dan arah loop seperti gambar berikut :

Bahan Ajar Fisika Teknik 2015

73

I3 = I1+I2

ΣE+Σ1R = 0 -E1+E2+2I1+3I3= 0 -6+9+2I1+3I1+3I2= 0 5I1+3I2+3=0 (Persamaan I) ΣE+Σ1R = 0 -E3 +E2+ 6I2 +3I3= 0 - 12 +9+ 6I2 +3I1+3I2= 0 3I1+ 9I2-3=0 (Persamaan II)

Gabungan persamaan I dan II :

5I1 + 3I2+ 3= 0|x 3| 3I1+ 9I2 15I - 3= 0 |x 1| 1 + 9I2+ 9= 0 3I1+ 9I2- 3= 0 _ 12I1 + 12 = 0 I1 = -1 A