Hukum Ohm untuk bagian rangkaian menghubungkan tiga besaran utama dalam rangkaian listrik: kuat arus, tegangan, dan hambatan. Bunyinya adalah: kuat arus pada bagian rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada bagian tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatannya. Dalam bentuk rumus, ditulis \(I=\frac{U}{R}\). Di halaman ini, Anda akan menemukan definisi hukum Ohm, rumusnya beserta ketiga variannya, satuan pengukuran, perbedaan antara bagian rangkaian dan rangkaian lengkap, pembahasan soal, serta simulator interaktif untuk menguji pemahaman Anda.
Apa itu hukum Ohm dan rumusnya
Hukum Ohm ditemukan pada tahun 1826 oleh fisikawan Jerman, Georg Ohm. Hukum ini menjelaskan bagaimana arus dalam konduktor bergantung pada tegangan yang diberikan dan hambatan konduktor itu sendiri.
Rumus utama hukum Ohm untuk bagian rangkaian:
di mana I adalah kuat arus, U adalah tegangan pada bagian tersebut, dan R adalah hambatan bagian tersebut.
Dari satu rumus ini, dua rumus lainnya dapat diturunkan untuk mencari salah satu dari ketiga besaran jika dua lainnya diketahui:
- kuat arus: \(I=\dfrac{U}{R}\);
- tegangan: \(U=I\cdot R\);
- hambatan: \(R=\dfrac{U}{I}\).
Agar tidak perlu menghafal tiga rumus, Anda bisa menggunakan "segitiga hukum Ohm": tutup besaran yang dicari dengan jari, dan Anda akan langsung melihat cara menghitungnya.
Segitiga hukum Ohm
Dalam segitiga tersebut, tegangan U berada di atas, sedangkan kuat arus I dan hambatan R berada di bawah. Tutup besaran yang Anda cari: jika U dan R tersisa bersebelahan secara horizontal, maka keduanya dikalikan (\(U=I\cdot R\)); jika satu besaran berada di atas yang lain, maka yang atas dibagi dengan yang bawah (\(I=\frac{U}{R}\), \(R=\frac{U}{I}\)).
Satuan pengukuran dan alat ukur
Ketiga besaran dalam hukum Ohm diukur menggunakan satuan sistem SI. Kuat arus dalam ampere, tegangan dalam volt, dan hambatan dalam ohm. Penting untuk memasukkan satuan-satuan ini ke dalam rumus: jika hambatan diberikan dalam kiloohm (kΩ) atau arus dalam miliampere (mA), ubah terlebih dahulu ke satuan dasar.
| Besaran | Simbol | Satuan (SI) | Alat Ukur |
|---|---|---|---|
| Tegangan | U | volt, V | voltmeter |
| Kuat Arus | I | ampere, A | amperemeter |
| Hambatan | R | ohm, Ω | ohmmeter |
1 kΩ = 1000 Ω, 1 MΩ = 1.000.000 Ω, 1 mA = 0,001 A.Bagian rangkaian dan rangkaian lengkap
Hukum Ohm dirumuskan dalam dua varian, dan penting untuk tidak tertukar.
Hukum Ohm untuk bagian rangkaian menjelaskan bagian rangkaian tanpa sumber arus (misalnya, satu resistor): \(I=\dfrac{U}{R}\), di mana U adalah tegangan hanya pada bagian tersebut.
Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap menjelaskan seluruh rangkaian tertutup bersama dengan sumbernya. Setiap sumber memiliki hambatan dalam r, sehingga di penyebut muncul satu suku tambahan:
Di sini ε (epsilon) adalah GGL sumber, R adalah hambatan luar rangkaian, dan r adalah hambatan dalam sumber. Pada bagian rangkaian, hanya hambatan luar yang diperhitungkan, sedangkan pada rangkaian lengkap, "hambatan di dalam baterai" juga diperhitungkan.
Rangkaian seri dan paralel
Hukum Ohm berlaku baik untuk satu resistor maupun untuk seluruh bagian yang terdiri dari beberapa resistor — hanya saja, Anda perlu mencari hambatan total (ekivalen) terlebih dahulu.
- Rangkaian seri (resistor "berderet"): hambatan dijumlahkan — \(R=R_1+R_2+\dots\). Arus melalui semua resistor sama, sedangkan tegangan dijumlahkan.
- Rangkaian paralel (resistor "bercabang"): kebalikan dari hambatan dijumlahkan — \(\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\dots\). Tegangan pada semua cabang sama, sedangkan arus dijumlahkan.
Setelah menemukan R total, gunakan hukum Ohm untuk bagian rangkaian: \(I=\dfrac{U}{R}\).
Contoh penyelesaian soal hukum Ohm
Contoh 1. Mencari kuat arus
Soal. Pada bagian rangkaian dengan hambatan \(R=4\) Ω diberikan tegangan \(U=12\) V. Cari kuat arus \(I\).
Penyelesaian. Tuliskan hukum Ohm untuk bagian rangkaian:
Jawaban: kuat arus \(I=3\) A.
Contoh 2. Mencari tegangan
Soal. Arus \(I=0{,}5\) A mengalir melalui resistor \(R=100\) Ω. Cari tegangan \(U\) pada resistor.
Penyelesaian. Nyatakan tegangan dari hukum Ohm:
Jawaban: tegangan \(U=50\) V.
Contoh 3. Mencari hambatan (dengan konversi satuan)
Soal. Lampu dihubungkan ke jaringan \(U=220\) V, arus yang mengalir \(I=2\) A. Cari hambatan \(R\).
Penyelesaian.
Jika arus diberikan dalam miliampere, misalnya \(I=200\) mA, ubah terlebih dahulu: \(200\ \text{mA}=0{,}2\) A, baru kemudian dibagi.
Jawaban: hambatan \(R=110\) Ω.
Contoh 4. Bagian dengan dua resistor
Soal. Dua resistor \(R_1=3\) Ω dan \(R_2=6\) Ω dihubungkan seri, tegangan pada bagian tersebut \(U=18\) V. Cari kuat arus.
Penyelesaian. Pada rangkaian seri, hambatan dijumlahkan:
Sekarang gunakan hukum Ohm untuk seluruh bagian:
Jika resistor yang sama dihubungkan paralel, hambatan total dihitung dengan cara lain: \(\frac{1}{R}=\frac{1}{3}+\frac{1}{6}=\frac{1}{2}\), jadi \(R=2\) Ω.
Jawaban: \(I=2\) A.
Kesalahan umum dalam menyelesaikan soal
-
Tertukar antara pembagi dan yang dibagi: menulis R = I / U alih-alih R = U / I.
Gunakan segitiga hukum Ohm. Tegangan U di atas, kuat arus I dan hambatan R di bawah. Besaran di atas dibagi dengan yang di bawah: I = U/R dan R = U/I. Sedangkan U = I·R karena I dan R bersebelahan.
-
Memasukkan kiloohm dan miliampere ke rumus tanpa mengubahnya ke satuan dasar.
Sebelum memasukkan ke rumus, ubah semuanya ke SI: 1 kΩ = 1000 Ω, 1 MΩ = 1.000.000 Ω, 1 mA = 0,001 A. Jika tidak, jawaban akan berbeda ribuan kali lipat.
-
Tertukar antara tegangan dan kuat arus, menggunakan simbol yang sama atau tertukar posisinya.
Tegangan adalah U (volt, voltmeter dipasang paralel). Kuat arus adalah I (ampere, amperemeter dipasang seri). Keduanya adalah besaran berbeda dengan alat ukur berbeda.
-
Menggunakan rumus I = U/R untuk rangkaian lengkap dan melupakan hambatan dalam sumber.
Untuk bagian rangkaian (tanpa sumber), I = U/R adalah benar. Untuk rangkaian lengkap dengan sumber, perlu memperhitungkan hambatan dalam r: I = ε/(R+r).
-
Menganggap bahwa pada rangkaian seri, kebalikan hambatan dijumlahkan (seperti pada paralel).
Sebaliknya: seri — hambatan dijumlahkan (R = R₁ + R₂), paralel — kebalikan hambatan dijumlahkan (1/R = 1/R₁ + 1/R₂).
Tanya jawab
Bagaimana bunyi hukum Ohm untuk bagian rangkaian?
Kuat arus pada bagian rangkaian berbanding lurus dengan tegangan pada bagian tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatannya. Rumus: I = U/R, di mana I = kuat arus (A), U = tegangan (V), R = hambatan (Ω).
Apa perbedaan hukum Ohm untuk bagian rangkaian dengan hukum Ohm untuk rangkaian lengkap?
Hukum untuk bagian rangkaian (I = U/R) menjelaskan bagian rangkaian tanpa sumber dan hanya memperhitungkan hambatan R. Hukum untuk rangkaian lengkap (I = ε/(R+r)) menjelaskan seluruh rangkaian tertutup bersama sumbernya dan memperhitungkan hambatan dalam sumber r serta GGL ε.
Apa itu GGL dalam bahasa sederhana?
GGL (Gaya Gerak Listrik, disimbolkan ε) adalah besaran yang menunjukkan kerja yang dilakukan sumber arus (baterai, aki) untuk "mendorong" muatan ke seluruh rangkaian. Sederhananya, ini adalah "tegangan sumber" saat rangkaian terbuka, ketika arus belum mengalir. Diukur dalam volt.
Bagaimana cara menyatakan tegangan dan hambatan dari rumus I = U/R?
Tegangan: U = I·R (kuat arus dikalikan hambatan). Hambatan: R = U/I (tegangan dibagi kuat arus). Ketiga rumus ini adalah persamaan yang sama yang ditulis untuk besaran yang berbeda.
Apa satuan pengukuran besaran dalam hukum Ohm?
Kuat arus dalam ampere (A), tegangan dalam volt (V), hambatan dalam ohm (Ω). Kiloohm (kΩ) dan miliampere (mA) harus diubah ke satuan dasar sebelum dimasukkan ke rumus: 1 kΩ = 1000 Ω, 1 mA = 0,001 A.
Bagaimana perubahan arus jika hambatan dinaikkan?
Arus berbanding terbalik dengan hambatan. Jika tegangan tetap dan hambatan dinaikkan 2 kali lipat, kuat arus akan turun 2 kali lipat. Jika hambatan diturunkan setengahnya, arus akan naik dua kali lipat.
