Hukum Ohm untuk litar menghubungkan tiga kuantiti utama dalam litar elektrik: arus, voltan dan rintangan. Bunyinya begini: arus elektrik dalam litar adalah berkadar terus dengan voltan dan berkadar songsang dengan rintangannya. Dalam bentuk rumus, ia adalah \(I=\frac{U}{R}\). Di halaman ini, anda akan menemui definisi Hukum Ohm, rumusnya dan ketiga-tiga variasi, unit ukuran, perbezaan antara litar dan litar lengkap, penyelesaian masalah serta simulator interaktif untuk menguji diri anda.
Apakah Hukum Ohm dan rumusnya
Hukum Ohm ditemui pada tahun 1826 oleh ahli fizik Jerman, Georg Ohm. Ia menerangkan bagaimana arus dalam konduktor bergantung kepada voltan yang dikenakan dan rintangan konduktor itu sendiri.
Rumus utama Hukum Ohm untuk litar:
di mana I ialah arus, U ialah voltan, R ialah rintangan.
Daripada satu rumus ini, dua lagi boleh diterbitkan — anda boleh mencari mana-mana daripada tiga kuantiti jika dua yang lain diketahui:
- arus: \(I=\dfrac{U}{R}\);
- voltan: \(U=I\cdot R\);
- rintangan: \(R=\dfrac{U}{I}\).
Untuk memudahkan ingatan, gunakan "segi tiga Hukum Ohm": tutup kuantiti yang dicari dengan jari anda — dan anda akan terus nampak cara mengiranya.
Segi tiga Hukum Ohm
Dalam segi tiga, voltan U berada di atas, manakala arus I dan rintangan R berada di bawah. Tutup kuantiti yang anda cari: jika U dan R bersebelahan secara mendatar — darabkan keduanya (\(U=I\cdot R\)); jika satu kuantiti berada di atas yang lain — bahagikan yang atas dengan yang bawah (\(I=\frac{U}{R}\), \(R=\frac{U}{I}\)).
Unit ukuran dan alat pengukur
Ketiga-tiga kuantiti Hukum Ohm diukur dalam unit SI. Arus dalam ampere, voltan dalam volt, rintangan dalam ohm. Penting untuk menggunakan unit ini dalam rumus: jika rintangan diberi dalam kiloohm (kΩ) atau arus dalam miliampere (mA) — tukarkan dahulu kepada unit asas.
| Kuantiti | Simbol | Unit (SI) | Alat |
|---|---|---|---|
| Voltan | U | volt, V | voltmeter |
| Arus | I | ampere, A | ammeter |
| Rintangan | R | ohm, Ω | ohmmeter |
1 kΩ = 1000 Ω, 1 MΩ = 1 000 000 Ω, 1 mA = 0,001 A.Litar dan litar lengkap
Hukum Ohm dirumuskan dalam dua variasi, dan penting untuk tidak keliru.
Hukum Ohm untuk litar menerangkan bahagian litar tanpa sumber kuasa (contohnya, satu perintang): \(I=\dfrac{U}{R}\), di mana U ialah voltan pada bahagian itu sahaja.
Hukum Ohm untuk litar lengkap menerangkan keseluruhan litar tertutup bersama sumber kuasa. Setiap sumber mempunyai rintangan dalaman r, jadi penyebutnya mempunyai satu lagi sebutan:
Di sini ε (epsilon) ialah GGL sumber, R ialah rintangan luaran litar, r ialah rintangan dalaman sumber. Untuk litar, kita hanya mengambil kira rintangan luaran, manakala untuk litar lengkap, kita ambil kira juga "rintangan di dalam bateri".
Sambungan siri dan selari
Hukum Ohm berfungsi untuk satu perintang dan untuk keseluruhan litar yang terdiri daripada beberapa perintang — cuma anda perlu mencari rintangan jumlah (setara) mereka terlebih dahulu.
- Sambungan siri (perintang "berantai"): rintangan ditambah — \(R=R_1+R_2+\dots\). Arus melalui semua perintang adalah sama, manakala voltan ditambah.
- Sambungan selari (perintang "bercabang"): nilai songsang ditambah — \(\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\dots\). Voltan pada semua cabang adalah sama, manakala arus ditambah.
Setelah mendapat R jumlah, gunakan Hukum Ohm biasa untuk litar: \(I=\dfrac{U}{R}\).
Contoh penyelesaian masalah Hukum Ohm
Contoh 1. Mencari arus
Soalan. Voltan \(U=12\) V dikenakan pada litar dengan rintangan \(R=4\) Ω. Cari arus \(I\).
Penyelesaian. Tulis Hukum Ohm untuk litar:
Jawapan: arus \(I=3\) A.
Contoh 2. Mencari voltan
Soalan. Arus \(I=0{,}5\) A mengalir melalui perintang \(R=100\) Ω. Cari voltan \(U\) pada perintang.
Penyelesaian. Terbitkan voltan daripada Hukum Ohm:
Jawapan: voltan \(U=50\) V.
Contoh 3. Mencari rintangan (dengan penukaran unit)
Soalan. Lampu disambungkan ke bekalan \(U=220\) V, arus melaluinya \(I=2\) A. Cari rintangan \(R\).
Penyelesaian.
Jika arus diberi dalam miliampere, contohnya \(I=200\) mA, tukarkan dahulu: \(200\ \text{mA}=0{,}2\) A, baru kemudian bahagikan.
Jawapan: rintangan \(R=110\) Ω.
Contoh 4. Litar dengan dua perintang
Soalan. Dua perintang \(R_1=3\) Ω dan \(R_2=6\) Ω disambung secara siri, voltan pada litar \(U=18\) V. Cari arus.
Penyelesaian. Dalam sambungan siri, rintangan ditambah:
Sekarang gunakan Hukum Ohm untuk keseluruhan litar:
Jika perintang yang sama disambung secara selari, rintangan jumlah dikira secara berbeza: \(\frac{1}{R}=\frac{1}{3}+\frac{1}{6}=\frac{1}{2}\), iaitu \(R=2\) Ω.
Jawapan: \(I=2\) A.
Kesilapan biasa dalam menyelesaikan masalah
-
Keliru apa yang perlu dibahagi: menulis R = I / U bukannya R = U / I.
Gunakan segi tiga Hukum Ohm. Voltan U — di atas, arus I dan rintangan R — di bawah. Kuantiti atas dibahagi dengan bawah: I = U/R dan R = U/I. Manakala U = I·R — kerana I dan R bersebelahan.
-
Memasukkan kiloohm dan miliampere ke dalam rumus tanpa menukar kepada unit asas.
Sebelum mengira, tukarkan semua kepada unit SI: 1 kΩ = 1000 Ω, 1 MΩ = 1 000 000 Ω, 1 mA = 0,001 A. Jika tidak, jawapan akan berbeza beribu kali ganda.
-
Keliru antara voltan dan arus, melabelkannya dengan huruf yang sama atau tertukar tempat.
Voltan ialah U (volt, voltmeter disambung selari). Arus ialah I (ampere, ammeter disambung siri). Ini adalah kuantiti yang berbeza dengan alat yang berbeza.
-
Menggunakan rumus I = U/R untuk litar lengkap dan terlupa tentang rintangan dalaman sumber.
Untuk litar (tanpa sumber), I = U/R adalah betul. Untuk litar lengkap dengan sumber, anda perlu mengambil kira rintangan dalaman r: I = ε/(R+r).
-
Menganggap bahawa dalam sambungan siri, nilai songsang ditambah (seperti sambungan selari).
Sebaliknya: siri — rintangan ditambah (R = R₁ + R₂), selari — nilai songsang ditambah (1/R = 1/R₁ + 1/R₂).
Soalan dan jawapan
Bagaimanakah bunyi Hukum Ohm untuk litar?
Arus dalam litar adalah berkadar terus dengan voltan dan berkadar songsang dengan rintangannya. Rumus: I = U/R, di mana I ialah arus (A), U ialah voltan (V), R ialah rintangan (Ω).
Apakah perbezaan Hukum Ohm untuk litar dengan Hukum Ohm untuk litar lengkap?
Hukum untuk litar (I = U/R) menerangkan bahagian litar tanpa sumber dan hanya mengambil kira rintangan R. Hukum untuk litar lengkap (I = ε/(R+r)) menerangkan keseluruhan litar tertutup bersama sumber dan mengambil kira rintangan dalaman sumber r serta GGL ε.
Apakah itu GGL dalam bahasa mudah?
GGL (Daya Gerak Elektrik, dilambangkan ε) — ialah kuantiti yang menunjukkan kerja yang dilakukan oleh sumber kuasa (bateri, akumulator) untuk "menolak" cas melalui keseluruhan litar. Secara mudah, ini ialah "voltan sumber" apabila litar terbuka, sebelum arus mengalir. Diukur dalam volt.
Bagaimana untuk menyatakan voltan dan rintangan daripada rumus I = U/R?
Voltan: U = I·R (arus didarab dengan rintangan). Rintangan: R = U/I (voltan dibahagi dengan arus). Ketiga-tiga rumus ini adalah persamaan yang sama, ditulis untuk kuantiti yang berbeza.
Dalam unit apakah kuantiti dalam Hukum Ohm diukur?
Arus — dalam ampere (A), voltan — dalam volt (V), rintangan — dalam ohm (Ω). Kiloohm (kΩ) dan miliampere (mA) mesti ditukar kepada unit asas sebelum dimasukkan ke dalam rumus: 1 kΩ = 1000 Ω, 1 mA = 0,001 A.
Bagaimana arus berubah jika rintangan ditingkatkan?
Arus berkadar songsang dengan rintangan. Jika voltan dikekalkan dan rintangan ditingkatkan 2 kali ganda, arus akan berkurang 2 kali ganda. Jika rintangan dikurangkan separuh — arus akan meningkat dua kali ganda.
