Fisika

Beda Potensial

Beda potensial adalah banyaknya energi untuk memindahkan muatan listrik dari satu titik ke titik lain. Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain, jika benda tersebut memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif benda lain.

Satuan beda potensial adalah volt (V). Secara matematis beda potensial dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:
V = beda potensial (Volt)
W = energi (Joule)
Q = muatan (Coulomb)

Amperemeter dan Voltmeter

Kalo kamu mau tau nilai kuat arus listrik dapat diukur dengan alat amperemeter, sedangkan beda potensial listrik dapat diukur dengan alat voltmeter, atau bisa menggunakan multimeter untuk bisa mengukur tiga besaran sekaligus yaitu kuat arus, beda potensial dan hambatan listrik.

Sobat pintar, perhatikan contoh membaca hasil ukur dengan amperemeter dan voltmeter berikut.

a. Pengukuran dengan Amperemeter

b. Pengukuran dengan Voltmeter

Hambatan Ohmik dan Non-Ohmik

• Hambatan Ohmik dan Hukum Ohm

Dalam dunia elektronik, resistor merupakan salah satu komponen utama yang digunakan untuk mengatur arus listrik dalam rangkaian. Resistor memiliki sifat hambatan atau resistansi, yang diukur dalam satuan ohm. Georg Simon Ohm mengemukakan hukum Ohm, yang menghubungkan tegangan (V) dan arus (I) pada suatu resistor dengan rumus:

Hukum Ohm:
V = I x R

Di mana R adalah hambatan resistor (ohm), dan V serta I adalah tegangan dan arus yang melewati resistor tersebut.

Resistor dan beberapa komponen lainnya yang memiliki grafik linier antara tegangan dan arus, serta memiliki nilai hambatan tetap, dikenal sebagai komponen hambatan ohmik.

• Hambatan Non-Ohmik dan Contohnya

Tidak semua komponen elektronik memiliki sifat hambatan tetap seperti resistor. Beberapa komponen memiliki sifat hambatan yang berubah tergantung pada berbagai faktor, seperti suhu atau beda potensial. Komponen-komponen ini disebut hambatan non-ohmik.

1. Lampu Filamen: Sebagai contoh, lampu filamen memiliki hambatan yang tidak tetap karena hambatannya dipengaruhi oleh suhu kawat filamen. Ketika arus mengalir, filamen menjadi panas, dan hambatannya meningkat seiring dengan suhu kawat.
2. Diode Semikonduktor: Diode semikonduktor memiliki hambatan yang sangat kecil pada satu arah tertentu (arah maju) dan hambatan yang sangat besar pada arah sebaliknya (kebalikan). Ini membuatnya tidak mematuhi hukum Ohm.
3. Termistor: Termistor adalah komponen yang hambatannya berubah seiring dengan perubahan suhu. Hambatannya akan menurun ketika suhu naik. Rangkaian termistor dan resistor sering digunakan untuk mengatur suhu dalam aplikasi seperti radiator mobil.

Hambatan Jenis

Ketika kita membuat rangkaian listrik tertutup, kawat tembaga sering digunakan sebagai penghantar listrik. Namun, selain jenis kawat, ukuran kawat juga memiliki peranan penting dalam penghantar listrik. Hambatan jenis adalah besaran fisis yang mengukur karakteristik kawat dalam kelistrikan. Hambatan jenis menyatakan hambatan yang dimiliki oleh kawat penghantar sepanjang satu meter tiap luas penampang 1 m².

Rumus Hambatan Jenis:

Di mana:
R adalah hambatan kawat (ohm)
rho adalah hambatan jenis kawat (ohm m)
l adalah panjang kawat (meter)
A adalah luas penampang kawat (m²)

Semakin kecil hambatan jenis sebuah kawat logam, semakin rendah pula hambatannya, sehingga semakin baik kawat tersebut dijadikan sebagai penghantar listrik.

Hambatan jenis konduktor dan bahan semikonduktor dapat dipengaruhi oleh perubahan suhu. Pada konduktor, hambatan jenis meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Namun, pada bahan semikonduktor, hambatan jenis mengalami penurunan ketika suhu meningkat.

Hubungan Hambatan Jenis dengan Perubahan Suhu:

Ketika hambatan jenis bergantung pada suhu, kita juga dapat menghubungkannya dengan rumus hambatan:

Daya Listrik

Sobat mungkin pernah melihat spesifikasi watt pada berbagai produk elektronik seperti lampu, speaker, setrika, mesin cuci, dan televisi. Satuan watt (W) merupakan satuan yang digunakan untuk mengukur daya listrik. Daya listrik adalah energi yang digunakan atau dihasilkan oleh suatu komponen dalam jangka waktu tertentu.

Konsep daya listrik serupa dengan konsep daya pada bab mekanika, yaitu energi per satuan waktu. Dalam kelistrikan, jika suatu komponen dihubungkan dengan sumber tegangan, muatan dalam komponen akan bergerak dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. Energi potensial yang dimiliki oleh muatan dalam beda potensial dapat dihitung menggunakan rumus:

E = q x V

Daya listrik dapat dinyatakan dalam persamaan:

Daya listrik merupakan energi yang digunakan oleh suatu komponen dalam satuan waktu. Daya listrik dapat dinyatakan dalam rumus:

P = V x I

Di mana:
P adalah daya listrik dalam watt (W)
V adalah tegangan dalam volt (V)
I adalah arus listrik dalam ampere (A)

Substitusikan persamaan hambatan, sehingga daya listrik juga dapat dinyatakan dengan:

Besar daya listrik yang digunakan di rumah biasanya dinyatakan dalam kWh (kilo watt hour). Ini mengukur total daya yang digunakan dalam waktu tertentu. Setiap kWh dibebankan biaya tertentu, jadi semakin besar konsumsi daya listrik, semakin besar biaya yang harus dikeluarkan.

1.

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Buah resistor masing-masing memiliki hambatan 2 ohm dan 2 ohm yang dirangkai secara seri. Selanjutnya, kedua hambatan dirangkai dengan tegangan baterai yang nilainya 6 volt. Berapa nilai kuat arus listrik yang mengalir pada kedua hambatan tersebut?

A. 1,0 A
B. 1,5 A
C. 2,0 A
D. 2,5 A
E. 3,0 A

2.

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Diketahui besarnya R₁ = 6 Ohm, R₂ = 6 Ohm, dan R₃ = 6 Ohm. Jika tegangan totalnya 14 Volt, tentukan tentukan besarnya arus yang mengalir pada R₃!

A. 1,5 A
B. 2,3 A
C. 3,2 A
D. 4,1 A
E. 5,0 A

3.

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Hubungan antara kuat arus (I) dan tegangan (V) pada ujung-ujung resistor diperlihatkan pada gambar di bawah.

Berapakah beda potensial ujung-ujung resistor jika dilalui arus 0,08 A?

A. 3 V
B. 4 V
C. 7 V
D. 9 V
E. 12 V

4.

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Jarak voltmeter AC menunjukkan angka 80. Apabila batas ukur 300 volt,tegangan pada saat pengukuran sebesar ....

A. 100 V
B. 150 V
C. 200 V
D. 250 V
E. 275 V

5.

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Diantara faktor – faktor berikut ini:

1. Panjang penghantar
2. Luas penampang penghantar
3. Hambatan jenis
4. Massa jenis

Yang mempengaruhi hambatan penghantar adalah…

A. (1), (2), dan (3)
B. (1), (2), (3), dan (4)
C. (1), dan (3)
D. (2) dan (4)
E. (4) saja

6.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah resistor dengan hambatan 10 Ohm dilewati oleh arus sebesar 2A. Daya yang dipancarkan oleh resistor tersebut adalah....

A. 10W
B. 20W
C. 30W
D. 40W
E. 50W

7.

Jawablah soal berikut ini!

Sebuah resistor memiliki tegangan 10 V dan arus yang mengalir sebesar 2 A. Berdasarkan hukum Ohm, besar hambatan resistor tersebut adalah....

A. 2 Ohm
B. 3 Ohm
C. 4 Ohm
D. 5 Ohm
E. 6 Ohm