arus listrik (hukum ohm dan hukum joule)

HUKUM OHM DAN HUKUM JOULE

A.Eifan Abuswan F.

D22113316

TEKNIK INDUSTRI

UNIVERSITAS HASANUDDIN GOWA

BUNYI HUKUM OHM

“Kuat arus yang mengalir pada kawat penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung – ujung kawat penghantar tersebut”

~George Simon Ohm (1826)~

I = kuat arus listrik (Ampere atau A) V = beda potensial listrik / tegangan listrik (Volt atau V) R = hambatan listrik (Ohm atau Ω)

Komponen – komponen listrik yang memenuhi hukum Ohm disebut Komponen ohmik sedangkan komponen – komponen listrik yang tidak memenuhi hukum Ohm disebut Komponen non-ohmik

HUKUM OHM

Dimana

J = Kerapatan Arus ( A/m2 )

𝜏 = konduktivitas bahan (Ω 𝑚 )-1

E = Kuat Medan Listrik ( V/m )

• Panjang kawat penghantar ( l ) Semakin panjang kawat semakin besar besar pula nilai

hambatannya.

• Luas penampang kawat penghantar (A)

Semakin besar penampang penghantar, semakin kecil nilai hambatannya.

• Hambat jenis kawat penghantar ( ρ )

Semakin besar hambat jenis penghantar, semakin besar nilai hambatannya.

A

lR

Secara matematis ditulis :

l

A

ρ

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Nilai Hambatan Suatu Penghantar

keterangan :

• R = hambatan penghantar ( )

• = hambatan jenis ( mm2 / m )

• l = panjang penghantar ( m )

• A = penampang penghantar ( mm2 )

A

lR

Hambatan jenis dan konduktivitas suatu bahan merupakan sifat khas bahan yang tidak dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk bahan, tetapi dipengaruhi oleh perubahan suhu. Pada batas perubahan suhu tertentu, maka hambatan jenis suatu bahan memenuhi persamaan sebagai berikut.

𝜌𝑇

= 𝜌0 (1 +𝛼 (Δ𝑇)) …. (1)

Dimana:

𝜌𝑇 = Hambatan Jenis Pada suhu Akhir (Ω 𝑚 )

𝜌0 = Hambatan Jenis Pada Suhu Awal (Ω 𝑚 )

𝛼 = Koefisien Suhu Hambatan Jenis (oC-1)

Δ𝑇 = Perubahan Suhu (oC)

Contoh Soal

Sebuah balok Carbon siku-siku mempunyai dimensi 1,0 cm x 1,0 cm x 50 cm.

a. Berapa hambatan yang diukur antara dua ujung yang berbentuk segi empat sama sisi

b. Di antara dua muka bertentangan yang berbentuk segi empat siku-siku ? Resistivitas Carbon pada 200C adalah 3,5x10-5 m

Penyelesaian

a) Luas ujung yang berbentuk segi empat sama sisi = A = 1,0 cm x 1,0 cm = 10-4 m2

b) Luas segi empat siku-siku = A (1,0 x 5,0) cm2 = 5 cm2 = 5x10-4 m2

18,0)10(

5,0105,324

5

m

mmx

A

lR

5

24

25

107)105(

10105,3x

mx

mmx

A

lR

HUKUM JOULE

“Pembentukan panas persatuan waktu berbanding langsung dengan kuadrat arus”

~James Prescott Joule~

Bila sebatang logam dialiri arus listrik, maka tumbukan oleh pembawa muatan dalam logam mendapat energi sehingga menjadi panas dan atom-atom akan bergerak semakin kuat. Daya hilang yang diubah menjadi getaran atom dalam logam, dengan kata lain hilang sebagai kalor. Ini dapat dipahami bahwa muatan dq yang bergerak akan mendapat tambahan energi sebesar dU = (dq) V. Karena arus dan kecepatan tetap, maka energi yang hilang persatuan waktu (daya), adalah:

Karena beda potensial V = i R, maka :

P = i2 R Dimana:

P = Daya (Watt)

V = Beda Potensial (Volt)

I = Kuat Arus (Ampere)

R = Hambatan (Ohm)

iVPataudt

dqV

dt

dUP

Persamaan diatas dikenal sebagai Hukum Joule yang menyatakan daya yang hilang (daya disipasi) pada konduktor dengan hambatan R dan di aliri arus i. Sedangkan besar kalor disipasi (kalor Joule) dalam waktu dt adalah:

Dimana;

Q = Besar Kalor (Joule)

I = Kuat Arus Listrik (Ampere)

R = Hambatan (Ohm)

t = Waktu (Sekon)

dtRiQ 2

Contoh Soal

Suatu lampu pijar bertuliskan 120 V/150 W, artinya lampu tersebut menggunakan daya listrik sebesar 150 watt bila dipasang pada beda potensial 120 V. Filamen kawat tersebut dari bahan dengan resistivitas 6x10-5 -m dengan luas penampang 0,1 mm2. Hitunglah:

a. Panjang filamen

b. Arus yang melalui lampu jika dipasang pada tegangan 120 V

c. Arus dan daya pada lampu jika dipasang pada tegangan 60 V

Penyelesaian

P

V

A

L 2

mWmx

Vmx

P

AVl 16,0

)150)(106(

)120)(101,0(5

2262

AV

W

V

Pi 25,1

120

150iVP

a) Panjang filamen

c) Lampu dengan spesifikasi 120 V/150 W, dengan tahanan

b) Arus pada tegangan 120 volt

96150

)120( 22

W

V

P

VR

Arus dan daya lampu pada beda potensial 60 V adalah

AV

R

Vi 625,0

96

60

W

V

R

VP 5,37

96

)60( 22

dan