Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang mengalir melalui konduktor berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan. Rumusnya adalah V = I × R.

untuk mengira hambatan, bagi tegangan dengan arus: R = V / I. Misalnya, jika tegangan 12V dan arus 2A, hambatannya adalah 6Ω.

Hukum Ohm tidak berlaku untuk komponen non-linear seperti dioda dan transistor. Hanya berlaku untuk material ohmik yang mempertahankan hambatan konstan.

LED bukanlah resistor — LED menahan tegangan maju yang kira-kira tetap (sekitar 2 V untuk merah, 3 V untuk biru/putih) dan harus dibatasi arusnya atau akan terbakar. Nilai resistor seri berasal dari R = (Vsupply − Vled) / I. Dengan suplai 12 V, LED 2 V, dan arus target 20 mA (0.02 A): R = (12 − 2) / 0.02 = 500 Ω. Gunakan nilai standar terdekat, biasanya 470 Ω atau 560 Ω. Periksa juga daya resistor: resistor harus menghilangkan I²R = 0.02² × 470 ≈ 0.19 W, jadi resistor seperempat watt sudah cukup, tetapi jika Anda menggerakkan LED lebih keras atau dari tegangan lebih tinggi, naikkan ke komponen 0.5 W atau 1 W.

Setiap konduktor memiliki hambatan, dan menurut Hukum Ohm hambatan itu mengubah arus menjadi tegangan yang hilang: V = I × R. Hambatan kawat kecil (satu meter kabel rumah yang umum kurang dari seperseratus ohm), tetapi pada jalur panjang hambatan itu bertambah. Sebuah jalur dengan hambatan total 0.5 Ω yang membawa arus 10 A menurunkan 5 V, sehingga suplai 12 V tiba di beban hanya sebagai 7 V. Standar pengkabelan biasanya mengizinkan paling banyak penurunan 3–5%. Kabel yang terlalu kecil menyebabkan lampu redup, motor lemah, dan membuang energi sebagai panas, itulah sebabnya kalkulator penurunan tegangan dan tabel ukuran kawat yang tepat menjadi alat standar untuk setiap instalasi.

Secara seri, hambatan dijumlahkan: dua resistor 10 Ω menghasilkan 20 Ω, sehingga suplai 12 V menggerakkan I = V/R = 12/20 = 0.6 A, dengan tegangan terbagi merata (6 V di masing-masing, karena arus identik melalui keduanya). Secara paralel, hambatan gabungan lebih rendah daripada masing-masing: dua resistor 10 Ω menghasilkan R = 10/2 = 5 Ω, sehingga 12 V yang sama menggerakkan 12/5 = 2.4 A, dengan masing-masing resistor membawa 1.2 A. Aturan umumnya adalah R(total) = R₁ + R₂ untuk seri, dan 1/R(total) = 1/R₁ + 1/R₂ untuk paralel. Seri membagi tegangan, paralel membagi arus — persis seperti yang dihitung oleh bagian seri dan paralel kalkulator ini.

Bahaya datang dari arus, bukan tegangan, dan Hukum Ohm menentukan arus: I = V/R, dengan R adalah hambatan tubuh manusia. Tubuh kering kira-kira 100,000 Ω, sehingga kontak 230 V mengalirkan sekitar 2.3 mA — kesemutan ringan yang pernah dirasakan banyak orang. Kulit basah menurunkan hambatan menjadi sekitar 1,000 Ω, dan 230 V yang sama kemudian mendorong 230 mA, jauh di atas sekitar 30 mA yang dapat menyebabkan fibrilasi ventrikel dan 50 mA yang dapat menghentikan pernapasan. Inilah sebabnya kamar mandi dan dapur menggunakan perangkat arus sisa (RCD) yang trip pada 30 mA atau kurang, dan mengapa pekerjaan kelistrikan dilakukan dengan tangan kering dan alat berinsulasi.

Multimeter menerapkan Hukum Ohm dalam tiga mode berbeda. Untuk tegangan, sambungkan meter secara paralel di komponen saat rangkaian hidup — tegangan selalu diukur di antara dua titik. Untuk arus, meter harus dipasang seri sehingga arus benar-benar mengalir melaluinya, dan mulailah pada rentang tertinggi, karena meter yang dipasang di rangkaian hidup dengan mode salah akan bertindak seperti hubung singkat. Untuk hambatan, komponen harus dilepas dari daya dan idealnya dikeluarkan dari rangkaian, karena meter menerapkan tegangan uji sendiri untuk mengukur R = V/I. Jangan pernah mengukur hambatan pada rangkaian hidup, dan selalu kembalikan probe ke posisi tegangan setelah pengukuran arus.

Hambatan ditentukan oleh material dan geometri: R = ρL/A, dengan ρ adalah resistivitas material, L panjang, dan A luas penampang. Tembaga memiliki resistivitas sekitar 1.7 × 10⁻⁸ Ω·m, menjadikannya konduktor yang sangat baik, sedangkan nikrom (digunakan pada pemanas) sekitar 60 kali lebih tinggi, dan karet atau kaca adalah isolator dengan resistivitas miliaran kali lebih besar. Menggandakan panjang kawat menggandakan hambatannya; menggandakan luas penampangnya membaginya dua — itulah sebabnya kabel tebal (A besar) membawa arus tinggi dengan kerugian rendah. Suhu juga berpengaruh: sebagian besar logam meningkatkan hambatan saat panas, yang persis menjadi alasan Hukum Ohm berlaku ketat hanya pada suhu konstan.

Arus melalui hambatan menghasilkan panas karena daya yang hilang adalah P = I²R. Kabel dengan hambatan 0.5 Ω yang membawa arus 20 A menghasilkan 0.5 × 20² = 200 watt panas, yang merupakan risiko kebakaran serius jika kawat tidak dapat melepaskannya. Kabel yang terlalu kecil menjadi hangat, panas, atau bahkan menyala saat berbeban. Pemeriksaan mengikuti Hukum Ohm: ukur tegangan di suplai dan di beban — perbedaan besar berarti hambatan kawat berlebihan; raba kabel setelah 30 menit beban penuh; dan ukur konduktor sehingga arus operasi tetap di bawah peringkat ampacity kawat. Pemanasan persis mengapa sekering dan pemutus sirkuit trip: ukurannya dibuat sehingga arus tidak akan pernah mendorong panas I²R melewati apa yang ditoleransi kabel.

Hukum Ohm dalam bentuk sederhananya V = IR berlaku langsung untuk arus searah (DC) dan untuk rangkaian AC dengan beban resistif murni seperti pemanas dan bola lampu pijar. Tetapi rangkaian AC dengan motor, transformator, dan kapasitor mengandung reaktansi — energi yang tersimpan dan dilepaskan saat tegangan dan arus bergantian — sehingga rasio tegangan terhadap arus menjadi impedansi Z, bukan hambatan biasa, dan ditulis V = IZ. Reaktansi bergantung pada frekuensi, itulah sebabnya Hukum Ohm saja tidak dapat memprediksi arus pada rangkaian induktif atau kapasitif. Untuk itu, para insinyur menggunakan impedansi dengan sudut fasa dan faktor daya, sedangkan elektronik DC, baterai, dan rangkaian pemanas sederhana tetap berada dalam wilayah Hukum Ohm langsung.