Hambatan dan Tegangan Gerak Elektrik

Bila diantara dua kutub muatan listrik yang berbeda (positif dan negatif) kita hubungkan dengan sebuah penghantar (konduktor) maka arus listrik akan mengalir lewat penghantar tersbut. Arus listrik tersebut akan mendapatkan hambatan atau tahanan/Resistance (R) didalam penghantar. Resistansi atau hambatan pada suatu konduktor atau benda listrik diukur dalam satuan Ohm.

Lalu apa yang dimaksud sebagai hambatan listrik? Hambatan merupakan hasil perbandingan antara arus listrik yang mengaliri sebuah komponen elektronik. Diukur dengan menggunakan satuan Ohm dan alat bernama Galvanometer. Sederhananya, hambatan listrik merupakan hal yang menahan arus di dalam sebuah komponen, atau biasa disebut resistansi.

Berdasarkan persamaan hukum Ohm, hambatan listrik dapat didefinisikan sebagai hasil bagi beda potensial antara ujung – ujung penghantar dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Suatu penghantar dikatakan mempunyai hambatan satu ohm apabila dalam penghantar tersebut mengalir arus listrik sebesar satu ampere yang disebabkan adanya beda potensial diantara ujung – ujung penghantar sebesar satu volt

Sifat hambatan listrik tidak berbeda dengan sifat hambatan air yaitu jika hambatan diperbesar maka arus yang mengalir kecil dan bila hambatan di perecil maka arus yang mengalir adalah besar.
Hambatan listrik notasinya dinyatakan dengan huruf R dan satuanya dinyatakan dengan ohm.

Besar kecilnya hambatan listrik tergantung dari:

1.   panjang penghantar

2.   luas penampang pengantar

3.   temperatur/ suhu penghantar

4.   hambatan atau tahanan jenis penghantar.

Kawat penghantar yang dipakai pada kawat listrik pasti mempunyai hambatan, meskipun nilainya kecil. Berdasarkan ekserimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan berbanding kepada jenis bahan tersebut p.

Secara matematis hambatan kawat penghantar dapat dituliskan :

Berdasarkan persamaan tersebut, terlihat bahwa apabila kawat penghantar makin panjang dan hambatan jenisnya makin besar, maka nilai hambatannya bertambah besar. Tetapi apabila luas penampang kawat penghantar makin besar, ternyata nilai hambatannya makin kecil. Konstanta pembanding disebut hambatan jenis (resistivitas). Hambatan jenis kawat berbeda – beda tergantung bahnnya. Berikut ini nilai hambatan jenis penghantar yang sudah ditentukan berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan.

Hambatan jenis suatu penghantar bergantung pada suhu pengantar tersebut, hubungan antara hambatan jenis dan suhu adalah sebagai berikut:

Karena nilai hambatan sebanding dengan hambatan jenis, maka pengaruh suhu terhadap hambatan juga dapat dituliskan :

Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi rangkaian hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya. Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun paralel minimal diperlukan dua hambatan. Adapun, untuk membuat rangkaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya

1. Hambatan Seri

Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri (Rs).

Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Tegangan sebesar V dibagikan ke tiga hambatan masing-masing V1, V2, dan V3, sehingga berlaku:

V = V1 + V2 + V3

Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak bercabang) berlaku:

I = I1 = I2 = I3

Contoh Soal Hambatan (Resistor) Seri

Dua resistor 100 Ω dihubungkan seri ke baterai 24,0 V. Berapa arus yang mengalir melalui setiap resistor?

Penyelesaian:

Diketahui:
R1 = R2 = 100 Ω (seri)
V = 24,0 V

Ditanya: I1 dan I2

Jawab:
Vtot = V1 + V2
= IR1 + IR2
= I (R1 + R2)
I        = Vtot : (R1 + R2)

I        = 24,0 : (100+100)

  = 0,12 A

Jadi, arus yang mengalir setiap hambatan adalah 0,12 A

2. Hambatan Paralel

Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti paralel (Rp).

Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus listrik. Tiga buah lampu masing masing hambatannya R1, R2, dan R3 disusun paralel dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I. Besar kuat arus I1, I2, dan I3 yang mengalir pada masingmasing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2, dan R3. sesuai Hukum Ohm dirumuskan:

I1 = V/R1       I2 = V/R2    I3 = V/R3

Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama, sehingga berlaku:

V = V1 = V2 = V3

Besar kuat arus I dihitung dengan rumus:

I = V/Rp

rumus hambatan pengganti paralel:

1/Rp = 1/R1 + 1/R2  + 1/R3

Contoh Soal Hambatan Listrik (Resistor) Paralel

Berapa arus yang mengalir dari baterai yang ditunjukkan pada gambar berikut. Jika voltase 12 volt dan seluruh resistor adalah identik sebesar 50 Ω. Tentukan Itotal, I1 dan I2

Penyelesaian:

Diketahui:
R1 = 50 Ω; R3 = 50 Ω
R2 = 50 Ω; V = 12,0 V

Ditanya:
Itot = ….. ?
I1 = …?
I2 = …?

Jawab:

Tegangan Gerak Elektrik

Suatu bagian dari rangkaian yang digunakan untuk kondisi sebuah muatan yang bergerak seperti menaiki bukit, yaitu dari energi potensial yang lebih rendah ke energi potensial yang lebih tinggi, disebut sumber tegangan gerak elektrik. Pengaruh yang membuat arah arus memiliki arah yang berkebalikan dari apa yang terjadi di dalam konduktor biasa (energi potensial yang lebih tinggi ke energi potensial yang lebih rendah), dinamakan tegangan gerak elektrik. Tegangan gerak elektrik merupakan kemampuan suatu alat untuk mempertahankan perbedaan potensial diantara dua titik dimana arah arus mengalir dari potensial yang lebih rendah ke potensial yang lebih tinggi . TGE sering juga dinamakan dengan electromotive force (emf) atau gaya gerak listrik (ggl). Namun, istilah tersebut kurang tepat karena TGE bukanlah sebuah gaya melainkan TGE merupakan sebuah kuantitas energi per satuan muatan (W/q) dalam satuan Joule/Coulomb (J/C) atau seperti potensial yang memiliki satuan Volt (V). Untuk TGE dilambangkan dengan ε, sehingga dapat dibuat persamaan:

Tegangan gerak elektrik (tge; simbol ε) atau GGL (gaya gerak listrik) adalah pengaruh yang membuat arus mengalir dari potensial yang lebih rendah ke potensial yang lebih tinggi. Satuan SI dari tge adalah 1 volt (1V).

Perjanjian tanda arus hambatan (ir) dan tge (ε) yang digunakan sesuai kaidah hukum kirchoff, yaitu :

·         Jika sebuah hambatan dilintasi di dalam arah arus, maka perubahan potensial adalah – IR. Sebaliknya, jika hambatan tersebut dilintasi di dalam arah yang berlawanan dengan arah arus maka perubahan potensial adalah IR.

·         Jika sebuah tempat kedudukan TGE dilintasi di dalam arah TGE, maka perubahan potensial adalah + ε. Sebaliknya, jika tempat kedudukan TGE tersebut dilintasi di dalam arah yang berlawanan dengan arah TGE maka perubahan potensial adalah –ε.

CONTOH SOAL

Suatu rangkaian memiliki hambatan (R1) sebesar 100 ohm dan tiga hambatan (R2, R3 dan Ra) yang disusun secara paralel masing –masing bernilai 50 ohm, 50 ohm dan 75 ohm . Dalam rangkaian tersebut, dihubungkan dengan TGE yang sama sebesar 6 volt. Hitung R total antara a dan b. Selain itu, tentukan arus yang melalui masing – masing hambatan !

Penyelesaian:

R1 = 100 Ω

R2 = R3 = 50 Ω

R4 = 75 Ω

ε = 6 v

a. R2, R3 dan R4 adalah paralel, maka R pengganti paralel dapat dihitung dengan :

= = 18,75 Ω

Rtotal = R1 + Rp

= 100 + 18,75 = 118,75 Ω

Rtotal = R1 + Rp

= 100 + 18,75 = 118,75 Ω

b. Lihat rangkaian pada a

= = 0,05 ampere

Jadi, arus yang melalui R1 adalah 0,05 A, kemudian dapat dihitung besarnya vab sebagai berikut :

vab = I Rp

= 0,05 x 18,75 = 0,9375 volt

Masing – masing arus i2, i3 dan i4 dapat dihitung besarnya sebagai berikut :

i2 = i3 = = 0,019 A

i4 = = 0,125

Daftar Pustaka

1.   Gussow, Milton. 2004. Dasar-dasar Teknik Listrik. Erlangga: Jakarta.

2.   Cekdik, Cekmas. Barlian, Taufik. 2013. Rangkaian Listrik. Andi: Yogyakarta.