Hukum Ohm

Lampu depan mobil yang menarik arus 2.50 A dari aki 12.0 V memiliki hambatan 12.0 ÷ 2.50 = 4.80 Ω.

Dorongan dua kali lipat, aliran dua kali lipat

Fisikawan Jerman Georg Simon Ohm adalah orang pertama yang menunjukkan lewat percobaan bahwa arus dalam kawat logam berbanding lurus dengan tegangan di kedua ujungnya. Tegangan dilipatgandakan, arus pun menjadi dua kali lipat; tegangan dibagi dua, arus juga tinggal setengahnya. Jika hambatan dinaikkan, arus turun dengan perbandingan yang sama. Gabungan hubungan ini menghasilkan hukum Ohm: I = V ÷ R. Dengan menyusun ulang, diperoleh dua bentuk lain yang berguna, V = I × R dan R = V ÷ I. Satu ohm sama dengan satu volt per ampere.

Coba pada lampu di laboratorium. Baterai 6 V yang dihubungkan ke lampu 12 Ω menghasilkan I = 6 ÷ 12 = 0.5 A. Pada 12 V, arus menjadi 1 A, dan pada 3 V menjadi 0.25 A. Contoh lampu depan mobil di awal menggunakan perhitungan sebaliknya: OpenStax mengukur 2.50 A pada 12.0 V, sehingga R = 12.0 ÷ 2.50 = 4.80 Ω. Jika resistor 15 Ω dialiri 0.2 A, tegangannya pasti V = 0.2 × 15 = 3 V. Bentuk terakhir ini, yaitu penurunan tegangan IR, menunjukkan besar penurunan tegangan pada setiap bagian rangkaian.

Gambarkan: hasilnya garis lurus

Atur penggeser baterai dari 0 hingga 12 V. Grafik kecil di sudut menambahkan titik untuk resistor: tegangan di kedua ujungnya pada sumbu mendatar, arus yang melewatinya pada sumbu tegak. Untuk resistor tetap, semua titik terletak pada satu garis lurus yang melalui nol, dengan gradien 1 ÷ R. Ubah resistor menjadi 24 Ω dan muncul garis baru yang lebih landai; ubah menjadi 6 Ω dan garisnya lebih curam. Bahan yang grafiknya tetap lurus disebut ohmik. Tembaga, aluminium, dan resistor dalam elektronika bersifat ohmik pada rentang tegangan yang kita gunakan.

Saat hukum Ohm tidak lagi linear

Hukum Ohm adalah aturan yang ditemukan melalui percobaan, seperti hukum gesekan, dan tidak berlaku untuk semua benda. Lampu pijar adalah contoh pengecualian yang umum. Kumparan tungsten makin panas saat arus bertambah, dan logam panas memiliki hambatan lebih besar. OpenStax mencatat hambatan dingin lampu depan hanya 0.350 Ω, dibandingkan 4.80 Ω ketika berpijar. Jadi, tepat saat dinyalakan, arusnya sekitar 12.0 ÷ 0.350 ≈ 34.3 A, hampir empat belas kali arus tetapnya, 2.50 A. Arus itu turun dalam sepersekian detik saat filamen memanas. Dioda, termasuk LED, jauh dari sifat ohmik: arus bisa lewat ke satu arah dan hampir tidak bisa ke arah sebaliknya.

Laboratorium rangkaian menetapkan hambatan setiap lampu agar perhitungannya sederhana; teks pelajaran menjelaskan penyederhanaan ini saat diperlukan. Pada lampu nyata, kenaikan tegangan menghasilkan perubahan arus yang lebih kecil daripada di laboratorium, sebab hambatannya naik bersama suhu.

Hambatan dari sangat kecil hingga sangat besar

Hambatan benda di sekitar kita memiliki rentang yang luar biasa besar. OpenStax mencantumkan hambatan satu meter kawat tembaga tebal sekitar 10⁻⁵ Ω, jantung manusia sekitar 10³ Ω, tubuh kering dari tangan ke kaki sekitar 10⁵ Ω, dan isolator keramik penyangga kabel listrik 10¹² Ω atau lebih. Hukum Ohm bekerja dengan cara yang sama pada semua skala, sehingga menjadi alat pertama untuk hampir semua soal rangkaian.