HUKUM OHM DAN HAMBATAN JENIS KAWAT
Muhammad Rizal Fahlepy*), Wahyuni
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan percobaan yang berjudul“Hukum Ohm dan Hambatan Jenis Kawat”, yang bertujuan agar mahasiswa terampil melakukan pengukuran kuat arus listrik dan beda potensial dengan menggunakan alat ukur, pengaruh luas penampang, panjang kawat, dan hambatan jenis kawat terhadap kuat arus listrik dan beda potensial, menentukan besar hambatan jenis dan hambatan berbagai jenis kawat penghantar, dan memahami Hukum Ohm. Pada percobaan ini dilakukan empat kegiatan. Pada kegiatan pertama berdasarkan analisis perhitungan diperoleh nilai hambatan dengan luas penampang yang berbeda secara berturut-turut adalah R1 = |0,6470±0,0015| Ω, R2 = |1,419±0,010| Ω, R3 = |2,524±0,010| Ω, dan R4 = |3,557±0,026| Ω. Pada kegiatan kedua dengan panjang kawat yang berbeda berdasarkan hasil analisis perhitungan diperoleh nilai hambatan secara berturut-turut adalah R1 = |1,029±0,003| Ω, dan R2 = |2,619±0,002| Ω. Pada kegiatan ketiga dengan jenis kawat yang berbeda sehingga diperoleh nilai hambatan berdasarkan hasil analisis perhitungan yaitu R1 = |2,524±0,004| Ω, dan R2 = |0,3723±0,0004| Ω. Pada kegiatan 4 hubungan antara tegangan dan kuat arus listrik dari hasil plot grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus berbanding lurus, artinya semakin besar tegangannya maka kuat arusnya juga semakin besar dan sebaliknya. Jadi dapat disimpulkan R = = .
Kata kunci: Beda potensial, hukum Ohm, kuat arus listrik, dan hambatan.
A. RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana cara melakukan pengukuran kuat arus listrik dan beda potensial t dengan menggunakan alat ukur yang sesuai?
- Bagaimana pengaruh luas penampang, panjang kawat, dan hambatan jenis kawat terhadap kuat arus listrik dan beda potensial?
- Bagaimana cara menentukan hambatan dan hambatan jenis kawat berdasarkan kuat arus listrik dan beda potensialnya?
B. TUJUAN
- Mahasiswa terampil melakukan pengukuran kuat arus listrik dan beda potensial dengan menggunakan alat ukur yang sesuai.
- Mahasiswa dapat memahami pengaruh luas penampang, panjang kawat, dan hambatan jenis kawat terhadap kuat arus listrik dan beda potensial.
- Mahasiswa dapat menentukan besar hambatan jenis dan hambatan berbagai jenis kawat penghantar.
C. TEORI SINGKAT
Bayangkan sebuah konduktor dengan penampang silang A yang membawa arus I. Rapat arus J dalam sebuah konduktor didefinisikan sebagai arus per satuan luas. Oleh karena arusnya I=nqv_d A, maka rapat arusnya adalah
J ≡ I/A= nqv_d (1.1)
di mana J memiliki satuan A/m2 dalam SI. Pernyataan ini berlaku hanya jika rapat arus adalah homogen dan hanya jika permukaan luas penampang silang A vertikal terhadap arah arusnya. Secara umum, rapat arus adalah suatu besaran vektor:
J = nqv_d (1.2)
Dari persamaan ini, kita lihat bahwa rapat arus arahnya sama dengan arah gerak pembawa muatan listrik positif dan berlawanan dengan arah gerak pembawa muatan listrik negatif.
Rapat arus J dan medan listrik E terbentuk dalam sebuah konduktor ketika terdapat suatu beda potensial yang melintasi konduktor tersebut. Pada beberapa bahan, rapat arus sebanding dengan metode medan listrik:
J = σ E (1.3)
di mana konstanta kesebandingan σ disebut konduktivitas konduktor. Bahan-bahan yang memenuhi persamaan 1.3 dikatakan mengikuti hukum Ohm, berdasarkan nama Georg Simon Ohm (1789—1854). Secara lebih spesifik, hukum Ohm menyatakan bahwa: Untuk sebagian besar bahan (termasuk hampir semua logam), rasio rapat arus terhadap medan listrik adalh suatu konstanta σ yang independen terhadap medan listrik yang menghasilkan arusnya (Serway: 2010).
Kita dapat memperoleh persamaan yang dapat digunakan dalam penerapan praktis dengan membayakngkan sebuah potongan kawat yang memiliki luas penampang silang A dan panjang l yang homogen. Beda potensial ΔV = Vb – Va terdapat di sepanjang kawat menghasilkan suatu medan listrik dan arus alam kawat tersebut. Jika medan tersebut diasumsikan homogen, maka beda potensial berhubungan dengan medan melalui persamaan
∆V = El (1.4)
Oleh karena itu, kita dapat menyatakan besarnya rapat arus dalam kawat tersebut sebagai
J= σE= σ ∆V/l (1.5)
Oleh karena J = I/A, maka kita dapat menuliskan beda potensialnya sebagai
∆V= l/σ J= (l/σA)I=RI (1.6)
Besar R=l/σA disebut hambatan dari konduktor. Kita dapat mendefinisikan hambatan sebagai perbandingan beda potensial di dalam konduktor dengan arus dalam konduktor tersebut:
R ≡ ∆V/I (1.7)
Kebalikan dari konduktivitas adalah resistivitas (hambatan jenis) ρ:
ρ= 1/σ (1.8)
di mana ρ memiliki satuan ohm-meter (Ωm) (Serway: 2010).
Sementara itu, pada kasus yang lebih sederhana, jika pada satu kawat diberi beda potensial (V) pada ujung-ujungnya dan diukur kuat arus listrik (I) yang melewati kawat, maka berdasarkan Hukum Ohm, nilai pengukuran yang diperoleh akan memenuhi persamaan:
V = I . R. (1.9)
dengan R adalah hambatan kawat. Jika beda potensial diperbesar, maka penunjukan kuat arus listrik juga akan semakin besar sebanding dengan kenaikan beda potensial. Kawat dengan panjang L dan luas penampang A, akan memiliki hambatan R sebesar
R= ρ L/A (1.10)
di mana ρ adalah hambatan jenis kawat. Dalam percobaan ini akan diselidiki hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik pada beragai jenis kawat yang memiliki panjang, luas penampang, dan jenis kawat yang berbeda. Grafik hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik digunakan untuk menentukan besar nilai R dan hambatan jenis kawat (Herman & Asisten LFD: 2016).
Pengukuran hambatan dengan menggunakan ammeter dan voltmeter, rangkauan seri terdiri dari hambatan yang akan diukur, sebuah ammeter, dan digunakan sebuah baterai. Arusnya diukur oleh ammeter (hambatan rendah). Beda potensial diukur dengan menghubungkan terminal-terminal sebuah voltmeter (hambatan tinggi) dengan hambatannya, yaitu, secara paralel dengannya. Hambatannya dihitung dengan membagi pembacaan voltmeter dengan pembacaan ammeter menurut Hukum Ohm, R = V/I (Frederick, 2006).
D. METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
- Perangkat pengukuran resistansi kawat
- Power Supply AC/DC 0-12 V 1 buah
- Basicmeter (Amperemeter) NST 0,02 A dan 0,002 A 1 buah
- Basicmeter (Voltmeter) NST 0,02 V dan 0,2 V 1 buah
- Kabel penghubung 6 buah
- Resistor batu 150 ohm 1 buah
- Rheostat 1 buah
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1. Pengaruh luas penampang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
- Variabel manipulasi : Luas penampang kawat (m2)
- Variabel respon : Beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A)
- Variabel kontrol : Hambatan jenis kawat, panjang kawat (m)
Kegiatan 2. Pengaruh panjang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
- Variabel manipulasi : Panjang kawat (m)
- Variabel respon : Beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A)
- Variabel kontrol : Hambatan jenis kawat, luas penampang (m2)
Kegiatan 3. Pengaruh jenis kawat (hambatan jenis) terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
- Variabel manipulasi : Hambatan jenis (Ωm)
- Variabel respon : Beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A)
- Variabel kontrol : Luas penampang kawat (m2), panjang kawat (m)
Kegiatan 4. Menyelidiki hubungan tegangan dan kuat arus listrik.
- Variabel manipulasi : Hambatan (Ω)
- Variabel respon : Beda potensial (V) dan kuat arus listrik (I)
- Variabel kontrol : -
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1. Pengaruh luas penampang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
Variabel manipulasi
Variabel manipulasi dalam suatu penelitian adalah variabel yang diubah-ubah sehingga bisa diamati pengaruhnya terhadap variabel lain. Pada kegiatan 1 ini, variabel manipulasinya adalah luas penampang kawat (m2), sehingga bisa diamati pengaruhnya terhadap beda potensial dan kuat arus listrik. Luas penampang adalah daerah pada kawat yang dialiri arus listrik, satuannya adalah m2.
Variabel respon
Variabel respon pada kegiatan ini yaitu beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A). Beda potensial adalah tegangan atau perbedaan potensial di antara ujung-ujung elemen kawat yang diukur setelah rangkaian dialiri arus listrik, diukur dengan alat Voltmeter dengan satuan Volt. Sedangkan kuat arus listrik adalah besarnya aliran arus listrik yang mengaliri rangkaian kawat, diukur dengan alat Amperemeter dengan satuan Ampere.
Variabel kontrol
Variabel kontrol pada kegiatan ini adalah hambatan jenis kawat dan panjang kawat (m). Hambatan jenis kawat adalah besarnya gaya perlawanan penghantar terhadap arus listrik yang mengalirinya, hambatan jenis kawat ini tergantung oleh bahan kawat itu sendiri. Satuannya adalah Ohmmeter (Ωm). Variabel kontrol yang kedua adalah panjang kawat, yaitu panjang kawat yang dialiri arus listrik, diukur dengan satuan meter (m).
Kegiatan 2. Pengaruh panjang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
Variabel manipulasi
Variabel manipulasi dalam kegiatan ini adalah panjang kawat (m), yaitu panjang kawat yang dialiri arus listrik, diukur dengan satuan meter (m).
Variabel respon
Variabel respon pada kegiatan kedua adalah beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A). Beda potensial adalah tegangan atau perbedaan potensial di antara ujung-ujung elemen kawat yang diukur setelah rangkaian dialiri arus listrik, diukur dengan alat Voltmeter dengan satuan Volt. Sedangkan kuat arus listrik adalah besarnya aliran arus listrik yang mengaliri rangkaian kawat, diukur dengan alat Amperemeter dengan satuan Ampere.
Variabel kontrol
Variabel kontrol dalam kegiatan kedua yaitu hambatan jenis kawat, luas penampang kawat (m2). Hambatan jenis kawat adalah besarnya gaya perlawanan penghantar terhadap arus listrik yang mengalirinya, hambatan jenis kawat ini tergantung oleh bahan kawat itu sendiri. Satuannya adalah Ohmmeter (Ωm). Sedangkan luas penampang adalah daerah pada kawat yang dialiri arus listrik, satuannya adalah m2.
Kegiatan 3. Pengaruh jenis kawat (hambatan jenis) terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
Variabel manipulasi
Variabel manipulasi pada kegiatan ketiga yaitu hambatan jenis (Ωm). Hambatan jenis kawat adalah besarnya gaya perlawanan penghantar terhadap arus listrik yang mengalirinya, hambatan jenis kawat ini tergantung oleh bahan kawat itu sendiri. Satuannya adalah Ohmmeter (Ωm).
Variabel respon
Variabel respon pada kegiatan ini adalah beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A). Beda potensial adalah tegangan atau perbedaan potensial di antara ujung-ujung elemen kawat yang diukur setelah rangkaian dialiri arus listrik, diukur dengan alat Voltmeter dengan satuan Volt. Sedangkan kuat arus listrik adalah besarnya aliran arus listrik yang mengaliri rangkaian kawat, diukur dengan alat Amperemeter dengan satuan Ampere.
Variabel kontrol
Variabel kontrol pada kegiatan ini adalah luas penampang kawat (m2) dan panjang kawat (m). Luas penampang adalah daerah pada kawat yang dialiri arus listrik, satuannya adalah m2. Panjang kawat (m) adalah panjang kawat yang dialiri arus listrik, diukur dengan satuan meter (m).
Kegiatan 4. Menyelidiki hubungan tegangan dan kuat arus listrik.
Variabel manipulasi
Variabel manipulasi dalam kegiatan ini adalah Hambatan (Ω). Hambatan adalah besarnya ukuran perlawanan komponen listrik (hambatan) pada rangkaian terhadap muatan yang mengalir, satuannya adalah Ohm (Ω).
Variabel respon
Variabel respon pada kegiatan terakhir adalah beda potensial (V) dan kuat arus listrik (A). Beda potensial adalah tegangan atau perbedaan potensial di antara ujung-ujung elemen kawat yang diukur setelah rangkaian dialiri arus listrik, diukur dengan alat Voltmeter dengan satuan Volt. Sedangkan kuat arus listrik adalah besarnya aliran arus listrik yang mengaliri rangkaian kawat, diukur dengan alat Amperemeter dengan satuan Ampere.
Prosedur Kerja
Kegiatan 1. Pengaruh luas penampang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
Telah disediakan perangkat percobaan, kemudian merangkaikan setiap perangkat dan melakukan pengukuran tegangan dan kuat arus listrik untuk beberapa luas penampang yang berbeda dengan panjang dan jenis kawat yang sama, kemudian mencatat hasilnya dalam tabel hasil pengamatan.
Kegiatan 2. Pengaruh panjang kawat logam terhadap beda potensial dan kuat arus listrik.
Melanjutkan kegiatan 1 dengan melakukan pengukuran tegangan dan kuat arus listrik untuk panjang yang berbeda dengan jenis dan luas penampang kawat yang sama, kemudian mencatat hasilnya dalam tabel pengamatan.
Kegiatan 3. Pengaruh jenis kawat (hambatan jenis) terhadap beda potensial dan kuat arus listrik
Melanjutkan kegiatan 1 dengan melakukan pengukuran tegangan dan kuat arus listrik untuk jenis kawat yang berbeda dengan panjang dan luas penampang yang sama. Kemudian mencatat hasilnya dalam tabel hasil pengamatan.
Kegiatan 4. Menyelidiki hubungan tegangan dan kuat arus listrik
Merangkai sebuah resistor dan sebuah Rheostat dengan sebuah sumber tegangan DC kemudian melakukan pengukuran tegangan pada resistor dan kuat arus listrik yang melalui resistor. Mengatur Rheostat sedemikian rupa untuk memperoleh data yang bervariasi.
E. HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Untuk dapat melihat hasil praktikum dan analisis data silahkan klik link berikut (hasil dan analisis data Hukum Ohm dan Hambatan Jenis Kawat)
F. PEMBAHASAN
Pada percobaan ini telah dilakukan dengan empat kegiatan yaitu pada kegiatan pertama, pengaruh luas penampang kawat terhadap beda potensial dan kuat arus listrik. Pada kegiatan ini digunakan jenis kawat yaitu konstantan dengan panjang kawat 1 m dan digunakan luas penampang yang berbeda-beda. Berdasarkan hasil analisis perhitungan maka diperoleh nilai hambatan (R) secara berturut-turut yaitu |0,6470±0,0015| Ω, |1,419±0,010| Ω, |2,524±0,004| Ω, dan |3,557±0,026| Ω. Dari hasil analisis perhitungan yang diperoleh maka dapat dinyatakan bahwa hambatan (R) berbanding terbalik dengan luas penampang (A), artinya semakin kecil luas penampang kawat maka semakin besar hambatannya. Namun luas penampang (A) berbanding lurus dengan kuat arus listrik (I) dan juga berbanding terbalik dengan beda potensial (V).Hasil ini tidak sesuai dengan teori yang ada.
Pada kegiatan kedua, pengaruh panjang kawat terhadap terhadap beda potensial dan kuat arus listrik. Dengan panjang yang berbeda dari hasil analisis perhitungan maka diperoleh nilai hambatan (R) secara berturut-turut yaitu |1,029±0,003| Ω dan |2,619± 0,002| Ω, dengan hasil ini dapat dinyatakan bahwa panjang kawat (l) berbanding lurus dengan hambatan (R), artinya semakin panjang kawat yang digunakan maka semakin besar hambatannya begitu pula sebaliknya. Panjang tali (l) berbanding lurus dengan beda potensial (V) dan berbanding terbalik dengan kuat arus listrik (I).
Pada kegiatan ketiga, pengaruh jenis kawat (hambatan jenis) terhadap terhadap beda potensial dan kuat arus listrik. Dengan jenis kawat yang berbeda yaitu konstantan dan messing. Dari analisis perhitungan diperoleh nilai hambatan (R) secara berturut-turut yaitu |2,524±0,004| Ω dan |0,3723± 0,0004| Ω dari hasil percobaan dapat dikatakan bahwa jenis kawat hambatan jenis (ρ) berbanding lurus dengan hambatan (R), artinya semakin panjang kawat yang digunakan maka semakin besar hambatannya begitu pula sebaliknya. Hambatan jenis (ρ) berbanding lurus dengan beda potensial (V) dan berbanding terbalik dengan kuat arus listrik (I). Pada kegiatan ketiga diperoleh nilai hambatan jenis dengan konstantan 0,5 yaitu ρ=0,50478× 10^(-6 ) Ωm, dan untuk messing nilai hambatan jenis yaitu, ρ=0,07446× 10^(-6 ) Ωm. Pada percobaan ini dapat dikatakan bahwa hasil percobaan kami yang telah dilakukan sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa nilai hambatan jenis konstantan yaitu 0,5 dan nilai hambatan jenis untuk messing yaitu 0,08. Pada kegiatan keempat hubungan antara kuat arus listrik dan beda potensial. Pada percobaan ini kani menggunakan resistor dengan besar hambatan 100 Ω. berdasarkan hasil analisis grafik maka nilai diperoleh R = | 0,8333 ± 0,0000 | Ω. J adi dapat dikatakan bahwa hasil percobaan yang talah kami lakukan tidak sesuai dengan teori yang kami dapat. Hal ini disebabkan kareana kurang telitinya kami menggkan alat ukur voltmeter, dan amperemeter sehingga data yang kami peroleh tidak akurat. Ataupun alat yang kami gunakan pada saat praktikum itu mungkin sudah tidak layak dipakai..
G. SIMPULAN
Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian di ukur dengan menggunakan basicmeter (amperemeter) yang disusun secara seri. Kemudian untuk mengukur beda potensial pada rangkaian tersebut digunakan basicmeter (voltmeter) yang di rangkai secara paralel.
Panjang kawat dan hambatan jenis kawat berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding terbalik dengan kuat arus. Dan luas penampang berbanding lurus dengan kuat arus dan berbanding terbalik dengan beda potensial.
Nilaiss hambatan jenis kawat untuk konstantan yaitu ρ=0,50478× 10^(-6 ) Ωm dan untuk messing nilai hambatan jenisnya yaitu ρ=0,07446× 10^(-6 ) Ωm.
Hukum ohm yaitu Besarnya kuat arus yang ada pada suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial atau tegangan antar kedua ujung penghantar tersebut.
DAFTAR RUJUKAN
Bueche J Frederick. 2006. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga.
Herman & Asisten LFD. 2015. Penuntun Fisika Dasar 2. Laboratorium Fisika Unit Praktikum Fisika Dasar: Makassar.
Serway, Raymond A. dan John W. Jewett. 2010. Fisika—untuk Sains dan Teknik Buku 2 Edisi 6. Jakarta: Salemba Teknika.