Apakah itu hukum ohm?5 min read

Balik kepada asas elektrik, pengiraan hukum ohm merupakan pengiraan yang paling penting dalam dunia elektrik. Hukum ohm digunakan di dalam kesemua cabang kejuruteraan elektrikal dan elektronik. Hukum ini membolehkan kita memahami apakah kaitan antara voltan dan arus elektrik yang terhasil. Artikel kali ini akan menerangkan apakah itu hukum ohm.

Apakah itu Hukum ohm?

Hukum ohm adalah formula yang digunakan untuk mengaitkan hubungan antara voltan, arus elektrik dan rintangan dalam litar elektrik. Ianya dinamakan sempena ahli fizik German, Georg Ohm pada 1827 dalam kertasnya berjudul ” The Galvanic Circuit Investigated Mathematically”. Hukum ohm menyatakan bahawa jumlah arus elektrik yang melalui sesebuah konduktor logam adalah berkadar terus dengan voltan yang dikenakan ke atasnya, untuk suhu tertentu. Penemuan ohm dinyatakan dalam persamaan yang sangat mudah:

Persamaan Hukum Ohm:

E=IR

Dalam persamaan ini, voltan (E) bersamaan dengan arus (I) dikalikan dengan rintangan (R). Di dalam persamaan ini, jika kita menggandakan voltan dua kali ganda, maka arus elektrik juga akan mengalir dua kali ganda. Menggunakan teknik algebra, kita boleh manipulasikan persamaan ini ke dalam dua variasi, menyelesaikan I dan juga R.

I=\frac{E}{R} 

R=\frac{E}{I} 

Maksud di dalam Hukum Ohm

Hukum ohm menjelaskan bagaimana arus elektrik mengalir dalam sesebuah bahan apabila tahap voltan yang berbeza dikenakan. Beberapa jenis bahan seperti wayar elektrik mempunyai rintangan yang sedikit untuk arus mengalir dan bahan ini dipanggil sebagai konduktor. Oleh itu, apabila konduktor disambungkan sebuah bateri, banyak arus elektrik akan mengalir. Sebaliknya, ada bahan yang lain mungkin akan menghalang, tetapi masih membenarkan sedikit pengaliran arus. Dalam litar elektrik, ini dipanggil perintang (resistor). Seberapa banyak perintang tersebut menghalang pengaliran tersebut dipanggil rintangan (resistance). Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi rintangan sesebuah konduktor:

• bahan, -contohnya, tembaga mempunyai rintangan yang rendah berbanding keluli.
• panjang-wayar panjang mempunyai rintangan lebih tinggi
• ketebalan- wayar nipis mempunyai rintangan tinggi
• suhu- wayar yang panas mempunyai rintangan tinggi

Bahan yang tidak membenarkan langsung pengaliran arus pula dinamakan penebat. Georg Ohm melihat cara arus elektrik mengalir di dalam beberapa bahan dan beliau telah berjaya menghasilkan hukum ini yang kini dipanggil Hukum Ohm.

Analogi Hukum Ohm

Untuk memahami hukum ini, kita boleh memberi persamaan pengaliran arus elektrik dengan aliran air di dalam paip. Voltan (V) boleh disamakan dengan tekanan air di dalam paip. Manakala, arus (I) boleh dipadankan dengan berapa banyak air yang mengalir melalui paip. Akhir sekali, perintang (R) bersamaan dengan saiz paip tersebut.

Kita boleh bayangkan lebih lebar paip tersebut, lebih banyak air akan mengalir. Ini disebabkan ianya mudah untuk air melalui paip yang besar berbanding paip sempit. Paip yang sempit bersamaan rintangan (R) yang tinggi di dalam litar elektrik.

Untuk memahami voltan pula, bayangkan anda bermain dengan pemulas kepala paip di dapur anda. Jika anda membuka pili tersebut dengan besar, bermakna lebih banyak air akan mengalir. Tekanan yang tinggi ini sama seperti voltan (V) yang tinggi dalam litar elektrik.

Aplikasi Hukum Ohm

Di dalam dunia elektrik, hukum ohm tidak dapat diasingkan. Tidak kira sama ada di peringkat universiti hingga alam pekerjaan, hukum ohm masih diaplikasikan di dalam bidang elektronik seperti litar mikropemproses dan mikropengawal mahupun elektrik bervoltan tinggi seperti pengiraan voltan dalam sistem jana kuasa. Oleh sebab itu, hukum ohm mula dipelajari diperingkat sekolah dalam subjek sains dan fizik.

Hukum Ohm diaplikasikan untuk:

• Untuk menentukan voltan, rintangan dan arus elektrik sesebuah litar.
• Digunakan untuk mengekalkan penurunan voltan (voltage drop) yang diingini dalam sesebuah komponen elektrik.
• Untuk menentukan berapa besar arus elektrik boleh melalui sesebuah cabang dalam litar dengan mengira nilai perintang yang perlu digunakan.

Contoh pengiraan menggunakan Hukum Ohm

Ayuh kita lihat contoh pengiraan yang dibuat menggunakan hukum ohm.

Contoh 1

Contoh dibawah menunjukkan litar elektrik yang ringkas, terdiri daripada bateri dan sebuah mentol. Bateri tersebut mempunyai voltan sebanyak 12V dan mentol yang mempunyai rintagan sebanyak 4Ω. Apakah jumlah arus elektrik yang mengalir di dalam litar tersebut? Dengan dua nilai V dan R dibawah, kita boleh mencari apakah nilai I.

Penyelesaian:

I=\frac{E}{R} =\frac{12}{4}=3 A 

Contoh 2

Di dalam contoh kedua pula, kita diberi nilai voltan bateri 3.3V dan juga dinyatakan berapa jumlah arus elektrik yang dibenarkan mengalir di dalam litar tersebut, iaitu 200mA (atau 0.2A). Berapakah nilai perintang yang sesuai digunakan?

Penyelesaian:

Menggunakan Hukum Ohm,

V=IR

Menggunakan algebra, susun semula persamaan,

\frac{V}{I}=R

R=\frac{3.3}{0.2}=16.5Ω

Kekangan Hukum Ohm

Tidak semua komponen elektrik boleh diaplikasikan Hukum Ohm. Dan juga, tidak semua bahan mengikut hukum ohm, bahan ini dipanggil konduktor bukan ohm (non-ohmic conductor). Berikut merupakan situasi bila Hukum Ohm tidak dapat digunakan.

• Hukum ohm tidak dapat digunakan keatas elemen elektrik yang tidak linear seperti diod dan transistor.
• Untuk elemen elektik bukan linear yang mempunyai parameter kapasitans, rintangan dan sebagainya, voltan dan arus tidak berubah sehubungan dengan masa, membuatkan sukar untuk mengaplikasikan hukum ohm.

Rujukan

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-2/voltage-current-resistance-relate/

https://www.electronics-notes.com/articles/basic_concepts/resistance/what-is-ohms-law-formula-equation.php

https://byjus.com/physics/ohms-law/