Hambatan dan resistivitas
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| resistance/rɪˈzɪstəns/ | penolakan |
| Ohm's law/əʊmz lɔː/ | Hukum Ohm |
| conductor/kənˈdʌktə/ | konduktor |
| filament lamp/ˈfɪləmənt læmp/ | lampu filamen |
| diode/ˈdaɪəʊd/ | dioda |
| semiconductor/ˌsemɪkənˈdʌktə/ | semikonduktor |
| lattice/ˈlætɪs/ | kisi |
| resistivity/ˌriːzɪˈstɪvəti/ | resistivitas |
| thermistor/ˈθɜːmɪstə/ | termistor |
Mengapa elemen ketel menyala merah
- Elemen ketel menjadi sangat panas, tetapi kabel yang menyalurinya tetap dingin.
- Elemen tersebut memiliki resistansi tinggi — ia mengubah energi listrik menjadi panas.
- Resistansi menentukan ke mana energi dialirkan.
Resistansi
- Resistansi $R = \dfrac{V}{I}$, dalam ohm ($\Omega$): p.d. di ujung-ujung suatu komponen dibagi dengan arus yang mengalir di dalamnya.
- Itu adalah definisi, dan berlaku untuk setiap komponen. Nilainya bergantung pada kondisi — terutama suhu.
Resistor tetap nyata: pita warna mengkodekan nilai resistansinya
Hambatan (Hukum Ohm)
V = R·I
Hukum Ohm: tegangan berbanding lurus dengan arus — gradiennya adalah hambatan R.
Sebuah komponen memiliki $12\ \text{V}$ di atasnya dan $3.0\ \text{A}$ melewatinya. Berapakah hambatannya?
$R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{12}{3.0} = 4.0\ \Omega$.
Hukum Ohm
- Sebuah konduktor mematuhi hukum Ohm ketika $I \propto V$ (pada suhu konstan) — sehingga $R$ bersifat konstan.
- Ini adalah hasil eksperimen, bukan definisi. $R = \dfrac{V}{I}$ berlaku untuk semua komponen.
Konduktor ohmik pada suhu tetap memiliki:
Hukum Ohm: $I \propto V$, sehingga $R = \dfrac{V}{I}$ konstan dan grafik $I$–$V$ adalah garis lurus melalui titik asal.
Karakteristik I–V
- Kawat logam (suhu tetap): garis lurus — konduktansi $R$ konstan.
- Lampu filamen: melengkung ke atas — pemanasan meningkatkan $R$.
- Dioda: mengalirkan arus hanya ke satu arah (di atas ~0.7 V).
Karakteristik I-V dari dioda semikonduktor
Pasangkan setiap komponen dengan karakteristik $I$–$V$-nya.
Konstanta $R$ → garis lurus; pemanasan meningkatkan $R$ → kurva melandai; dioda memblokir arus balik.
Resistansi lampu filamen meningkat pada tegangan lebih tinggi karena:
Arus lebih besar memanaskan filamen; pada logam, getaran kisi lebih banyak menghamburkan elektron, sehingga $R$ meningkat.
Mengapa resistansi lampu meningkat
- Rantai ujian: arus yang lebih besar → lebih banyak pemanasan → suhu lebih tinggi → ion logam dalam kisi kristal bergetar lebih kuat → elektron bebas bertabrakan lebih sering → resistansi meningkat.
- Baca $R$ dari grafik $I$–$V$ sebagai $\dfrac{V}{I}$ titik tersebut — bukan sebagai gradien. Hanya untuk garis lurus yang melalui titik asal keduanya sama.
Urutkan langkah-langkah penjelasan mengapa resistansi lampu filamen meningkat seiring arus.
Pemanasan → getaran kisi lebih banyak → tabrakan lebih sering → resistansi lebih tinggi. Setiap hubungan adalah poin skor dalam penjelasan ujian.
Resistivitas
- $R = \dfrac{\rho L}{A}$ — $\rho$ adalah resistivitas, sifat material ($\Omega\cdot\text{m}$).
- Kawat lebih panjang → lebih banyak $R$; kawat lebih tebal → kurang $R$.
- Untuk mengukurnya: amperemeter seri dengan kawat, voltmeter paralel dengannya, sumber variabel (atau resistor variabel) untuk mengambil beberapa pembacaan; $R$ adalah gradien dari $V$ terhadap $I$; ukur $L$ dengan penggaris dan diameter dengan mikrometer di beberapa tempat.
Konduktor yang lebih panjang memiliki resistansi lebih besar
Apa yang bergantung pada hambatan: R = ρL/A
Kawat yang lebih panjang memiliki hambatan lebih besar; kawat yang lebih tebal (luas lebih besar) memiliki hambatan lebih kecil. Ubah panjang, luas, dan jenis logam.
Sebuah kawat memiliki resistivitas $2.0 \times 10^{-8}\ \Omega\cdot\text{m}$, panjang $10\ \text{m}$ dan luas penampang $2.0 \times 10^{-6}\ \text{m}^2$. Hitunglah resistansinya.
$R = \dfrac{\rho L}{A} = \dfrac{2.0 \times 10^{-8} \times 10}{2.0 \times 10^{-6}} = 0.10\ \Omega$.
Menggandakan panjang kawat menggandakan resistansinya (bahan dan luas penampang sama).
$R = \dfrac{\rho L}{A}$, sehingga $R \propto L$ — dua kali panjang, dua kali resistansi.
Contoh terpecahkan: resistivitas beserta ketidakpastiannya
Sebuah kawat nichrome sepanjang $1.20\ \text{m}$ ($\pm 0.5\%$) dan diameter $0.40\ \text{mm}$ ($\pm 2.5\%$) memiliki $3.00\ \text{V}$ ($\pm 1\%$) melaluinya saat arus adalah $0.600\ \text{A}$ ($\pm 1\%$). Temukan resistivitas dan ketidakpastiannya.
- Resistansi: $R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{3.00}{0.600} = 5.00\ \Omega$.
- Luas: $A = \dfrac{\pi d^{2}}{4} = \dfrac{\pi (0.40 \times 10^{-3})^{2}}{4} = 1.26 \times 10^{-7}\ \text{m}^{2}$.
- Resistivitas: $\rho = \dfrac{RA}{L} = \dfrac{5.00 \times 1.26 \times 10^{-7}}{1.20} = 5.24 \times 10^{-7}\ \Omega\,\text{m}$.
- Ketidakpastian persentase: jumlahkan semuanya, hitung diameter dua kali karena dipangkatkan dua: $1 + 1 + 2(2.5) + 0.5 = 7.5\%$.
- Ketidakpastian mutlak: $0.075 \times 5.24 \times 10^{-7} = 0.4 \times 10^{-7}$, sehingga $\rho = (5.2 \pm 0.4) \times 10^{-7}\ \Omega\,\text{m}$.
- Pengecekan: diameter mendominasi ketidakpastian — inilah alasan mengapa diukur dengan mikrometer, beberapa kali, lalu dirata-ratakan.
Dalam pengukuran resistivitas, ketidakpastian persentase adalah: $V$ 2%, $I$ 1%, diameter 3%, panjang 1%. Berapakah ketidakpastian persentase untuk $\rho = \dfrac{RA}{L}$?
$\rho \propto \dfrac{V d^{2}}{I L}$, jadi tambahkan $2 + 1 + 2(3) + 1 = 10\%$. Diameter dihitung dua kali karena dikuadratkan.
$R = \dfrac{V}{I}$ adalah definisi dan berlaku untuk segalanya; hukum Ohm adalah kasus khusus di mana hal itu tetap konstan. Resistansi bukanlah gradien dari kurva $I$–$V$. Diameter dipangkatkan dua dalam $A = \dfrac{\pi d^{2}}{4}$, sehingga ketidakpastian persentasenya dihitung dua kali — dan gunakan diameter dalam meter.
Sensor cahaya dan panas
- Resistansi LDR turun saat cahaya semakin terang (megaohm dalam gelap, ratusan ohm dalam cahaya).
- Resistansi termistor (NTC) turun saat semakin panas — keduanya adalah semikonduktor.
Resistansi termisor turun tajam saat memanas — dasar dari sensor suhu
Pilih semua pernyataan yang benar.
LDR dan termistor NTC (semikonduktor) mengalami penurunan resistansi dengan bertambahnya cahaya/panas. Logam melakukan sebaliknya — resistansinya naik dengan suhu.
Anda telah memahaminya
- resistansi $R = \dfrac{V}{I}$ (definisi, pada satu titik — bukan gradien); Hukum Ohm: $I \propto V$ pada suhu konstan
- lampu filamen melengkung karena pemanasan membuat kisi bergetar lebih banyak dan elektron bertumbukan lebih sering; dioda bersifat satu arah
- resistivitas $R = \dfrac{\rho L}{A}$, dengan ketidakpastian diameter dihitung dua kali; LDR ↓ dengan cahaya, termistor ↓ dengan panas