Penjelasan Hukum Ohm, Energi, Daya Listrik (lengkap)

Penjelasan Hukum Ohm, Energi, Daya Listrik – Hubungan antara Tegangan, Arus, dan Resistansi dalam setiap rangkaian listrik DC pertama kali ditemukan oleh fisikawan Jerman Georg Ohm. Georg Ohm menemukan bahwa, pada suhu konstan, arus listrik yang mengalir melalui resistansi linier tetap berbanding lurus dengan tegangan yang diterapkan di atasnya, dan juga berbanding terbalik dengan resistansi. Hubungan antara Tegangan, Arus dan Resistansi membentuk dasar Hukum Ohm dan ditunjukkan di bawah ini.

Hubungan Hukum Ohm

Dengan mengetahui dua nilai kuantitas Tegangan, Arus dan Resistansi, kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk menemukan nilai ketiga yang hilang. Hukum Ohm digunakan secara luas dalam rumus dan perhitungan elektronik sehingga sangat penting untuk memahami dan mengingat secara akurat rumus-rumus ini.

Untuk menemukan Tegangan, (V)

[V = I x R] V (volt) = I (amp) x R (Ω)

Untuk menemukan Arus, (I)

[I = V ÷ R] I (amp) = V (volt) ÷ R (Ω)

Untuk menemukan Resistansi, (R)

[R = V ÷ I] R (Ω) = V (volt) ÷ I (amp)

Terkadang lebih mudah untuk mengingat hubungan hukum Ohm ini dengan menggunakan gambar. Di sini, tiga jumlah V, I dan R telah dibuat menjadi sebuah segitiga (yang dikenal sebagai Segitiga Hukum Ohm ) memberi tegangan di bagian atas dengan arus dan resistansi di bawah. Pengaturan ini mewakili posisi aktual setiap kuantitas dalam rumus hukum Ohm.

Segitiga Hukum Ohm

Transposing persamaan standar Hukum Ohm di atas akan memberi kita kombinasi berikut dari persamaan yang sama:

Kemudian dengan menggunakan Hukum Ohm kita dapat melihat bahwa tegangan 1V yang diterapkan pada resistor 1Ω akan menyebabkan arus 1A mengalir dan semakin besar nilai resistansi, semakin sedikit arus yang akan mengalir untuk tegangan yang diberikan.

Perangkat atau komponen listrik apa pun yang mematuhi “Hukum Ohm” yaitu, arus yang mengalir melaluinya sebanding dengan tegangan yang melaluinya ( I α V ), seperti Resistor atau Kabel, dikatakan Ohmic secara alami, dan perangkat yang tidak, seperti Transistor atau Dioda, dikatakan sebagai perangkat “non-ohmik” .

Daya/Power Listrik pada Rangkaian

Daya Listrik, ( P ) dalam suatu rangkaian adalah tingkat di mana energi diserap atau dihasilkan dalam suatu rangkaian. Sumber energi seperti tegangan akan menghasilkan atau menghantarkan daya sementara beban yang terhubung menyerapnya.

Bola lampu dan pemanas misalnya, menyerap daya listrik dan mengubahnya menjadi panas, atau cahaya, atau keduanya. Semakin tinggi nilainya atau tingkat dalam watt, semakin banyak daya listrik yang mungkin mereka konsumsi.

Simbol kuantitas untuk daya adalah P dan merupakan hasil dari tegangan yang dikalikan dengan arus dengan satuan pengukurannya adalah Watt ( W ). Satuan digunakan untuk menunjukkan berbagai kelipatan atau sub-kelipatan dari watt, seperti: milliwatts (mW = 10-3W ) atau kilowatt ( kW = 103W).

Kemudian dengan menggunakan hukum Ohm dan menggantikan nilai-nilai V, I dan R rumus untuk daya listrik dapat ditemukan sebagai:

Untuk menemukan Daya/Power (P)

[P = V x I] P (watt) = V (volt) x I (amp)

Juga:

[P = V2 ÷ R] P (watt) = V2 (volt) ÷ R (Ω)

Juga:

[P = I2 x R] P (watt) = I2 (amp) x R (Ω)

Sekali lagi, tiga kuantitas telah ditumpangkan ke dalam segitiga yang kali ini disebut Segitiga Daya dengan daya di atas dan arus dan tegangan di bagian bawah. Sekali lagi, pengaturan ini mewakili posisi aktual setiap kuantitas dalam rumus daya hukum Ohm.

Segitiga Daya/Power

dan lagi, mentransposisi persamaan Hukum Ohm di atas untuk daya memberi kita kombinasi berikut dari persamaan yang sama untuk menemukan berbagai jumlah individu:

Jadi kita dapat melihat bahwa ada tiga rumus yang memungkinkan untuk menghitung daya listrik dalam suatu rangkaian. Jika daya yang dihitung bernilai positif, (+P) dalam nilai untuk rumus apa pun, komponen menyerap daya, yaitu mengkonsumsi atau menggunakan daya.

Tetapi jika daya yang dihitung negatif, (–P) nilainya komponen menghasilkan atau menghasilkan daya, dengan kata lain itu adalah sumber daya listrik seperti baterai dan generator.

Tingkat Daya Listrik

Komponen listrik diberi “peringkat daya” dalam watt yang menunjukkan tingkat maksimum di mana komponen mengubah daya listrik menjadi bentuk energi lain seperti panas, cahaya atau gerakan. Misalnya, resistor 1/4W, bola lampu 100W dll.

Perangkat listrik mengubah satu bentuk daya menjadi bentuk lain. Jadi misalnya, motor listrik akan menyamarkan energi listrik menjadi kekuatan mekanik, sementara generator listrik mengubah kekuatan mekanik menjadi energi listrik. Bola lampu mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas.

Juga, kita sekarang tahu bahwa satuan daya adalah WATT, tetapi beberapa perangkat listrik seperti motor listrik memiliki peringkat daya dalam pengukuran lama “Horsepower” atau hp. Hubungan antara tenaga kuda dan watt diberikan sebagai: 1hp = 746W. Jadi misalnya, motor dua tenaga kuda memiliki peringkat 1492W, (2 x 746) atau 1,5kW.

Diagram Lingkaran Hukum Ohm

Untuk membantu kita memahami hubungan antara berbagai nilai sedikit lebih jauh, kita dapat mengambil semua persamaan Hukum Ohm dari atas untuk menemukan Tegangan, Arus, Resistansi, dan tentu saja Daya/Power dan menyingkatnya menjadi Diagram Lingkaran Hukum Ohm sederhana untuk digunakan dalam rangkaian dan perhitungan AC dan DC seperti yang ditunjukkan.

Bentuk Diagram Lingkaran Hukum Ohm

Selain menggunakan Diagram Lingkaran Hukum Ohm yang ditunjukkan di atas, kita juga dapat menempatkan persamaan Hukum Ohm individu ke dalam tabel matriks sederhana seperti yang ditunjukkan untuk referensi mudah ketika menghitung nilai yang tidak diketahui.

Tabel Matriks Hukum Ohm

Contoh: Hukum Ohm No.1

Untuk rangkaian yang ditunjukkan di bawah ini, temukan Tegangan (V), Arus (I), Resistansi (R) dan Daya (P).

• Tegangan [V = I x R] = 2 x 12Ω = 24V
• Arus [I = V ÷ R] = 24 ÷ 12Ω = 2A
• Resistansi [R = V ÷ I] = 24 ÷ 2 = 12 Ω
• Daya/Power [P = V x I] = 24 x 2 = 48W

Daya di dalam rangkaian listrik hanya ada ketika KEDUA tegangan dan arus ada. Sebagai contoh, dalam kondisi rangkaian terbuka, tegangan ada tetapi tidak ada aliran arus I = 0 (nol), oleh karena itu V*0 adalah 0 sehingga daya yang dihabiskan dalam rangkaian juga harus 0. Demikian juga, jika kita memiliki kondisi hubung singkat, aliran arus ada tetapi tidak ada tegangan V = 0, karena itu 0*I = 0 sehingga sekali lagi daya yang dihamburkan dalam rangkaian adalah 0.

Karena daya listrik adalah hasil dari V*I, daya yang dihamburkan dalam suatu rangkaian adalah sama apakah rangkaian tersebut mengandung tegangan tinggi dan arus rendah atau tegangan rendah dan arus tinggi. Secara umum, daya listrik dihamburkan dalam bentuk Panas (pemanas), Pekerjaan Mekanik seperti Motor, Energi dalam bentuk terpancar (Lampu) atau sebagai energi yang disimpan (Baterai).

Energi Listrik dalam Rangkaian

Energi Listrik adalah kapasitas untuk melakukan pekerjaan, dan unit kerja atau energi adalah joule ( J ). Energi listrik adalah hasil daya yang dikalikan dengan lamanya waktu dikonsumsi. Jadi, jika kita tahu berapa banyak daya, dalam Watt dikonsumsi dan waktu, dalam detik yang digunakan, kita dapat menemukan total energi yang digunakan dalam watt-detik.

Dengan kata lain, Energi = daya x waktu dan Daya = tegangan x arus. Oleh karena itu daya listrik terkait dengan energi dan satuan yang diberikan untuk energi listrik adalah watt-detik atau joule.

Energi Listrik = Daya (W) x Waktu (s)

Daya listrik juga dapat didefinisikan sebagai laju perpindahan energi. Jika satu joule kerja diserap atau dikirim dengan laju konstan satu detik, maka daya yang sesuai akan setara dengan satu watt sehingga daya dapat didefinisikan sebagai “1Joule/detik = 1Watt”.

Maka kita dapat mengatakan bahwa satu watt sama dengan satu joule per detik dan daya listrik dapat didefinisikan sebagai tingkat melakukan pekerjaan atau mentransfer energi.

Tenaga Listrik dan Segitiga Energi

atau untuk menemukan berbagai jumlah individu:

Kami katakan sebelumnya bahwa energi listrik didefinisikan sebagai watt per detik atau joule. Meskipun energi listrik diukur dalam Joule itu bisa menjadi nilai yang sangat besar ketika digunakan untuk menghitung energi yang dikonsumsi oleh suatu komponen.

Misalnya, jika bola lampu 100 watt dibiarkan “ON” selama 24 jam, energi yang dikonsumsi adalah 8.640.000 Joule (100W x 86.400 detik), jadi satuan seperti kilojoule ( kJ = 103 J ) atau megajoule ( MJ = 106 J ) digunakan sebagai gantinya dan dalam contoh sederhana ini, energi yang dikonsumsi akan menjadi 8.64MJ (mega-joule).

Tetapi berurusan dengan joule, kilojoule atau megajoule untuk mengekspresikan energi listrik, matematika yang terlibat dapat berakhir dengan jumlah besar dan banyak nol, sehingga jauh lebih mudah untuk mengekspresikan energi listrik yang dikonsumsi dalam Kilowatt-jam. Jika daya listrik yang dikonsumsi (atau dihasilkan) diukur dalam watt atau kilowatt (ribuan watt) dan waktu diukur dalam jam bukan detik, maka satuan energi listrik akan menjadi kilowatt-jam, (kWhr).

Maka pada bola lampu 100 watt kami di atas akan mengkonsumsi 2.400 watt jam atau 2.4kWhr, yang jauh lebih mudah untuk memahami 8.640.000 joule. 1 kWhr adalah jumlah listrik yang digunakan oleh perangkat yang memiliki daya 1000 watt dalam satu jam dan umumnya disebut “Satuan Listrik”. Ini adalah apa yang diukur dengan meteran utilitas dan apa yang kita gunakan sebagai konsumen dari pemasok listrik kita ketika kita menerima tagihan listrik.

Kilowatt-jam adalah satuan standar energi yang digunakan oleh meteran listrik di rumah kita untuk menghitung jumlah energi listrik yang kita gunakan dan oleh karena itu berapa banyak kita membayar.

Jadi jika Anda menyalakan api listrik dengan elemen pemanas bernilai 1000 watt dan membiarkannya menyala selama 1 jam, Anda akan mengkonsumsi 1 kWhr listrik. Jika Anda menyalakan dua api listrik masing-masing dengan elemen 1000 watt selama setengah jam, total konsumsi akan sama persis dengan listrik – 1kWhr.

Jadi, mengkonsumsi 1000 watt selama satu jam menggunakan jumlah daya yang sama dengan 2000 watt (dua kali lebih banyak) selama setengah jam (setengah waktu). Maka untuk bola lampu 100 watt untuk menggunakan 1 kWhr atau satu unit energi listrik itu harus dinyalakan selama total 10 jam (10 x 100 = 1000 = 1kWhr).

Sekarang kita tahu apa hubungan antara tegangan, arus dan resistansi dalam suatu rangkaian, dalam tutorial berikutnya yang berkaitan dengan Rangkaian DC, kita akan melihat Satuan, Besaran dan Simbol Listrik yang digunakan dalam teknik listrik dan elektronik untuk memungkinkan kita menghitung nilai-nilai ini dan melihat bahwa setiap nilai dapat diwakili oleh kelipatan atau sub kelipatan dari unit standar.