BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Fisika merupakan salah satu ilmu pengetahuan alam yang mempelajari

tentang benda-benda di alam, serta interaksi dari benda-benda di alam. Gejala-

gejala ini baru dapat dijelaskan berdasarkan pengamatan dan percobaan yang

dilakukan oleh ahli ilmu pengetahuan alam sehingga hasil yang diperoleh

dinyatakan dalam suatu teori atau hukum.

Ilmu fisika berkembang karena didorong oleh adanya rasa ingin tahu yang

selalu ada dalam diri manusia. Fisika berhubungan dengan benda-benda dan

susunan zat dan interaksinya. Fisika berhubungan dengan benda-benda yang fisis,

yaitu benda-benda yang nyata, yang dapat diukur dengan suatu alat ukur, baik dari

sebuah inti atom yang sangat kecil sampai pada jagat raya yang sangat luas ini.

Ilmu geologi, geografi, astronomi, kedokteran, teknik mesin, komputer, semuanya

memerlukan pengetahuan dasar tentang prinsip-prinsip fisika.

Hambatan suatu bahan adalah ukuran resistensi bahan untuk mengalirkan

arus listrik. Arus listrik mengalir didalam kawat penghantar jika terdapat beda

potensial antara ujung-ujung penghantar itu. Pada tahun 1826, George Simon

Ohm menyelidiki hubungan antara kuat arus listrik dengan tegangan dan

didapatkan bahwa kuat arus yang mengalir di dalam suatu penghantar berbanding

lurus dengan beda potensial ujung-ujung penghantar tersebut (Young dan

Freedman, 2000 : 226).

1

Pengertian hambatan/ tahanan tidak berbeda dengan hambatan yang terjadi

pada air yang sedang mengalir. Besar kecilnya tahanan air bisa ditentukan oleh

lebar sempitnya saluran, halus dan kasarnya permukaan saluran dan tergantung

besar kecilnya pintu saluran yang dibuat. Demikian pula dengan hambatan listrik

juga ditentukan oleh lebar sempitnya penampang kawat, panjang kawat, jenis

kawat, dan bahan jenis yang digunakan untuk membuat hambatan.

Hambatan/tahanan listrik sering disebut juga dengan resistor atau werstand. Sifat

hambatan listrik tidak berbeda dengan sifat hambatan air yaitu jika hambatan

diperbesar maka arus yang mengalir kecil dan bila hambatan di perecil maka arus

yang mengalir adalah besar. Hambatan listrik notasinya dinyatakan dengan huruf

R dan satuanya dinyatakan dengan ohm (Posted on Februari 20, 2011 by pakteo ).

Setiap benda mempunyal tahanan, yaitu suatu kemampuan untuk menahan

mengalirkan arus lstrik di dalam benda itu. Arus listrik yang mengalir melalui

kawat pijar di dalam lampu dan kawat-kawat penghantar listrik lainnya juga

mengalami hambatan/tahanan, yang besarnya tergantung Sifat-sifat logam yang

dipakai sebagai bahan kawat, Panjangnya kawat yang digunakan, Besarnya

penampang kawat yang dilewati arus listrik. Tahanan yang lebih besar

mengakibatkan berkurangnya aliran arus listrik. Tahanan ini biasanya disingkat

dengan huruf R (Resintance). Satuannya adalah Ohm dan alat pengukurnya adalah

Ohmmeter.

Suatu penghantar umumnya berbahan logam, sehingga terdapat hambatan

dalam kawat penghantar tersebut. Lalu berapa besarkah nilai hambatan pada suatu

kawat penghantar?. Besar hambatan tergantung dari beberapa faktor yaitu jenis

2

kawat penghantar, panjang kawat penghantar dan luas penampang kawat

penghantar. Dalam teori fisika melakukan suatu percobaan dan diperoleh suatu

kesimpulan, nilai hambatan suatu penghantar adalah sebanding dengan panjang

kawat penghantar, sebanding dengan nilai hambatan jenis logam, berbanding

terbalik dengan luas penampang kawat penghantar (Tipler Paul. A, 1991 : 143).

Pernahkah kamu membuka pemanas listrik dan melihat elemen

pemanasnya? Apa perbedaan antara elemen tersebut dengan kawat penghantar

biasa? Elemen pemanas harus memiliki hambatan yang relatif besar, untuk

mengubah energi listrik menjadi energi panas. Kawat penghantar memiliki

hambatan yang kecil, agar energi listrik tidak terbuang sia-sia melalui penghantar.

Berdasarkan uraian di atas, maka penulis ingin membahas lebih rinci

tentang “Pengaruh luas penampang terhadap hambatan listrik”.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas yang menjadi permasalahanan dalam

penelitian ini adalah: apakah pengaruh luas penampang terhadap hambatan listrik?

1.3 Tujuan Pembahasan

Adapun tujuan dari pembahasan makalah ini adalah untuk mengetahui

pengaruh luas penampang terhadap hambatan listrik.

3

1.4 Manfaat Pembahasan

Manfaat dari penulisan makalah ini diharapkan dapat:

1.4.1 Bagi penulis sebagai tolok ukur untuk pengembangan selanjutnya,

terutama mengenai pengaruh luas penampang terhadap hambatan listrik.

1.4.2 Bagi pembaca untuk lebih memahami tentang pengaruh luas penampang

terhadap hambatan listrik.

1.4 Batasan Masalah

Dalam rangka untuk mencapai tujuan penulisan dari makalah ini maka

penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas agar makalah ini dapat

tersusun secara sistematis. Adapun masalah yang dibahas dalam penulisan

makalah ini adalah pengaruh luas penampang terhadap hambatan listrik.

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Hambatan Penghantar

Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan

seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang

memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan

dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan

laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus

dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan

akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju

dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya,

ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa

hambatan jalannya besar. Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil

di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas

penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus

listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil,

hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti

hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti

hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas

penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktor-faktor

yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri.

(Supianto, 2006 : 177)

5

Hambatan suatu bahan adalah ukuran resistensi bahan untuk mengalirkan

arus listrik. Arus listrik mengalir didalam kawat penghantar jika terdapat beda

potensial antara ujung-ujung penghantar itu. Pada tahun 1826, George Simon

Ohm menyelidiki hubungan antara kuat arus listrik dengan tegangan dan

didapatkan bahwa kuat arus yang mengalir di dalam suatu penghantar berbanding

lurus dengan beda potensial ujung-ujung penghantar tersebut. Semakin besar

beda potensialnya maka semakin besar arus yang mengalir pada penghantar

tersebut, akan tetapi besar perbandingan antara beda potensial dengan arusnya

akan selalu tetap uantuk penghantar yang sama.

Setiap benda mempunyal tahanan, yaitu suatu kemampuan untuk menahan

mengalirkan arus lstrik di dalam benda itu. Arus listrik yang mengalir melalui

kawat pijar di dalam lampu dan kawat-kawat penghantar listrik lainnya juga

mengalami hambatan/tahanan, yang besarnya tergantung Sifat-sifat logam yang

dipakai sebagai bahan kawat, Panjangnya kawat yang digunakan, Besarnya

penampang kawat yang dilewati arus listrik. Tahanan yang lebih besar

mengakibatkan berkurangnya aliran arus listrik. Tahanan ini biasanya disingkat

dengan huruf R (Resintance). Satuannya adalah Ohm dan alat pengukurnya adalah

Ohmmeter.

Hubungan antara E, I, dan R ini dinyatakan oleh sebuah hukum yang

disebut hukum Ohm, yakni

Dengan E = Volt, I = Ampere, R = Ohm (Hallisday dan Resnick, 1984 : 187).

6

Tujuan dari pengukuran Tahanan adalah untuk memeriksa apakah

komponen bekerja dengan semestinya dan juga untuk memeriksa apakah ada

kabel yang rusak/robek.

Perbandingan tegangan listrik dengan kuat arus I nya tetap. Hasil bagi ini

dinamakan hambatan listrik atau resistansi dengan satuan ohm.

Hambatan listrik pada kehidupan sehari-hari digunakan untuk membatasi arus

dalam suatu rangkaian. Muatan listrik dapat mengalir jika melalui kawat

penghantar yang elektron-elektronnya bergerak bebas. Aliran arus listrik dalam

sebuah kawat penghantar dapat diibaratkan seperti halnya air yang mengalir

dalam suatu paralon. Semakin panjang paralon semakin besar hambatannya, tetapi

jika diameter paralon diperbesar hambatan semakin kecil.

(http://e-dukasi.net/index.php?mod=script&cmd).

Dari penelitian diketahui bahwa banyak bahan-bahan yang dapat

menghantar listrik seperti besi, baja, aluminium, tembaga dan zeng. Bahan bahan

ini disebut dengan konduktor. Sebaliknya banyak juga bahan yang sulit

menghantarkan listrik seperti plastik, kaca, karet dan kayu. Bahan-bahan ini

disebut dengan isolator. Tahukah kamu apa perbedaan sifat bahan konduktor dan

isolator? Ternyata bahan bahan konduktor memiliki hambatan (resistansi) yang

kecil sedangkan isolator memiliki hambatan yang besar. Penghantar bisanya

berbentuk kabel yaitu kawat logam yang dibungkus isolator. Hambatan dapat

diartikan sebagai sifat perlawanan suatu bahan (penghantar) terdapat arus listrik

yang melaluinya. Ternyata, besar hambatan suatu kawat tergantung dari bentuk

7

geometrinya seperti panjang dan luas penampangnya. sebanding dengan panjang

penghantar ( Marcelo Alonso, 1994 : 76 )

Besar hambatan adalah :

a. sebanding dengan panjang kawat (l)

b. berbanding terbalik dengan luas penampang (A)

Kesebandingan dapat dinyatakan dengan persamaan dengan mengalikan dengan

konstanta yang disebut dengan hambatan jenis. Hambatan jenis ini hanya

ditentukan oleh jenis bahan saja. Besar hambatan dinyatakan dengan rumus:

Keterangan:

R = hambatan ()

ρ = hambatan jenis (m)

l = panjang penghantar ( m )

A = luas penampang (m2)

Menurut hukum Ohm, hambatan adalah perbandingan antara arus yang

mengalir dengan tegangan yang diberikan. Harga hambatan R bergantung pada

8

panjang penghantar ( l) , jenis hambatan ( ) dan berbanding terbalik dengan luas

penampang penghantar (A). Secara matematis dapat ditulis :

Dimana :

R = hambatan penghantar ()

ρ = hambat jenis (m)

A = luas penampang penghantar (m2)

l = panjang penghantar (m2)

( Giancoli, 2001 : 70)

Pengertian hambatan/ tahanan tidak berbeda dengan hambatan yang terjadi

pada air yang sedang mengalir. Besar kecilnya tahanan air bisa ditentukan oleh

lebar sempitnya saluran, halus dan kasarnya permukaan saluran dan tergantung

besar kecilnya pintu saluran yang dibuat. Demikian pula dengan hambatan listrik

juga ditentukan oleh lebar sempitnya penampang kawat, panjang kawat, jenis

kawat, dan bahan jenis yang digunakan untuk membuat hambatan.

Hambatan/tahanan listrik sering disebut juga dengan resistor atau werstand. Sifat

hambatan listrik tidak berbeda dengan sifat hambatan air yaitu jika hambatan

diperbesar maka arus yang mengalir kecil dan bila hambatan di perecil maka arus

yang mengalir adalah besar. (Posted on Februari 20, 2011 by pakteo ).

Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu

bahan penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu

9

untuk mengalirkan arus listrik. Menurut hukum Ohm, hambatan listrik juga

merupakan hasil perbandingan dari besarnya beda potensial pada ke-2 ujung

penghantar terhadap besarnya arus listrik yang mengalir melalui hambatan

tersebut. Secara matematis dapat dituliskan: R=V/I

Dimana:

R : Hambatan (Ω)

V : Beda potensial (V)

I : Arus Listrik (A)

Besar kecilnya hambatan listrik tergantung dari:

a. panjang penghantar

b. luas penampang pengantar

c. temperatur/ suhu penghantar

d. hambatan atau tahanan jenis penghantar

Sifat hambatan suatu penghantar digunakan untuk pembuatan Resisitor.

Resistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menurunkan

tegangan listrik ataupun membagi arus listrik. Resistor ini dibuat dari bahan

konduktor kawat ataupun karbon. Secara garis besar resistor dibedakan menjadi

resistor tetap dan resistor variable. Resistor tetap memiliki nilai hambatan ang

tetap, sedangkan resistor variable memiliki nilai hambatan yang dapat diubah-

ubah. Lambang dan simbul resistor adalah sebgai berikut

10

2.2 Faktor-Faktor yang mempengaruhi Hambatan Pada Kawat Penghantar

Pernahkah kamu membuka pemanas listrik dan melihat elemen

pemanasnya? Apa perbedaan antara elemen tersebut dengan kawat penghantar

biasa? Elemen pemanas harus memiliki hambatan yang relatif besar, untuk

mengubah energi listrik menjadi energi panas. Kawat penghantar memiliki

hambatan yang kecil, agar energi listrik tidak terbuang sia-sia melalui penghantar.

Elemen pemanas terbuat dari bahan yang berbeda dengan kawat penghantar.

Kawat penghantar umumnya terbuat dari tembaga, sedangkan elemen pemanas

terbuat dari bahan nikelin. Jadi, jenis logam penghantar berpengaruh terhadap

besar hambatan penghantar.

Elemen pemanas dibuat berupa kumparan, karena kawat elemen pemanas

relatif panjang. Jika dibuat pendek, maka hambatan elemen pemanas tersebut

menjadi kecil, sehingga tidak berfungsi. Jadi, semakin panjang kawat penghantar,

hambatan kawat tersebut semakin besar.

Jika kamu mengamati jaringan transmisi listrik PLN, maka kamu akan

melihat kawat penghantar yang digunakan berukuran besar. Hal ini dimaksudkan

agar hambatan kawat tersebut kecil. Jadi, semakin besar luas penampang kawat,

ternyata hambatannya semakin kecil.

Akhirnya, secara matematis hambatan listrik dipengaruhi ketiga faktor di

atas melalui hubungan sebagai berikut.

11

dengan

ℓ = Panjang kawat penghantar (m)

A= luas penampang kawat penghantar (m2)

ρ = hambatan jenis kawat penghantar ()

(Marthen kanginan, 2006 : 277)

2.2.1 Faktor Panjang Kawat

Bagaimanakah pengaruh panjang kawat terhadap besarnya hambatan?

Kawat yang panjang hambatannya besar sehingga menyebabkan kuat arus kecil

dan nyala lampu redup. Jadi hambatan kawat sebanding dengan panjang kawat.

Besar hambatan suatut kawan penghantar adalah :

1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar,

makin besar hambatannya,

2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat),

dan

3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas

penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ,

hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar

hambatan kawat dapat ditulis :

12

Dimana :

R = hambatan penghantar ()

ρ = hambat jenis (m)

A = luas penampang penghantar (m2)

ℓ = panjang penghantar (m2)

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya.

Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika

penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu

terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik

pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun.

Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik

2.2.2 Faktor Jenis Penghantar

Bagaimanakah pengaruh hambat jenis kawat terhadap besarnya

hambatan? Kawat yang jenisnya berbeda, hambatannya juga berbeda. Hal itu

dikarenakan kawat yang hambatan jenisnya besar akan menyebabkan hambatan

kawat penghantar juga besar.

Hambatan jenis (resistivitas) adalah faktor kesebandingan (merupakan ciri

khas suatu bahan) antara R bahan tersebut dan panjangnya pada arah arus yang

melewati (l), serta kebalikan luas A. Nilai hambatan jenis berbeda untuk masing-

masing zat. Berdasarkan nilai hambatan jenis, sebuah benda dapat dikelompokkan

menurut kemampuannya menghantarkan listrik. Penghantar listrik yang baik

disebut konduktor. Contohnya adalah tembaga, besi, emas, larutan garam (NaCl),

13

larutan asam (H2SO4), dan larutan basa (NaOH). Sedangkan penghantar listrik

yang tidak baik disebut isolator. Contohnya adalah mika, plastik, alkohol, minyak

tanah, karet, dan larutan gula. Benda yang dapat berfungsi sebagai konduktor atau

isolator disebabkan perlakuan yang diberikan kepadanya disebut semikonduktor.

Contohnya adalah selenium (Se), Silikon (Si), dan germanium (Ge)

(http://opikbymufy.blogspot.com/2010/01/hambatan-jenis.html).

Definisi hambatan jenis. Hambatan jenis yaitu kecenderungan suatu bahan

untuk melawan aliran arus listrik, dengan symbol ρ (rho). Hambatan jenis adalah

sifat dari suatu material pada suhu tertentu, yang menunjukkan besar hambatan

tiap satuan panjang. Secara matematis dirumuskan

Keterangan

R : hambatan (Ω)

A : Luas penampang penghantar (m2)l

l: panjang penghantar (m)

ρ : hambatan jenis (Ωm)

hambatan jenis juga dipengaruhi oleh suatu penghantar tersebut. Akibatnya,

hambatan suatu penghantar juga tergantung suhu.

Hambatan jenis (ρ) adalah sama dengan tahanan 1 m panjang kawat yang

mempunyai luas penampang konstan 1 m1 satuannya Ωm.

14

Dimana : R : hambatan (Ω)

A : Luas penampang penghantar (m2)l

l: panjang penghantar (m)

ρ : hambatan jenis (Ωm) (Daryanto, 2003 : 243).

Kawat yang jenisnya berbeda, hambatannya juga berbeda. Hal itu

dikarenakan kawat yang hambatan jenisnya besar akan menyebabkan hambatan

kawat penghantar juga besar.

Lihat Tabel hambatan jenis berikut:

15

2.2.3 Faktor Luas Penampang

Bagaimanakah pengaruh luas penampang kawat terhadap besarnya

hambatan? Hambatan makin kecil, apabila luas penampang kawat besar.

Hambatan makin besar jika luas penampang makin kecil.

Besar hambatan suatu kawat penghantar berbanding terbalik dengan luas

penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar

hambatannya. Besarnya nilai hambatan suatu penghantar berbeda-beda tergantung

pada jenis bahan yang digunakan, selain itu besarnya hambatan juga dipengaruhi

oleh panjang penghantar dan luas penampangnya.

Keterangan :

16

l = panjang penghantar (m)

A = luas penampang (m2)

pada umumnya penampang kawat berbentuk lingkaran sehingga :

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari hasil pembahasan yang telah diuraikan dapat diambil kesimpulan :

Hambatan suatu bahan adalah ukuran resistensi bahan untuk mengalirkan arus

listrik. Arus listrik mengalir didalam kawat penghantar jika terdapat beda

potensial antara ujung-ujung penghantar itu. Sifat hambatan suatu penghantar

digunakan untuk pembuatan Resisitor yang berfungsi untuk menurunkan tegangan

listrik ataupun membagi arus listrik. Besar hambatan suatut kawan penghantar

adalah Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang

penghantar, makin besar hambatannya,. Secara matematis, besar hambatan kawat

17

dapat ditulis :

3.2 Saran

Penulis dalam penelitian atau karya ilmiah ini hanya membahas pengaruh

hambatan pada penghantar listrik, oleh karena itu penulis mengharapkan ada

penelitian lain tentang aliran arus listrik dalam kawat penghantar.

18