Rintangan Elektrik dan Hukum Ohm

Arus elektrik ialah kadar aliran cas melalui suatu keratan rentas, manakala beza keupayaan menyediakan pemindahan tenaga bagi setiap unit cas. Dalam banyak konduktor logam pada keadaan yang hampir tetap, arus bertambah apabila voltan bertambah. Rintangan ialah ukuran hubungan antara voltan yang dikenakan dengan arus yang terhasil dan unitnya ialah ohm.

Hukum Ohm ialah hubungan eksperimen

Bagi komponen ohmik pada suhu dan keadaan fizikal yang tidak banyak berubah, arus berkadar terus dengan voltan. Nisbah voltan kepada arus kekal hampir malar dan nisbah itu ditakrifkan sebagai rintangan. Hubungan ini ditulis sebagai V = IR, dengan V ialah voltan, I ialah arus dan R ialah rintangan. Ia bukan hukum sejagat untuk semua bahan atau semua julat operasi.

Contoh: jika voltan 12 V dikenakan pada perintang 4 Ω, arus ialah I = V/R = 12/4 = 3 A. Jika voltan digandakan kepada 24 V pada perintang ohmik yang sama dan suhunya dianggap tidak berubah, arus menjadi 6 A.

Tidak semua komponen mempunyai rintangan tetap

Diod, lampu filamen dan banyak bahan semikonduktor boleh menunjukkan hubungan voltan dengan arus yang tidak linear. Malah dawai logam yang biasanya ohmik boleh berubah rintangannya apabila suhu berubah dengan ketara. Oleh itu, menggunakan satu nilai rintangan tetap di luar keadaan pengukuran boleh memberikan ramalan yang salah.

Rintangan bergantung pada bahan dan geometri

Bagi dawai seragam, rintangan meningkat apabila panjang bertambah dan berkurang apabila luas keratan rentas bertambah. Sifat bahan diringkaskan melalui kerintangan, iaitu kuantiti bahan yang berbeza daripada rintangan sesuatu objek tertentu. Dalam simbol, R = ρL/A, dengan ρ ialah kerintangan, L ialah panjang dan A ialah luas keratan rentas. Hubungan mudah ini mengandaikan bahan seragam dan keadaan seperti suhu diketahui.

Kerintangan kuprum kira-kira 1.7 × 10⁻⁸ Ω·m pada suhu bilik. Bagi dawai kuprum sepanjang 10 m dengan luas keratan rentas 1.0 mm² (1.0 × 10⁻⁶ m²), R = ρL/A = (1.7 × 10⁻⁸)(10)/(1.0 × 10⁻⁶) ≈ 0.17 Ω. Nilai ρ berubah dengan suhu dan kualiti bahan, jadi angka ini ialah nilai tipikal.

Suhu boleh mengubah rintangan

Dalam banyak logam, rintangan meningkat apabila suhu meningkat kerana pergerakan terma kisi mengubah cara elektron pengaliran berinteraksi dengan bahan. Bahan lain boleh mempunyai tindak balas suhu yang berbeza. Atas sebab ini, pengukuran tepat Hukum Ohm perlu menyatakan atau mengawal keadaan termal komponen.

Rintangan berkait dengan pemindahan tenaga

Apabila arus melalui perintang, tenaga elektrik boleh dipindahkan kepada tenaga dalaman bahan dan persekitarannya. Pemanasan ini tidak bermaksud cas digunakan habis. Cas terus bergerak dalam litar, manakala tenaga dipindahkan melalui medan elektrik dan interaksi mikroskopik pembawa cas dengan bahan.

Sejarah ringkas

Georg Simon Ohm menerbitkan hasil eksperimennya tentang hubungan antara arus dan voltan dalam konduktor pada 1827. Unit rintangan, ohm, dinamakan sempena beliau.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?