Faktor-faktor yang dapat menyebabkan berkurangnya hambatan jenis suatu penghantar

Suatu penghantar seperti kawat listrik memiliki hambatan listrik. Hambatan listrik suatu penghantar dapat diperoleh dari pengukuran berbagai nilai kuat arus (I) pada berbagai nilai tegangan (V). Dengan cara membuat gratik V terhadap I.

Nilai hambatan listrik (R) sama dengan kemiringan dari grafik V terhadap I. Persamaannya ditulis sebagai berikut :

Suatu penghantar dari kawat logam seperti kawat tembaga apabila suhu dan sifat-sifat fisik lainnya tetap dijaga. Maka kemiringan grafik V terhadap I atau R = ∆V/∆I adalah tetap.

Dalam hukum Ohm menyatakan bahwa besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu pengantar akan selalu berbanding lurus terhadap tegangannya. Suatu penghantar akan selalu mematuhi hukum Ohm. Jika nilai resistansinya (ketahanannya) tidak tergantung pada besar dan polaritas beda potensial pada penghantar.

Hambatan listrik adalah suatu perbandingan antara tegangan listrik dengan arus listrik yang melewati sebuah komponen elektronik seperti resistor. Sehingga hambatan listrik (R) pada suatu penghantar dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Dimana R merupakan hambatan listrik dalam satuan Ohm (Ω). V merupakan tegangan listrik dalam satuan Volt (V). Dan I merupakan arus listrik dalam satuan Ampere (A).

2. Faktor Hambatan Listrik Suatu Penghantar

Analogi hambatan listrik seperti hambatan lalu lintas. Dan faktor-faktor yang mempengaruhi terhadap hambatan listrik suatu penghantar antara lain sebagai berikut :

a) Suhu penghantar

Pada umumnya semakin besar suhu pada kawat-kawat logam maka semakin besar hambatan listriknya. Namun kebanyakan pada logam paduan seperti konstantan, pengaruh perubahan suhu sangat sedikit pada hambatan listriknya.

b) Jenis bahan penghantar

Hambatan lalu lintas dipengaruhi oleh jenis jalan seperti jalan berlumpur berbeda dengan jalan berbatu dan jalan beraspal. Pada hambatan listrik, jenis jalan dianalogikan sebagai jenis bahan penghantar. Kawat aluminium berbeda dengan kawat besi dan kawat tembaga.

Jenis kawat merupakan besaran hambatan jenis kawat yang dilambangkan dengan (ρ). Semakin besar hambatan jenis suatu kawat penghantar maka akan semakin besar hambatan listriknya.

c) Panjang penghantar

Hambatan lalu lintas dipengaruhi oleh panjang jalan. Semakin panjang jalan maka semakin besar hambatan lalu lintasnya.

Pada hambatan listrik, panjang jalan dianalogikan sebagai panjang kawat yang dilambangkan dengan (L). Sehingga semakin panjang suatu kawat penghantar maka akan semakin besar hambatan listriknya.

d) Luas penampang penghantar

Hambatan lalu lintas dipengaruhi oleh luas atau lebar jalan. Semakin luas jalan maka akan semakin kecil hambatan lalu lintasnya. Hal tersebut akan berdampak pada semakin lancar lalu lintas jalan.

Pada hambatan listrik, luas jalan dianalogikan sebagai luas penampang kawat yang dilambangkan dengan (A). Maka semakin besar luas penampang kawat penghantar maka akan semakin kecil hambatan listriknya.

Dengan menganalogikan hambatan lalu lintas sebagai hambatan listrik maka telah didapatkan tiga faktor yang mempengaruhi hambatan listrik pada kawat penghantar. Yaitu hambatan jenis kawat penghantar (ρ), panjang kawat penghantar (L) dan luas penampang kawat penghantar (A).

Dari penjelasan tentang ketiga faktor tersebut. Maka hambatan suatu penghantar dapat ditulis dengan persamaan hambatan listrik (R) sebagai berikut :

Kawat penghantar listrik mempunyai penampang berbentuk lingkaran dimana mempunyai diameter (D) atau jari-jari (r). Sehingga untuk nilai A pada persamaan hambatan tersebut di atas adalah sebagai berikut :

Dalam satuan SI satuan hambatan jenis listrik (R) adalah ohm (Ω). Panjang kawat (L) adalah (m) dan luas penampang (A) adalah (m2). Sedangkan satuan SI hambatan jenis kawat (ρ) dalam ohm meter (Ωm).

3. Hambatan Jenis Suatu Penghantar

Hambatan jenis suatu kawat kawat penghantar (ρ) merupakan sifat khas bahan kawat yang tidak tergantung pada ukuran atau bentuk kawat. Artinya untuk jenis kawat yang sama maka hambatan jenis kawat (ρ) selalu sama. Pada tabel berikut menunjukkan nilai hambatan jenis dari berbagai jenis bahan.

Pada tabel di atas dapat diketahui bahwa konduktor yang baik mempunyai hambatan jenis yang rendah. Kawat yang terbuat dari bahan tembaga dan aluminium mudah dilalui oleh arus listrik sehingga tergolong sebagai konduktor. Kaca dan karet mempunyai hambatan jenis yang besar sehingga kaca dan karet sulit untuk dilalui listrik.

Bahan yang sulit untuk dilalui listrik tergolong dalam isolator. Hambatan jenis isolator berkali-kali lebih besar dari hambatan jenis konduktor. Di antara bahan konduktor dan isolator terdapat bahan semikonduktor seperti silikon dan germanium yang digunakan sebagai bahan baku komponen transistor.

Pada hasil penelilian akhir-akhir ini ditunjukkan dengan adanya bahan superkonduktor. Yaitu bahan yang tidak mempunyai hambatan listrik sama sekali. Tentu saja hambatan jenis superkonduktor sama dengan nol. Bahan superkonduktor sama sekali tidak menghambat aliran arus listrik.

4. Pengaruh Suhu Terhadap Hambatan Listrik

Hukum Ohm menyatakan bahwa hambatan listrik adalah konstan apabila suhu dijaga tetap. Secara umum hambatan jenis bahan akan berubah apabila suhunya berubah. Pada gambar rangkaian di bawah menunjukkan ketika kumparan kawat dipanaskan menjadi panas dan berpijar maka nyala lampu menjadi lebih redup.

Hal ini menandakan bahwa kuat arus yang melalui lampu berkurang. Persamaan hukum Ohm dinyatakan dalam R = V/I. Tegangan baterai (V) tetap namun arus listrik (I) menjadi berkurang. Jadi dengan demikian pastilah hambatan kumparan kawat (R) yang bertambah.

Dapat disimpulkan bahwa hambatan kawat akan berubah apabila suhunya naik. Sebagai contoh hambatan filamen logam pada lampu pijar bertambah lebih dari sepuluh kali lipat. Ketika suhu filamen berubah dari suhu ruang (20°C) ke suhu pijar (1800°C).

Dalam suatu batas perubahan suhu tertentu perubahan fraksi hambatan jenis (∆ρ/ρ0) sebanding dengan perubahan suhu (∆T). Sehingga persamaannya dapat ditulis sebagai berikut :

Berdasarkan persamaan di atas T0 merupakan suhu acuan pada hambatan jenis ρ0. T0 biasanya ditetapkan pada 20°C. Koefisien suhu hambatan jenis yang dinyatakan dalam konstanta (α) tergantung pada jenis bahan.

5. Koefisien Suhu Hambatan Jenis Suatu Penghantar

Pada tabel di bawah, hambatan jenis sebagian besar logam bertambah terhadap kenaikan suhu. Hal yang berlawanan terjadi pada grafit dan sebagian besar semikonduktor. Perhatikan tanda negatif pada tabel di bawah.

Hambatan listrik (R) sebanding dengan hambatan jenis ρ. Oleh karena itu, persamaan hambatan listrik (R) dapat ditulis sebagai berikut :

Dengan cara substitusi pada persamaan di atas maka akan didapatkan persamaan sebagai berikut :

Karena hambatan tergantung pada suhu maka perubahan hambatan dapat digunakan untuk mengukur suhu. Prinsip ini digunakan pada alat deteksi elektronik berukuran kecil yang sekarang secara luas digunakan sebagai termometer klinik.

Alat ini menggunakan resistor semikonduktor, yaitu bahan yang memiliki koefisien suhu hambatan jenis yang bernilai besar. Perubahan hambatan kawat platina (∆R) sebanding dengan perubahan suhunya (∆T). Prinsip ini digunakan pada termometer hambatan platina untuk mengukur suhu benda dengan teliti.