RESITIFITAS

RESITIFITAS (HAMBATAN JENIS)

     Kerapatan arus  adalah sebuah konduktor bergantung pada medan listrik dan pada sifat-sifat material itu. Umumnya, ketergantungan ini dapat agak rumit. Tetapi untuk beberapa material, khususnya logam, pada sebuah suhu yang di berikan.  hampir berbanding langsung dengan , dan rasio besarnya  dan besarnya adlah konstan. Hubungan ini dinamakn dengan hukum ohm.

     Kita mendefinisikan resistifitas(resistifity)  sebuah material sebagai rasio dan besarnya medan listrik dan keraptan arus :

 (definisi resistifitas)

26-5

     Semakin besar resistifitas, semakin besar pula medan yang di perlukan untuk menyebabkan sebuah kerapatan arus yang di berikan, atau semakin kecil pula kerapatan yang disebabkan oleh sebuah medan yang diberikan. Dari persamaan (26-5) satuan  adalah V.m/A atau ohm-meter(Ω.m).

     Kebalikan resistifitas adlah konduktivitas(conduktivity). Satuanya adalah (Ω.m)^-1.

22-8

     Semikonduktor mempunyai resistivitas pertengahan (intermediet) diantara resisitivitas logam dan resitifitas isolator. Material semikonduktor ini penting karena resistivitasnya dipengaruhi oleh suhu dan sejumlah kecil ketakmurnian.

     Sebuah material yang menuruti hukum ohm secara baik dinamakan sebuah konduktor ohmik atau sebuah konduktor linear. Untuk materialseperti itu,pada suatu suhu yang diberikan,  adalah sebuah kostanta yang tidak bergantung pada nilai E. Banyak material memperlihatkan penyimpanganyang nyata dari prilaku hukum ohm; material itu adalah material non ohmik atau material nonlinear. Dalam material ini J bergantung pada E dengan cara yang lebih rumit.

Tabel Resistivitas pada suhu kamar (200) ZAT		(Ω.M) 1,47x10-8 1,72 x10-8 2,44 x10-8 2,75 x10-8 5,25 x10-8 20 x10-8 22 x10-8 95 x10-8 44 x10-8 49 x10-8 100 x10-8
Konduktor Logam: campuran logam:	Perak Tembga Emas Aluminium Tungsten Baja Timah Air raksa Manganin (Cu 84%,Mn 12%,Ni 4%) Constanta (Cu 64%, Ni 4%) nikrom

Konduktivitas dan suhu

     Konduktivitas sebuah konduktor logam hampir selalu bertambah dengan suhu yang seamkin bertambah, seperti yang di perlihatkan dalam gambar 24-4a. Jika suhu bertambah, ion-iion konduktor itu bergetardengan amplitudo yang makin besar, yang membuat lebih cenderung terjadi tumbukan elektron yang bergerak dengan in seperti dalam gambar 26-1; ini merintangi penyimpangan elektron melalui konduktor sehingga akan merintangi arus. Pada jangkauan suhu yang lebih kecil (sampai dengan kurang dari 100⁰c), resistivitas sebuah logamsecara aprokmasi dapat di nyatakan oleh persamaan:

 (kebergantungan resistivitas pada suhu)

     Dimana ₀ adalah resistivitas pada suatu suhu acuan T₀ (seringkali diambil 0⁰C atau 20⁰C) dan (T) adalah resistivitas pada suhuT, yang dapat lebih tinggi atau lebih rendah daaripada T₀. Faktor α dimana koefesien suatu resistivitas (temperatur coeffecient of resistivity). Beberapa nilai representif di berikan pada tabel 26-2. Resistivitas campuran logam mangamin secara praktiis tidak tergantung pada suhu.

     Resistivitas grafit (non-logam) berkurang dengan suhu yang semakin bertambah,karena pada suhu yang lebih tinggi, lebih banyak elektron yang di lepas “digoyanf dilepas” dari atom dan menjadi bebas bergerak; maka koefesien suhu resistivitas grafit adalah negatif. Prilaku, yang sama ini terjadi untuk semikonduktor (gambar 26-4b). Maka mengukur  resistivitas sebuah kristal semikonduktor  yang kecil adalah sebuah pengukura suhu yang peka;inilah prinsip sejenis termometer yang di sebut termistor.

     Beberapa material,termasuk bebrapa campuran logam oksida,memperlihatkan fenomena yang dinamakan superkonduktivitas.  Jika suhu berkurang, resisitivitas itu pada mulanya berkurang dengan mulus,yang menyerupai konduktivitas sembarang logam. Tetapi kemudian pada suhu keritis T_c tertentu terjadi peralihan fasa,dan resisitivitas itu tiba-tiba turun ke nol, seperti yang di perlihatkan pada gambar 26-4c. Sekali sebuah arus yang telah di timbulkan dalm sebuah cicin superkonduksi, arus itu berada seterusnya tanpa kehadiran sembarang medan penggerak.

     Supekonduktivitas ditemukan pad tahun 1911 oleh fisikawan belanda              H. Kamerlingh onnes. Konduktivitas  superkonduktivitas tidak dapat di definisikan karena resistensinya nol. Bisa saj terdapat arus dalam superkonduktor meski medan listriknya no. Memang, arus lunak didapati selalau hadir di dalam cicin superkonduktor meskipun di sana tidak ada medan listrik. Enomena superkonduktivitas tidak dapat di mengerti dari sudut fisika klasik. Untuk itu, dibutuhkan mekanika kuantu,yang di bangun pad abad ke 20.kita akan membahas bebrapa ide dalm bab-bab selanjutnya

HAMBATAN (RESISTANSI

    

            Untuk sebuah konduktor dengan rstivitas ,kerapatan arus  di sebuah titik dimana

Medan listrik adalah  di berikan pada persamaan yang dapat ditulis sebagai

Bila hukum ohm di patuhi, adalah konstan dan tidak tergantung dari besarnya medan listrik, sehingga  berbanding lurus dengan . Akan tetepi , seringkali, kita lebih tertarik untuk meninjau  arus total dan konduktor  daripada di dalam  sebuah konduktor dan  kita llebih tetarik untuk meninjau selisih potensial di antara ujung-ujung konduktor daripada . Ini sebagian besar karena arus dan selisih potensial lebih mudah di ukur daripada untuk mengukur  dan .

     Misalnya konduktor kita adalah sebuah kawatdengan luas penampang homogen A dan L yang di perlihatkan pada gambar. Anggaplah  V adalah selisih potensial di antara ujung yang potensialnya lebih tinggi dan ujung yang potensialnya lebih dari konduktor itu, sehingga V positif. Arah arus selalu dari ujung berpotensial yang lebih tinggi ke ujung yang berpotensial lebih rendah. Ini karena arus dalm sebuah konduktor mengalir dalm arah , tidak peduli bagaimanapun tanda muatan yang bergerak itu dan karena  menujuk dlam arah potensial yang semakin berkurang .sewaktu arus mengalir melalui selisih potensial itu , energi potensial listrik akan hilang ; energi ini di pindahkan ke ion-ion material konduksi itu selama tumbukan.

     Kita juga dapat mengaitkan nilai arus I terhadap selisih potensialdi antara ujung-ujung konduktor itu. Jika besarnaya kerapatan arus dan medan listrik  itu homogen di seluruh konduktor, maka arus total I itu di berikan oleh I= JA, dan selisih potensial V di antara ujung-ujung itu adalah V=EL. Bila kita menyelesaikan persamaan-persamaan ini berturut-turut untuk J dan E, dan kita dapat mensubstitusikan hasil-hasil itu dalam persamaan (26-7),kita mendapatkan

  atau

Memperlihatkan bahwa bila  adalah konstan, arus total I itu sebanding dengan selisih potensial V.

     Konstanta kesebandingannya di tulis  ,dimana R disebut restansi :

Atau

22-5

Persamaan 22-5 memberikan suatu definisi umum antara dua titik ditinjau dari penurunan tegangan V antara dua titik. Satuan SI untuk resitansi volt per ampere, disebut ohm(Ω):

Resistansi suatu mateial bergantung pada panjang,luas penampang lintang, tipe material, dan temperature. Untuk material-material yang mematuhi hukum ohm resistansi tidak bergantung pada arus; yaitu, perbandingan V/I tidak bergantung pada I. Material seperti ini, seperti pada kebanyakan logam, disebut materiaal ohmik. Untuk material ohmik, tegangan jatuh pada suatu segmen sebanding dengan arus.

 konstan

Resistansi kawat penghantar diketahui sebanding dengan panjang kawat dan berbanding terbalik denga luas penampang lintang:kesebandingan

26-10

Dimana konstanta  disebut restivitas meterial penghantar. Satuan resistivitas adalah ohm meter (Ω.m).

Karena resistivitas sebuah material berubah dengan suhu, maka hambatan sebuah konduktor spesifik juga berubah dengan suhu. Untuk jangkauna suhu yang tidak terlalu besar, perubahan ini secara aproksimasi adalah sebuah hubungan linear, yang analog dengan persamaan(26-6)

26-12

       Dalam persamaan ini, R(T)  adalah hambatan pada suhu T dan R₀ adalah hambatan pada suhu T_0, seringkali diambil dengan 0⁰C. Koefisien suhu dari hambatan α adalah konstanta yang muncul pada persamaan (26-6)jika dimensi L dan A dalam persamaan (26-10); tidak berubah cukup banyak dengan suhu ; ini sesungguhnya merupakan kasus untuk kebanyakan material konduksi. Dalam batas-batas berlakunya persamaan( 26-1₂), perubahan hambatan yang di hasilkan dari perubahan suhu T-T0 diberikan oleh R₀α(T-T₀).

       Sebuahkomponen rangkaian yang di buat mempunyai nilai hambatan spesifik di antara ujung-ujungnya yang di sbeut resistor.

KODE WARNA UNTUK RESISTOR

WARNA	NILAI SEBAGAI ANGKA	NILAI SEBAGAI PENGGALI
Hitam Coklat Merah Orange kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu putih	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

Contoh soal:

1.kawat tembaga tembaga mempunyai diameter 1,02mm dan luas penampang A=8,2 x 10^-7 m². Kwat itu mengakut arus I=1,67,carilah:

a).besarnya medan magnet di dalam kawat itu

b).selisih potensial di antara dua kawat yang terpisah sejarak 50m

c).hambatan kawat itu sejauh 50m

penyelesaian:

a). Besanya medan listrik sam dengan J. Kerapatan arus itu adalah  dan restivitas tembaga adalah1,72 x 10^-8Ω.m, maka

 = J =  =

=0,035V/m

b).selish potensial itu di berikan oleh

 (0,035 m)(50m)=1,7 V

c). Hambatan kawat sepanjang 50m adalah

 

Kita juga dapt memperoleh hasil ini secara langsung dari persamaan

 

Soal-soal tambahan:

1. Hambatan lilitan  tembaga pada 0⁰C ternyat 3,35Ω. Berapakah hambatanya pada suhu50⁰C? Untuk tembaga α = 4,3 x 10^{-3 o}C^-1

4,3 x 10^{-3 o}C^-1)(3,35Ω)(50⁰C) = 4,07Ω

2.suatu hambatan di kehendaki memiliki resistansi 30Ω bebas dari pengaruh suhu. Untuk mencapai ini hambatan aluminium(resistansi R₀₁ pada 0⁰C )di serikan dengan hambatan karbon (resistansi pada 0⁰C,R₀₂). Tentukan R₁ dan R₂ jika diketahui α₁ = 3,9 x 10^{-3 o}C^-1 dan α₂ = -0,5 x 10^{-3 o}C^-1

Hanbatan susuna seri pada suhu T:

R₁ + R₂ = [R₁+αR₁(T-T₀)] + [R₂+αR₂(T-T₀)

=(R₁+R₂) + (αR_{1 +} αR₂) (T-T₀)

Maka dua syarat yang harus di penuhi adalah:

R₁+R₂=30Ω dan αR_{1 +} αR₂=0

Setelah nilai α₁ dan α₂ di substitusikan,diperoleh :

R₁=3,41 Ω   dan  R₂=26,6 Ω