Resistivitas Listrik dan Konduktivitas Listrik
Resistivitas material adalah resistansi terhadap aliran arus listrik dengan beberapa material menolak aliran arus lebih dari yang lain.
Hukum Ohm menyatakan bahwa ketika sumber tegangan (V) diterapkan antara dua titik dalam suatu rangkaian, arus listrik (I) akan mengalir di antara mereka didorong oleh adanya Perbedaan Potensial antara dua titik ini. Jumlah arus listrik yang mengalir dibatasi oleh jumlah resistansi (R) yang ada. Dengan kata lain, tegangan mendorong arus untuk mengalir (pergerakan muatan), tetapi merupakan resistansi yang menghambatnya.
Kami selalu mengukur resistansi listrik dalam Ohm, di mana Ohm dilambangkan dengan huruf Yunani Omega, Ω. Jadi misalnya: 50Ω, 10kΩ atau 4.7MΩ, dll. Konduktor (misalnya kawat dan kabel) umumnya memiliki nilai resistansi yang sangat rendah (kurang dari 0.1Ω) dan dengan demikian kita dapat mengabaikannya karena kita mengasumsikan dalam analisis perhitungan rangkaian bahwa kabel memiliki nol resistansi.
Insulator (misalnya plastik atau udara) di sisi lain umumnya memiliki nilai resistansi yang sangat tinggi (lebih dari 50MΩ), oleh karena itu kita dapat mengabaikannya juga untuk analisis rangkaian karena nilainya terlalu tinggi.
Tetapi resistansi listrik antara dua titik dapat bergantung pada banyak faktor seperti panjang konduktor, luas penampang, suhu, serta bahan aktual dari mana ia dibuat. Sebagai contoh, mari kita asumsikan kita memiliki sepotong kawat (konduktor) yang memiliki panjang L, luas penampang A dan resistansi R seperti yang ditunjukkan.
Resistansi listrik, R dari Konduktor sederhana ini adalah fungsi dari panjangnya, L dan area konduktor, A. Hukum Ohm memberi tahu kita bahwa untuk resistansi yang diberikan R, arus yang mengalir melalui konduktor sebanding dengan tegangan yang diberikan karena I = V/R. Sekarang anggaplah kita menghubungkan dua konduktor identik bersama dalam kombinasi seri seperti yang ditunjukkan.
Di sini dengan menghubungkan dua konduktor bersama-sama dalam kombinasi seri, yaitu ujung ke ujung, kami telah secara efektif menggandakan panjang total konduktor (2L), sedangkan area penampang, A tetap persis sama seperti sebelumnya. Tetapi selain menggandakan panjangnya, kami juga menggandakan resistansi total konduktor, memberikan 2R sebagai: 1R + 1R = 2R.
Oleh karena itu kita dapat melihat bahwa resistansi konduktor sebanding dengan panjangnya, yaitu: R ∝ L. Dengan kata lain, kita mengharapkan resistansi listrik dari konduktor (atau kawat) secara proporsional lebih besar semakin lama.
Perhatikan juga bahwa dengan menggandakan panjang dan karena itu resistansi konduktor (2R), untuk memaksa arus yang sama, i mengalir melalui konduktor seperti sebelumnya, kita perlu menggandakan (menambah) tegangan yang diberikan seperti sekarang I = (2V)/(2R). Selanjutnya misalkan kita menghubungkan dua konduktor identik bersamaan dalam kombinasi paralel seperti yang ditunjukkan.
Di sini dengan menghubungkan dua konduktor bersama dalam kombinasi paralel, kami telah secara efektif menggandakan total area yang menghasilkan 2A, sementara panjang konduktor, L tetap sama dengan konduktor tunggal asli. Tetapi selain menggandakan area, dengan menghubungkan kedua konduktor bersamaan secara paralel, kami telah secara efektif mengurangi separuh resistansi konduktor, menghasilkan 1/2R karena sekarang setiap setengah dari arus mengalir melalui masing-masing cabang konduktor.
Dengan demikian resistansi konduktor berbanding terbalik dengan area, yaitu: R 1/∝ A, atau R ∝ 1/A. Dengan kata lain, kita akan mengharapkan resistansi listrik dari konduktor (atau kawat) menjadi kurang proporsional semakin besar adalah luas penampang.
Juga dengan menggandakan area dan oleh karena itu mengurangi separuh resistansi total dari cabang konduktor (1/2R), untuk arus yang sama, i mengalir melalui cabang konduktor paralel seperti sebelumnya kita hanya perlu setengah (mengurangi) tegangan yang diberikan seperti sekarang I = (1/2V)/(1/2R).
Jadi mudah-mudahan kita dapat melihat bahwa resistansi konduktor berbanding lurus dengan panjang (L) konduktor, yaitu: R ∝ L, dan berbanding terbalik dengan luasnya (A), R ∝ 1/A. Dengan demikian kita dapat mengatakan dengan benar bahwa resistansi adalah:
Tetapi selain panjang dan area konduktor, kita juga akan mengharapkan resistansi listrik dari konduktor bergantung pada bahan aktual dari mana ia dibuat, karena bahan konduktif yang berbeda, tembaga, perak, aluminium, dll semua memiliki sifat fisik dan listrik yang berbeda. Dengan demikian kita dapat mengubah tanda proporsionalitas (∝) dari persamaan di atas menjadi tanda sama dengan hanya dengan menambahkan "konstanta proporsional" ke dalam persamaan di atas yang memberikan:
Dimana: R adalah resistansi dalam ohm (Ω), L adalah panjang dalam meter (m), A adalah area dalam meter persegi (m2 ), dan di mana konstanta proporsional ρ (huruf Yunani "rho") diketahui sebagai resistivitas.
Sebagai contoh, resistivitas konduktor yang baik seperti tembaga berada pada urutan 1.72 x 10-8 ohm meter (atau 17.2 nΩm), sedangkan resistivitas konduktor yang buruk (isolator) seperti udara dapat melebihi 1.5 x 1014 atau 150 triliun Ωm.
Bahan-bahan seperti tembaga dan aluminium dikenal karena tingkat resistivitasnya yang rendah sehingga memungkinkan arus listrik dengan mudah mengalir melaluinya membuat bahan-bahan ini ideal untuk membuat kawat dan kabel listrik. Perak dan emas memiliki nilai resistivitas yang rendah, tetapi karena alasan yang jelas lebih mahal untuk berubah menjadi kabel listrik.
Maka faktor-faktor yang mempengaruhi resistansi (R) konduktor dalam ohm dapat didaftar sebagai:
Data yang diberikan: resistivitas tembaga pada 20°C adalah 1.72 x 10-8, panjang kumparan L = 100m, luas penampang konduktor adalah 2.5mm2 dengan luas: A = 2.5 x 10-6 meter2.
Itu adalah 688 mili-ohm atau 0.688 Ohm.
Kami mengatakan sebelumnya bahwa resistivitas adalah resistansi listrik per satuan panjang dan per unit luas penampang konduktor sehingga menunjukkan bahwa resistivitas, ρ memiliki dimensi ohm meter, atau Ωm seperti yang biasa ditulis. Jadi untuk bahan tertentu pada suhu tertentu resistivitas listriknya diberikan sebagai.
Resistivitas Listrik, Rho
Itu adalah 4 mega siemens per meter panjang.
Hukum Ohm menyatakan bahwa ketika sumber tegangan (V) diterapkan antara dua titik dalam suatu rangkaian, arus listrik (I) akan mengalir di antara mereka didorong oleh adanya Perbedaan Potensial antara dua titik ini. Jumlah arus listrik yang mengalir dibatasi oleh jumlah resistansi (R) yang ada. Dengan kata lain, tegangan mendorong arus untuk mengalir (pergerakan muatan), tetapi merupakan resistansi yang menghambatnya.
Kami selalu mengukur resistansi listrik dalam Ohm, di mana Ohm dilambangkan dengan huruf Yunani Omega, Ω. Jadi misalnya: 50Ω, 10kΩ atau 4.7MΩ, dll. Konduktor (misalnya kawat dan kabel) umumnya memiliki nilai resistansi yang sangat rendah (kurang dari 0.1Ω) dan dengan demikian kita dapat mengabaikannya karena kita mengasumsikan dalam analisis perhitungan rangkaian bahwa kabel memiliki nol resistansi.
Insulator (misalnya plastik atau udara) di sisi lain umumnya memiliki nilai resistansi yang sangat tinggi (lebih dari 50MΩ), oleh karena itu kita dapat mengabaikannya juga untuk analisis rangkaian karena nilainya terlalu tinggi.
Tetapi resistansi listrik antara dua titik dapat bergantung pada banyak faktor seperti panjang konduktor, luas penampang, suhu, serta bahan aktual dari mana ia dibuat. Sebagai contoh, mari kita asumsikan kita memiliki sepotong kawat (konduktor) yang memiliki panjang L, luas penampang A dan resistansi R seperti yang ditunjukkan.
Konduktor Tunggal
Resistansi listrik, R dari Konduktor sederhana ini adalah fungsi dari panjangnya, L dan area konduktor, A. Hukum Ohm memberi tahu kita bahwa untuk resistansi yang diberikan R, arus yang mengalir melalui konduktor sebanding dengan tegangan yang diberikan karena I = V/R. Sekarang anggaplah kita menghubungkan dua konduktor identik bersama dalam kombinasi seri seperti yang ditunjukkan.
Menggandakan Panjang Konduktor
Di sini dengan menghubungkan dua konduktor bersama-sama dalam kombinasi seri, yaitu ujung ke ujung, kami telah secara efektif menggandakan panjang total konduktor (2L), sedangkan area penampang, A tetap persis sama seperti sebelumnya. Tetapi selain menggandakan panjangnya, kami juga menggandakan resistansi total konduktor, memberikan 2R sebagai: 1R + 1R = 2R.
Oleh karena itu kita dapat melihat bahwa resistansi konduktor sebanding dengan panjangnya, yaitu: R ∝ L. Dengan kata lain, kita mengharapkan resistansi listrik dari konduktor (atau kawat) secara proporsional lebih besar semakin lama.
Perhatikan juga bahwa dengan menggandakan panjang dan karena itu resistansi konduktor (2R), untuk memaksa arus yang sama, i mengalir melalui konduktor seperti sebelumnya, kita perlu menggandakan (menambah) tegangan yang diberikan seperti sekarang I = (2V)/(2R). Selanjutnya misalkan kita menghubungkan dua konduktor identik bersamaan dalam kombinasi paralel seperti yang ditunjukkan.
Menggandakan Area Konduktor
Di sini dengan menghubungkan dua konduktor bersama dalam kombinasi paralel, kami telah secara efektif menggandakan total area yang menghasilkan 2A, sementara panjang konduktor, L tetap sama dengan konduktor tunggal asli. Tetapi selain menggandakan area, dengan menghubungkan kedua konduktor bersamaan secara paralel, kami telah secara efektif mengurangi separuh resistansi konduktor, menghasilkan 1/2R karena sekarang setiap setengah dari arus mengalir melalui masing-masing cabang konduktor.
Dengan demikian resistansi konduktor berbanding terbalik dengan area, yaitu: R 1/∝ A, atau R ∝ 1/A. Dengan kata lain, kita akan mengharapkan resistansi listrik dari konduktor (atau kawat) menjadi kurang proporsional semakin besar adalah luas penampang.
Juga dengan menggandakan area dan oleh karena itu mengurangi separuh resistansi total dari cabang konduktor (1/2R), untuk arus yang sama, i mengalir melalui cabang konduktor paralel seperti sebelumnya kita hanya perlu setengah (mengurangi) tegangan yang diberikan seperti sekarang I = (1/2V)/(1/2R).
Jadi mudah-mudahan kita dapat melihat bahwa resistansi konduktor berbanding lurus dengan panjang (L) konduktor, yaitu: R ∝ L, dan berbanding terbalik dengan luasnya (A), R ∝ 1/A. Dengan demikian kita dapat mengatakan dengan benar bahwa resistansi adalah:
Proporsionalitas Resistansi
Tetapi selain panjang dan area konduktor, kita juga akan mengharapkan resistansi listrik dari konduktor bergantung pada bahan aktual dari mana ia dibuat, karena bahan konduktif yang berbeda, tembaga, perak, aluminium, dll semua memiliki sifat fisik dan listrik yang berbeda. Dengan demikian kita dapat mengubah tanda proporsionalitas (∝) dari persamaan di atas menjadi tanda sama dengan hanya dengan menambahkan "konstanta proporsional" ke dalam persamaan di atas yang memberikan:
Persamaan Resistivitas Listrik
Dimana: R adalah resistansi dalam ohm (Ω), L adalah panjang dalam meter (m), A adalah area dalam meter persegi (m2 ), dan di mana konstanta proporsional ρ (huruf Yunani "rho") diketahui sebagai resistivitas.
Resistivitas Listrik
Resistivitas listrik dari bahan konduktor tertentu adalah ukuran seberapa kuat bahan tersebut menentang aliran arus listrik yang melaluinya. Faktor resistivitas ini, kadang-kadang disebut "resistansi listrik spesifik", memungkinkan resistansi berbagai jenis konduktor untuk dibandingkan satu sama lain pada suhu tertentu sesuai dengan sifat fisiknya tanpa memperhatikan panjang atau luas penampang. Dengan demikian semakin tinggi nilai resistivitas ρ semakin besar resistansi dan sebaliknya.Sebagai contoh, resistivitas konduktor yang baik seperti tembaga berada pada urutan 1.72 x 10-8 ohm meter (atau 17.2 nΩm), sedangkan resistivitas konduktor yang buruk (isolator) seperti udara dapat melebihi 1.5 x 1014 atau 150 triliun Ωm.
Bahan-bahan seperti tembaga dan aluminium dikenal karena tingkat resistivitasnya yang rendah sehingga memungkinkan arus listrik dengan mudah mengalir melaluinya membuat bahan-bahan ini ideal untuk membuat kawat dan kabel listrik. Perak dan emas memiliki nilai resistivitas yang rendah, tetapi karena alasan yang jelas lebih mahal untuk berubah menjadi kabel listrik.
Maka faktor-faktor yang mempengaruhi resistansi (R) konduktor dalam ohm dapat didaftar sebagai:
- Resistivitas (ρ) dari bahan dari mana konduktor dibuat.
- Panjang total (L) konduktor.
- Area penampang (A) konduktor.
- Suhu konduktor.
Contoh: Resistivitas No.1
Hitung total resistivitas DC dari gulungan 100 meter kawat tembaga 2.5mm2 jika resistivitas tembaga pada 20°C adalah 1.72 x 10-8 Ω meter.Data yang diberikan: resistivitas tembaga pada 20°C adalah 1.72 x 10-8, panjang kumparan L = 100m, luas penampang konduktor adalah 2.5mm2 dengan luas: A = 2.5 x 10-6 meter2.
Kami mengatakan sebelumnya bahwa resistivitas adalah resistansi listrik per satuan panjang dan per unit luas penampang konduktor sehingga menunjukkan bahwa resistivitas, ρ memiliki dimensi ohm meter, atau Ωm seperti yang biasa ditulis. Jadi untuk bahan tertentu pada suhu tertentu resistivitas listriknya diberikan sebagai.
Resistivitas Listrik, Rho
Konduktivitas Listrik
Sementara baik resistansi listrik (R) dan resistivitas (atau resistansi spesifik) ρ, adalah fungsi dari sifat fisik bahan yang digunakan, dan bentuk fisik dan ukurannya dinyatakan oleh panjangnya (L), dan luas penampangnya ( A), Konduktivitas, atau konduktansi spesifik berkaitan dengan kemudahan di mana arus listrik mengalir melalui suatu material.
Konduktansi (G) adalah kebalikan dari resistansi (1/R) dengan unit konduktansi menjadi siemens (S) dan diberi simbol ohm terbalik, mho, ℧. Jadi ketika sebuah konduktor memiliki konduktansi 1 siemens (1S) ia memiliki resistansi 1 ohm (1Ω). Jadi jika resistansinya berlipat ganda, konduktansi menjadi dua, dan sebaliknya sebagai: siemens = 1/ohm, atau ohm = 1/siemens.
Sementara resistansi konduktor memberikan jumlah oposisi yang ditawarkannya terhadap aliran arus listrik, konduktansi konduktor menunjukkan kemudahan yang memungkinkan arus listrik mengalir. Jadi logam seperti tembaga, aluminium atau perak memiliki nilai konduktansi yang sangat besar yang berarti bahwa mereka adalah konduktor yang baik.
Konduktivitas, σ (huruf Yunani sigma), adalah kebalikan dari resistivitas itu. Yaitu 1/ρ dan diukur dalam siemens per meter (S/m). Karena konduktivitas listrik σ = 1/ρ, ekspresi sebelumnya untuk resistansi listrik, R dapat ditulis ulang sebagai:
Resistansi Listrik sebagai Fungsi Konduktivitas
Kemudian kita dapat mengatakan bahwa konduktivitas adalah efisiensi dimana konduktor melewatkan arus listrik atau sinyal tanpa kehilangan resistif. Oleh karena itu bahan atau konduktor yang memiliki konduktivitas tinggi akan memiliki resistivitas rendah, dan sebaliknya, karena 1 siemens (S) sama dengan 1Ω-1. Jadi tembaga yang merupakan konduktor arus listrik yang baik, memiliki konduktivitas 58.14 x 106 siemens per meter.
Contoh: Konduktivitas No.1
Kabel sepanjang 20 meter memiliki luas penampang 1mm2 dan resistansi 5 ohm. Hitung konduktivitas kabel.
Data yang diberikan: resistivitas DC, R = 5 ohm, panjang kabel, L = 20m, dan luas penampang konduktor adalah 1mm2 dengan luas: A = 1 x 10-6 meter2.
Ringkasan Resistivitas Listrik dan Konduktivitas Listrik
Kita telah melihat dalam tutorial ini tentang resistivitas dan konduktivitas listrik, bahwa resistivitas adalah properti dari bahan atau konduktor yang menunjukkan seberapa baik bahan mengalirkan arus listrik. Kita juga telah melihat bahwa resistansi listrik (R) konduktor tidak hanya bergantung pada bahan dari mana konduktor dibuat, tembaga, perak, aluminium, dll. Tetapi juga pada dimensi fisiknya.
Resistansi konduktor berbanding lurus dengan panjangnya (L) seperti R ∝ L. Dengan demikian menggandakan panjangnya akan menggandakan resistansi, sementara mengurangi separuh panjangnya akan membagi resistannya menjadi setengahnya. Juga resistansi konduktor berbanding terbalik dengan luas penampang (A) sebagai R ∝ 1/A. Dengan demikian menggandakan luas penampang akan membagi dua resistansinya, sementara mengurangi separuh luas penampang akan menggandakan resistannya.
Kami juga telah belajar bahwa resistivitas (simbol: ρ) dari konduktor (atau material) berkaitan dengan sifat fisik dari mana ia dibuat dan bervariasi dari bahan ke bahan. Misalnya, resistivitas tembaga umumnya diberikan sebagai: 1.72 x 10-8 Ωm. Resistivitas material tertentu diukur dalam satuan Ohm-Meter (Ωm) yang juga dipengaruhi oleh suhu.
Tergantung pada nilai resistivitas listrik dari bahan tertentu, dapat diklasifikasikan sebagai "konduktor", "isolator" atau "semikonduktor". Perhatikan bahwa semikonduktor adalah material yang konduktivitasnya bergantung pada kotoran yang ditambahkan pada material.
Resistivitas juga penting dalam sistem distribusi daya karena efektivitas sistem grounding ground untuk daya listrik dan sistem distribusi sangat tergantung pada resistivitas ground dan material ground di lokasi sistem grounding.
Konduksi adalah nama yang diberikan untuk pergerakan elektron bebas dalam bentuk arus listrik. Konduktivitas, σ adalah kebalikan dari resistivitas. Yaitu 1/ρ dan memiliki satuan siemens per meter, S/m. Konduktivitas berkisar dari nol (untuk insulator sempurna) hingga tak terbatas (untuk konduktor sempurna). Dengan demikian konduktor super memiliki konduktansi tak terbatas dan hampir tidak ada resistansi ohmik.