230: Fisika SMA: Tahanan Menjadi Panas dan Bisa Hangus

Jika arus listrik mengalir pada sebuah tahanan maka hambatan tersebut akan menjadi panas. Ini menunjukkan bahwa pada hambatan tersebut terjadi proses perubahan energi listrik menjadi energi panas. Pertanyaannya, berapakah energi listrik yang diubah penjadi panas per detik? Atau berapakah daya listrik yang diubah menjadi panas per detik pada suatu hambatan?

Mari kita tinjau arus yang mengalir melewati sebuah hambatan selama selang waktu \( t \). Jumlah muatan yang mengalir selama waktu ini adalah \( q = I t \). Arus mengalir dari satu ujung hambatan ke ujung lain yang memiliki beda potensial \( V \). Dengan demikian, ketika muatan bergerak dari satu ujung hambatan ke ujung lainnya, muatan tersebut mendapat tambahan energi sebesar \( U = q V \).

Tambahan energi ini seharusnya menyebabkan energi kinetik muatan saat mencapai ujung kedua dari hambatan makin besar. Atau saat mencapai ujung kedua hambatan, kecepatan muatan makin besar sehingga arus di ujung kedua muatan juga makin besar. Tetapi, dalam rangkaian besar arus di ujung awal maupun ujung akhir hambatan sama. Ini berarti tambahan energi yang didapat muatan dibuang dalam bentuk panas sehingga energi kinetik muatan tidak berubah. Jadi, jumlah energi yang diubah menjadi panas adalah \( Q = q V = I t V \). Dengan demikian, daya yang dibuang pada hambatan adalah

\( P = {Q \over t} = I V \quad \quad \quad \quad \quad \quad (230.1) \)

Dengan menggunakan hukum Ohm \( V = I R \) maka kita juga dapat menulis \( P = {V^2 \over R} \) atau \( P = I^2 R \)

Oleh karena itu, ketika merncang suaru rangkaian maka tidak hanya nilai hambatan yang diperhatikan, tetapi juga daya maksimum yang dapat ditanggung hambatan tersebut. Di pasaran, hambatan dengan berbagai kemampuan daya dijual. Gambar 230.2 adalah contoh hambatan yang memiliki kemampuan daya maksimum 0,25 watt sampai 50 watt. Tahanan dengan kemampuan daya besar biasanya memiliki ukuran besar untuk memudahkan pelepasan panas ke udara. Jika tidak maka tahanan akan sangat panas dan bisa terbakar.

Makin kecil nilai hambatan maka daya maksimum yang ditanggung harus makin besar. Mengapa? Karena \( P = V^2 /R \). Tahanan di atas 1000 ohm biasanya cukup dengan daya 0,25 watt. Namun, ketika menggunakan tahanan di bawah 100 ohm kita harus mempertimbangkan secara teliti daya yang dihasilkan (kita harus hitung konsumsi daya sebelum membeli tahanan tersebut)

Jika kita mengingkan tahanan 50 ohm yang beroperasi pada tegangan 10 volt, tahanan yang memiliki daya berapa yang harus kita pilih? Kalor yang dihasilkan pada tahanan tersebuh memiliki daya \( P = V^2/R = 10^2/50 = 2 \) watt. Maka, resisotor yang harus kita gunakan memiliki daya di atas 2 watt. Bisa 3 watt atau 5 watt. Tetapi makin besar kemampuan daya maka harga resistor makin mahal.

Sumber gambar fitur: Researchgate