HUKUM OHM - Laboratorium Fisika Dasar FT.UNTIRTA
HUKUM OHM - Laboratorium Fisika Dasar FT.UNTIRTA
HUKUM OHM - Laboratorium Fisika Dasar FT.UNTIRTA
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
Menguji Hukum Ohm dengan menggunakan hambatan beberapa komponen<br />
elektronik.<br />
B. ALAT-ALAT<br />
1) Amperemeter DC<br />
2) Voltmeter DC<br />
3) Sumber tegangan DC (0 – 15 V, 3A)<br />
4) Set komponen elektronik (Resistor, NTC, Diode dan Lampu)<br />
5) Kabel-kabel<br />
C. TEORI DASAR<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
<strong>HUKUM</strong> <strong>OHM</strong><br />
Physics Electricity<br />
Untuk menghasilkan arus listrik dalam satu rangkaian diperlukan suatu beda<br />
potensial. Adalah George Simon Ohm (1787 – 1854) yang pertama kali secara eksperimen<br />
menunjukkan bahwa arus listrik dalam kawat logam (I) sebanding dengan beda potensiall<br />
atau tegangan (V) yang diberikan pada kedua ujungnya.<br />
I V (1)<br />
Secara tepat berapa besarnya arus yang mengalir dalam kawat tidak hanya<br />
bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan oleh kawat<br />
terhadap aliran elektron. Mengambil analogi dengan aliran air, dinding pipa, pinggir sungai<br />
dan batu di tengahnya memberikan hambatan terhadap aliran air. Hal yang serupa,<br />
elektron diperlambat oleh interaksi dengan atom dalam kawat. Hambatan yang lebih<br />
tinggi akan mengurangi arus listrik untuk suatu tegangan tertentu. Sehingga hambatan<br />
dapat didefinisikan sebagai suatu besaran yang berbanding terbalik dengan arus.<br />
Di mana R adalah hambatan dari kawat atau komponen elektronik lainnya, V adalah<br />
beda potensial yang melewati komponen dan I adalah arus yang mengalir melalui<br />
komponen tersebut. Persamaan (2) dapat ditulis sebagai berikut :<br />
V = IR (3)<br />
Persamaan (3) dikenal sebagai Hukum Ohm.<br />
Banyak <strong>Fisika</strong>wan mengatakan bahwa persamaan (3) bukanlah suatu hukum<br />
melainkan hanya definisi untuk hambatan. Jika kita menyatakan Hukum Ohm, cukup<br />
dengan mengatakan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan tegangan<br />
yang diberikan. Karenanya hambatan (R) dari suatu bahan atau komponen adalah konstan,<br />
tidak tergantung pada tegangan. Tetapi persamaan (3) tidak berlaku umum untuk bahan<br />
dan komponen lain seperti diode, tabung vakum, transistor, dan lain-lain. Karenanya<br />
Hukum Ohm bukanlah hukum fundamental, tetapi merupakan deskripsi dari suatu<br />
kelompok material tertentu (konduktor logam).<br />
2<br />
(2)
D. PERCOBAAN<br />
Susunlah rangkaian seperti yang terlihat pada Gambar 1.<br />
Gambar 1. Susunan alat percobaan<br />
E = Catu daya dc variable S = Saklar<br />
A = Amperemeter DC V = Voltmeter DC<br />
Kx = Komponen yang akan ditentukan hambatannya (ada dalam box set komponen<br />
elektronik).<br />
1. Aturlah posisi output, set komponen elektronik sehingga Kx = Resistor<br />
2. Atur posisi saklar pada catu daya DC sehingga keluarannya adalah 0 Volt.<br />
3. Tutup switch S, kemudian atur keluaran catu daya sehingga lebih besar dari 0 Volt.<br />
4. Catat kedudukan amperemeter (I) dan kedudukan voltmeter (V) yang ditentukan<br />
oleh asisten.<br />
5. Ulangi percobaan ini beberapa kali (minimum 5 kali) untuk harga-harga I dan<br />
tegangan V yang berbeda.<br />
6. Ulangi langkah 1 sampai 5 untuk Kx = NTC<br />
7. Ulangi langkah 1 sampai 5 untuk Kx = Diode<br />
8. Ulangi langkah 1 sampai 5 untuk Kx = Lampu<br />
E. PERTANYAAN<br />
1. Apa yang dimaksud dengan komponen Ohmik dan komponen Non-Ohmik? Jelaskan!<br />
2. Tentukan mana komponen yang termasuk ohmik komponen dan mana yang tergolong<br />
non-ohmik komponen pada percobaan tersebut!<br />
3. Buatlah grafik V terhadap I dari data yang anda peroleh untuk masing-masing<br />
komponen yang anda ukur!<br />
4. Tentukan hambatan masing-masing komponen dalam grafik tersebut!<br />
5. Berilah ulasan terhadap hasil yang anda peroleh!<br />
6. Apa fungsi dari :<br />
a) NTC<br />
b) Diode<br />
c) Lamp<br />
d) Resistor<br />
7. Apakah harga R bergantung pada I (arus)? Jelaskan!<br />
8. faktor apa saja yang mempengaruhi nilai hambatan?<br />
9. Apakah dalam percobaan yang saudara lakukan terdapat penyimpangan? Jika ada,<br />
faktor apa saja yang menyebabkan penyimpangan tersebut? (tanpa menyalahkan alat<br />
dan kesalahan pengamatan)<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
3
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
1. Menentukan frekuensi sumber tegangan arus bolak-balik (AC).<br />
2. Mengamati gejala resonansi listrik seri.<br />
3. Menentukan nilai induktansi sebuah kumparan pemadam (induktor).<br />
B. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN<br />
1. Catu daya AC ( 0 – 15 V, 1 A).<br />
2. Bangku kapasitor.<br />
3. Kumparan pemadam (induktor).<br />
4. Bangku hambatan.<br />
5. Multitester.<br />
6. Kabel-kabel penghubung.<br />
7. Voltmeter AC.<br />
8. Amperemeter AC.<br />
C. TEORI DASAR<br />
Perhatikan rangkaian resistor dan kapasitor seri yang dihubungkan dengan sumber<br />
tegangan AC seperti pada Gambar 1.<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
R<br />
Gambar 1. Rangkaian R-C seri yang diberi sumber tegangan AC<br />
Impedansi rangkaian tersebut adalah<br />
√ (<br />
Dengan ω menyatakan frekuensi sudut sumber tegangan (catu daya) AC tersebut.<br />
Persamaan (1) dapat dituliskan kembalii menjadi :<br />
Karena impedansi diberikan oleh Z = V/I, maka<br />
RESONANSI LISTRIK<br />
Physics Electricity<br />
2<br />
V<br />
<br />
<br />
I <br />
R<br />
2<br />
(<br />
C<br />
)<br />
1 1<br />
2 2<br />
C<br />
4<br />
(1)<br />
) (2)<br />
(3)
Dari persamaan (3) terlihat jika nilai kapasitansi C diubah, tegangan dan arus pada<br />
rangkaian dicatat, maka frekuensi sumber tegangan AC dapat ditentukan.<br />
Sekarang perhatikan rangkaian R-L-C seri seperti diperlihatkan pada Gambar 2.<br />
Gambar 2. Rangkaian R-L-C seri yang dihubungkan dengan<br />
sumber teganganAC<br />
Impedansi rangkaian tersebut adalah :<br />
atau<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
√ (<br />
√ (<br />
1<br />
Jika nilai kapasitansi C , maka besar impedansi Z sama dengan R. Keadaan ini<br />
2<br />
L<br />
disebut sebagai keadaan resonansi listrik seri. Dari persamaan (5) terlihat bahwa jika<br />
nilai kapasitansi C diubah dan tegangan serta arus dicatat, maka nilai induktansi dapat<br />
ditentukan.<br />
D. PERCOBAAN<br />
1. Menentukan frekuensi sumber tegangan (catu daya) AC.<br />
a) Susunlah rangkaian seperti Gambar 3. Saklar dalam keadaan terbuka (OFF).<br />
Gambar 3. Rangkaian listrik AC untuk percobaan A<br />
b) Sambungkan catu daya AC ke jala-jala listrik PLN dan nyalakan.<br />
c) Pilih harga tegangan AC dengan cara memutar pemilih tegangan pada catu daya AC<br />
tersebut.<br />
d) Pilih harga R tertentu. Catat harga R tersebut .<br />
e) Pilih harga C dengan cara mengubah posisi saklar dibangku kapasitor. Catat harga C<br />
tersebut.<br />
f) Tutup saklar (ON).<br />
g) Catat harga V dan I yang terbaca pada voltmeter AC dan amperemeter AC<br />
tersebut.<br />
h) Buka saklar (OFF).<br />
)<br />
)<br />
5<br />
(4)<br />
(5)
i) Ulangi langkah no. 5 - 8 untuk berbagai nilai C.<br />
j) Ulangi langkah no. 4 - 9 untuk berbagai nilai R.<br />
2. Menentukan nilai induktansi dari induktor L.<br />
a) Susunlah rangkaian seperti Gambar 4. Saklar dalam keadaan terbuka (OFF).<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar 4. Rangkaian listrik AC untuk percobaan B<br />
b) Sambungkan catu daya AC ke jala-jala listrik PLN dan nyalakan.<br />
c) Pilih harga tegangan AC dengan cara memutar pemilih tegangan pada catu daya AC<br />
tersebut.<br />
d) Pilih harga R tertentu. Catat harga R tersebut.<br />
e) Pilih harga C dengan cara mengubah posisi saklar di bangku kapasitor. Catat harga<br />
C tersebut.<br />
f) Tutup saklar (ON).<br />
g) Catat harga V dan I yang terbaca pada voltmeter AC dan amperemeter AC<br />
tersebut.<br />
h) Buka saklar (OFF).<br />
i) Ulangi langkah no. 5 - 8 untuk berbagai nilai C.<br />
j) Ulangi langkah no. 4 - 9 untuk berbagai nilai R.<br />
E. PERTANYAAN<br />
A. Menentukan frekuensi sumber tegangan (catu daya) AC.<br />
1. Lengkapi tabel berikut dari hasil percobaan yang telah dilakukan.<br />
R = ……. Ohm<br />
No C (farad) V (Volt) I ( Ampere) I / C 2 ( V/I) 2<br />
2. Buatlah grafik (V/I) 2 sebagai sumbu y terhadap I/C 2 sebagai sumbu x dari data<br />
pada tabel diatas untuk berbagai nilai R.<br />
3. Bagaimana menentukan ω dari grafik tersebut?<br />
4. Tentukan frekuensi (f) sumber tegangan yang dipergunakan dari grafik tersebut!<br />
5. Bandingkan hasil yang diperoleh dari pertanyaan No. 4 dengan frekuensi PLN<br />
sebesar 50 Hz. Berikan ulasan dan pembahasannya!<br />
6. Tentukan impedansi dengan data di dapat dari percobaaaan, untuk masing-masing<br />
hambatan !<br />
6
7. Pada frekuensi yang di dapat dari soal No.4, reaktansi kapasitor didapat dari data<br />
pada tabel dari masing-masing hambatan untuk 1000Ω, 2000Ω, 3000Ω dan<br />
reaktansi dari pada sebuah Induktor di asumsikan 50 Ω.<br />
Jika Kapasitor dan Induktansi tersebut dipasang pada sebuah rangkaian, maka<br />
akan terjadi resonansi pada frekuensi berapa Hz?<br />
B. Menentukan nilai induktansi dari sebuah inductor L.<br />
1. Lengkapi tabel berikut dari hasil percobaan yang dilakukan.<br />
R= ……Ohm<br />
No C (farad) V (Volt) I (Ampere) ( V/I ) (Ohm)<br />
2. Buatlah grafik (V/I) sebagai sumbu y terhadap C sebagai sumbu x dari data pada<br />
tabel diatas untuk berbagai nilai R.<br />
3. Bagaimana menentukan nilai induktansi dari grafik diatas jika frekuensi sumber<br />
tegangan (catu daya) AC adalah 50 Hz?<br />
4. Tentukan nilai induktansi dari induktor L yang dipergunakan dari grafik tersebut!<br />
5. Gambarkan Diagram Fasor untuk rangkaian RLC!<br />
6. Tentukan impedansi dengan data di dapat dari percobaaaan, untuk masing-masing<br />
hambatan!<br />
7. Pada frekuensi yang di dapat dari soal No.4, reaktansi kapasitor di asumsikan 50<br />
H, dan reaktansi dari pada sebuah Induktor didapat dari data pada tabel dari<br />
masing-masing hambatan untuk 1000Ω, 2000Ω, 3000Ω. Jika Kapasitor dan<br />
Induktansi tersebut dipasang pada sebuah rangkaian, maka akan terjadi resonansi<br />
pada frekuensi berapa Hz?<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
7
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
1. Menentukan jarak fokus lensa cembung.<br />
2. Menentukan jarak fokus lensa cekung.<br />
3. Mengenal berbagai cacat bayangan.<br />
B. ALAT – ALAT<br />
1. Lensa konvergen kuat (tanda ++)<br />
2. Lensa konvergen (tanda +)<br />
3. Lensa divergen (tanda -)<br />
4. Benda yang berupa anak panah<br />
5. Lampu pijar untuk benda<br />
6. Layar untuk menangkap bayangan<br />
7. Diafragma<br />
8. Bangku optik<br />
C. TEORI DASAR<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
LENSA & CACAT BAYANGAN<br />
Physics Electricity<br />
1. Lensa<br />
Lensa adalah sistem optik yang dibatasi oleh dua atau lebih permukaan pembias yang<br />
mempunyai sumber persekutuan. Bila dibatasi oleh dua permukaan pembias maka disebut<br />
lensa sederhana, sedangkan bila dibatasi oleh lebih dari dua permukaan pembias disebut<br />
lensa susun. Permukaan pembias dapat berupa permukaan cekung (lensa<br />
cekung/negatif/divergen), dapat juga berupa permukaan cembung (lensa<br />
cembung/positif/konvergen). Diagram penampang untuk bentuk standar dari lensa<br />
sederhana dapat digambarkan sebagai berikut :<br />
Persoalan umum pembiasan pada lensa dapat diselesaikan dengan menerapkan cara<br />
pembiasan pada setiap permukaan secara berurutan.<br />
Dalam sistem pembiasan permukaan sferis biasanya ada dua titik yang menjadi<br />
perhatian, yaitu titik fokus dan titik utama. Kedua titik tersebut dapat ditentukan<br />
dengan peninjauan dalam hal-hal khusus. Titik fokus permukaan pembias pertama F dapat<br />
8
ditentukan dengan menganggap bahwa bayangan oleh permukaan pembias kedua terletak<br />
di tak terhingga ( s2 = ).<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar 2. Titik Fokus 1<br />
Bidang datar yang melalui F dan tegak lurus sumbu lensa disebut bidang fokus<br />
pertama.<br />
Titik fokus permukaan pembias kedua F dapat dicari dengan menganggap benda<br />
terletak jauh sekali ( s2 = ) dan bidang datar melalui F serta tegak lurus terhadap<br />
sumbu lensa disebut bidang fokus kedua.<br />
Gambar 3. Titik fokus 2<br />
Berkas cahaya divergen dari titik fokus F mengalami deviasi pada kedua permukaan<br />
dan bila sinar-sinar datang serta sinar yang telah di defiasikan kita proyeksikan ke depan<br />
atau ke belakang, maka akan berpotongan pada suatu titik yang terletak pada suatu<br />
bidang. Bidang ini disebut bidang utama dengan sumbu lensa disebut titik utama H.<br />
Jarak antara titik fokus dengan bidang utama merupakan jarak fokus f. Untuk sinarsinar<br />
paraksial, maka bidang fokus dengan bidang utama merupakan bidang datar. Lensa<br />
tipis dapat dipandang sebagai lensa yang kedua bidang utamanya berhimpit pada satu<br />
bidang datar yang melalui pusat optik dan pusat optik ini berimpit dengan puncak-puncak<br />
lensa. Hubungan antara jarak benda s dan jarak bayangan s` adalah<br />
1 1<br />
<br />
s s`<br />
1<br />
Dengan f adalah jarak fokus, ini disebut sebagai persamaan Gaussian.<br />
Pembesaran lensa m didefinisikan sebagai perbandingan antara tinggi bayangan y`<br />
dengan tinggi benda sebenarnya y.<br />
m <br />
y`<br />
y<br />
f<br />
9<br />
(1)<br />
(2)
Dapat dibuktikan bahwa:<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
m<br />
s`<br />
<br />
s<br />
(3)<br />
Dengan s` adalah jarak bayangan akhir terhadap pusat optik dan s adalah jarak benda<br />
terhadap pusat optik. Dari pers (1) dan (3) diperoleh :<br />
atau<br />
2. Susunan Lensa<br />
f<br />
f<br />
s`<br />
<br />
1<br />
m<br />
ss`<br />
<br />
s s`<br />
Pada alat-alat optik banyak digunakan lensa bersusun (lensa susunan) dengan tujuan<br />
meminimkan cacat bayangan. Untuk lensa susunan yang terjadi dari dua lensa tipis dengan<br />
fokus masing-masing f dan dipisahkan dengan jarak t maka jarak fokus lensa susunan<br />
adalah :<br />
Bila dua lensa diimpitkan (t=0) maka<br />
3. Cacat Bayangan<br />
Gambar 4. Susunan dua lensa tipis<br />
1<br />
f<br />
1 1<br />
<br />
f f<br />
1<br />
1<br />
f<br />
<br />
Rumus lensa yang telah anda kenal sebenarnya hanya berlaku untuk sinar-sinar<br />
paraksial, yaitu sinar yang membentuk sudut kecil dengan sumbu optik lensa. Bila bukan<br />
2<br />
1<br />
f<br />
<br />
1<br />
1<br />
f f<br />
<br />
1<br />
2<br />
1<br />
f<br />
2<br />
10<br />
(4)<br />
(5)<br />
(6)<br />
(7)
sinar paraksial maka bayangan yang terjadi pada umumnya tidak jelas. Ketidakpastian ini<br />
dapat berupa warna atau bentuk bayangan berbeda dengan bentuk benda aslinya. Gejala<br />
ini disebut cacat bayangan atau aberasi. Cacat bayangan ini antara lain aberasi khromatis,<br />
aberasi spheres, distorsi, dan astigmatisme.<br />
D. PERCOBAAN<br />
Lensa Konvergen<br />
1. Ukur tinggi (panjang) anak panah yang dipakai sebagai benda.<br />
2. Susunlah sistem optik berurutan sebagai berikut:<br />
i) Benda dengan lampu dibelakangnya<br />
ii) Lensa konvergen (tanda +)<br />
iii) Layar<br />
3. Ambilah jarak benda ke layar lebih besar dari 1 (satu) meter.<br />
4. Ukurlah dan catatlah jarak benda ke layar (L).<br />
5. Geser-geserkan lensa hingga didapat bayangan yang jelas pada layer (kedudukan I).<br />
6. Catat kedudukan lensa dan ukur tinggi bayangan pada layar.<br />
7. Geserkan lagi kedudukan lensa (kedudukan II) sehingga didapat bayangan jelas yang<br />
lain (jarak benda ke layar L jangan diubah) dan ukur lagi jarak bayangan.<br />
8. Ulangi percobaan no. 3 s/d 7 beberapa kali (ditentukan asisten) dengan harga L yang<br />
berlainan.<br />
9. Ulangi percobaan 2 s/d 8 untuk lensa konvergen kuat (++).<br />
Lensa Divergen<br />
1. Untuk menentukan jarak fokus lensa negatif buatlah bayangan yang jelas dari benda<br />
pada layar dengan bantuan lensa positif.<br />
2. Letakkan lensa negatif antara lensa positif dan layar. Ukurlah jarak mula-mula lensa<br />
negatif ke layar.<br />
3. Geserkan layar sehingga terbentuk bayangan yang jelas pada layar. Ukurlah jarak<br />
lensa negatif ke layar.<br />
4. Ulangi percobaan 1 s/d 4 beberapa kali (ditentukan oleh asisten).<br />
Lensa Gabungan<br />
1. Untuk menentukan jarak fokus susunan lensa, rapatkan lensa konvergen kuat<br />
(tanda ++) dan lensa konvergen (tanda +) serapat mungkin.<br />
Cacat Bayangan<br />
1 Untuk mengamati aberasi khromatik gabungan lensa positif kuat (tanda ++) dan<br />
lampu pijar sebagai benda. Geser-geserkan layar, sedikit saja, amati dan catat<br />
keadaan bayangan dari tiap-tiap kedudukan layar.<br />
2 Pasang diafragma di depan lampu pijar. Ulangi percobaan 1 dan catatlah apa yang<br />
terjadi pada bayangan dari lampu.<br />
3 Ulangilah 2 dengan menggunakan diafragma yang berlainan.<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
11
E. PERTANYAAN<br />
1. Tentukan jarak fokus lensa konvergen (+) dan lensa konvergen kuat (++) dengan<br />
menggunakan Pers. (1) dan (4). Perbesaran yang digunakan adalah perbesaran dari<br />
tinggi benda!<br />
2) Tentukan jarak fokus lensa divergen (-) dengan menggunakan Pers. (5)!<br />
3) Tentukan jarak fokus lensa gabungan dengan menggunakan Pers. (6)!<br />
4) Menurut anda diantara jarak fokus yang dihitung dengan Pers. (1) dan (4) manakah<br />
yang mendekati nilai sebenarnya? Berikan alasannya!<br />
5) Berdasarkan harga M yang dipakai, besaran manakah yang perlu diukur lebih teliti?<br />
6) Terangkanterjadinya cacat bayangan pada percobaanini!<br />
7) Catat bayangan apa saja yang anda amati dalam percobaan ini? Jelaskan berikut<br />
contohnya!<br />
8) Jelaskan mengapa dengan dipergunakannya diafragma, cacat bayangan dapat<br />
dikurangi!<br />
9) Adakah hasil lain untuk mengurangi cacat bayangan?<br />
10) Gambarkan sketsa susunan lensa pada Telescope beserta arah sinarnya!<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
12
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
1. Menentukan besarnya hambatan listrik dengan menggunakan metode jembatan<br />
wheatstone.<br />
2. Menguji kebenaran rumus untuk hubungan seri dan paralel dari hambatanhambatan<br />
listrik.<br />
B. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN<br />
1. Catu daya DC.<br />
2. Hambatan biasa.<br />
3. Bangku hambatan.<br />
4. Hambatan yang belum diketahui nilainya.<br />
5. Zero detector.<br />
6. Komutator.<br />
7. Papan jembatan wheatstone.<br />
8. Kabel-kabel penghubung.<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
JEMBATAN WHEATSTONE<br />
Physics Electricity<br />
C. TEORI DASAR<br />
Salah Satu cara untuk megukur suatu hambatan yang belum diketahui nilainya<br />
adalah dengan menggunakan rangkaian jembatan wheatstone. Metode jembatan<br />
wheatstone pada dasarnya membandingkan besar hambatan yang belum diketahui dengan<br />
besar hambatan listrik yang sudah diketahui nilainya. Pada gambar 1 ditunjukan prinsip<br />
kerja dari rangkaian jembatan wheatstone.<br />
Gambar 1. Rangkaian jembatan Wheatstone<br />
E : Catu daya dc G :Zero detector (Galvanometer)<br />
Rx : Hambatan yang akan diukur<br />
Dengan mengatur nilai R1, R2, dan / atau Rb maka dapat dibuat agar arus yang<br />
melalui galvanometer sama dengan nol. Bila keadaan setimbang ini telah tercapai ,<br />
diperoleh hubungan :<br />
13
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
R2<br />
RX R<br />
R<br />
1<br />
Untuk menyederhanakan rangkaian dan mempermudah pengukuran, hambatan R1<br />
dan R2 diganti, dengan kawat lurus serba sama dengan panjang L seperti yang ditunjukkan<br />
pada gambar 2. Hambatan R1 sebanding dengan panjang kawat L1 dan hambatan R2<br />
sebanding dengan panjang kawat L2 .Nilai L1 dan L2 ditentukan oleh posisi kotak geser C.<br />
Hambatan rheostat Rg digunakan untuk membatasi arus yang melalui rangkaian dan<br />
mengatur kepekaan galvanometer. Untuk meningkatkan ketelitian pengukuran, dipasang<br />
komutator yang berfungsi untuk membalikan arah arus di dalam rangkaian.<br />
Gambar 2 Rangkaian Alat Percobaan<br />
E : Catu daya dc G : Galvanometer<br />
S : Saklar Rb : Bangku hambatan<br />
K : Komutator Rx : Hambatan yang diukur<br />
Rs : Hambatan biasa<br />
AB : Kawat pada papan jembatan wheatstone<br />
Dengan menggeser – geserkan kotak geser C pada kawat AB dan atau mengubah–<br />
ubah nilai Rb dapat dicapai keadaan di mana galvanometer menunjukan nilai nol. Bila hal ini<br />
telah tercapai, maka Rx dapat dinyatakan dengan persamaan :<br />
L2<br />
RX R<br />
L<br />
1<br />
D. PERCOBAAN<br />
1. Susunlah rangkaian untuk percobaan seperti pada gambar 2 dengan Rx1 sebagai<br />
hambatan yang belum diketahui nilainya. Perhatikan supaya saklar S awal dalam<br />
keadaan terbuka (off).<br />
2. Aturlah hambatan geser Rs pada posisi maksimum.<br />
3. Atur tegangan catu daya sebesar 12 volt ,kemudian saklar S dipindah ke posisi On.<br />
4. Atur hambatan bangku Rb atau geserkan kotak geser C pada kawat AB sampai<br />
galvanometer menunjukan nilai nol.<br />
5. Anda dapat mengecilkan nilai hambatan seri Rs untuk meningkatkan sensitivitas<br />
galvanometer. Bila galvanometer telah menunjukan nilai nol balikan arah arus didalam<br />
rangkaian dengan membalikan saklar komutator untuk memastikan bahwa<br />
galvanometer tetap menunjukan nilai nol.<br />
b<br />
B<br />
14<br />
(1)<br />
(2)
6. Setelah setimbang ,catat nilai Rb ,L1 dan L2 lengkap dengan ketelitiannya.<br />
7. Matikan catu daya atau pindahkan saklar ke posisi off.<br />
8. Ganti hambatan Rx1 dengan Rx2 dan ulangi langkah 3 s/d 7 di atas.<br />
9. Ganti Rx2 dengan rangkaian seri Rx1 dan Rx2, dan ulangi langkah 3 s/d 7 di atas.<br />
10. Ganti rangkaian seri Rx1 dan Rx2 dengan rangkaian paralel Rx1dan Rx, dan ulangi<br />
langkah 3 s/d 7 di atas.<br />
E. TUGAS DAN PERTANYAAN<br />
1. Hitung nilai hambatan Rx1 dengan ketelitiannya!<br />
2. Hitung nilai hambatan Rx2 dengan ketelitiannya!<br />
3. Hitung nilai hambatan seri Rx1 dan Rx2 dengan ketelitiannya dan bandingkan dengan<br />
teori!<br />
4. Hitung nilai hambatan paralel Rx1 dan Rx2 dengan ketelitiannya dan bandingkan<br />
dengan teori!<br />
5. Sebutkan pengertian dari Galvanometer, Wattmeter, dan voltmeter?<br />
6. Hitunglah nilai Rx dari rangkaian dibawah ini?<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar 1. Rangkaian jembatan Wheatstone<br />
Diketahui Rb = 8 ohm; R1 = 4 ohm; R2 = 10 ohm<br />
7. Sebutkan aplikasi Jembatan Wheatstone!<br />
8. Berikan kesimpulan dan saran anda!<br />
15
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
1. Menentukan kuat cahaya dari sebuah lampu pijar dengan cara perbandingan.<br />
2. Menentukan efisiensi pemancaran cahaya pada berbagai keadaan.<br />
B. ALAT-ALAT<br />
1. Lampu pijar (standar dan sembarang)<br />
2. Voltmeter<br />
3. Amperemeter<br />
4. Sumber tegangan<br />
5. Perlengkapan fotometer diatas mistar<br />
6. Luxmeter<br />
7. Kawat penghubung<br />
8. Tempat lampu<br />
C. TEORI DASAR<br />
Suatu titik cahaya (sumber cahaya) memancarkan radiasi sinar ke segala arah<br />
dengan sama rata. Intensitas penerangan (illuminance) yang diterima pada suatu<br />
bidang/suatu titik adalah:<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
I Q <br />
KP<br />
2<br />
R<br />
dimana : IQ = intensitas penerangan pada titik Q<br />
K = konstanta pembanding<br />
P = kuat sumber cahaya (Candel Power)<br />
R = jarak antara sumber S dan Q<br />
Bila diambil harga-harga:<br />
I dalam lumen/m 2<br />
P dalam Candel (lumen / steradian)<br />
R dalam meter, maka didapat K = 1<br />
Sehingga rumus (1) menjadi :<br />
FOTOMETER<br />
I Q <br />
P<br />
2<br />
R<br />
(2)<br />
Dengan mengetahui intensitas cahaya pada berbagai titik (juga kekuatan<br />
sumber cahaya) maka dapat dihitung efisiensi terang f (Luminous Efficiency).<br />
arus pancaran sinar<br />
cahaya<br />
f <br />
arus pancaran energi<br />
16<br />
(1)
Arus pancaran cahaya dapat diketahui dari intensitas cahaya. Dan arus<br />
pancaran energi dapat dihitung dari energi listrik yang diberikan. Hilangnya energi disini<br />
akan dipancarkan sebagai energi panas, sinar infra merah dan sebagainya yang tidak<br />
memberi penerangan. Disini untuk mengukur intensitas cahaya dipakai fotometer<br />
sederhana, secara subjektif dan perbandingan (lihat gambar. 1)<br />
ST1<br />
Lampu<br />
Standar<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
A<br />
P<br />
RS RX<br />
mata<br />
B<br />
Lampu X<br />
Gambar 1. Rangkaian Alat Percobaan<br />
A<br />
V ST2<br />
Letak fotometer P dapat dipindah-pindah sehingga pada cermin A dan B didapat<br />
bayangan yang sama terang/kuat (sama gelap atau sama terang). Kalau S adalah lampu<br />
standar dan X lampu yang diselidiki maka untuk fotometer sama terang:<br />
Px<br />
R x<br />
Ps<br />
2<br />
R s<br />
2 (R = dapat diukur dan Ps = diketahui)<br />
Is Ix<br />
(3)<br />
Px 2<br />
2<br />
R x<br />
Ps<br />
R s<br />
D. PERCOBAAN<br />
1. Buktikan rangkaian seperti pada gambar. 1. Hati-hatilah terhadap pemakaian sumber<br />
tegangan (ada dua macam sumber tegangan)<br />
2. Ukurlah intensitas cahaya lampu standar S dengan Luxmeter pada beberapa jarak<br />
(ditentukan oleh asisten)<br />
3. Nyalakan lampu X dan geser-geserlah fotometer sampai didapat intensitas sinar<br />
yang sama pada fotometer (lihat bayangan cermin A dan B).<br />
4. Catat Rx dan Rs serta Amperemeter, dimana besarnya Voltmeter ditentukan oleh<br />
asisten.<br />
5. Lakukan percobaan 4 dan 5 untuk beberapa harga kuat cahaya lampu X dari gelap<br />
sampai yang paling terang (ditentukan oleh asisten), dilakukan dengan mengubah<br />
sumber tegangan E.<br />
17<br />
(4)
E. PERTANYAAN<br />
1. Periksalah kebenaran rumus (2) dengan pengamatan no. 3 (Buatlah grafik antara I<br />
dan R)!<br />
2. Mengapa pada pengukuran no 2 diatas jarak tidak boleh terlalu dekat tetapi juga<br />
tidak boleh terlalu jauh?<br />
3. Hal-hal apa saja yang dapat dilakukan agar cahaya dapat ditangkap dengan jelas oleh<br />
cermin pembanding ?<br />
4. Terangkan sebab-sebab penyimpangan pada grafik yang terdapat pada pertanyaan 1!<br />
5. Untuk masing-masing besar tegangan E hitunglah:<br />
a) Intensitas sinar lampu X.<br />
b) Power (daya listrik)<br />
c) Efisiensi terang<br />
6. Gambarlah grafik efisiensi terhadap daya listrik percobaan!<br />
7. Tentukan f maksimum yang dicapai!<br />
8. Tunjukkan semua sumber kesalahan yang mungkin terjadi!<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
18
A. TUJUAN PERCOBAAN<br />
Menera sebuah amperemeter dengan voltameter tembaga<br />
B. ALAT-ALAT<br />
1. Voltameter yang terdiri dari :<br />
- Bejana<br />
- Keping tembaga sebagai anoda<br />
- Keping tembaga sebagai katoda<br />
2. Larutan tembaga sulfat (CuSO4)<br />
3. Sumber arus<br />
4. Amperemeter<br />
5. Tahanan standar pengatur arus<br />
6. Kabel penghubung arus<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
VOLTAMETER TEMBAGA<br />
Physics Electricity<br />
C. TEORI DASAR<br />
Zat cair dipandang dari sudut hantaran listrik, dapat dibagi dalam tiga golongan<br />
yaitu:<br />
Zat cair isolator seperti air murni dan minyak.<br />
Larutan yang mengandung ion-ion seperti larutan asam, basa dan garam-garam<br />
didalam air. Larutan ini dapat dilalui arus listrik dengan ion-ion sebagai<br />
penghantarnya dan disertai dengan perubahan-perubahan kimia.<br />
Air raksa, logam-logam cair dapat dilalui arus listrik, tanpa ada perubahan kimia<br />
didalamnya.<br />
Pada percobaan ini dipakai larutan garam CuSO4,<br />
dalam bejana seperti pada gambar 1 di samping ini.<br />
Bila pada arus listrik mengalir, maka akan terjadi<br />
endapan Cu pada katoda. Jumlah Cu yang mengendap<br />
sebanding dengan arus yang melewatinya, sehingga<br />
voltameter dipakai sebagai amperemeter.<br />
D. PERCOBAAN<br />
1. Gosok katoda dengan kertas ampelas sehingga cukup bersih.<br />
2. Buat rangkaian seperti pada gambar 2.<br />
3. Tuangkan larutan tembaga sulfat ke dalam bejana<br />
4. Jalankan arus dan aturlah Rg sehingga ampermeter menunjukkan kuat arus i<br />
ampere (ditentukan oleh asisten)<br />
5. Periksalah sekali lagi apakah arah arus sudah benar (apakah terjadi endapan<br />
tembaga pada katoda)<br />
6. Putus hubungan dengan sumber arus dan jangan mengubah rangkaian lagi.<br />
19
7. Timbang katoda secara teliti dengan menggunakan neraca teknis.<br />
8. Pasang katoda pada rangkaian.<br />
9. Jalankan arus selama n menit (ditentukan asisten). Usahakan agar kuat arus tetap i<br />
ampere dengan mengatur Rg.<br />
10. Setelah n menit putuskan arus dan ambil katoda lalu keringkan.<br />
11. Timbanglah lagi katoda hasil percobaan dengan teliti.<br />
12. Ulangi percobaan point 1 s.d. 11 untuk beberapa kuat arus dan waktu yang berlainan<br />
(ditentukan oleh asisten)<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar. 2.<br />
E. PERTANYAAN<br />
1. Hitunglah jumlah tembaga yang mengendap untuk setiap percobaan!<br />
2. Berdasarkan jumlah endapan tembaga yang didapat, hitunglah jumlah muatan yang<br />
telah dipergunakan untuk menguraikan larutan. (untuk tiap percobaan)!<br />
3. Buatlah grafik hasil peneraan, yaitu antara kuat arus hasil perhitungan no. 2<br />
dengan kuat arus yang terbaca pada amperemeter!<br />
4. Berdasarkan hasil percobaan, berilah perhitungan untuk setiap pengukuran dari<br />
setiap percobaan beserta kesalahannya!<br />
5. Berikanlah komentar tentang hasil-hasil di atas!<br />
6. Berdasarkan no. 3 dan no. 4 diatas, perlukah amperemeter yang diselidiki<br />
dikoreksi? Jelaskan!<br />
7. Jika dipergunakan amperemeter yang telah ditera dengan suatu metoda lain, maka<br />
voltameter tembaga ini dapat dipergunakan untuk menghitung berat atom suatu<br />
zat kimia. Terangkan!<br />
8. Hitunglah berat atom tembaga dari percobaan ini dengan memisalkan kuat arus<br />
yang dipakai benar.<br />
9. Bandingkan hasil perhitungan dengan literatur!<br />
10. Mengapa setelah percobaan, katoda harus dikeringkan sebelum ditimbang!<br />
11. Dalam percobaan ini manakah yang mengalami oksidasi dan reduksi? Tuliskan<br />
persamaannya!<br />
12. Apakah peranan proses reduksi dan oksidasi yang terjadi pada percobaan?<br />
Jelaskan!<br />
20
A. TEORI DAN TUJUAN<br />
TEORI<br />
Diagram standar dari suatu resistor sebagai berikut:<br />
TUJUAN DARI EKSPERIMEN<br />
Menggambarkan kurva karateristik U(I) dimana U adalah tegangan DC pada<br />
terminal dari dipole dan I intensitas arus melewatinya seperti ditunjukan gambar diatas.<br />
Untuk memproses kurva yang didapat dengan perincian :<br />
Model<br />
Persamaan yang didapat<br />
Caranya dengan menghubungkan suatu resisitor-resistor<br />
B. ALAT YANG DIGUNAKAN<br />
1) VTT console<br />
2) UME mounting plate<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
<strong>OHM</strong>’S LAW<br />
KOMPUTERISASI<br />
3) Two resistances R (rated values: 120 and 220 ): UME2 cabinet<br />
4) An Evolution R15 power supply<br />
5) VTT voltmeter: range 20V<br />
6) VTT RMS ammeter<br />
7) Electronic 2 power supply<br />
8) Safety lead<br />
9) Generis 5+ software<br />
Gambar Rangkaian Hukum Ohm<br />
21
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar Rangkaian VTT<br />
C. PROSEDUR PERCOBAAN<br />
1. Hubungkan VTT interface ke computer. Atur titik nol sensor (set the Zero of the<br />
sensor).<br />
Caranya : Instruksi Petunjuk Sensor<br />
Start, Programs, Science Studio, Generis 5+<br />
2. Tempatkan adaptor–adaptor sebagai ordinat kemudian beri nama pada besarannya<br />
Voltmeter pada chanel 1<br />
Caranya: Drag dan tempatkan voltmeter drop pada salah satu chanel pada<br />
ordinat dan beri nama tegangan U<br />
Ammeter pada chanel 1/: jangkar (range) 100 mA<br />
Caranya: Drag dan tempatka ammeter pada absis namakan arus I<br />
3. Memilih secara otomatis (select automatic) dengan suatu perbedaan 1% pada<br />
tabulasi validasi<br />
Caranya: klik pada validation tab marker.select automatic dengan beda (diference<br />
1%)<br />
4. Memulai Alusisi<br />
Caranya: Tekan lambang Variasi jangkar tegangan dari -10V sampai +10V amati<br />
titik yang ditampilkan dilayar<br />
5. Menghentikan Alusisi<br />
Caranya : klik stopping the acquisition<br />
6. Simpan file yang menghubungkan grafik U = f (I) dibawah nama ohm. lab<br />
Caranya : klik file, save as …. . , pilih file directory kemudian beri nama Ohm.<br />
7. Ganti Resistor 120 dengan resistor 220 dan ulangi alusisi.<br />
R<br />
22
Caranya : klik kemudian pilih add a new acquisition<br />
8. Simpan hasil percobaan yang telah lengkap.<br />
Caranya : klik icon atau menu File save<br />
D. HASIL YANG DIPEROLEH:<br />
-80 -60 -40 -20 0 0 20 40 60<br />
E. HAL-HAL YANG HARUS DILAKUKAN<br />
1. Perluas kurva yang didapat : Gunakan skala automatic.<br />
Caranya : klik pada icon<br />
2. Pelajari segmen garis tahanan yang diberikan : Model kurva yang didapat.<br />
Caranya: klik pada modeling icon<br />
Kurva dibuat : U (I) Besaran baru Um ( memugkinkan untuk mengubah nama<br />
ini). Dalam kotak yang berlawanan gengan Um, masukan model yang akan diselidiki<br />
R*I. Cek (periksa) kotak dari parameter R yang diselidiki (dicari) menuju default<br />
parameter, program akan menghitung harga yang sebenarnya.<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
10 U , U1 (V)<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
-2<br />
-4<br />
-6<br />
-8<br />
-10<br />
-12<br />
I (mA)<br />
23
Caranya : klik pada icon untuk menemukan persamaan model.<br />
Tempatkan mouse pointer pada garis lurus yang didapat atau klik kanan pada<br />
besaran Um (sebagai ordinat) dan pilih Properties.<br />
3. Simpan pekerjaan yang sudah lengkap.<br />
Caranya : Klik pada Icon atau menu File, Save<br />
4. Restart Modeling untuk kurva kedua.<br />
Caranya : kurva menjadi model U1(I)…<br />
5. Simpan pekerjaan yang sudah lengkap.<br />
Caranya : Klik pada Icon atau menu File, Save<br />
F. INTERPRESTASI HASIL<br />
1) Proses hasil yang didapat<br />
2) Kurva mcam apa yang didapat<br />
3) Apakah tegangan U dalam volts dan arus dalam ampere sebanding? Periksa jawaban<br />
anda.<br />
4) Berikan persamaan–persamaan yang didapat.<br />
5) Berapa harga slop<br />
6) Hasil dari petanyaan no 1 mengarahkan pada suatu hokum yang umum. Nyatakan<br />
hokum ini dan barikan formula yang sesuai.<br />
7) Kurva dibuat 2 bagian simetris. Buktikan eksistensi dari 2 bagian ini.<br />
8) Apakah kesimpulan dapat ditarik dari hubungan suatu resistansi.<br />
G. MENDRA<strong>FT</strong> LAPORAN<br />
1. Klik report tab Marker<br />
Caranya : klik<br />
2. Tulis judul<br />
Caranya : klik icon , klik kotak dialog dan klik kurva yang<br />
disisipkan. definisikan kotak berisi kurva.<br />
3. Jawab pertanyaan yang diminta.<br />
Caranya : Klik pada icon dan definisikan kotak untuk jawaban-jawaban<br />
4. Ke preview sebelum mencetak dan modifikasi item-item laporan jika perlu.<br />
Caranya : klik pada icon<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
24
H. HASIL YANG DIPEROLEH.<br />
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
Gambar kurva hasil eksperimen<br />
1. Proses kurva yang didapat.<br />
Kurva yang didapat dapat digambarkan sebagai suatu persamaan lineardengan tipe y<br />
= a*X<br />
Arus dan tegangan sebanding Um= 115* I dan U1m = 209* I<br />
Harga slop R = 115 and R1 =209 <br />
2. Tegangan Upada terminal dari dipole yang dipelajari ,jika intensitas arus I<br />
melewatinya,sebanding dengan arus ini. Hukum ohm U = R * I. Dipole adalah linear.<br />
3. Resistor yang dilewati arus dalam dua arah yang identitas. Sebagai suatu hasil.<br />
Resistansi dapat dihubungkan dalam sembarang arah.<br />
25
<strong>Laboratorium</strong> <strong>Fisika</strong> <strong>Dasar</strong> <strong>FT</strong>. <strong>UNTIRTA</strong><br />
26