Laporan Pengukuran Listrik

ANIS STIYANI

4211411046

FISIKA

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Semarang

PENGUKURAN LISTRIK

2. ABSTRAK 

               Gejala kelistrikan timbul akibat adanya arus yang mengalir pada dua titik yang mempunyai beda potensial. Dalam sebuah rangkaian listrik dapat berlaku hukum Ohm dan kirchoff.  Dalam sebuah rangkain listrik sederhana pasti terdapat tegangan kuat arus dan tegangan. Besarnya hambatan juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, sehingga untuk mengetahuinya dilakukanlah percobaan ini. Percobaan dilakukan untuk mengambil data V dan I pada rangkaian seri dan paralel untuk menentukan besar hambatannya serta memvariasikan nilai panjang kawat dan luas penampang kawat untuk mencari hambat jenis bahan. Pada percobaan seri-paralel resistor, didapatkan hasil R sebesar (270,70 ± 186,60) Ω secara teoritik sedangkan secara praktikum diperoleh hasil nilai R sebesar (273 ± 187,70) Ω sehingga dari keduanya didapatkan kesesatan sebesar 1,5 % dan ketepatan sebesar 98,5 %. Sedangkan pada percobaan menentukan besar hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat didapatkan hasil  Wm sedangkan pada variasi luas penampang didapatkan hasil  Wm.

3. PENDAHULUAN

I. LATAR BELAKANG

                  Dewasa ini, listrik merupakan salah satu kebutuhan yang penting bagi manusia. Gejala kelistrikan ditimbulkan oleh aliran muatan listrik antara dua titik. Semua lat listrik yang setiap hari kita gunakan merupakan susunan komponen-komponen listrik yang membentuk jalur tertutup yang disebut rangkaian.

          Selanjutnya rangkaian listrik dapat dirangkai secara seri dan paralel. Biasanya listrik PLN yang dialirkan pada rumah tangga termasuk dalam rangkaian paralel. Ada beberapa kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh kedua rangkaian ini.

          Pada rangkaian listrik untuk menghitung kuat arus yang mengalir serta tegangannya, berlaku hukum Ohm ( V= I R), dimana V adalah tegangan, I kuat arus yang mengalir dan R adalah hambatan. Selain itu, berlaku pula hukum Kirchoff I dan II. Untuk lebih memahami tentang rangkaian listrik ini, maka dilakukanlah praktikum ini.

II. KAJIAN PUSTAKA

                    Dewasa ini listrik merupakan salah satu kebutuhan yang penting bagi manusia. Gejala kelistrikan ditimbulkan oleh aliran muatan listrik antara dua titik. Semua alat litsrik yang setiap hari kita gunakan merupakan susunan komponen-komponen listrik yang membentuk jalur tertutup yang disebut rangkaian.

            Bila kita berbicara tentang listrik, maka tidak akan lepas dari hambatan, kuat arus dan tegangan. Karena ketiga komponen tersebut yang paling erat kaitannya dengan listrik.

1. Hambatan, kuat arus, dan tegangan permukaan.

Beda potensial listrik antara dua titik disebut tegangan, dinyatakan dalam volt. Atau tegangan hanya muncul bila ada beda potensial antara dua titik poteansial. Kata arus berarti aliran atau gerakan. Arus listrik berarti aliran muatan listrik. Jika sebuah benda berpotensial misalnya baterai, dihubungkan dalam sebuah rangkaian maka akan terjadi aliran muatan listrik didalam rangkaian dan aliran muatan listrik itu dinamakan arus listrik, dinyatakan dalam ampere.

Arus listrik hanya mengalir pada suatu rangkaian tertutup, yaitu rangkaian yang tidak berpangkal dan tidak berujung. Besaran yang menyatakan arus listrik disebut kuat arus listrik I, yang didefinisikan sebagai banyak muatan positif  yang mengalir melalui penampang kawat penghantar persatuan waktu

Hambatan

Pada tahun 1827, George Simon Ohm (German, 1787-1854) melakukan percobaan untuk menentukan hubungan antara kuat arus I dan teganganV

                                      Gambar 1. Grafik hubungan V terhadap I

Jika kemiringan grafik disebut hambatan R, maka hubungan antara tegangan V dan kuat arus I dapat dinyatakan dengan persamaan :

                                      R = tan α                                                                   (1)

Dimana α adalah sudut antara sumbu kuat arus dan garis gfrafik.

Atau

                                      V = I . R                                                                    (2)

Persamaan  (2) dinyatakan oleh Simon Ohm, sehingga dinamakan hukum ohm, yang berbunyi: tegangan V pada komponen yang memenuhi hukum ohm adalah sebanding dengan kuat arus I yang melalui komponen tersebut, jika suhu dijaga konstan.

Persamaan (2) dapat pula ditulis  ; sehingga satuan SI untuk hambatan adalah volt per ampere (V/A) atau ohm (Ω).

Pada setiap benda pasti memiliki sifat hambatan terhadap listrik. Untuk menentukan sifat hambatan pada sebuah benda, dapat digunakan persamaan:

                                                                       (3)

Dimana:                         R      : hambatan (Ω)

                                              : hambat jenis Ωm] 

                                      l         : panjang benda (m)

                                      A       : luas penampang benda (m²)

Hambatan benda akan konstan jika temperatur  lingkungannya relatif konstan, tapi jika terjadi perubahan pada temperatur lingkungan maka akan menyebabkan perubahan hambatan pada benda.

                                                            (4)

Dimana                               : perubahan hambatan (R₁ – R₀)

                                      R₀        : hambatan awal (Ω)

                                      α        : koefisien suatu hambatan jenis

                                      ∆T     : perubahan temperatur (T₁ –T₀)

2.      Hukum Kirchoff

Rangkaian seri

                        Pada rangkaian seri, besar kuat arus pada amperemeter akan sama, sedangkan tegangannya akan berbeda tergantung pada nilai hambatannya.

Rangkaian paralel

                        Pada rangkaian paralel, besar tegangannya akan sama, sedangkan kuat arusnya akan berbeda.

Hukum Kirchoff

Jika pada rangkain paralel dipasang sebuah amperemeter disebelah kanan saklar S, maka hasil pengukuraan kuatn  kuat arus pada sebelum dan sesudah percabangan  akan sama.

Hukum pertama kirchoff menyatakan bahwa pada setiap rangkaian tertutup, jumlah aljabar dari beda potensialnya akan sama dengan nol (∑ɛ = 0).

Hukum kedua Kirchoff menyatakan pada setiap titik percabangan jumlah kuat arus yang masuk melalui titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.

3.      Amperemeter dan Voltmeter

Alat ukur merupakan alat yang digunakan untuk menunjukkan kuantitatif dari suatu besaran. Secara kualitatif kita bisa menentukan adanya arus dan tegangan dari suatu rangkain listrik dengan bantuan lampu, yaitu dengan melihat gelap, redup atau terang lampu. Namun jika kita membutuhkan besar kuat arus dan tegangan maka akan dibutuhkan alat ukur.

Untuk mengukur tegangan digunakan alat bernama voltmeter. Dan untuk mengukur kuat arus digunakan amperemeter.

Galvanometer

Galvanometer merupakan komponen utama dari voltmeter dan amperemeter. Galvanometer terdiri dari magnet, kumparan kawat, pegas spiral dan jarum penunjuk. Jika galvanometer akan digunakan sebagai alat ukur, maka ada dua hal yang perlu diperhatikan yaitu kuat arus galvanometer yang menyebabkan penyimpangan (defleksi) skala penuh dan hambatan kawat kumparan  galvanometer dengan skala dasar yang diberi angka yang biasa disebut basicmeter.

Amperemeter

Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besar kuat arus yang melalui sebuah rangkaian. Amperemeter dipasang secara seri dalam rangkaian.

Voltmeter

Voltmeter merupakan alat untuk mengukur secara kuantitatif beda potensial listrik atau tegangan listrik antara dua titik. Voltmeter dipasang secara paralel dalam rangkaian.(Tim Dosen Fisika Dasar 2, 2010, et al)

III. RUMUSAN MASALAH

1.       Bagaimana cara mengukur tegangan dengan menggunakan voltmeter?

2.       Bagaimana cara mengukur arus dengan menggunakan amperemeter?

3.       Bagaimana cara menentukan besar hambat  jenis bahan?

IV. TUJUAN PERCOBAAN

1.      Memahami pengukuran tegangan / beda potensial listrik menggunakan voltmeter

2.      Memahami pengukuran arus listrik menggunakan amperemeter

3.      Menentukan besar hambat jenis bahan

4.      Memahami hukum Ohm

5.      Memahami hukum Kirchoff

4. METODE PERCOBAAN

A.    PERCOBAAN SERI-PARALEL RESISTOR

1.      Mengatur amperemeter dengan batas maksimal 10mA, dan menyusun rangkain yang terdiri dari 3 buah resistor yang disusun secara seri (500Ω) dan paralel (100Ω dan 50Ω) yang kemudian dirangkai dengan amperemeter secara seri dan voltmeter secara paralel dan dihubungkan dengan sumber tegangan 3 V dan saklar.

2.      Menutup saklar rangkaian dan membaca arus yang melalui rangkaian utama, kemudian mencatat hasilnya.

3.      Menggunakan persamaan (2) untuk menghitung hambatan gabungan resistor dengan GGL yang dipakai sekitar 3 V, kemudian mencatat hasilnya.

4.      Menggunakan multimeter untuk mengukur tegangan gabungan resistor.

5.      Menghitung hambatan gabungan resistor, kemudian membandingkan kedua nilai hyambatan yang diperoleh , serta mengansumsikan tegangan AC sama dengan GGL dua buah baterai dan yang lainnya menggunakan nilai V_AC yang terukur. Menghitung presentasi perbedaannya.

B.     Percobaan Hambatan

1.      Menentukan hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat

a.       Membuat rangkain yang terdiri dari kawat penghantar yang dirangkai secara paralel dengan voltmeter dan seri dengan amperemeter. Kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan.

b.       Memasang rangkaian dengan kawat konstanta 40 cm, menutup saklar, membaca tegangan dan arusnya kemudian menghiotung hambatannya.

c.       Menmgulangi percobaan dengan variasi panjang kawat 80 cm, 120 cm.

2.      Menetukan hambat jenis bahan dengan variasi luas penampang

a.       Menjepit 2 buah kawat konstantan masing-masing 40 cm diantara jepit buaya pada kotak penghubung, paralel satu dengn yang lain, serta mengatur posisi kedua lilitan agar tidak saling bersentuhan.

b.      Mencari hambatan dua buah lilitan kawat menggunakan metode yang sama seperti bagian I.

c.       Mematikan rangkian kemudian menjepit kawat konstantan 40 cm tiga paralel, serta mencari hambatannya.

5. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    DATA PENGAMATAN

1.      Percobaan seri-paralel resistor

NO	R(Ω) V/I . 103	I (A) . 10-3	V (Volt)
1	0,53	4,83	2,60
2	0,15	14,65	2,25
3	0,12	16,74	2,12

2.      Menentukan hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat

Diameter kawat=  0,35 mm

NO	l(cm)	I (A)			I̅ (A)	V(volt)			V̅ (volt)
1	40	0,74	0,75	0,73	0,74	0,15	0,16	0,18	0,16
2	80	0,62	0,63	0,65	0,63	1,05	1,07	1,06	1,06
3	120	0,49	0,48	0,46	0,47	1,46	1,48	1,50	1,48

3.      Menentukan hambat jenis bahan

Diameter kawat=  0,35 mm = 0,35 x 10^-3

l= 40 cm = 0,4 m

NO	A((m)	I (A)			I̅ (A)	V(volt)			V̅ (volt)
1	A	0,74	0,75	0,73	0,74	0,15	0,16	0,18	0,16
2	2A	0,66	0,67	0,69	0,67	0,75	0,76	0,77	0,76
3	3A	0,71	0,74	0,73	0,72	0,56	0,60	0,58	0,58

B.     PEMBAHASAN

Pada praktikum pengukuran listrik diaadakan dua macam praktik, yaitu percobaan seri-paralel resistor serta penentuan hambat jenis bahan. Dari  percobaan seri-paralel, didapatkan data V dan I dari hasil pembacaan multimeter, sehingga dapat ditentukan nilai hambatannya. Penetuan nilai hambatan ini dilakukan secara teoritik dan praktikum. Pada penentuan nilai hambatan secara teoritik diperoleh hasil nilai R sebesar (270,70 ± 186,60) Ω sedangkan secara praktikum diperoleh hasil nilai R sebesar (273 ± 187,70) Ω sehingga dari keduanya didapatkan kesesatan sebesar 1,5 % dan ketepatan sebesar 98,5 %. Sedangkan pada percobaan menentukan besar hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat didapatkan hasil  Wm sedangkan pada variasi luas penampang didapatkan hasil  Wm. Seharusnya hasil hambat jenis bahan pada percobaan dengan variasi luas penampang sama dengan hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat. Namun pada percobaan yang dilakukan, praktikan mendapatkan hasil yang berbeda hal ini disebakan karena praktikan kurang teliti dalam melakukan percobaan, seperti pada saat pembacaan tegangan dan kuat arus yang mengalir melalui rangkaian pada multimeter kurang tepat karena multimeternya selalu berubah-ubah angkanya.

Dari percobaan menentukan hambat jenis bahan dapat kita ketahui bahwa semakin panjang kawat penghantarnya, maka hambatanya akan semakin besar pula. Demikian pula, semakin besar luas penampang kawatnya, maka semakin besar pula hambatannya. Sehingga dapat disimpulkan bahwa hambatan berbanding lurus dengan panjang kawat dan luas penampang.

6. PENUTUP

I. SIMPULAN

Dari percobaan ini, dapat disimpulkan bahwa:

1.      Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan pada rangkaian listrik

2.      Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus litrik pada rangkaian listrik.

3.      Besar hambat jenis bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus :

4.      Pada setiap rangkaian tertutup, jumlah aljabar dari beda potensialnya harus sama dengan nol.

5.      Pada setiap percabangan jumlah kuat arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.

II.   SARAN

Praktikan harus benar-benar menguasai materi yang akan dipraktikkan sehingga praktikan dapat melakukan praktikum dengan baik dan benar. Selain itu, praktikan juga harus teliti dan cermat dalam membuat rangkaian serta membaca alat ukur sehingga dapat memperkecil kesalahan dan hasil praktikumnya dapat mendekati nilai yang sebenarnya.

7. DAFTAR PUSTAKA

Tim Dosen Fisika Dasar 2. 2010. Buku Panduan Praktikum Fisika Dasar 2. Semarang: Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika-FMIPA Universitas Negeri Semarang.

8. LAMPIRAN

1. Percobaan Seri-Paralel Resistor

a.  Mencari Hambatan total (R_tot) secara teori

Rseri(W)	Rparalel (W)	Rtotal	R̅	=(Rt-R)2
500	33,33	533,33	270,70	68974,52
50	83,33	133,33		18870,52
100	45,45	145,45		15687,56
	JUMLAH	812,11		104432,6

 W

 

1.      Diketahui: R1=500W (Seri)

R2= 100W(Paralel)

R3= 50W(Paralel)

   

   

 

 

 

 

 W

2.      Diketahui: R1=50W (Seri)

R2= 100W(Paralel)

R3= 500W(Paralel)

   

   

 

 

 

 

 W

3.      Diketahui: R1=100W (Seri)

R2= 50W(Paralel)

R3= 500W(Paralel)

   

   

 

 

 

 

 W

b. Mencari hambatan dari hasil praktikum

R1= 

R₁=

R1=538W

                   

R₂=

R₂=

R₂=154W

R₃=

  R₃=

R₃=127W

R _rata-rata                 =         

                      =

 =273W

 

 =  105702W

    
 

     =187,70W

2.      Menentukan hambat jenis bahan dengan variasi panjang kawat

Diameter kawat= 0,35 mm = 0,35 x 10^-3 m

Jari-jari kawat= 1,75 x 10^-4 m

NO	l(cm)	I (A)			I̅ (A)	V(volt)			V̅ (volt)
1	40	0,74	0,75	0,73	0,74	0,15	0,16	0,18	0,16
2	80	0,62	0,63	0,65	0,63	1,05	1,07	1,06	1,06
3	120	0,49	0,48	0,46	0,47	1,46	1,48	1,50	1,48

Berdasarkan persamaan (3), kita dapat mencarihambat jenis bahan dengan rumus:

       

 

 

 m²

 

 

 Wm

 

 

 Wm

 

 

   Wm

 

 

   Wm

3.      Menentukan hambat jenis bahan

Diameter kawat=  0,35 mm

l= 40 cm

NO	A((m)	I (A)			I̅ (A)	V(volt)			V̅ (volt)
1	A	0,74	0,75	0,73	0,74	0,15	0,16	0,18	0,16
2	2A	0,66	0,67	0,69	0,67	0,75	0,76	0,77	0,76
3	3A	0,71	0,74	0,73	0,72	0,56	0,60	0,58	0,58

Berdasarkan persamaan (3), kita dapat mencari hambat jenis bahan dengan rumus:

       

 

 

 m²

 

 

 Wm

 

 

 Wm

 

 

 Wm

 

 

 Wm

Tugas akhir

1.      Jika beberapa komponen disusun seri, komponen mana yang pertama dialiri arus ketika saklar ditutup?

Ø  Komponen yang dekat dengan sumber tegangan.

2.      Dapatkah dua buah resistor digantikan dengan sebuah resistor dan memberi nilai hambatan yang ekivalen di dalam rangkaian ? jika dapat, bagaimana hubungan hambatan resistor itu dengan hambatan yang diganti?

3.      Apakah hasil eksperimen anda telah membuktikan bahwa aliran muatan terbagi pada rangkaian susunan paralel? Ya, aliran muatan pada percobaan membuktikan bahwa aliran muatan terbagi pada rangkaian parallel

4.      Dalam suatu rangkaian terdapat sambungan tiga kabel menjadi satu. Bagaimana anda menghubungkan muatan yang masuk  dan keluar titik sambungan ? Hubungan tersebut merupakan hukum yang sangat penting dalam rangkaian listrik.

5.      Jika beberapa resistor dengan berbagai nilai hambatan dihubungkan secara paralel, resistor mana yang akan dialiri arus lebih besar? Apakah perbandingan dua kuat arus itu sebanding atau berbanding terbalik dengan nilai hambatan ? Cocokan jawaban anda dengan perhitungan dari data anda?

Ø   Pada hambatan (R) yang kecil          

Ø  Iya sebanding dengan kuat arus

Ø  Terdapat pada analisis data(pada teori)

Ø  Jika resistor dengan berbagai nilai hambatan dihubungkan secara parallel maka resistor yang dialiri arus lebih besar yaitu resistor yang memiliki nilai hambatan paling kecil. Perbandingan kuat arusnya akan berbanding terbalik dengan nilai hambatan

Ø   

6.      Dalam rangkaian seri, hubungan apa yang anda peroleh antara tegangan antar resistor dengan tegangan seluruh rangkaian ? Dukung jawaban anda dengan hasil eksperimen!

Ø   Vseri dan V total akan berbeda bergantung pada nilai hambatan pada rangkaian seri.

NO	R(Ω) V/I . 103	I (A) . 10-3	V (Volt)
1	0,53	4,83	2,60
2	0,15	14,65	2,25
3	0,12	16,74	2,12

Hubungan antara tegangan antar tiap resistor tunggal dengan tegangan seluruh rangkaian adalah sama jumlahnya dengan tegangan tiap-tiap hambatan

7.      Apakah penyisipan hambatan tambahan pada suatu rangkaian akan mengubah nilai tegangan seluruh rangkaian ? Jelaskan ! 

Ø   Iya, Karena semakin tinggi nilai hambatan tambahan, maka semakin tinggi pula nilai tegangan dimana mempunyai persamaan