LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR II RESISTIVITAS. Oleh: Dina Puji Lestari PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

Transkripsi

1 LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR II RESISTIVITAS Oleh: Dina Puji Lestari PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JEMBER 2015

2 BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Listrik adalah salah satu energi yang hamper dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain. Dalam kapasistasnya, listrik dapat memenuhi kebutuhan manusia sehari-hari. Listrik itu sendiri membutuhkan medium atau perantara untuk dapat dimanfaatkan. Salah satu medium jalur listrik itulah yang biasa kita sebut kabel. Jalur tersebut sangat menentukan kualitas dari listrik yang melewatinya. Sedangkan ukuran kelayakan jalur listrik itu biasa disebut resistansi dan resistivitas Resistansi jalur atau kawat penghantar dipengaruhi oleh jenis kawat tersebut. Di dalam kabel terdapat kawat yang merupakan penghantar arus listrik tersebut. Karakteristik dari kawat yang digunakan tentu akan mempengaruhi arus listrik. Karakteristik kawat yang perlu diperhatikan tersebut antara lain, jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. Ketiga karakteristik tersebut akan menjadi varibel bebas dalam percobaan untuk mengetahui hubungan antara tiga karakteristik tersebut dengan kuat arus dan resistansi dalam suatu rangkaian listrik. Dengan demikian praktikan akan memahami materi resistivas secara lebih mendalam dan dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari 1.2. Rumusan Masalah Bagaimanakah hubungan antara jenis kawat dengan kuat arus yang melalui kawat? Bagaimanakah hubungan antara panjang kawat dengan resistansi kawat? Bagaimanakah hubungan anatara luas penampang kawat dengan resistansi kawat? 1.3. Tujuan

3 Menunjukkan hubungan antara jenis kawat dengan kuat arus yang melalui kawat tersebut Menunjukkan hubungan antara panjang kawat dengan resistansi kawat Menunjukkan hubungan anrtara luas penampang kawat dengan resistansi kawat.

4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Hambatan atau resistansi adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan aliran arus listrik, dalam suatu sirkuit, arus listrik dari power supply tidak sepenuhnya dapat digunakan secara bebas. Terkadang arus listrik tersebut harus dihambat untuk memperoleh efek tertentu pada sirkuit. Dalam suatu hambatan atom-atomnya akan bertumbukan dengan elektron-elektron sehingga laju dan kecepatan elektron menjadi berkurang. Karena kuat arus biasanya dihitung berdasarkan banyak dan kecepatan elektronnya, maka ketika jumlah elektron dan kecepatannya berkurang otomatis berkurang pula kekuatan arus yang mengalir. ( Azizah, 2012) Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar. Jika penghantar yang sangat panjang, maka kuat arusnya berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaanseperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Sehingga semakin panjang penghantar, semakin besar pula penurunan tegangan listrik ( Hayt, 2006: 82) Besar hambatan suatu kawat penghantar 1. sebanding dengan panjang kawat penghantar. Artinya, semakin panjang penghantar, semakin besar hambatannya. 2. Bergantung pada jenis bahan kawat dan sebanding dengan hambatan jenis kawat 3. Berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya semakin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis:

5 R= ρ l A Keterangan : R= hambatan kawat satuan ohm ( Ω ) ρ = hambatan jenis kawat satuan ohm meter ( Ω.m) l = panjang kawat satuan meter (m) A = luas penampang kawat satuan meter kuadrat (m 2 ) (Blocher, 2007: 37) Hambatan jenis kawat merupakan kecenderungan suatu bahan untuk melawan arus listrik. Hambatan jenis adalah sifat dari suatu material pada suhu tertentu, yang menunjukkan besar hambatan setiap satuan panjang. (Cedkin, 2010: 27) Rangkaian penghambat seri adalah dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan dan tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titiknya sama besar. Tujuan dari rangkaian seri adalah untuk memperbesar hambatan dan membagi beda potensia, sedangkan rangkian penghambat parallel dua hambatn atau lebih yang disusun secara berdampingan, bercabang, dan memiliki lebih dari satu jalur listrik. Rangkaian parallel bertujuan untuk membagi arus listrik. Rangkaian kombinasi adalah rangkaian dari rangkaian penghambat seri dan rangkaian penghambat paralel. (Gussow, 2005: 66) Jika sebuah tegangan V dikenakan pada sebuah hambatan R maka besarnya arus yang mengalir adalah : I= V R dan daya yang diberikan sebesar : P=V x I= V R 2 = I 2 R

6 (Subekti, 2003: 5) Besar arus listrik pada konduktor bergantung pada jenis konduktor itu, yang dinyatakan oleh tahanan jenis atau resistivitas konduktor ( ) dan bersatuan ohmmeter, atau besaran konduktivitas yang memenuhi hubungan σ = 1 ρ Selanjutnya ditulis menjadi i= A ρ.l V Memberi makna bahwa nilai tahanan dari konduktor itu (R) adalah R= ρ l A. Konduktor memiliki tahanan jenis ( ) yang nilainya bergantung pada suhu (T). Jika diketahui konduktor saat bersuhu T o bertahanan jenis o, dan pada suhu T menjadi, serta bila koefisien suhu resistivitas rerata pada kawasan suhu yang ditinjau adalah α, hubungan itu dapat dinyatakan: 0 [1+α (T T 0 )] (Priyambodo, 2009: 352) Hambatan atau resistansi berguna untuk mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. Jenis Hambatan Jenis Jenis Hambatan Jenis Bahan (.m) Bahan (.m) Perak 5,9 x 10-8 Wolfram 5,5 x 10-5

7 Tembaga 1,68 x 10-8 Germnium 4,5 x 10-1 Alumuniu m 2,65 x 10-8 Silicon 2,0 x 10-1 Platina 10,6 x 10-8 Kayu Baja 4,0 x 10-7 Karet 1,0 x Mangan 4,4 x 10-7 Kaca Nikrom 1,2 x 10-6 Mika 2,0 x Karbon 3,5 x 10-5 kuarsa 1,0 x ) (Tim Fisika Dasar, 2012 :

8 BAB 3. METODOLOGI PRAKTIKUM 1 Alat dan Bahan 1 Catu daya Fungsi: sumber tegangan dalam rangkaian 2 Multimeter Fungsi: untuk mengukur arus dan tegangan 3 Kabel penghubung Fungsi: menghubungkan komponen elektronika 4 Resistor Fungsi: mengatur kuat arus yang melewati rangkaian 5 Kawat besi dan tembaga Fungsi: menjadi hambatan untuk arus yang melewati rangkaian 6 Mikrometer sekrup Fungsi: mengukur diameter kawat 7 Penggaris Fungsi: mengukur panjang kawat 2 Langkah Kerja 1 Hubungan antara jenis kawat dengan kuat arus yang melalui kawat a Menyusun rangkaian seperti pada gambar menggunakan b c d satu buah resistor (1k ) yang dirangkai secara seri dengan kawat tembaga, saklar dalam keadaan terbuka Menggunakan tegangan catu daya 3,2 V kemudian mengukur tegangan dan arus dalam rangkaian Melakukan tiga kali pengukuran Mengulangi langkah a-c untuk jenis kawat yang berbeda tetapi memiliki panjang dan diameter yang sama 2 Hubungan antara panjang kawat dengan resistansi kawat a Mengambil 2 potong kawat tembaga yang memiliki panjang berbeda dan diameter yang sama. Mengukur panjang dan diameter kawat tembaga tersebut

9 b Menyusun rangkaian seperti pada gambar menggunakan c satu buah resistor (1k ) yang dirangkai secara seri dengan kawat tembaga, saklar dalam keadaan terbuka Menggunakan tegangan catu daya 3,2 V kemudian mengukur tegangan dan arus dalam rangkaian d Melakukan tiga kali pengukuran e Mengulangi langkah a-c untuk panjang kawat yang berbeda 3 Hubungan antara luas penampang kawat dengan resistansi kawat a Mengambil 2 potong kawat tembaga yang memiliki diameter b berbeda dan panjang yang sama. Mengukur panjang dan diameter kawat tembaga tersebut Menyusun rangkaian seperti pada gambar menggunakan c d e satu buah resistor (1k ) yang dirangkai secara seri dengan kawat tembaga, saklar dalam keadaan terbuka Menggunakan tegangan catu daya 3,2 V kemudian mengukur tegangan dan arus dalam rangkaian Melakukan tiga kali pengukuran Mengulangi langkah a-c untuk panjang kawat yang berbeda 3 Gambar Rangkaian (gambar gambar rangkaian seri untuk mengukur arus )

10 (gambar gambar rangkaian paralel untuk mengukur tegangan)

11 BAB 4. HASIL DAN ANALISIS DATA 4.1. Hasil Tabel hubungan jenis kawat dengan kuat arus yang melalui kawat tersebut Jenis Kawat Kuat Arus (Ampere) 14,09 x 10-3 Tembaga 14,3 x ,05 x 10-3 Rata-rata 13,48 x ,78 x 10-3 Besi 9,98 x ,92 x 10-3 Rata-rata 9,89 x Tabel hubungan panjang kawat dengan resistansi kawat Panjang Kawat Tegangan Kuat Arus (meter) (volt) (Ampere) 4,29 18,89 x ,05 3,3 10,15 x ,24 18,85 x 10-3 Rata-rata 3,943 16,076 x ,52 9,020 x ,1 1,77 17,67 x ,66 15,44 x 10-3 Rata-rata 1,963 14,043 x Tabel hubungan luas penampang kawat dengan resistansi kawat Luas Penampang Tegangan Kuat Arus (m 2 ) (volt) (Ampere) 1,43 x ,77 17,67 x ,52 9,020 x ,66 15,44 x 10-3 Rata-rata 1,963 14,043 x ,113 x ,2 5,54 x ,48 6,24 x 10-3

12 1,3 5,43 x 10-3 Rata-rata 1,327 5,736 x Analisis Data Hubungan panjang kawat dengan resistansi kawat Panjang Kawat (meter) Resistansi (ohm) 0,227 x ,05 0,325 x ,225 x 10 3 Rata-rata 0,259 x ,279 x ,1 0,100 x ,107 x 10 3 Rata-rata 0,162 x Hubungan luas penampang kawat dengan resistansi kawat Luas Penampang (m 2 ) Resistansi (ohm) 0,279 x ,43 x ,100 x ,107 x 10 3 Rata-rata 0,162 x ,216 x ,113 x ,237 x ,240 x 10 3 Rata-rata 0,231 x Besar resistansi semua logam tidak sama besar. Kita tahu bahwa massa jenis besi berbeda dengan massa jenis tembaga dimana massa jenis besi lebih besar daripada massa jenis tembaga. Dengan massa jenis besi yang

13 lebih besar daripada massa jenis tembaga maka resistansi kawat besi lebih besar dibanding resistansi tembaga 2. a. jenis kawat c. luas penampang kawat b. panjang jawat 3. R= ρ l A Dengan : R= hambatan kawat satuan ohm ( Ω ) ρ = hambatan jenis kawat satuan ohm meter ( Ω.m) l = panjang kawat satuan meter (m) A = luas penampang kawat satuan meter kuadrat (m 2 ) 4. Hubungan jenis kawat dengan resistansi kawat adalah berbanding lurus, yaitu semakin besar nilai hambat jenis tersebut maka semakin besar pula resistansi kawatnya 5. Hubungan panjang kawat dengan resistansi adalah berbanding lurus yaitu semakin besar panjang kawat maka akan semakin besar pula resistansi kawatnya 6. Hubungan antara luas penampang kawat dengan resistansi kawat adalah berbanding terbalik yaitu semakin besar luas penampang kawat kawat maka resistansi kawatnya akan semakin kecil 7. Berdasarkan gradient : R= 5,18 x 10 3 Ω 8. Berdasarkan gradient : R= 2,044 x Ω 9. Tidak. Karena resistivitas kawat hanya ditentukan oleh jenis/bahan kawat tersebut 10. Resistivitas kawat : hanya dipengaruhi oleh jenis/ bahan kawat. Jenis kawat menunjukkan tingkat kerapatan atom-atom penyusunnya, semakin rapat atom-atom tersebut maka resistansi akan semakin besar

14 Resistansi : dipengaruhi oleh jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat. Panjang dan luas penampang kawat dapat diumpamakan panjang dan lebar jalan yang akan dilalui elektron-elektron tersebut. Semakin panjang jalan maka jalan yang dilalui elektron semakin jauh sehingga arus semakin kecil sehingga resistansinya semakin besar sedangkan semakin lebar jalan maka ruang yang dilalui elektron semakin lebar dan luas sehingga arus semakin besar sehingga resistansinya semakin kecil 11. Berdasarkan hasil yang diperoleh resistivitas kawat sesuai dengan teori yang ada

15 BAB 5. PEMBAHASAN Pada suatu rangkaian, terdapat suatu kawat penghantar dimana kawat tersebut terdapat elektron-elektron yang bergerak secara acak ke sana ke mari dengan kecepatan yang cukup tinggi. Ketika kawat penghantar dihubungkan dengan suatu tegangan listrik, maka elektron-elektron tersebut akan bergerak di sekitar daerah dia berada. Tetapi saat kawat diberi medan listrik, elektron-elektron tersebut mulai mengalir serta bergerak secara acak. Pergerakan elektron-elektron ini akan menimbulkan muatan listrik dan saat melewati kawat penghantar akan bertumbukan dengan atom-atom penyusun kawat tersebut. Hal ini akan menimbulkan hambatan atau resisitansi yang juga akan mempengaruhi besar kuat arus listrik dalam rangkaian tersebut. Resistansi kawat dipengaruhi oleh jenis, panjang,dan luas penampang kawat terssebut.sehingga ada 3 hubungan yang akan diselidiki dalam praktikum ini, yaitu hubungan jenis kawat dengan arus, hubungan panjang kawat dengan resistansi, dan hubungan luas penampang kawat dengan resisitansi. 1. Hubungan jenis kawat dengan kuat arus yang melaluinya Percobaan pertama dilakukan untuk mengetahui hubungan antara jenis kawat dengan arus yang melaluinya. Kawat yang digunakan adalah kawat tembaga dan kawat besi. Besar hambat jenis/resistivitas besi adalah 9,71 x 10-8 Ω.m dan hambat jenis/resistivitas tembaga adalah 1,68 x 10-8 Ω.m. (ρ besi > ρ tembaga ). Berdasarkan data yang diperoleh kuat arus pada kawat besi lebih kecil dibandingkan kuat arus pada kawat tembaga. Sehingga diperoleh hubungan yang berbanding terbalik, yaitu semakin besar hambat jenis maka semakin kecil arus yang melewati kawat tersebut begitu pula sebaliknya. Hal ini dikarenakan jenis kawat dipengaruhi oleh massa jenis kawat yang menunjukkan tingkat kerapatan atom-atom

16 penyusunnya per satuan luas. Semakin rapat atom-atom suatu jenis kawat, maka arus yang melewatinya akan semakin sulit 2. Hubungan panjang kawat dengan resistansi kawat Percobaan kedua adalah percobaan untuk mengetahui hubungan panjang kawat dengan resistansi kawat dengan menggunakan 2 kawat tembaga yang memiliki panjang 0,05 m dan 0,1 m. Data hasil percobaan menunjukkan bahwa arus pada kawat dengan panjang 0,05 m lebih besar dibandingkan resistansi pada kawat dengan panjang 0,1 m. Namun pada perhitungan rata-rata resistansi, resistansi kawat dengan panjang 0,05 m lebih kecil dibandingkan resistansi kawat dengan panjang 0,1 m. Hal ini disebakan karena hasil pengukuran tegangan tidak seimbang. Seharusnya hasil pengukuran voltage dengan rangkaian yang sama konsisten karena nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar.kesalahan ini dapat terjadi akibat human error ataupun kesalahan paralaks. Dengan demikian pembanding data yang relevan adalah data pada pengukuran pertama, dimana tegangan dan arusnya sebanding. Berdasarkan data tersebut, resistansi panjang kawat 0,05 m lebih kecil dibandingkan dengan panjang kawat 0,1 m. Sehingga diperoleh hubungan yang berbanding lurus, yaitu semakin besar panjang kawat maka semakin besar pula resistansi pada kawat tersebut begitu pula sebaliknya. Panjang kawat menunjukkan panjang lintasan yang akan ditempuh oleh elektronelektron. Semakin panjang lintasan yang ditempuh elektron-elektron tersebut maka arus listrik akan semakin kecil dan resistansinya akan semakin besar Kawat panjang elektron kawat pendek

17 Gambar dia atas menunjukkan bahwa semakin panjang suatu kawat maka elektronelektron yang berjalan akan semakin melemah karena harus menempuh jalan yang lebih panjang 5.3. Hubungan luas penampang kawat dengan resistansi kawat Percobaan ketiga adalah percobaan untuk mengetahui hubungan luas penampang kawat dengan resistansi kawat dengan menggunakan 2 kawat tembaga yang memiliki diameter yang berbeda, yaitu 1,35 mm dan 0,38 mm sehingga luas penampangnya dapat ditentukan yaitu 1,43 x 10-8 m 2 dan 0,113 x 10-8 m 2 Berdasarkan data yang diperoleh, resistansi pada kawat dengan luas penampang 0,113 x 10-8 m 2. lebih besar dibandingkan resistansi pada kawat dengan luas 1,43 x 10-8 m 2 penampang Sehingga diperoleh hubungan yang berbanding terbalik, yaitu semakin besar luas penampang kawat maka resistansi pada kawat tersebut akan semakin kecil begitu pula sebaliknya. Luas penampang kawat dapat diumpakan sebagai lebar jalan yang dilalui oleh elektron-elektron. Semakin lebar jalan maka ruang yang dilalui elektron semakin lebar dan luas sehingga arus yang melaluinya akan lebih leluasa dan memiliki hambatan/resistansi yang kecil elektron Luas penampang lebih kecil Luas penampang lebih besar Gambar di atas menunjukkan bahwa dengan luas penampang kecil, elektron-elektron akan saling berdesak-desakan karena ruang gerak elektron lebih sempit sehingga akan semakin besar hambatannya sedangkan dengan luas penampang lebih besar maka

18 elektron-elektron tersebut memiliki cukup ruang untuk bergerak sehingga hambatannya lebih kecil Selain ketiga faktor di atas, yaitu jenis kawat, panjang kawat, dan luas penampang kawat, masih ada faktor lain yang juga mempengaruhi resistansi pada rangkaian listrik. Faktor lain tersebut adalah suhu. Semakin tinggi suhu suatu penghantar, maka semakin besar energi kinetik tiap partikel atom penyusun bahan penghantarnya. Hal ini berarti, pada saat terjadi tumbukan antara muatan-muatan listrik (arus listrik) dengan atomatom penyusun bahan, maka tumbukan tersebut akan berdampak lebih besar pada arus listrik. Sehingga arus listrik akan semakin terhambat pada suhu yang lebih tinggi.

19 BAB 6. PENUTUP 6.1. Kesimpulan Hubungan jenis kawat dengan arus yang melaluinya adalah berbanding terbalik, yaitu semakin besar hambat jenis kawat semakin kecil arus yang melaluinya begitu pula sebaliknya Hubungan panjang kawat dengan resistansi kawat adalah berbanding lurus, yaitu semakin besar panjang kawat maka semakin besar pula resistansinya begitu pula sebaliknya Hubungan luas penampang kawat dengan resistansi kawat adalah berbanding 6.2. Saran terbalik, yaitu semakin besar luas penampang kawat maka resistansi kawat akan semakin kecil begitu pula sebaliknya Sebaiknya alat dan bahan yang terdapat pada laboratorium fisika dasar lebih dilengkapkan lagi agar kegiatan praktikum dapat berjalan optimal

20 DAFTAR PUSTAKA Blocher, Richard Dasar Elektronika. Yogyakarta: ANDI. Cedkin, Cekmas Sistem Tenaga Listrik. Yogyakarta: ANDI. Gussow, Milton Dasar-dasar Teknik Listrik. Jakarta: Erlangga. Hayt, William Analisis Rangkaian Listrik Edisi 6 Jilid II. Jakarta: Erlangga. Priyambodo, Tri Kuntoro Fiska Dasar untuk Mahasiswa Ilmu Komputer dan Informatika. Yogyakarta: ANDI. Subekti, Agus Diktat Kuliah Elektronika Dasar. Jember : Universitas Jember. Tim Fisika Dasar Petunjuk Praktikum Fisika Dasar II. Jember : Universitas Jember. Azizah, Nurlela Resistansi. diakses pada tanggal 17 Januari 2005.

21 GRAFIK 1. Hubungan antara jenis kawat dengan kuat arus yang melalui kawat tersebut Kuat Arus (x 10-3) Kuat Arus 0 tembaga besi Resistivitas Kawat (x 10-8) 2. Hubungan antara panjang kawat dengan resistansi kawat Resistansi (x 103 ) Resistansi Panjang Kawat (meter)

22

23 3. Hubungan antara luas penampang kawat dengan resistansi kawat Resistansi (x 103 ) Resistansi Luas Penampang (x 10-8 m2)