Laporan Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten
Disusun oleh : Wulandhari 24040110120034
JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG
APRIL, 2013
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 1
Laporan Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten
I.
Tujuan Percobaan 1.1 Menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan
potensial yang dipakai, 1.2 Mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu
filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui grafik, 1.3 Mencari besarnya temperature dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu
35 watt fuse 0.5 A dan 5 A, 1.4 Mencari nilai resistivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse
0.5 A dan 5 A, 1.5 Mencari energi terdisipasi yang dihasilkan dalam filament 1 dan filament 2 pada
lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A, 1.6 Mencari nilai konduktivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt
fuse 0.5 A dan 5 A.
II.
Dasar Teori 2.1 Arus
Arus melalui suatu daerah secara kuantitatif didefinisikan sebagai muatan netto yang mengalir melalui daerah tersebut persatuan waktu. Jadi jika muatan netto (dQ) mengalir melalui sebuah daerah dalam waktu (dt) maka persamaannya dapat dituliskan menjadi :
dimana
(2.1)
I
: arus
(ampere atau C/s )
dQ
: muatan yang mengalir
( C atau coulomb)
dt
: waktu
( s atau sekon)
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 2
Arus merupakan besaran vector dengan satuan arus adalah ampere karena menghormati ahli fisika Prancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus yang kecil biasanya dinyatakan dalam miliampere (Zemansky,1962). Arus di dalam suatu penghalang dapat dinyatakan dengan kecepatan muatan-muatan yang bergerak. Misalkan suatu penghantar dengan luas penampang (A) dimana partikel-partikel yang bermuatan positif bergerak dari kiri ke kanan. Misalkan ada n partikel persatuan volum, semua bergerak dengan kecepatan (v), dalam suatu selang waktu (dt), tiap-tiap partikel menempuh jalan (v dt). Jumlah pertikel yang melewati setiap bagian seperti yang diberi bayangan dalam gambar 2.1 sama dengan jumlah di dalam suatu suatu bagian penghantar yang panjangnya vdt dan volumnya vAdt. Jumlah ini ialah nvAdt, dan jika setiap partikel muatannya ialah e ,maka jumlah muatan yang melewati bagian itu ialah dq=n e v A dt
(2.2)
Gambar 2.1 Muatan positif mengalir (I) dalam luasan A Jadi arusnya adalah persamaan berikut :
Dimana
(2.3)
dq
: muatan yang mengalir
(C)
dt
: waktu
(s)
n
: jumlahpartikel
(partikel/m )
e
: muatanpartikel
(C/partikel)
v
: kecepatan
(m/s)
A
: luaspermukaan
(m )
3
2
Pada umumnya jika ada partikel-pertikel bermuatan yang berlainan, maka persamaannya menjadi sebagai berikut :
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
(2.4)
Page 3
Berdasarkan arah alirannya , arus dapat dibedakan menjadi 2 diantaranya sebagai berikut : a. arus konvensional b. arus elektron Gambar 2.2 menunjukan sebenarnya elektron negatiflah yang mengalir pada kawat. Ketika kawat pertama kali dihubungkan dengan beda potensial antara terminal-terminal baterai akan mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan paralel terhadapnya. Gambar 2.2 Rangkaian Listrik Sederhana
Dengan demikian elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke terminal positif, dan fasa satu ujung yang sama elektron meninggalkan terminal negatif baterai dan memasuki kawat diujung lain. Arah arus konvensional adalah aliran positif dimana mengalir dari positif ke negatif, arah arus negatif adalah yang mengalir dari negatif ke positif (Giancoli,1998).
2.2 Tegangan
Tegangan atau beda potensial adalah energi potensial elektrostatik per satuan muatan, satuan SI untuk potensial adalah joule persatuan coulomb (J/C), sehingga didapatkan persamaan 1 V = 1 J/C
(2.5)
V adalah volt, karena untuk menghormati seorang sarjana Italia yaitu Alesandro Volta (1745-1827) yang merupakan penemu voltaic pile (sel listrik yang pertama kalinya). Karena diukur dengan voltmeter, maka beda potensial disebut juga voltase atau tegangan (Tripler,1991). Jenis tegangan terbagi menjadi 2 yaitu teegangan yang menghantarkan arus searah (DC) dan tegangan yang menghantarkan arus bolak balik (AC).
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 4
2.3 Lampu Filament Tungsten
Lampu filamen tungsten akan menyala bila terdapat beda potensial (sebagai sumber tegangan contohnya baterai). Ketika lampu filamen tungsten dihubungkan dengan beda potensial maka muatan dari beda potensial akan mengalir melalui penghantar (kawat). Muatan tersebut adalah arus listrik yang berfungsi sebagai energi listrik. Karena arus yang dibawa dalam jumlah yang cukup besar maka akan banyak tumbukan antara elektron-elektron atom pada kawat. Pada setiap tumbukan sebagian energi elektron ditransfer ke atom lain melalui tumbukan. Tumbukan tersebut terjadi di sekitar ruangan dari filamen tungsten yang dibatasi oleh tabung kaca. Karena terjadi tumbukan secara terus menerus sebagai akibatnya energi kinetik atom bertambah dan dengan begitu suhu kawat filament tungsten akan bertambah. Energi panas yang bertambah dari kawat tersebut dapat dikonduksi dan konveksi ke udara sebagai kalor dan diradiasi sebagai cahaya sehingga lampu dapat menyala.Filamen tungsten tidak bisa putus atau meleleh akibat panas 0
0
≤3371,1 C karena titik leleh filamen tungsten sebesar 3371,1 C .
2.4 Resistivitas (ρ)
Resistivitas atau hambatan jenis adalah perbandingan medan listrik E yang dimiliki konduktor dan rapat arus listrik J . Secara matematis konduktansi dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :
dimana:
(2.6)
E : medan listrik
(V/m)
ρ : resistivitas atau hambatan jenis
( Ω.m)
J : rapat arus
( A/m )
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
2
Page 5
Berikut ini adalat table 2.1 yang menunjukan resistivitas bahan logam. Bahan
ρ ( Ω.m)
Aluminium
2.63 X 10
Tungsten
5.51 X 10
Tembaga
1.72 X 10
Perak
1.47 X 10
-
2.5 Konduktansi (k )
Konduktansi adalah besaran yang menyatakan kemampuan bahan untuk mengalirkan muatan, besarnya nilai konduktansi menunjukan bahwa suatu bahan mampu mengonduksikan arus dengan baik. Secara matematis konduktansi dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :
dimana :
(2.7) -1
k : konduktansi
( ʊ atau Ω atau siemens )
R : hambatan
( Ω atau ohm )
Simbol ʊ disebut mho sehingga dapat dituliskan dengan 1 ʊ = 1 S. S adalah satuan SI yang disebut dengan siemens.
2.6 Hubungan resistivitas ( ) dengan suhu absolut (T)
Untuk bahan konduktor, resistivitasnya berbanding lurus dengan suhu. Tetapi pada suhu mendekati titik nol absolut (0 K), resistivitas bahan konduktor juga mendekati nol. Hambatan jenis suatu bahan () adalah hambatan dari bahan 2
0
tersebut sepanjang 1 meter dengan luas penampang 1 m , Pada temperatur 20 C. Hambatan jenis biasa juga disebut hambatan spesifik. Koefisien suhu tahanan atau koefisien suhu hambatan adalah perubahan hambatan untuk setiap ohm hambatan dalam setiap derajat celcius. Pada kebanyakan bahan, hambatan akan naik apabila temperatur naik, dan hanya pada
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 6
beberapa macam bahan saja yang hambatannya menurun. Bahan – bahan yang di sebut belakangan ini , yang dikatakan mempunyai koefisien temperatur negatif. Berikut ini adalah hubungan resistivitas
dengan suhu absolut T
ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut :
{}
(2.8)
dimana :
: resistivitas pada suhu T
(Ω)
0
: resistivitas pada suhu referensi
(biasanya 20 C (Ω))
T 0
: suhu referensi
(K / C)
: koefisien suhu hambatan listrik
(1/ C)
0
0
0
Berikut ini adalah tabel 2.2 menunjukan koefisien suhu hambatan listrik (α) adalah sebagai berikut : Bahan
Koefisien Suhu (α) 1/ C
Aluminium
0.0046
Tungsten
0.0045
Tembaga
0.00393
Perak
0.0038
2.7 Konduktivitas dalam konduktor ( )
Konduktivitas adalah daya hantar listrik dari suatu bahan atau dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Konduktivitas disimbolkan dengan
atau yang disebut dengan sigma dan
-1
satuannya adalah ʊ.m . Secara matematis konduktivitas dalam konduktor dapat dituliskan sebagai berikut :
dimana :
:
konduktivitas
ρ : hambatan jenis
(2.9) -1
( ʊ.m ) ( Ω.m)
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 7
Berikut ini adalah table 2.3 yang menjelaskan mengenai data hambatan 0
jenis pada temperature ruang (20 C). -
Logam
Konduktivitas Listrik (ʊ.m )
Perak
6.8 x 10
Tembaga
6.0 x 10
Aluminium
3.8 x 10
Besi
1.0 x 10
Platinum
0.94 x 10
Tungsten
1.8 x 10
2.8 Hukum Ohm
Ketika kita menghubungkan sebuah lampu dengan suatu beda potensial listrik, berarti kita menghubungkan filamen kawat dalam bola lampu ke suatu beda potensial yang menyebabkan arus listrik mengalir pada kawat, seperti beda tekanan dalam pipa air yang menyebabkan air mengalir melalui pipa. Semua alat listrik termasuk lampu mempunyai hambatan listrik tertentu. Kawat-kawat listrik yang membawa listrik ke lampu-lampu dan peralatan listrik lainnya memiliki hambatan, walaupun biasanya sangat kecil. Resistor pada suatu rangkaian, terutama alat-alat elektronik biasanya digunakan untuk mengendalikan besar arus listrik yang mengalir. Pada tahun 1927, Georg Simon Ohm, ahli fisika berkebangsaan Jerman menentukan berdasarkan hasil eksperimennya bahwa arus listrik yang melalui suatu penghantar sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujungujung penghantar tersebut, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan matematik berikut:
dimana :
(2.10 )
I
: arus
(ampere)
V
: beda potensial
(volt)
R
: hambatan penghantar
(ohm)
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 8
Hasil eksperimental ini dikenal sebagai hukum ohm. Banyak fisikawan yang akan mengatakan bahwa ini bukan merupakan hukum, tetapi lebih berupa definisi hambatan atau deskripsi empirik dari sifat yang dimiliki bahan (konduktor logam) tertentu. Penghantar yang sifat hambatannya mengikuti hukum Ohm disebut penghantar Ohmik, sedangkan penghantar yang tidak mengikuti hukum Ohm disebut penghantar non Ohmik. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang tepat seharusnya amperemeter harus mempunyai hambatan dalam diabaikan sedangkan voltmeter memiliki hambatan dalam ideal (lab. fisika FMIPA UPI,2008).
2.9 Hubungan arus , tegangan , dan hambatan
Persamaan yang menyatakan hubungan antara arus dan tegangan pada percobaan ini tidak berlaku hukum ohm atau yang disebut sebagai hukum non ohmik. Berdasarkan ketidakberlakuannya percobaan ini pada hukum ohm maka hubungan arus dengan tegangan pada percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten dapat dinyatakan menjadi persamaan matematis
sebagai berikut:
(2.11)
dimana: I
: arus yang mengalir pada lampu filament tungsten ( A )
k
: konstanta hambatan dalam lampu
(ʊ )
V
: tegangan yang dipakai
(volt)
n
: konstanta lampu
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 9
Berikut ini adalah persamaan hubungan hambatan dengan suhu saat suhunya 273K adalah sebagi berikut :
dimana :
(2.12)
T
: suhu dalam filamen
(K)
: hambatan saat suhu 273 K
(ohm)
R
: hambatan pada filament
(ohm)
Persamaan 2.12 dapat ditulis menjadi bentuk yang lain, dimana pada persamaan ini menghubungkan hambtan dengan konduktansi, persamaan matematisnya adalah sebagai berikut :
dimana :
(2.13)
R
: hambatan dalam filament
(ohm)
: hambatan saat suhu 273 K
(ohm)
: konduktansi
(Ω )
k
-1
Berdasarkan persamaan 2.11 dapat dicari energi yang hilang atau energi terdisipasi dari rangkaian ini. Persamaan mencari energi terdisipasi adalah sebagai berikut :
(2.14)
dimana n adalah konstanta lampu seperti yang ditunjukan pada persamaan (2.11).
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 10
III.
Metode Pengambilan Data 3.1 Alat
Pada percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten alat dan bahan telah terangkai dan untuk pemasangan penghubungan antar alat dan bahan belum terangkai (merangkai sendiri sesuai dengan rangkaian). 1. Amperemeter
Alat untuk mengukur besarnya arus yang mengalir melalui lampu filamen tungsten. 2. Voltmeter
Alat untuk mengukur besarnya tegangan yang dipakai
lampu filamen
tungsten.
3.2 Bahan 1. Lampu filamen tungsten
a. Digunakan sebagai obyek yang akan dihitung arus yang melewatinya dan tegangan yang dipakai agar dapat menyala, b. Sebagai obyek yang akan dicari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten (k) melalui grafik. 2. Penghantar (kawat/kabel)
Digunakan sebagai penghantar arus pada rangkaian agar lampu filamen tungsten dapat menyala. 3. Sumber tegangan
Digunakan sebagai sumber energi listrik, dimana energi listrik ini akan diubah menjadi energi panas atau yang disebut sebagai energi terdisipasi dan energi cahaya. 4. Reostat
Digunakan
untuk
mengubah-ubah
nilai
hambatan
sehingga
dapat
mempengaruhi arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian.
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 11
3.3 Skema Rangkaian Percobaan
Keterangan : A
: amperemeter
V
: voltmeter
X
: lampu filamen tungsten
PQ
: hambatan geser atau reostat
Gambar 3.1 Skema Rangkaian Percobaan Arus & Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten
3.4 Gambar Peralatan Percobaan
Gambar 3.2 Gambar Peralatan Percobaan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten 1 Fuse 0.5A Lampu 35 Watt
Gambar 3.4
Gambar 3.3 Gambar Peralatan Percobaan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten 2 Fuse 0.5A Lampu 35 Watt
Gambar 3.5
Gambar Peralatan Percobaan Arus
Gambar Peralatan Percobaan Arus
dan Tegangan pada Filament Tungsten 1
dan Tegangan pada Filament Tungsten 1
Fuse 5A Lampu 35 Watt
Fuse 5A Lampu 35 Watt
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 12
Peralatan diatas antara lain sebagai berikut alat ukur arus atau yang dikenal dengan amperemeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten ini mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan dengan satuan ampere, untuk skala maksimum sebesar 5 A. Spesifikasi alatnya adalah Heles CR-45 Class 2.5 .Alat ukur tegangan atau yang dikenal dengan voltmeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten ini mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan dengan satuan volt, untuk skala maksimum sebesar 15V. Spesifikasi alatnya adalah Heles CR-45 Class 2.5 REG. 271.488.
3.5 Skema Kerja
Berikut ini adalah skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten Mulai
Voltmeter,amperemeter, lampu , penghantar, sumber tegangan, dan reostat
Rangkai sesuai skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten
Potensial dan arus pada alat ukur Analisis data dan tarik kesim ulan
Selesai Gambar 3.6 Skema Percobaan Arus dan Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 13
3.6 Diagram Fisis
Saat diberi sumber tegangan maka akan terjadi pergerakan muatan (aliran arus listrik) yang mengalir ke rangkaian
muatan yang bergerak tersebut mengalir melalui penghantar dalam jumlah besar mengakibatkan terjadi banyak tumbukan dalam penghantar
tumbukan yang terjadi mengakibatkan adanya transfer energi dari muatan yang menumbuk ke muatan yang ditumbuk
tumbukan yang terus menerus mengakibatkan energi kinetik atom dalam penghantar semakin meningkat, meningkatnya energi kinetik menyebabkan terjadinya peningkatan pada suhu penghantar
tumbukan muatan tidak hanya terjadi pada penghantar tetapi juga terjadi pada filamen lampu tungsten yang bila terjadi tumbukan secara terus menerus mengakibatkan terjadinya pelepasan muatan filamen tungsten
pelepasan muatan tersebut mengakibatkan muatan yang dilepaskan akan menumbuk muatan muatan dari atom gas pengisi lampu filamen tungsten
tumbukan tersebut akan menyebabkan pelepasan energi dengan panjang gelombang tertentu sehingga yang akan terlihat kasat mata adalah berupa cahaya dengan panjang gelombang tertentu Gambar 3.7 Diagram fisis percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 14
IV.
Pengolahan Data 4.1 Data Percobaan
Percobaan ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Lampu 35 Watt Fuse 0.5 A Jenis Filamen Filamen 1 Filamen 2 V (volt) I(A) V (volt) I(A)
Lampu 35 Watt Fuse 5 A Jenis Filamen Filamen 1 Filamen 2 V (volt) I(A) V (volt) I(A) 1.00 2.50 1.30 2.50
2.50
1.90
2.50
1.90
3.00
2.00
3.00
2.10
3.00
1.50
3.00
1.10
3.50
2.20
3.50
2.20
3.50
1.60
3.50
1.20
4.00
2.40
4.00
2.40
4.00
1.80
4.00
1.30
4.50
2.50
4.50
2.50
4.50
1.90
4.50
1.40
5.00
2.60
5.00
2.60
5.00
2.00
5.00
1.50
5.50
2.80
5.50
2.80
5.50
2.10
5.50
1.60
6.00
2.90
6.00
2.90
6.00
2.20
6.00
1.70
6.50
3.00
6.50
3.00
6.50
2.30
6.50
1.80
7.00
3.10
7.00
3.10
7.00
2.40
7.00
1.90
7.50
3.20
7.50
3.20
7.50
2.50
7.50
2.00
8.00
3.40
8.00
3.40
8.00
2.60
8.00
2.10
8.50
3.40
8.50
3.40
8.50
2.70
8.50
2.20
8.60 ……
3.40 …..
8.60 ……
3.40 …..
9.00
2.80
9.00
2.30
9.50
2.80
9.5
2.40
……
…..
……
…..
10.0
2.90
10.0
2.50
……
…..
……
…..
2.60
…..
……
…..
2.90 …..
10.5
……
10.5 ……
11.0
2.60
Tabel 4.1 Data Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Filamen Tungsten
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 15
4.2 Pengolahan Data Percobaan
Percobaan ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Lampu 1 35 Watt fuse 0.5 A Jenis Filamen Filamen 2 I(A) ln I V (volt) ln V
Lampu 2 35 Watt fuse 5 A Jenis Filamen
V (volt)
Filamen 1 ln V
2.50
0.92
1.90
0.64
2.50
0.92
1.90
0.64
2.50
0.92
1.30
0.26
2.50
Filamen 2 ln V I(A) 0.92 1.00
3.00
1.10
2.00
0.69
3.00
1.10
2.10
0.74
3.00
1.10
1.50
0.41
3.00
1.10
1.10
0.10
3.50
1.25
2.20
0.79
3.50
1.25
2.20
0.79
3.50
1.25
1.60
0.47
3.50
1.25
1.20
0.18
4.00
1.39
2.40
0.88
4.00
1.39
2.40
0.88
4.00
1.39
1.80
0.59
4.00
1.39
1.30
0.26
4.50
1.50
2.50
0.92
4.50
1.50
2.50
0.92
4.50
1.50
1.90
0.64
4.50
1.50
1.40
0.34
5.00
1.61
2.60
0.96
5.00
1.61
2.60
0.96
5.00
1.61
2.00
0.69
5.00
1.61
1.50
0.41
5.50
1.70
2.80
1.03
5.50
1.70
2.80
1.03
5.50
1.70
2.10
0.74
5.50
1.70
1.60
0.47
6.00
1.79
2.90
1.06
6.00
1.79
2.90
1.06
6.00
1.79
2.20
0.79
6.00
1.79
1.70
0.53
6.50
1.87
3.00
1.10
6.50
1.87
3.00
1.10
6.50
1.87
2.30
0.83
6.50
1.87
1.80
0.59
7.00
1.95
3.10
1.13
7.00
1.95
3.10
1.13
7.00
1.95
2.40
0.88
7.00
1.95
1.90
0.64
7.50
2.01
3.20
1.16
7.50
2.01
3.20
1.16
7.50
2.01
2.50
0.92
7.50
2.01
2.00
0.69
8.00
2.08
3.40
1.22
8.00
2.08
3.40
1.22
8.00
2.08
2.60
0.96
8.00
2.08
2.10
0.74
8.50
2.14
3.40
1.22
8.50
2.14
3.40
1.22
8.50
2.14
2.70
0.99
8.50
2.14
2.20
0.79
8.60
2.15
3.40
1.22
8.60
2.15
3.40
1.22
9.00
2.20
2.80
1.03
9.00
2.20
2.30
0.83
…… …… …… ……
…… …… …… ……
….. ….. ….. …..
….. ….. ….. …..
…… …… …… ……
…… …… …… ……
….. ….. ….. …..
….. ….. ….. …..
I(A)
ln I
V (volt)
Filamen 1 ln V I(A)
ln I
V (volt)
ln I 0.00
9.50
2.25
2.80
1.03
9.5
2.25
2.40
0.88
10.0
2.30
2.90
1.06
10.0
2.30
2.50
0.92
10.5
2.35
2.90
1.06
10.5
2.35
2.60
0.96
……
……
…..
…..
11.0
2.40
2.60
0.96
Tabel 4.2 Pengolahan Data Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 16
4.3 Hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A dengan potensial yang dipakai a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1 4 3.5 3 ) 2.5 e r e p 2 m a ( I 1.5
1 0.5 0 2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5 8.6
V (volt)
Gambar 4.1 Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai
10 9 8 7 6 ) t l o v ( V
5 4 3 2 1 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
I (ampere)
Gambar 4.2 Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 17
filament 2 4 3.5 3 ) 2.5 e r p m 2 a ( I 1.5
1 0.5 0 2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5 8.6
V (volt)
Gambar 4.3 Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai
9 8 7 6 ) t 5 l o v ( V4
3 2 1 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
I (ampere)
Gambar 4.4 Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 18
b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1 3.50 3.00 2.50 ) e r 2.00 e p m a 1.50 ( I
1.00 0.50 0.00
V (volt)
Gambar 4.5 Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai
12.00 10.00 8.00 ) t l o v ( V
6.00 4.00 2.00 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
I (ampere)
Gambar 4.6 Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 19
filament 2 3.00 2.50 2.00
) e r e p 1.50 m a ( I
1.00 0.50 0.00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 5 . 0 . 9 0 0 1 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 1 1 1
V (volt)
Gambar 4.7 Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai
12.00 10.00 8.00 ) t l o v (
6.00
V
4.00 2.00 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
I (ampere)
Gambar 4.8 Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 20
4.4 Nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi (k) melalui grafik a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1 1.4 1.2
slope maksimum y = 0.37x R² = 0.94
1
I n L
0.8
slope minimum y = 0.31x + 0.50 R² = 0.85
slope terbaik y = 0.44x - 0.12 R² = 0.96
0.6 0.4 0.2 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ln V
konstanta dari lampu (n)
n = 0.44
(slope terbaik)
| | konstanta
hambatan
dalam
lampu
filament
tungsten
atau
konduktansi (k)
(slope terbaik) (slope maksimum) (slope minimum) | | | |
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 21
filament 2 1.6 1.4
skala terbaik y = 0.48x + 0.20 R² = 0.99
1.2 1 I n 0.8 L
slope maksimum y = 0.59x - 0.40 R² = 0.95
slope minimum y = 0.28x + 0.55 R² = 0.82
0.6 0.4 0.2 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Ln V
konstanta dari lampu (n)
n = 0.48
(slope terbaik)
| | konstanta
hambatan
dalam
lampu
filament
tungsten
atau
konduktansi (k)
(slope terbaik) (slope maksimum) (slope minimum) | | | |
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 22
b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1 1.20 slope terbaik y = 0.56x - 0.21 R² = 0.99
1.00 0.80
slope maksimum y = 0.44x R² = 0.95
I n 0.60 l
slope minimum y = 0..37x + 0.15 R² = 0.87
0.40 0.20 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
ln V
konstanta dari lampu (n)
n = 0.56
(slope terbaik)
| | konstanta
hambatan
dalam
lampu
filament
tungsten
atau
konduktansi (k)
(slope terbaik) (slope minimum) (slope maksimum) | | | |
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 23
filament 2
1.20 slope maksimum y = 0.68x - 0.67 R² = 0.99
1.00 0.80 slope terbaik y = 0.80x - 0.90 R² = 0.96
0.60 I n l
slope minimum y = 0.49x - 0..30 R² = 0.91
0.40 0.20 0.00 -0.20
0.00
0.50
1.00
-0.40
1.50
2.00
2.50
3.00
ln V
konstanta dari lampu (n)
n = 0.80
(slope terbaik)
| | konstanta
hambatan
dalam
lampu
filament
tungsten
atau
konduktansi (k)
(slope terbaik) (slope minimum) (slope maksimum) | | | |
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 24
4.5 Temperature dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1
()
filament 2
() b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1
()
filament 2
() Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 25
4.6 Nilai resistivitas filament pada percobaan lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A
Karena filament terbuat dari bahan tungsten maka diperlukan data-data sebagai berikut :
a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1
{ } {}
filament 2
{ } {} b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1
{ } {}
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 26
filament 2
{ } {} 4.7 Energi terdisipasi yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1
filament 2
b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1
filament 2
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 27
4.8 Konduktivitas dalam konduktor yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A a. lampu 35 watt fuse 0.5 A
filament 1
filament 2
b. lampu 35 watt fuse 5 A
filament 1
filament 2
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 28
V.
Pembahasan
Pada percobaan yang berjudul arus dan tegangan lampu filament tungsten yang bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai, mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui grafik, mencari besarnya temperature, nilai resistivitas, energi terdisipasi, dan
nilai
konduktivitas dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A. Penghantar terdiri dari atom-atom, atom dari penghantar terdiri dari muatan negative (electron) yang mengelilingi inti atom, dan inti atom yang terdiri dari muatan positif dan muatan neutron. Sebelum diberi adanya beda potensial atau sumber tegangan muatan-muatan dari penghantar dalam keadaan stabil, pemberian sumber tegangan (beda potensial) mengakibatkan pergerakan muatan karena muatan positif yang ada dalam atom akan bergerak menuju kutup yang negative dan muatan negative yang ada dalam atom akan menuju kutub positif. Pergerakan muatan ini akan tidak teratur dan saling menumbuk satu sama lain. Tumbukan dari muatan satu ke muatan yang lain menyebabkan adanya transfer energi, dimana semakin banyak tumbukan maka energi kinetik total muatan dalam penghantar akan semakin besar. Besarnya energi kinetik menyebabkan kenaikan temperature pada penghantar semakin naik peristiwa tersebut adalah pemanasan filament. Pemanasan filament tidak akan putus selama kenaikan temperature pada filament tidak 0
melebihi titik leleh bahan tungsten tersebut yaitu 3371,1 C. Karena peristiwa tumbukan dari muatan ke atom lain yang stabil maka energi dari muatan tersebut akan ditransfer ke atom lain yang stabil sehingga menyebabkan atom yang stabil menjadi kelebihan energi dan menjadi tidak stabil, atom yang tidak stabil akibat mendapat energi dari muatan lain kemudian menggunakan energinya untuk bereksitasi yaitu berpindahnya muatan negative (dari atom) ke tingkat yang lebih tinggi untuk menstabilkannya. Namun demikian pada keadaan muatan negative tereksitasi, atom tetap mengalami keadaan yang kurang stabil, keadaan tersebut menjadikan muatan negative dari atom yang tereksitasi, berpindah lagi ke tingkat yang lebih rendah disertai dengan pelepasan foton dengan energi tertentu Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 29
(dieksitasi) dimana yang dapat kita lihat dengan timbulnya warna kemerah-merahan pada filament. Pelepasan foton dengan energi tertentu ini dari ikatan atom pada filament akan menumbuk atom pengisi lampu, tumbukan ini akan mengakibatkan proses eksitasi dan dieksitasi kembali dan menghasilkan foton dengan panjang gelombang gelombang tertentu yang dapat kita lihat dengan timbulnya nyalanya lampu. Pada percobaan ini pengambilan data tegangan dan arus tergantung pada rangkaiannya, data yang diambil bila dilihat dari rangkaiannya terdapat kesalahan pada voltmeter karena beda potensial yang terukur adalah jumlah beda potensial dari lampu dan amperemeter. Oleh sebab itu data yang diperoleh dalam percobaan masih terdapat kesalahan. Bila menginginkan data yang benar maka saat mengukur arus dan beda potensialnya harus dilakukan sendiri-sendiri. Pada percobaan ini hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai menghasilkan grafik analisa yang tidak dimulai dari sumbu XY (0,0), grafik ini menunjukan bahwa terdapat faktor lain yaitu karena adanya faktor konstanta hambatan dalam lampu atau yang disebut konduktansi. Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat setiap kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 8.0 volt , 8.5 volt dan seterusnya nilai arus yang dihasilkan sebesar 3.4 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus akan konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan memiliki nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan mengalami nilai arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Dari grafik yang dihasilkan oleh lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menunjukan bahwa filament ini tidak berlaku hukum ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai tegangan maka akan meningkatkan nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa nilai arus yang konstan setelah mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 30
inimenunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 berlaku hukum non-ohmik . Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 dan menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat setiap kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 10.0 volt , 10.5 volt dan seterusnya nilai arus yang dihasilkan sebesar 2.9 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus akan konstan setelah tegangan mencapai ≥10 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan memiliki nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan mengalami nilai arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥10.0 volt. Dari grafik yang dihasilkan oleh lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 menunjukan bahwa filament ini tidak berlaku hukum ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai tegangan maka akan meningkatkan nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa nilai arus yang konstan setelah mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan ini menunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 berlaku hukum non-ohmik . Namun pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 menghasilkan grafik yang linier dengan kondisi semakin meningkat tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus meningkat. Filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A berlaku hukum ohm, jadi pada percobaan ini menunjukan bahwa
pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 berlaku
hukum ohm. Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk peningkatan secara eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku hukum ohm ( hukum non-ohmik ). Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan (n) pada hukum ohm n≠1. Dari grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan ini disebut komponen non-ohmik . Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 31
menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan berbentuk peningkatan secara eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku hukum non-ohmik . Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan (n) pada hukum ohm n≠1. Dari grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan ini disebut komponen nonohmik . Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk linier dimana semakin meningkat nilai tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus meningkat. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini berlaku hukum ohm . Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi) , temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan konduktivita sebagai berikut : a. Lampu 35 watt fuse 0.5 A
Filament 2 → Filament
1
→
b. Lampu 35 watt fuse 5 A
dan Filament 2 → dan Filament 1 →
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 32
Berdasarkan hasil pengolahan data diatas dapat diidentifikasi filament yang paling baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik, berikut ini analisisnya :
berdasarkan nilai k (konduktansinya) filament yang paling baik menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A,
berdasarkan
nilai
resistivitas dari
filament,
filament
yang
paling
baik
menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A,
berdasarkan nilai konduktivitas dari filament, filament yang paling baik menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 5 A dan fuse 0.5A dan filament yang paling buruk
menghantarkan arus adalah filament 2 pada
lampu 35 watt fuse 5 A, Dari analisis diatas terdapat anomali berdasarkan nilai k, untuk nilai resistivitas dan nilai konduktivitas mempunyai kesimpulan yang sama. Namun berdasarkan nilai k dengan nilai resistivitas dan konduktivitas mempunyai kesimpulan yang berbeda dalam menentukan jenis filament yang paling baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya faktor kesalahan pada perhitungan dan kesalahan pada nilai tegangan yang terukur pada voltmeter sebab beda potensial yang terukur adalah jumlah beda potensial dari lampu dan amperemeter. Dari hasil perhitungan temperature dapat menunjukan bahwa filament 1 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A mempunyai temperature paling kecil karena filament 1 tidak mudah cepat panas. Pada dasarnya dalam percobaan ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi cahaya dan energi panas. Energi panas ini yang disebut dengan energi terdisipasi. Energi terdisipasi yang paling besar adalah pada lampu 35 watt fuse 0.5 A. Hal ini menunjukan pada lampu 35 watt fuse 0.5 A paling redup bila dibandingkan dengan filament lain pada kondisi yang sama.
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 33
VI.
Penutup 6.1 Kesimpulan
Kesimpulan dari percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten adalah : a. Pada percobaan ini hasil grafik hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial mempunyai faktor konstanta hambatan dalam lampu dan tidak berlaku hukum ohm atau berlaku hukum non-ohmik . b. Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi), temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan konduktivita sebagai berikut : Lampu 35 watt fuse 0.5 A
Filament 2 → Filament
1
→
Lampu 35 watt fuse 5 A
dan Filament 2 → dan Filament 1 →
6.2 Saran
Sebelum percobaan ini dilakukan diharapkan mengerti tujuan dari praktikum yang akan dilakukan.
Laporan Arus dan Tegangan pada Filament Tungsten
Page 34
