HAMBATAN LISTRIK Aldi Nanda Armera , Atikah Julia Nefa b , Azhardi Bustami b , Muhammad Dzul Akbar b aIlmu
Tanah, Pertanian, Hari Rabu (shift 1) dan Jumat (shift 2), Universitas Andalas bLaboratorium
Fisika Dasar, Universitas Andalas
e-mail:
[email protected] Laboratorium Fisika Dasar Unand, Kampus Limau Manis, 25163
ABSTRAK Kata kunci : (maksimum
5 kata kunci)
I. PENDAHULUAN
Dalam rangkaian listrik terdapat istilah arus listrik, tegangan dan hambatan. Arus listrik merupakan muatan listrik yang bergerak dari tempat berpotensial tinggi ke tempat berpotensial rendah, melewati suatu penghantar listrik. Apabila suatu penghantar diberikan potensial yang berbeda di antara kedua ujungnya, maka dalam penghantar itu akan timbul arus listrik. Beda potensial yang ada diantara titik rangkaian listrik tersebut adalah tegangan. Hambatan atau resistansi berguna mengatur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian listrik. [1] Cara menghitung nilai resistor dengan 4 warna pada gelang 1 dan 2 menunjukkan koefisien nilai, untuk gelang 3 sebagai pengali ( multiplier ), ), dan gelang 4 sebagai ambang batas toleransi. Resistor dengan 5 warna pada gelang 1, 2, dan 3 menunjukkan koefisien nilai, gelang 4 sebagai pengali ( multiplier ), ), dan untuk gelang ke-5 sebagai ambang batas toleransi.
Tabel 1. Warna Resistor (Dari file JPEG)
Hukum ohm adalah suatu pernyataan besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang Hukum ohm diterapkan kepadanya. menggambarkan bagaimana arus, tegangan dan tahanan berhubungan. Secara matematis hukum ohm dirumuskan: V = I. R
(1)
Penghantar yang sifat hambatannya mengikuti hukum Ohm disebut penghantar Ohmik, sedangkan penghantar yang tidak mengikuti hukum Ohm disebut penghantar non Ohmik. [2] Rangkaian listrik terbagi menjadi dua rangkaian yaitu rangkain seri dan paralel. Rangkaian seri adalah rangkaian yang memiliki sebuah lintasan
arus tunggal diantara titik-titik dari elemen rangkaian yang di sambungkan.[2]
Vtot = V1 = V2 = V3
(5)
Pada kawat penghantar hambatan suatu kawat penghantar sebanding dengan panjang kawat penghantar, semakin panjang penghantar, semakin besar hambatannya. Sebanding dengan hambatan jenis kawat dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis : Gambar 1. Rangkaian Seri
Muatan yang melalui R 1 juga akan melewati R2 dan kemudian R 3. Artinya kuat arus listrik yang mengalir pada setiap hambatan adalah sama besar. Itot = I1 = I2 = I3 =…
(2)
Pada rangkaian seri, tegangan total V sama dengan jumlah semua tegangan dari masingmasing resistor. Vtot = V1 + V2 + V3 +…
(3)
=
ρxl A
(6)
Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hambatan jenis kawat berbeda-beda tergantung dari bahannya.[3] Tabel 2. Hambatan jenis masing-masing bahan penghantar (Dari file JPEG)
Jika n resistor yang besar hambatannya R1, R2, …, R n, dihubungkan seri maka dapat digantikan oleh sebuah resistor yang nilai hambatannya: Rs = R1 + R2 + … + Rn
(4)
Rangkaian paralel adalah rangkaian yang menyediakan sebuah lintasan alternatif diantara titik-titik dari elemen-elemen rangkaian yang disambungkan.
Rumus gradien dan intersep, digunakan dalam perhitungan guna memastikan tingkat ketelitian dari hasil perhitungan data yang ada. = + Gambar 2. Rangkaian Paralel
Pada rangkaian paralel, arus dari sumber terbagi menjadi beberapa cabang. Arus total I terbagi menjadi tiga cabang I 1, I 2, dan I3 sebagai arus yang melalui resisitor R 1, R2, dan R3. Ketika resistor terhubung paralel, masing-masing hambatan mengalami tegangan yang sama. [2]
=
n ∑ −∑ ∑ ∑ 2 −(∑ )2
= + ̅
(7) (8) (9)
II. METODE PENELITIAN 2.1 Alat dan Bahan
Alat dan praktikum
bahan yang digunakan dalam ini yaitu power supply yang
berfungsi sebagai sumber tegangan, multimeter untuk mengukur tegangan listrik, arus listrik, hambatan (resistansi) listrik, resistor sebagai pembagi arus dan tegangan, serta sebagai penghambat tegangan listrik. Papan rangkaian berfungsi sebagai alat untuk merangkai jembatan penghubung dengan penghubung alat listrik lainnya, kawat penghantar untuk menyambungkan sumber tegangan dengan beban sehingga bisa menghasilkan arus listrik dalam resistansi bahan, jumper sebagai penghubung antara rangkaian dengan power supply, dan jangka sorong yang berfungsi untuk mengukur diameter kawat penghantar yang digunakan. 2.2. Prosedur Percobaan 2.2.1 Resistansi Resistor
Sebuah resistor R dihubungkan ke sumber tegangan dan amperemeter kemudian diukur arus yang mengalir melalui resistor pada tegangan V yang berbeda-beda. Berdasarkan data yang telah didapatkan, dilakukan plot data hubungan V (sumbu y) dan I (sumbu x). Setelah dilakukan plot data kemudian dihitung gradien dan intersep dari data yang didapatkan, lalu dibuat garis hubungan antara V dan I . Ditentukan resistansi resistor yang digunakan berdasarkan perhitungan nilai gradien dan ditentukan nilai resistansi resistor berdasarkan warna resistor serta dibandingkan dengan hasil percobaan.
dilakukan pengukuran dibandingkan hasil perhitungan pada jawaban tugas pendahuluan. 2.2.4 Resistivitas Kawat
Diameter kawat penghantar diukur dan dihitung luas permukaan kawat. Kemudian dihubungkan kawat sepanjang L ke sumber tegangan dan amperemeter, dicatat kuat arus yang mengalir pada kawat pada tegangan V , langkah ini diulangi untuk tegangan V yang berbeda dan L yang sama serta dilakukan pengulangan langkah untuk dua buah panjang L yang berbeda dan dicatat hasil data yang didapat. Dari data yang telah didapatkan ditentukan gradien dengan mengambil hubungan antara V/I (sumbu y) dan L (sumbu x). Kemudian ditentukan resistivitas kawat berdasarkan gradien yang telah dihitung dan dibandingkan resistivitas kawat yang diukur dengan resistivitas kawat pada literatur. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Analisis Hasil Pengukuran
Percobaan pertama, mengukur arus listrik yang mengalir pada sebuah resistor dengan tegangan V yang berbeda-beda, kemudian diukur resistansi dari resistor tersebut. Berikut merupakan tabel hasil data pengukuran. Tabel 3. Hasil data pengukuran I
V
r2
IV
x
y
x2
xy
2.01
0.5
4.0401
1.005
Tiga resistor disusun secara seri dengan R1 = 50 Ω, R2 = 100 Ω dan R3 = 200 Ω. Kemudian rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan sebesar 3 V. Lalu diukur kuat arus pada masingmasing resistor dan beda tegangan V ab, V bc, V cd dan V ad. Setelah dilakukan pengukuran dibandingkan hasil perhitungan pada jawaban tugas pendahuluan.
3.46
0.8
11.9716
2.768
4.5
1
20.25
4.5
5.84
1.3
34.1056
7.592
7
1.5
49
10.5
8.56
1.8
73.2736
15.408
9.7
2
94.09
19.4
11.1
2.3
123.21
25.53
12.3
2.5
151.29
30.75
2.2.3 Rangkaian Paralel Resistor
14.65
3
214.6225
43.95
79.12
16.7
775.8534
160.398
2.2.2 Rangkaian Seri Resistor
Jumlah
Tiga resistor disusun secara pararel dengan R1 = 50 Ω, R2 = 100 Ω dan R3 = 200 Ω. Kemudian rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan sebesar 3 V. Lalu diukur kuat arus pada masingmasing resistor dan beda potensial V ab. Setelah
Dari data yang terdapat pada Tabel 3, dibuat grafik hubungan antara data hasil perhitungan dengan y. Grafik ini dibuat untuk membandingkan keakuratan data hasil
pengukuran dengan data yang sebenarnya. Diperoleh grafik sebagai berikut. 4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
Jumlah
x
y
x2
xy
0,5
0,007
0,25
0,0035
1
0,008
1
0,008
1,5
0,022
2,25
0,033
0,5
0,011
0,25
0,055
1
0,009
1
0,009
1,5
0,061
2,25
0,00915
0,5
0,012
0,25
0,006
1
0,010
1
0,010
1,5
0,018
2,25
0,027
9
0,158
10,5
0,193
Gambar 3. Grafik Hubungan antara V dan I
Berdasarkan grafik hubungan antara V dan I, terlihat bahwa semakin besar tegangan, maka semakin besar pula arus listrik yang mengalir pada resistor tersebut. Nilai resistansi resistor yang didapatkan pada saat pengukuran adalah 195,3 Ω, sedangkan nilai resistansi resistor berdasarkan pita warna adalah 190-210 Ω. Hal ini menunjukkan nilai resistansi resistor yang didapatkan sesuai dengan nilai resistansi resistor berdasarkan pita warna. Pada percobaan kedua, pengukuran pada rangkaian seri resistor di dapat I yang jaraknya nominalnya berjuhan. Ini dikarenakan terganggunya bagian resistor. Jua pada V, data menunjukan peningkatan di setiap resistor yang dimana bahwa semakin panjang medan arus listriknya atau hambatannya maka semakin kecil listrik yang dilaluinya. Pada percoban ketiga, pengukuran pada rangkaian paralel resistordi dapat hasil I 1 = 0,55 I2 = 0,28 dan I 3 = 0,14 dengan V ab= 2,94. Hasil yang didapat kurang akurat jika di bandigkan dengan hasil pada literatur. Pada percobaan keempat, mengukur resistivitas kawat dengan mengukur arus listrik berdasarkan panjang L dan V yang berbedabeda. Berikut merupakan tabel data hasil perhitungan. Tabel 4. Hasil Data Pengukuran L
V/I
L2
LV/I
Nilai resistivitas kawat yang didapatkan berdasarkan perhitungan yaitu 20,8 x 10 -7, sementara nilai resistivitas kawat pada literatur yaitu 4 x 10 -7. Terdapat perbedaan nilai sebesar 16,2 x 10-7 antara nilai berdasarkan literatur dan perhitungan. Perbedaan ini terjadi karena pengambilan data kuat arus yang kurang teliti. IV. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari hasil praktikum ini adalah nilai hambatan pada rangkaian seri lebih besar daripada rangkaian paralel. Hubungan antara tegangan dan kuat arus berbanding lurus, jika tegangan bertambah maka kuat arus akan berambah. Perbedaan panjang kawat dan tegangan maka akan memberikan nilai kuat arus yang berbeda. Dan hubungan antara voltmeter dan ampremeter pada rangkaian seri adalah memberikan kuat arus yang lebih besar daripada rangkaian paralel.
V. UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan terselesaikannya Jurnal Fisika ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada Allah SWT atas limpahan karunia dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan praktikum dan menyelesaikan jurnal ini. Terima kasih kepada Kepala Labor Fisika Dasar, Muhammad Dzul Akbar sebagai koordinator umum laboratorium
fisika dasar, Azhardi Bustami selaku koordinator alat, Dwi Puji Astuti sebagai koordinator jurusan, dan Atikah Julia Nefa selaku asisten pembimbing kelompok yang bersedia memberi bimbingan, arahan dan koreksinya selama penyusunan Jurnal Fisika. Terima kasih kepada kedua orang tua yang telah mendukung dalam mengerjakan Jurnal Fisika. Dan terakhir, terima kasih kepada Almarhumah Nurhasnil Fitri yang pernah dan akan tetap menjadi teman kami, baik dalam kelompok pengerjaan Jurnal Fisika maupun sahabat satu jurusan. DAFTAR PUSTAKA 1. Rusdianto, Eduard. 1999. Penerapan konsep dasar listrik dan elektronika . Yogyakarta: Kanisius
2.
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Edisi kelima jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga
3.
Tipler. 1996. Fisika untuk Sains dan Teknik edisi ketiga jilid 2. Jakarta : Erlanggga
