PRAKTIKUM FISIKA - LISTRIK PERCOBAAN L1 – RANGKAIAN LISTRIK SEDERHANA
I.
MAKSUD
1.
Mempelajari hukum Ohm dan Kirchoff pada rangkaian listrik sederhana
2.
Mampu merangkai rangkaian listrik sederhana
3.
Mampu mengukur tegangan dan arus setiap komponen pada rangkaian listrik
4.
Memahami hubungan seri dan paralel resistor
5.
Memahami hubungan seri dan paralel sumber tegangan
II.
ALAT –ALAT
1.
Baterai ukuran D – 2 buah
2.
Sakelar SPST – 1 buah
3.
Lampu 2,5 V, 0,5 A – 1 buah
4.
Multimeter digital – 2 buah
5.
Pemegang lampu – 1 buah
6.
Jepit buaya bersoket – 2 buah
7.
Pemegang Baterai – 2 buah
8.
Kabel penghubung – 9 buah
9.
Resistor 50 Ω 5W – 1 buah
10.
Resistor 100 Ω 5W – 1 buah
11.
Resistor 500 Ω 5 W – 1 buah
III.
TEORI Rangkaian listrik adalah hubungan antara elemen-elemen listrik seperti
resistor, induktor, kapasitor, sumber tegangan, sumber arus, dioda dll, dimana minimal terdapat satu arus loop yang mengalir. I V
R
Gambar 1
Susunan komponen-komponen listrik dapat disusun dengan berbagai macam cara, dua cara hubungan komponen listrik atau rangkaian listrik yang paling dasar adalah seri dan paralel. R1
I V
I R1
R2
V
R3
R2
R3
Gambar 2
Untuk rangkaian seri, Resistansi Total (
) rangkaian tersebut dirumuskan
sebagai berikut :
sedangkan pada rangkaian resistor parallel , di rumuskan sebagai berikut :
Dalam setiap rangkaian listrik berlaku hukum Ohm dan Hukum Kirchoff.
Hukum OHM Hukum Ohm menyatakan bahwa : tegangan(v) pada material-material pengahantar adalah berbanding lurus terhadap arus(i) yang mengalir melalui material tersebut. Secara matematika ditulis sebagai berikut:
+
v
-
R
i
Vs Gambar 3
Gambar 3 menunjukan penerapan Hukum Ohm pada rangkaian sederhana, dimana konstanta proporsionalitas atau kesebandingan R disebut sebagai resistansi. Satuan resistansi adalah Ohm, yaitu 1 Volt/Ampere, atau yang biasa disingkat menggunakan huruf besar omega, Ω. Hukum Kirchoff Arus Hukum ini juga disebut hukum pertama Kirchhoff, aturan Kirchhoff titik, persimpangan aturan Kirchhoff (atau nodal aturan), dan aturan pertama Kirchhoff. Prinsip inimenyatakan bahwa: Pada setiap node (persimpangan) dalam sebuah sirkuit listrik , jumlah arus mengalir ke node yang sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari simpul tersebut. atau Jumlah aljabar arus dalam jaringan konduktor bertemu di sebuah titik adalah nol.
R1
DC
I4
I1
I3
I2
R2
R3
Gambar 4
Dari gambar 4 dapat kita tuliskan persamaan hukum Kirchoff Arus pada sebuah node sebagai berikut:
∑
Hukum Kirchoff Tegangan Hukum ini juga disebut hukum kedua Kirchhoff, loop Kirchhoff (atau mesh) aturan, atau aturan kedua Kirchhoff. Prinsip ini menyatakan bahwa : Jumlah perbedaan potensial (tegangan) sekitar setiap sirkuit tertutup adalah nol. +
+
Vs
V2
-
Loop 1
+
V3
-
-
-
V4
+
Gambar 5
Dari gambar 5 dapat kita tuliskan persamaan Hukum Kirchoff pada rangkaian listrik sederhana tersebut sebagai berikut:
∑ Untuk mengetahui berapa besarnya arus dan tegangan pada suatu komponen listrik dalam suatu rangkaian listrik digunakan alat ukur yaitu Ampermeter dan Voltmeter. Pengukuraan Arus Untuk mengukur arus yang melalui sebuah komponen , misalnya resistor , maka Ampermeter disisipkan ke dalam rangkaian, dihubungkan secara seri dengan komponen yang akan diukur. A
komponen
Gambar 6
Pengukuran Tegangan Untuk mengukur tegangan antara dua titik pada sebuah rangkaian atau komponen , maka Voltmeter dihubungkan secara paralel dengan rangkaian atau komponen yang diukur tegangannya v komponen
Gambar 7
IV.
PROSEDUR PENGAMATAN
A.
Rangkaian Resistor Seri dan Paralel 1.
Catat keadaan ruang sebelum percobaan!
2.
Rangkailah rangkaian (a) seperti gambar berikut(pastikan sakelar dalam keadaan terbuka) R1=50Ω R2=50Ω R2=50Ω R1=50Ω
R3=100Ω R3=100Ω
Gambar Rangkaian Seri (a)
3.
Gambar Rangkaian Seri (b)
Tutuplah sakelar, kemudian ukur tegangan dan arus di setiap komponen(R1, R2, R3 dan Baterai)! Lakukan pengamatan berulang sebanyak 3 kali serta catatlah pada tabel.
4.
Ulangi langkah-langkah 2-3 untuk rangkaian seri (b).
5.
Ulangi langkah 2-3 untuk rangkaian paralel (a) dan (b). R1=50Ω R1=50Ω R2=100Ω R2=100Ω
R3=500Ω
Gambar Rangkaian Paralel (a)
B.
R3=500Ω
Gambar Rangkaian Paralel (b)
Sumber Tegangan Seri dan paralel 1.
Susunlah rangkaian seperti gambar berikut, pastikan sakelar dalam keadaan terbuka. A v
Gambar Rangkaian satu baterai 2.
Baca tegangan (E) pada rangkaian saat sakelar terbuka
3.
Tutup sakelar, dan catat tegangan (V)
4.
Catat arus (I) yang mengalir pada rangkaian.
5.
Ulangi langkah 1-4 untuk dengan sumber tegangan yang telah dirangkai seperti gambar berikut: A
A
v
v
Gbr. Rangkaian Dua baterai Seri (a)
Gbr. Rangkaian Dua baterai Seri (b)
A
A v
v Gbr. Rangkaian Dua Baterai Paralel (a)
C.
Gbr. Rangkaian Dua Baterai paralel (b)
Hukum Kirchoff arus dan Hukum Tegangan 1. Rangkailah rangkaian seperti gambar berikut!
2. Ukurlah arus Is, I1, I2, I3, dan I4 sebanyak 3 kali dengan menggunakan Amperemeter! Sesuaikan polaritas Amperemeter dengan arah arus gambar! 3. Ukurlah tegangan Vs, V1, V2, V3, dan V4 sebanyak 3 kali! Sesuaikan polaritas Voltmeter dengan arah arus gambar! 4. Catat hasil pengamatan pada tabel 3! 5. Lakukan langkah 1 hingga 3 untuk rangkaian pada gambar (b) (pengukuran dilakukan hanya untuk V3 dan I3 saja!)
V.
DATA PENGAMATAN Data Ruang Awal Tekanan (mmHg) Temperatur (oC) Kelembapan (%)
A.
Akhir
(7,000 ± 0,005).10 (2,60 ± 0,10).10 (8,50 ± 0,05).10
2
(7,000 ± 0,005).102 (2,60 ± 0,10).10 (1,000± 0,005).10
Rangkaian Resistor Seri dan Paralel
Susunan Resistor Seri a
Baterai 2,65 2,65 2,65
Tegangan (Volt) R1 R2 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65
R3 1,29 1,29 1,29
Baterai 13,2 13.2 13,2
Arus (mA) I1 I2 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3 13,3
R3 13,3 13,3 13,3
Seri b
2,63 2,63 2,63
0,64 0,64 0,64
0,65 0,65 0,65
1,29 1,29 1,31
13,0 12,5 13,0
13,3 13,3 13,3
13,3 13,3 13,3
13,3 13,3 13,3
Paralel a
2,55 2,54 2,54
2,22 2,29 2,29
2,29 2,29 2,29
2,20 2,20 2,20
79,7 79,7 79,7
52,5 52,5 52,5
25,6 25,6 25,6
5,3 5,3 5,3
Paralel b
2,43 2,44 2,44
2,22 2,22 2,22
2,22 2,23 2,24
2,22 2,22 2,24
75,2 75,2 75,2
44,4 44,2 44,6
23,1 23,2 23,1
4,65 4,65 4,65
B.
Sumber Tegangan Seri dan Paralel GGL/E (Volt) 1,34 1,34 1,34
V (Volt) 0,76 0,76 0,76
I (mA) 0,29 0,29 0,29
Dua baterai seri a
2,70 2,70 2,70
1,79 1,79 1,79
0,42 0,42 0,42
Dua baterai seri b
0 0 0
0 0 0
0 0 0
Susunan Baterai
Satu Baterai
C. Susunan Resistor Rangkaian a
Rangkaian b
Dua baterai paralel a
1,33 1,33 1,33
0,80 0,79 0,80
0,34 0,33 0,34
Dua baterai paralel b
0 0 0
0 0 0
0 0 0
Hukum Kirchoff arus dan Hukum Tegangan Vs 2,51 2,51 2,51
Tegangan (Volt) V1 V2 V3 1,32 1,16 -1,20 1,32 1,16 -1,20 1,32 1,13 -1,20
V4 -2,48 -2,48 -2,48
2,51 2,51 2,51
1,32 1,32 1,32
-2,48 -2,48 -2,48
1,16 1,16 1,13
1,20 1,20 1,20
Is 72,8 72,8 72,8
Arus (Ampere) I1 I2 I3 12,4 12,3 20,3 12,4 12,3 20,0 12,3 12,3 20,7
I4 44,5 44,7 45,8
72,8 72,8 72,8
12,4 12,4 12,3
44,5 44,7 45,8
12,3 12,3 12,3
-22,7 -22.7 -22.6
VI.
PENGOLAHAN DATA
A.
Rangkaian Resistor Seri dan Paralel Satu Baterai – (Seri a untuk Baterai) ∑
̅ ̅ ̅
√
̅
√
∑
∑
∑ ̅ ̅ ̅
√
̅
√
∑
∑
̅ ̅
|
̅
| | ̅|
| ̅
̅ | | ̅
| | | ̅| ̅
|
|
| | |
0
|̅
| | |̅ |
| | |
V rata-rata R1 R2 0,65 0,65 0,64 0,65 2,29 2,29 2,22 2,23
Seri a Seri b Paralel a Paralel b
Rs 2,65 2,63 2,54 2,3467
R3 1,29 1,29 2,2 2,227
Seri a Seri b Paralel a Paralel b
Delta V rata-rata Rs R1 R2 R3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0115 0 0,02 0,023
Rs 13,2 13 79,7 75,2
I rata-rata R1 R2 13,3 13,3 13,3 13,3 52,5 25,6 44,4 23,1
Rs 0 0 0 0
Delta I rata-rata R1 R2 0 0 0 0 0 0 0,2 0
Seri a Seri b Paralel a Paralel b
R (ohm) 194,74 193,98 27,02 30,82
R3 13,3 13,3 5,3 4,65
R3 0 0 0 0
Rs 0,2008 0,2023 0,9407 0,0324
R tiap resistor (103) R1 R2 0,0489 0,0489 0,0481 0,0489 0,9124 0,9542 0,05 0,0965
R3 0,0970 0,0970 0,9607 0,4789
Delta R tiap resistor Rs R1 R2 R3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0236 100 0,7496 24,6657
B.
Sumber Tegangan Seri dan Paralel Satu Baterai ∑
̅ ̅ ̅
√
̅
√
∑
∑
∑
∑
∑
̅ ̅ ̅
√
̅
√
∑ ̅ ̅
̅
̅
√
̅
√
∑
∑
̅
̅ ̅
| ̅ | | ̅| | | | ̅| ̅ |
| ̅ | | ̅| |
| | |
̅
| | ̅|
|
| | |
|
̅ ̅| | |
| ̅
̅ ̅
| | ̅|
|
| | |
Perhitungan Susunan Baterai Satu Baterai Dua baterai seri a Dua baterai seri b Dua baterai paralel a Dua baterai paralel b
Delta
E rata-rata
V rata-rata
I rata-rata
rd
E rata-rata
V rata-rata
I rata-rata
rd2
1,34
0,76
0,29
2
0
0
0
0
2,7
1,79
0,42
2,167
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,33
0,7967
0,3367
1,584
0
0,0058
0,0058
2,51
0
0
0
0
0
0
0
0
C. Hukum Kirchoff Arus dan Tegangan ∑
̅
; Δ ̅ = Standar Deviasi
̅ ̅
√
̅
√
∑
̅
∑
∑
; Δ̅ = Standar Deviasi
∑
̅ ̅
̅
Susunan Resistor Rangkaian a Rata-rata Rangkaian b Rata-rata
Vs 2,51 2,51 2,51 2,51 2,51 2,51 2,51 2,51
√
Tegangan (Volt) V1 V2 V3 1,32 1,16 -1,2 1,32 1,16 -1,2 1,32 1,13 -1,2 1,32 1,15 -1,2 1,32 1,16 1,2 1,32 1,16 1,2 1,32 1,13 1,2 1,32 1,15 1,2
V4 -2,48 -2,48 -2,48 -2,48 -2,48 -2,48 -2,48 -2,48
Is 72,8 72,8 72,8 72,8 72,8 72,8 72,8 72,8
Arus (Ampere) I1 I2 I3 12,4 12,3 20,3 12,4 12,3 20 12,3 12,3 20,7 12,36667 12,3 20,33333 12,4 12,3 -22,7 12,4 12,3 -22.7 12,3 12,3 -22.6 12,36667 12,3 -22,667
I4 44,5 44,7 45,8 45 44,5 44,7 45,8 45
Delta : Susunan Resistor Rangkaian A Rangkaian B
Vs 0 0
Tegangan Rata-rata (Volt) V1 V2 V3 0 0,0179 0 0 0,0179 0
V4 0 0
Is 0 0
Arus Rata-rata (Ampere) I1 I2 I3 0,0577 0 0,3512 0,0577 0 0,0577
I4 0,7 0,7
Angka Pelaporan Susunan Resistor Rangkaian A Rangkaian B Susunan Resistor Rangkaian A Rangkaian B
Vs (2,51 ± 0,00) (2,51 ± 0,00)
Is (7,28 ± 0,00) 101 (7,28 ± 0,00) 101
Tegangan Rata-rata (Volt) V1 V2 V3 (1,32 ± 0,00) (1,150 ± 0,018) -(1,2 ± 0,0) (1,32 ± 0,00) (1,150 ± 0,018) (1,2 ± 0,0)
V4 -(2,48 ± 0,00) -(2,48 ± 0,00)
Arus Rata-rata (Ampere) I1 I2 I3 1 1 (1,240 ± 0,006)10 (1,23 ± 0,00)10 (2,033 ± 0,035)101 (1,240 ± 0,006)101 (1,23 ± 0,00)101 -(2,267± 0,006)101
I4 (4,5 ± 0,07)101 (4,5 ± 0,07)101
VII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1.
Berapakah
resistansi
total
tiap
percobaan
berdasarkan
hasil
pengukuran?Bandingkan hasil tersebut dengan hasil perhitungan berdasarkan nilai Resistor yang telah ditetapkan (dengan toleransi 10%)! Jawab:
Resistansi total rangkaian seri a hasil perhitungan adalah
Resistansi total rangkaian seri hasil Pengukuran adalah
Resistansi total rangkaian seri b hasil perhitungan adalah
Resistansi total rangkaian seri hasil Pengukuran adalah
Resistansi total rangkaian paralel a hasil perhitungan adalah
Resistansi total rangkaian seri hasil Pengukuran adalah
Resistansi total rangkaian paralel b hasil perhitungan adalah
Resistansi total rangkaian seri hasil Pengukuran adalah
2.
Pada Rangkain Seri, bagaimana nilai Resistansi Total dibandingkan R1, R2 dan R3, apakah selalu lebih besar atau lebih kecil? Bagaimana dengan rangkaian paralel? Jawab:
Pada rangkaian seri, Resistansi total selalu lebih besar dibandingkan R1, R2 dan R3.
Pada rangkaian paralel, Resistansi total selalu lebih kecil dibandingkan R1, R2 dan R3.
3.
Bandingkan hasil pengukuran untuk rangkaian seri a terhadap rangkaian seri b, dan rangkaian paralel a dan dan rangkaian paralel b? apakah terdapat perbedaan (dengan toleransi 10%)? Jelaskan! Jawab: Perbandingan nilai Resistor Seri a Seri b Paralel a Paralel b
R (ohm) 194,74 193,38 313,97 30,85
Dari kedua perbandingan tersebut, terdapat perbedaan tetapi tidak terlalu besar selisihnya, kecuali pada paralel a.
4.
Gambarkan jalannya arus pada rangkaian seri dan paralel a dan b! Jawab: Arus, i, berupa tanda panah
R1=50Ω R1=50Ω R2=100Ω R2=100Ω
R3=500Ω
Gambar Rangkaian Paralel (a)
5.
R3=500Ω
Gambar Rangkaian Paralel (b)
Pada rangkaian Seri, berapa besarnya arus yang melalui setiap komponen? Jelaskan! Jawab: Arus tiap Komponen Rangkaian Seri R1 Seri a Seri b
R2 13,3 13,3
R3 13,3 13,3
Rs 13,3 13,3
13,2 13
Arus akan selalu sama, karena berada dalam satu aliran (tidak memiliki cabang) 6.
Pada rangkain Paralel, berapa besarnya tegangan setiap komponen? Jawab: Tegangan tiap Komponen Rangkaian Paralel R1 Paralel a Paralel b
R2 2,29 2,22
R3 2,29 2,22
Rs 2,29 2,22
2,54 2,43
Besar tegangan akan sama, karena berasal dari satu sumber tegangan. 7.
Mengapa untuk mengukur arus pada suatu komponen listrik, Ampermeter harus
terhubung
secara
seri
terhadap
komponen
tersebut?Jelaskan!
Jawab: Karena arus mengalir dalam satu loop dan Amperemeter memiliki hambatan yang sangat kecil, jika dipasang paralel arus akan melewati Amperemeter langsung dan tidak bisa dibaca berapa besarnya arus. 8.
Mengapa untuk mengukur Tegangan suatu komponen listrik, Voltrmeter harus terhubung secara paralel terhadap komponen tersebut?Jelaskan! Jawab:
Karena Voltmeter memiliki hambatan yang sangat besar, jika dipasang seri maka arus tidak akan lewat dan tegangan tidak diketahui besarnya.
9.
Perubahan apakah yang terjadi dengan mengubah polaritas alat ukur? Jelaskan! Jawab: Hasil output yang keluar akan bernilai kebalikannya (dari positif menjadi negatif)
10.
Adakah arus yang mengalir pada susunan baterai seri b dan paralel b? jelaskan! Jawab: Tidak ada. Karena arus yang mengalir saling meniadakan.
11.
Hitung Resistansi Total dari titik A B pada Gambar berikut: R2=50Ω R1=100Ω R3=100Ω
A B
R1=50Ω
R3=100Ω A
B
R2=100Ω
R3=100Ω
R2=50Ω
(a)
(b)
Jawab: Rangkaian a
Rangkaian b
12.
Susunan baterai manakah yang mempunyai hambatan dalam terbesar? Berilah penjelasan! Jawab: Rangkaian satu baterai,
13.
Susunan baterai manakah yang mempunyai hambatan dalam terkecil? Berilah penjelasan! Jawab: Rangkaian 2 baterai paralel A,
14.
GGl (E) terbesar dihasilkan oleh susunan baterai yang mana? Jelaskan! Jawab: Rangkaian 2 baterai seri A, rangkaian seri untuk beda potesnial berarti nilainya dijumlahkan (akumulasi V)
15.
Penurunan tegangan terbesar (E – V) terjadi pada susunan baterai yang mana?Jelaskan! Jawab: Rangkaian 2 baterai seri A
16.
Apakah hukum kirchoff arus berlaku di setiap node pada percobaan HKT? Buktikan ! Jawab: Pada percobaan ini berlaku, tetapi sedikit menyimpang Hukum Kirchoff Node a Node b masuk keluar masuk keluar 55,56667 63,7 20,4 22,5
17.
Apakah hukum Kirchoff tegangan berlaku di setiap loop pada percobaan HKT ? Buktikan! Jawab: Loop 1 (Nilai mendekati) ∑
Loop 2 (Nilai mendekati) ∑
Loop 3 (Nilai mendekati) ∑
18.
Apakah HKA dan HKT tetap berlaku pada saat mengubah polaritas alat ukur? Jawab: Berlaku
VIII. ANALISA Pada percobaan ini, dilakukan serangkaian percobaan dengan berbagai macam rangkaian. Perbedaan jenis susunan komponen listrik ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jenis rangkaian dan perilaku komponen listrik pada berbagai jenis rangkaian. 1. Pada percobaan A, yaitu saat resistor dipasang seri dan paralel pada saat pengukuran arus maupun tegangan menunjukkan ketika rangkaian resistor dipasang seri nilai arus dari rangkaian seri tersebut hampir sama disetiap resistornya. Sementara itu apabila rangkaian dipasang paralel maka nilai tegangannya hampir sama disetiap resistornya. 2. Pada percobaan B, yaitu tegangan yang dipasang seri dan paralel, memberikan data yng berbeda. Pada saat tegangan hanya 1, besarnya GGL dan tegangan yang dihasilkan hanya sebesar 1,34 dan 0,76 volt. Pada saat dua sumber tegangan dipasang seri, rangkaian seri a, GGL dan tegangan yang dihasilkan menjadi lebih besar dibandingkan dengan satu baterai. Namun, pada pemasangan 2 baterai seri b dan paralel b, tidak menghasilkan GGl, tegangan, maupun arus. Hal ini menunjukkan bahwa
rangkain listrik tidak dapat dipasang secara sembarang. Pada dua sumber tegangan, harus diperhatikan posisi kutub positif dan negatifnya. Perbedaan pelaritas berarti perbedaan tegangan, hal ini berarti menunjukkna adanya arus yang mengalir, karena arus mangalir diakibatkan perbedaan potensial. Jika sesama kutub positif bertemu, atau sebaliknya, arus yang mengalir akan saling meniadakan. Jika ada arus yang mengalir, arus tersebut merupakan selisih dari perbedaan potensial antara dua sumber tegngan tersbut. Hal ini dapat dilihat dari nyala lampu. Semakin terang lampu, semakin besar arus yang mengalir. 3. Pada percobaan C, HKA tetap berlaku pada node, meskipun terdapat sedikit perbedaan.
HKT juga tetap berlaku pada stiap loop. Adanya
sedikit perbedaan diakibatkan adanya pengaruh dari faktor lain dari dalam alat tersebut, maupun dari lingkungan luar.
IX.
KESIMPULAN Dari hasil praktikum didapat kesimpulan, bahwa:
1.
Satu ohm (yang diukur oleh alat ohm-meter) adalah hambatan listrik pembawa
arus
yang
menghasilkan
perbedaan
tegangan
satu volt ketika arus satu ampere melewatinya. 2.
Hukum Kirchoff Arus berisi tentang dalam satu node (persimpangan), jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.
3.
Hukum Kirchoff Tegangan berisi tentang jumlah perbedaan potensial (tegangan) sekitar setiap sirkuit tertutup adalagh nol.
4.
Hubungan seri resistor memiliki hambatan total yang lebih besar dari setiap komponen penyusunya, sedangkan untuk paralel resistor hambatan totalnya lebih kecil dari hambatan penyusunnya.
5.
Polaritas sangat berpengaruh untuk menentukan arah arus dan tegangan.
6.
Sumber tegangan yang dipasang seri memiliki arus yang sama, sedangkan bila dipasang paralel memiliki arus lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA 1. Paul, Clayton R. (2001). Fundamental Analisis Sirkuit Listrik. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-37195-5 . John Wiley & Sons. ISBN 0-471-37195-5 . 2. Panduan Percobaan-Percobaan Fisika Kit Listrik dan Magnet [PEK 500] , Pudak Scientific Bandung
