Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari – hari tentunya kita berhubungan dengan listrik. Rata – rata

perabotan rumah tangga membutuhkan listrik . Hal yang sering kita lihat adalah lampu

dengan tegangan 220 volt setiap rumah. Lampu yang menerangi rumah tangga merupakan

contoh adanya arus listrik yang mengalir pada hambatan dan tegangan yang teratur dari PLN.

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik,dapat juga

diartikan sebagai kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang

menyebabkan penarikan dan penolakan gayadi antaranya. Atau juga sumber energi yang

disalurkan melalui kabel.

Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran

negatif. Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang dikenal

sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak fenomena fisika yang

dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik digunakan dengan luas di

dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik dan tenaga listrik. Aliran listrik mengalir

dari saluran positif ke saluran negatif.

Demikian pula jika kita hanya memegang saluran negatif. Dengan listrik arus bolak-

balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem

perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang

biasanya di pasang di dua tempat (satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di

rumah). Karena itu jika kita memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau

tangan kita menyentuh dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan

tegangan di kaki (ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan

mengalami kejutan listrik ("terkena strum").Daya listrik dapat disimpan, misalnya pada

sebuah aki atau baterai.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui hukum ohm.

2. Untuk mengetahui hubungan antar tegangan dan kuat arus yang mengalir dalam

sebuah rangkaian.

3. Untuk mengetahui perbandingan antara rangkaian paralel dan rangkaian seri.

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1BAB II

LANDASAN TEORI

Unsur rangkaian jenis pertam aseperti yang telah disebutkan dalam bagian sebelum ini

memerlukan tegangan antara kutub-kutubnya yang berbanding lurus dengan arus melaluinya.

Secara kuantitatif, teganngan diberikan oleh:

V= R.I (2.1)

Dengan I adalah arus dalam Ampere. Konstanta pembandingnya dalah R, resistansi

unsur tersebut adalah R, resistansi unsur tersebut, dan dalam SI dinyatakan dalam ohm()

dengan dimensi ML2T-1. Hubungan antar tegangan dan arus seperti yang dinyatakan dalam

persamaan (2.1) dikenal sebagai hukum Ohm. Benda fisis yang ciri utamanya adalah

resistansi disebut resistor.

Berbagai hasil percobaan membuktikan bahwa resistansi dari hampir semua

penghantar berubah menurut suhu. Jika resistansi suatu penghanatar pada sushu t1 adalh R1,

maka untuk rentang sushu yang wajar, resistansinya pada suhu t2 di berikan oleh.

R2 = R1 [1+(t2-t1)] (2.2)

Dengan adalh koefisien suhu resistor dan suhunya diukur dalam derajat Celcius.

Resistor yang resistansinya tidak tetap konstan untuk berbagai arus yang berbda dikenal

sebagai resiostor tak linear. Resistansi dari resistor semacam itu merupakan fungsi arus yang

mengalir didalamnya. Daya yang digunakan dalam rangkaian listrik dapat diperoleh dari

tegangan dan arusnya. Karena menurut definisinya v = dw/dq dan i = dq/dt; maka daya adalah

P = dw / dt =dw/ dq dq/dt = V I (2.3)

Dalam resistansi, maka :

P= V I = (R I) I = I2 R = V(V/R) = V2/R (2.4)

Bila arus listrik yanag mengalir dalam suatu resistor, maka ada kerja yang dilakukan dalam

resistor tersebut. Elektron-elektron pembawa muatan mendapatkan tenaga daris sumber

tegangan dan menyerahkan tenaga itu pada saat bertumbukan dengan molekul penghantar.

Tenaga itu diubah menjadi gerak acak yang dikenal sebagai panas. Dalam suatu resistor

semua tenaga yang digunakan untuk memaksa aliran arus muncul sebagai kenaikan suhu

penghantar tersebut atau sebagai alaiaran panas yang meninggalkannya.

Parameter resistansi pada dasarnya merupakan ssuatu konstanta geometri. Sebenarnya hal itu

telah ditemukan oleh Ohm, dalam penyelidikannya. Dalam analogi dengan persamaan dan

Penghantaran Fourier, Ohm menunjukkan bahwa resistansi suatu penghantar dengan dimensi

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1yang seragam berbanding lurus dengan panjangnya, berbanding terbalik dengan luas

penampangnya. Dan bergantung pada sifat penghantaran fisis bahannya.

R = ρ L/A (2.5)

Dengan ρ adalah resistivitas bahan yang dinyatakan dalam ohm-meter, L panjang penghantar

dalam meter pangkat dua. (Mismail, Budiono. 1995)

Persamaan (2.1) diatas seringkali dinamakan hukum Ohm. Tetapi penting untuk

dipahami bahwa isi sebenarnya hukum Ohm adalah kesebandingan langsung (untuk beberapa

material). Mendefinisikan hamabatan R untuk sebarng konduktor, apakah konduktor itu

mematuhi hukum Ohm atau tidak tetapi hanya R konstan, kita dapat menekan hubungan ini

sebagai hukum Ohm. Persmaan (2.10) memperlihatkan bahwa hambatan sebuah kawat atau

konduktor yang penampangnya homogen berbanding langsung deng panjangnya dan

berbanding dengan luas penampangnya. Hamabata juga sebanding dengan resistivitas

material kondiktot yang dibuat itu.

Satuan SI dari hambatan adalah ohm. Yang sama dengan satu volt per ampre (1 = 1

V/A). Kiloohm (1 k = 103 W). jika arus I ). Jika arus I yang sama mengalir dalam dalam

kedua kawat temabaga dan bola lampu, maka selisih potensial V = I R. Jauh lebih besar

melewati bola lampu itu, energi yang hilang ini dikonversi oleh serabut bola lampu itu ke

dalam cahaya dan kalor. Anda tidak menginginkan kawat rumah anda bercahaya panas-pijar.

Sehingga hambatannya dibuat rendah dengan menggunakan kawat yang resitivitasnya rtendah

dan luas penampangnya besar.

Untuk resistor yang menuruti hukum Ohm, sebuah grafik(2.1) arus sebagai fungsi

waktu dari selisih potensial(tegangan) adalah sebuah garis lurus. Kemiringan garis itu adalah

1/R. Jika tanda selisih potensial itu berubah, maka tanda arus yang dihasilkan lebih tinggi dan

ujung berpotensial lebuh rendah dari konduktor itu. Sehingga medan listrik, kerapatan arus,

dan arus semuanya berbalik arah. Dalam alat yang tidak mematuhi hukum ohm hubungan

teganagan dengan arus mungkin tidak merupakan sebuah kesebandingan langsung, dan

mungkin berbeda untuk kedua arus.

Grafik 2.1 Tegangan terhadap Arus

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1Resistor terdapat dalam semua jenis rangkaian mulai dari pengering rambut dan

pemanas ruangan sampai pada rangkaian yang membatasi atau membagi arus.atau mereduksi

atau membagi tegangan. Rangkaian seperti itu seringkali memiliki beberapa resistor.sehingga

wajar untuk meninjau gabungan beberapa resistor. Sebuah contoh sederhana adalah serentetan

bola lampu yangg digunakan dalam untuk dekorasi hiburan dengan setiap bola bertindak

sebagai sebuah resistor, dan dari perspektif analisis rangkaian serentetan bola lampu itu

hanyalah merupakan gabungan resistor.

Resistor-resistor dikatakan tersambung paralel diantar titik a dan titk b. Setiap resistor

menyediakan sebuah lintasan alternatif diantara titik-titik itu. Untuk elemen-elemen yang

tersambung paralel, selisih potensial adalah sama melalui setiap elemen.

Untuk sebarang gabungan resistor kita selalu dapat mencari sebuah resistor tunggal

yang yang dapat menggantikan gabungan itu dan menghasilkan arus total dan selisih potensial

yang sama. Misalnya serentetan bola lampu dapt digantikan dengan sebuah bola lampu

tunggal yang dipilih secara tepat yang akan menarik arus yang sama dan mempunyai selisih

potensial yang sama diantara terminal-terminalnya, seperti bola lampu semula. Hambatan

tunggal dari resistor ini dinamakan hamabatan ekuivalen. Untuk menghitung sebuah

hambatan ekuivalen.

Kita dapat menururnkan persamaan umum untuk hambatan ekuivalen dari sebuah

gabungan seri atau gabungan paralel darinresistor-resistor. Jika resistor-resistor itu seri seperti

dalam gambar (2.1), arus I harus sama dalam semua resistor itu. Dengan memeberikan V= I.R

untuk setiap resistor kita mempunyai.

Gambar 2.1 Rangkaian Seri

Vax=IR1 Vxy=IR2 Vyb=IR3 (2.5)

Selisih potensial yang melalui setiap resistor tidak perlu sama( kecuali untuk kasus khusus

dimana tiga resistor itu sama). Selisish potensial Vab yang melalui keseluruhan gabungan itu

adala jumlah selisih-selisih potensial individu:

Vab = Vax + Vxy + Vyb =I(R1+R2+R3) (2.6)

Vab/I = R1+R2+R3 (2.7)

Nilai Vab/I, menurut definisi adalah hamabatan ekuivalen Rek maka:

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1 Rek = R1+R2+R3 (2.8)

Mudah bagi kita untuk menggeneralisasi persamaan ini untuk sebarang banyak resistan.

Rek = R1+R2+R3+............(resistor seri) (2.9)

Hamabatan ekuivalen dari sebarang banyaknya resistor seri sama dengan jumlah hambatan-

hamabatan individunya. Hambatan ekuivalen itu lebih besar daripada setiap hamabtan

individu.

Jika reisistor itu paralel seperti gambar (2.2), arus yang melalui setiap resistor tak

perlu sama. Tetapi selisih potensial diantara terminal-terminalsetiap resistor harus sama dan

sebanding dengan Vab (ingat bahwa selisih potensial diantara sebarang diua titik bergantung

pada lintasan yang diambil diantara titik-titik itu ). Marilah kita menggunakan arus dalam

ketiga resistor itu I1,I2, dan I3. Maka dari I = V/R.

I1 = Vab/R1 I2 = Vab/ R2 I3 = Vab/R3 (3.0)

Umumnya arus yang melalui setiap resistor berbeda. Karena muatan tidak

terakumulasi atau tekuras keluar dari titik a, maka arus total I harus sama dengan jumlah

ketiga arus dalam resitor itu:

I = I1+I2+I3 = Vab(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 ) (3.1)

I/ Vab = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 (3.2)

Tetapi menurut definisi dari hambatan ekuivalen Rek, I/Vab = I/Rek, maka

I/Rek = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 (3.3)

Sekali lagi mudah bagi kita menggeneralisasi persamaan ini untuk sebarang

banyaknya resistor paralel:

I/Rek = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +.............(resistor paralel) (3.4)

Untuk sebarang banayaknya reesistor paralel, kebalikan hambatan ekuivalen sama

dengan jumlah kebalikan-kebalikan dari hambatan-hambatan individu-individunya.

Hamabtan ekuivalen selalu lebih kecil daripada hambatan individu.

(Freedman, Roger A 2001)

BAB III

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Komponen

3.1.1 Peralatan

1. Multimeter Digital

Berfungsi untuk mengukur dan mengetahui nilai hambatan, arus dan tegangan.

2. Kabel penghubung

Berfungsi sebagai penghubung suatu alat ukur ke komponen

3. Jumper

Berfungsi untuk menghubungkan dari satu komponen ke komponen lainnya

4. Protoboard

Berfungsi sebagai tempat untuk merangkai rangkain yang bersifat sementara

3.1.2 Komponen

1. Resistor (10 , 20, )

Berfungsi sebagai suatu hambatan dalam rangkaian

2. Baterai 9V

Berfungsi untuk menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk

listrik

3.2 Prosedur Percobaan

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.11. Disiapkan peralatan yang akan digunakan.

2. Dirangkai peralatan seperti gambar dibawah ini dengan baik dan benar.

3. Diatur R1 dengan hambatan 100 ohm dan R2 sebesar 100 ohm.

4. Dihubungkan rangkaian dengan sumber teganngan 9 V.

5. Diukur tegangan pada R1 dan R2 dengan mengguanakan multimeter digital dan arus

yang mengalir pada rangkaian.

6. Dicatat hasil yang diperoleh

7. Diulangi percobaan yang sama dengan mengubah R2 sebesar 200 ohm

8. Diukur teganga dan arus yang mengalir pada rangkaian dengan menggunakan

multimeter digital.

9. Dicatat hasil yang diperoleh

10. Dilakukan percobaan yang sama dengan memfariasikan nilai hambatan R2 sampai

dengan 900 ohm

11. Dicatat hasilnya pada tabel percobaan.

DAFTAR PUSTAKA

Laboratorium Fisika GelombangDepartemen Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara

Jl Bioteknologi No.1

Freedman, Roger A.2001.”Fisika Universitas”.Jakarta:Erlangga

Halaman : 229-231 dan 257-259

Mismail, Budiono.1995.”Rangkaian Listrik”.Bandung:Institut Teknologi Bandung

Halaman : 15-19

Medan, 25 April 2016

Asissten, Praktikan,

( Rina Apulina Bukit ) ( Triyandi Pratama)