Modul Praktikum Fisika Teknik 2015

BAB I

PENDAHULUAN

A. Deskripsi :

Terstruktur Fisika I merupakan pelengkap dari teori Fisika I, yaitu Fisika Listrik dan

Magnet dan diarahkan pada materi kelistrikan yang mendasari bidang Teknik Tenaga Listrik

dan bidang Elektronika Komunikasi.

B. Petunjuk Penggunaan Modul:

1. Modul Praktikum Fisika I ini terdiri atas 10 Praktikum. Dalam setiap Praktikum

terdapat beberapa kegiatan belajar.

2. Untuk dapat mempelajari modul ini secara efektif dan terarah, sebaiknya dipelajari

terlebih dahulu petunjuk umum penggunaan modul dan pendahuluan di setiap

modul ini secara cermat sehingg dipahami betul tentang apa, untuk apa, dan

bagaimana mempelajari modul ini.

3. Pelajari modul praktikum ini dengan memulailah mempelajari dari praktikum

pertama dengan tahapan kegiatan belajar yang terurut. Sangat tidak disarankan

untuk mempelajari modul atau kegiatan belajar sesudahnya / selanjutnya sebelum

selesai mempelajari modul atau kegiatan belajar sebelumnya. Hal ini disebabkan

masing-masing modul saling berhubungan.

4. Pelajarilah materi dengan baik dan secara teratur bagian demi bagian.

5. Tangkaplah pengertian demi pengertian dari materi modul ini melalui pemahaman

sendiri dan tukar pikiran dengan Pebelajar atau dengan Pembelajar.

6. Bacalah lagi rangkuman pada akhir kegiatan belajar, sehingga Anda memperoleh

pemahaman yang utuh, sebelum menguji kemampuan Anda pada Tugas.

7. Jika Anda mendapat kesulitan, segeralah diskusikan dengan teman Anda atau

dengan Pembelajar pengasuh mata kuliah ini.

8. Kembangkan wawasan Anda dengan membaca buku-buku / referensi pendukung

lainnya

1

C. Kompetensi : Memahami Konsep Kelistrikan dan Kemagnetan dan

menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari

D. Tujuan : Memahami dan menjelaskan konsep kapasitor dan dielektrik, arus

dan hambatan listrik, hukum Ampere, medan magnet,

elektromagnet daninduksi elektromagnet dan menerapkannya

dalam kehidupan sehari-hari.

E. Petunjuk Pelaksanaan Kegiatan Praktikum

Kegiatan praktikum di laboratorium fisika merupakan kegiatan bereksperimen, maka

selama melaksanakan kegiatan ada beberapa hal yang perlu diperhatikan oleh mahasiswa,

yaitu sebagai berikut.

1. Sebelum praktikum mahasiswa harus mempelajari teori yang akan diujicobakan dan

didiskusikan dengan teman-teman kelompoknya, kemudian membuat laporan

pendahuluan sebagai dasar pengetahuan praktek dan sebagai syarat agar dapat

mengikuti kegiatan praktikum.

2. Pada saat praktikum akan dimulai laporan pendahuluan diberikan kepada

dosen/assisten untuk dapat mengikuti praktikum yang akan dilakukan.

3. Sebelum melaksanakan praktikum, semua bahan dan alat yang akan digunakan

diperiksa, kemudian susun/rangkai alat-alat tersebut sesuai dengan percobaan yang

akan dilakukan (dalam buku petunjuk).

4. Periksakan hasil susunan/rangkaian kegiatan yang akan dilakukan itu kepada

dosen/assisten, untuk kemudian dapat melaksanakan praktikum.

5. Pergunakan waktu praktik seefektif mungkin sesuai dengan waktu yang telah

disediakan.

6. Mengulangi kegiatan/pengamatan praktikum tersebut sehingga mahasiswa benar-

benar yakin dengan hasil yang telah diperoleh.

2

F. Tata Tertib dan Peraturan

1. Mahasiswa harus hadir 10 menit sebelum praktikum dimulai.

2. Mahasiswa diperkenankan masuk laboratorium setelah diizinkan atau dinyatakan

siap oleh dosen/assisten yang bersangkutan.

3. Sebelum melakukan praktikum, semua tas dan lain-lain harus diletakkan di tempat

yang telah ditentukan, kecuali buku praktikum, alat-alat tulis dan peralatan

penunjang lainnya untuk praktik.

4. Selama melaksanakan kegiatan praktikum, mahasiswa harus berpakaian sopan dan

tidak boleh memakai sandal, bertopi, merokok, membuat gaduh, dsb.

5. Selama praktikum, mahasiswa hanya diperbolehkan menyelesaikan tugas-tugas pada

meja yang telah disediakan.

6. Mahasiswa melakukan percobaan bersama-sama dengan teman sekelompoknya

yang telah ditentukan.

7. Mahasiswa tidak boleh mengganggu atau mencampuri kegiatan kelompok lain.

8. Setelah menyelesaikan kegiatan praktikum, mahasiswa membuat laporan sementara

satu kelompok satu dan disetujui oleh dosen/assisten untuk kemudian membuat

laporan resmi.

9. Laporan resmi dikumpulkan seminggu sebelum ujian akhir semester.

10. Laporan resmi dibuat oleh setiap mahasiswa (bukan kelompok), ditulis tangan di

kertas folio dan dapat dibaca, rapi dan bersih, dilampiri dengan laporan sementara.

11. Jika mahasiswa akan meninggalkan ruang praktikum (laboratorium), harus melapor

pada dosen/assisten.

12. Mahasiswa yang telah menyelesaikan tugas-tugasnya diharuskan meninggalkan

ruang praktikum.

G. Sangsi

1. Mahasiswa yang melakukan kecurangan, dalam praktek dapat dikenakan sangsi

berupa pembatalan seluruh praktikumnya atau diberi nilai E.

2. Mahasiswa yang karena kelalaiannya/kesalahannya menyebabkan kerusakan atau

menghilangkan alat milik laboratorium diharuskan mengganti selambat-lambatnya 7

(tujuh) hari sesudahnya. Apabila dalam waktu tersebut belum mengganti maka tidak

diperkenankan mengikuti praktikum selanjutnya.

3

3. Mahasiswa yang tidak mengikuti praktikum selama 3 kali diberi sangsi pembatalan

seluruh praktikum dan diberi nilai E.

4. Sangsi lain yang ada di luar sangsi-sangsi di atas ditentukan kemudian oleh kepala

laboratorium fisika.

H. Petunjuk Penggunaan Peralatan Praktikum:

Hampir setiap percobaan mengunakan alat-alat kelistrikan yang dihubungkan

langsung dengan sumber tegangan (PLN) 220 Volt. Maka untuk menghindari kerusakan

alat-alat tersebut, pada saat menggunakan Power Supply DC, diusahakan tegangan

distel maksimum 10 Volt dan arus yang digunakan tidak lebih dari lima ampere. Selain

itu sebelum menggunakan peralatan-peralatan lainnya, sebaiknya diteliti dulu atau

diukur besaran tahanan dan tegangannya dengan menggunakan avometer agar

terhindar dari kesalahan penggunaan maupun perhitungan.

Disarankan sebelum melakukan percobaan, atau sebelum menghubungkan

rangkaian ke sumber tegangan (PLN), mahasiswa harus dibimbing oleh Ko.ass atau

dosen yang bersangkutan.

I Pembuatan Laporan:

Laporan praktikum disajikan dalam tiga bentuk:

1. Laporan Pendahuluan.

Laporan pendahuluan dibuat oleh tiap-tiap mahasiswa sebelum melakukan praktikum.

Yang ditulis tangan dengan rapi dan jelas pada kertas folio bergaris yang berisi tentang:

nama kelompok, nama mahasiswa, NIM, Prodi, Judul, dasar teori(dari buku panduan

dan referensi lain), mengerjakan tes kemampuan diri pada buku panduan, dan daftar

pustaka.

2. Laporan sementara.

Laporan sementara dibuat oleh kelompok yang telah ditentukan, satu kelompok

membuat laporan sementara masing-masing anak satu laporan yangnantinya harus

dilampirkan dalam laporan resmi dan membuat satu laporan lagi sebagai laporan

kelompok.Laporan ini disajikan berdasarkan hasil pengamatan mahasiswa pada saat

melakukan praktikum dan ditulis dalam laporan.

4

3. Laporan Resmi.

Laporan resmi ini harus dibuat dengan sebaik-baiknya, ditulis tangan secara rapi, jelas

dan dapat dibaca. Laporan disajikan berdasarkan data hasil pengamatan

dilaboratorium,data yang diperoleh dianalisa, dikaitkan dengan teori yang dipelajari

kemudian mangambil kesimpulan. Tiap mahasiswa membuat satu laporan resmi.

Pembuatan laporan resmi sebagai berikut:

1) Cover Laporan Resmi

Terdiri dari : Judul percobaan, simbol UNESA, nama mahasiswa, no reg mahasiswa,

Universitas Negeri Surabaya, fakultas teknik,jurusan teknik elektro, dan tahun.

2) Isi Laporan Resmi

a. Judul Percobaan

b. Tujuan percobaan

c. Kajian Teori

Selain teori yang didapat dari buku panduan harus menambahkan kajian teori

baik dari internet maupun buku lain yang berhubungan dengan teori.

d. Bahan dan Alat yang digunakan.

e. Langkah Kerja.

Penulisan langkah kerja pada laporan harus menggunakan kata kerja dan

menggambar skema rangkaian.

f. Data percobaan

Merupakan data hasil pengamatan/praktikum.

g. Analisis data

Merupakan hasil analisis dari teori yang dipelajari.

h. Data hasil analisis

Merupakan data hasil analisis.

i. Kesimpulan.

Hasil antara hasil pengamatan dan hasil analisis.

j. Tugas Laporan resmi

Mengerjakan tugas yang ada pada buku panduan.

k. Daftar Pustaka.

Referensi untuk kajian teori.

5

l. Laporan sementara.

Melampirkan laporan sementara yang asli.

J. Cek Kemampuan

Untuk menguji Kemampuan Awal, Kerjakan soal-soal berikut:

1. Apakah yang di maksud dengan Kapasitor?

2. Jelaskan hubungan kuat arus, tegangan dan hambatan listrik menurut Ohm!

3. Digunakan untuk apakah Amperemeter dan Voltmeter dalam pengukuran?

4. Jelaskan peristiwa kemagnetan yang terjadi jika sebuah kawat lurus dialiri listrik dan

berada pada medan magnet!

5. Apakah yang dimaksud dengan Induksi magnet dan berilah contoh penggunaannya

dalam kehidupan sehari-hari.

6

Cara-cara Analisis Data

1. Analisis Deskriptif

Analisis yang digunakan untuk memberikan gambaran (deskripsi) tentang suatu data

hasil percobaan.

2. Analisis Regresi

Analisis regresi dipergunakan untuk menggambarkan garis yang menunjukan arah

hubungan antar variabel, serta dipergunakan untuk melakukan prediksi.Analisa ini

dipergunakan untuk menelaah hubungan antara dua variabel atau lebih, terutama

untuk menelusuri pola hubungan yang modelnya belum diketahui dengan

sempurna.Regresi yang terdiri dari satu variabel bebas (predictor) dan satu variabel

terikat (Response/Criterion) disebut regresi linier sederhana (bivariate regression),

sedangkan regresi yang variabel bebasnya lebih dari satu disebut regresi berganda

(Multiple regression/multivariate regression), yang dapat terdiri dari dua prediktor

(regresi ganda) maupun lebih. Adapun bentuk persamaan umumnya adalah:

Y= a + bX

Dimana:

(1)

Tanda positif pada nilai b atau koefisien regresi menunjukkan bahwa antara variabel

bebas dengan variabel terikat berjalan satu arah, di mana setiap penurunan atau

peningkatan variabel bebas akan diikuti dengan peningkatan atau penurunan

variabel terikatnya. Sementara tanda negatif pada nilai b menunjukkan bahwa

antara variabel bebas dengan variabel terikat berjalan dua arah, di mana setiap

peningkatan variabel bebas akan diikuti dengan penurunan variabel terikatnya, dan

sebaliknya.

7

http://aliefworkshop.files.wordpress.com/2013/07/regresi-1.jpg

BAB II

PEMBELAJARAN

Praktikum 1: Rangkaian Kapasitor Paralel

A. Rencana Belajar: Mempelajari konsep kapasitas kapasitor dan menghitung kapasitas

kapasitor untuk berbagai bentuk geometri kapasitor.

B. Kegiatan Belajar:

1. Kegiatan Belajar

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran : Mempelajari besar kapasitas, tegangan, dan

muatan pada rangkaian kapasitor yang disusun secara parallel.

b. Uraian Materi:

Kapasitor adalah 2 pelat konduktor terisolasi yang dipisahkan oleh isolator.

Untuk keperluan praktis : muatan masing-masing pelat sama besar dan

berlawanan arah. Sehingga muatan netto = 0.

+ -

+ -

+ -

+ -

+ -

+ -

Gambar 1. Kapasitor Pelat Sejajar

Setiap garis gaya berawal dari a dan berakhir di b, karena muatan sama

besar dan berlawanan arah.

8

Lambang kapasitor

Gambar 2. Lambang Kapasitor

Kapasitor dicirikan oleh

• Q muatan pada setiap plat (bukan muatan netto)

• V beda potensial di antara kedua pelat (bukan potensial masing masing

pelat)

Cara memberikan muatan agar sama & berlawanan arah

adalah dengan menghubungkan kedua pelat konduktor ke kutub-kutub

yang berlawanan pada baterai beberapa saat sehingga muncul muatan

pada masing-masing plat yaitu +Q dan -Q.

‰ Capasitansi kapasitor C didefinisikan sebagai perbandingan besar

muatan Q pada

salah satu pelatnya terhadap beda potensial di antara kedua konduktor

tersebut, yaitu:

C=QV (2)

dengan satuan coulomb/volt = farad (F)

Dalam praktek satuan kapasitor biasanya lebih dikenal dengan μF dan pF.

Manfaat kapasitor:

1) Memahami fenomena alam berupa medan listrik

2) Memahami fenomena alam berupa energi yaitu energi listrik yang

tersimpan didalam medan listrik diantara pelat- pelat tersebut

3) Mendorong kemajuan teknologi elektronika karena berfungsi:

• mereduksi fluktulasi tegangan di dalam power supply

• mereduksi sinyal- sinyal berbentuk pulsa

9

• mendeteksi atau menghasilkan osilasi EM pada frekuensi radio

• memberikan 'elektronic time delay'

Intensitas medan listrik di antara 2 pelat konduktor adalah:

E= σεo (3)

sedangkan intensitas di sebelah kiri/kanan = 0.dengan satuan coulomb/volt

= farad (F)

Kapasitor pelat sejajar adalah yang paling sederhana teoritis (dan praktis)

pengaturan dan nilai kapasitansi adalah, untuk kondisi ideal, mudah untuk

menghitung.Untuk kapasitor secara paralel, tegangan di setiap kapasitor

adalah sama, sehingga total C adalah sebagai berikut.

Gambar 3. Susunan Seri Kapasitor

(4)

Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi

pengganti semakin besar.

c. Alat/Bahan yang digunakan :

No.

Nama Alat / Bahan Jumlah

1. Meter Dasar 1

2. Kabel Penghubung Merah 2

3. Kabel Penghubung Hitam 2

4. Papan Rangkaian 1

5. Jembatan Penghubung 3

6. Saklar 1 Kutub 1

7. Kapasitor 470 µF 1

10

CTOTAL = C1 + C2 +


9. Catu Daya 1

d. Persiapan Praktikum :

Gambar 4. Bagan praktikum

Gambar 5. Susunan alat praktikum

Keterangan:

1. Persiapkan peralatan / komponen sesuai dengan daftar alat/bahan.

2. Buat rangkaian seperti gambar di atas :

a. Saklar dalam posisi terbuka (posisi 0).

b. Meter dasar berfungsi sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 volt DC.

c. Sumber tegangan 3 volt DC atau catu daya dengan saklar pemilih tegangan

keluaran pada posisi 3 volt DC (catu daya masih dalam keadaan mati/off).

11

3. Bila menggunakan catu daya, hubungkan catu daya ke rangkaian (gunakan kabel

penghubung).

4. Periksa kembali rangkaian.

e. Langkah-langkah Percobaan :

1. Tutup saklar S (posisi I) dan setelah beberapa saat buka kembali saklar S (posisi 0).

Bila menggunakan catu daya hidupkan terlebih dahulu catu dayanya.

2. Baca tegangan kapasitor C1 misalnya V1 dan catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil

pengamatan.

3. Pindahkan meter dasar ke titik 3 dan 4, setelah itu ulangi langkah a dan baca

tegangan kapasitor C2 misalnya V2, catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil

pengamatan.

4. Pindahkan meter dasar ke titik A dan B, ulangi langkah a kemudian baca tegangan

rangkaian kapasitor misalnya Vtot dan catat hasilnya ke dalam tabel hasil

pengamatan.

5. Ulangi langkah as/d d dengan tegangan 6 volt DC, kemudian catat hasilnya ke dalam

tabel hasil pengamatan.

f. Hasil Pengamatan :

Tabel Percobaan

C1 = 470 µF, C2 = 1000 µF

Tegangan

Sumber

V1,

(volt)

V1,

(volt)

Vtot,

(volt)

Q1= C1-

V1

Q2= C2-

V2

Qtot=

Q1+Q2

Ctot=

Qtot+Vtot

C1+C2

1 2 3 4 5 6 7 8

3 volt

6 volt

12

g. Tugas

Berdasarkan data hasil pengamatan :

1. Bagaimana pendapat anda tentang isian kolom 7 dan kolom 8?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Tuliskan persamaan hubungan kapasitas gabungan dengan kapasitas masing-masing

kapasitor, tegangan gabungan dengan tegangan masing-masing kapasitor, muatan

gabungan dengan muatan masing-masing kapasitor.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

h. Tes Formatif :

1. Jelaskan perbedaan antara dielektrikum dan permitivitas dielektrikum.

2. Tiga buah kapasitor dirangkaikan secara paralel masing-masing kapasitor

bermuatan. Jika kapasitans pengganti 10 pF dan kapasitans-kapasitans yang

lainnya 30 pF dan 40 pF. Hitunglah: kapasitans kapasitor yang satunya lagi, jika

potensial kapasitor yang 30 pF adalah 300 volt. Berapa potensial total rangkaian

kapasitor tersebut.

13

Praktikum 2: Rangkaian Kapastor Seri

A. Rencana Belajar : Mempelajari konsep kapasitas kapasitor dan menghitung kapasitas

kapasitor untuk berbagai bentuk geometri kapasitor.

B. Kegitan Belajar:

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran : Mempelajari besar kapasitas, tegangan, dan muatan

pada rangkaian kapasitor yang disusun secara seri.

b. Uraian Meteri : Dua konduktor yang tidak terhubung dan dipisahkan oleh isolator

merupakan kapasitor. Ketika sumber EMF seperti sel terhubung ke pengaturan

tersebut, arus sesaat, mentransfer perubahan (dalam bentuk elektron) dari satu pelat

konduktor (pelat +) ke yang lain. Ketika jumlah muatan Q (diukur dalam satuan

coulomb) telah ditransfer, tegangan pelat sama dengan tegangan V melintasi sumber

tegangan. Untuk pengaturan tetap konduktor dan isolator, rasio Q / V adalah

konstanta yang disebut kapasitansi, C. Hubungan dapat ditulis dalam tiga bentuk:

(5)

Dengan:

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farad)

V = besar tegangan dalam V (volt)

Untuk kapasitor secara seri, beban di setiap kapasitor adalah sama, sehingga

total C adalah sebagai berikut.

14

Q = CV

C = Q/V

V = Q/C

Gambar 6 Rangkaian seri Kapasitor

(6)

Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total

semakin kecil.


No. Nama Alat / Bahan Jumlah

1. Meter Dasar 2





6. Saklar 1 Kutub 1



9. Catu Daya 1

10. Baterai (cadangan) 3

15

d. Persiapan Percobaan :

Gambar 7. Skema Alat Praktikum rangkaian Kapasitor Seri

Gambar 8. Susunan Alat Praktikum Rangkaian Kapasitor Seri

Keterangan:




b. Meter dasar berfungsi sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 volt DC.

16

c. Sumber tegangan 3 volt DC atau catu daya dengan saklar pemilih tegangan

keluaran pada posisi 3 volt DC (catu daya masih dalam keadaan mati/off).

3. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan PLN (catu daya masih dalam keadaan

mati/off).



1. Tutup saklar S (posisi I) dan setelah beberapa saat buka kembali saklar S (posisi 0).

2. Baca tegangan kapasitor C1 misalnya V1 dan catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil

pengamatan.

3. Pindahkan meter dasar ke titik B dan D, setelah itu ulangi langkah a dan baca

tegangan kapasitor C2 misalnya V2, catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil

pengamatan.

4. Pindahkan meter dasar ke titik A dan D, ulangi langkah a kemudian baca tegangan

rangkaian kapasitor misalnya Vtot dan catat hasilnya ke dalam tabel hasil

pengamatan.

5. Ulangi langkah as/d d dengan tegangan sumber yang berbeda, kemudian catat

hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.


Tabel Percobaan

C1 = 470 µF, C2 = 1000 µF

Tegangan

Sumber

V1,

(volt)

V1,

(volt)

Vtot,

(volt)

Q1 Q2 Qtot V1/ Q1 V2/

Q2

1/Ctot =

Vtot/Qtot

1/C1 +

1/C2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3 volt

6 volt

g. Tugas

17


1. Bagaimana pendapat anda tentang isian kolom 9 dan kolom 10?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Tuliskan persamaan hubungan kapasitas gabungan dengan kapasitas masing-masing

kapasitor, tegangan gabungan dengan tegangan masing-masing kapasitor, muatan

gabungan dengan muatan masing-masing kapasitor.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

h. Tes Formatif

1. Dua buah kapasitor dari 4 pF dan 5 pF dihubungkan secar seri pad tegangan 800

volt. Hitunglah:

· Kapasintans penggatinya

· Muatan masing-masinh kapasitor

· Beda potensial masing-masing kapasitor.

2. Dua kapasitor 3Fdan 4F secara terpisah diberi muatan dengan

menghubungkannya pada sumber 6 V. Sesudah dilepas dari baterai, keping

negatif yang satu dihubungkan dengan keping positif kapasitor lain. Berapakah

muatan akhir pada masing-masing kapasitor?

i. Kesimpulan dan Saran

18

Praktikum 3: Hukum Ohm

A. Rencana Belajar : Menjelaskan dan menggunakan konsep arus listrik,

hambatan listrik, resistivitas, konduktivitas dan Hukum Ohm.

B. Kegiatan Belajar :

1.Kegiatan Belajar

a. Tujuan Kegiatan pembelajaran : Mempelajari hubungan antara tegangan dan

kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian

b. Uraian Materi :

Dalam konduktor logam terdapat elektron-elektron yang bebas dan mudah

untuk bergerak sedangkan pada konduktor elektrolit, muatan bebasnya

berupa ion-ion positif dan negatif yang juga mudah bergerak.

Bila dalam konduktor ada medan listrik; maka muatan muatan tersebut

bergerak dan gerakan dari muatan-muatan ini yang dinamakan arus listrik.

Arah arus listrik siperjanjikan searah dengan gerakan muatan-muatan positif.

Bila medan yang menyebabkan gerakan-gerakan muatan tersebut arahnya

tetap; akan dihasilkan arus bolak-balik secara harmonik, hasilkan arus bolak-

balik (AC- Alternating Current).

KUAT ARUS.

Kuat arus ( i ) di definisikan sebagai :

Jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang persatuan waktu.

Karena arah arus adalah searah dengan arah muatan positif, maka jumlah

muatan yang lewat adalah jumlah muatan positif.

i= dqdt

(7)

dq = jumlah muatan (Coulomb)

dt = selisih waktu (detik)

19

i = kuat arus

Satuan dari kuat arus adalah Coulomb/detik yang tidak lain adalah : Ampere.

Ditinjau dari dari suatu konduktor dengan luas penampang A dalam suatu

interval dt; maka jumlah muatan yang lewat penampang tersebut adalah

jumlah muatan yang terdapat dalam suatu silinder dengan luas penampang A,

yang panjangnya V dt.

Gambar 9. Distribusi arus pada silinder

Bila n adalah partikel persatuan volume dan e muatan tiap partikel.

dq = n.e.V.A.dt (8)

sehingga diperoleh besarnya :

i=dqdt

=n.e .V . A Ampere (9)

Rapat arus J didefinisikan sebagai kuat arus persatuan luas.

J= i

A=n.e .V

Ampere/m2 (10)

HUKUM OHM

Hukum Ohm, atau hubungan antara arus, tegangan, dan resistensi, pertama

kali diamati oleh George Ohm pada tahun1827.Dalam hukum Ohm besarnya

arus dalam sebuah sirkuit listrik berbanding lurus dengan tegangan dan

berbanding terbalik dengan resistensi di sirkuit.

Hubungan antara tegangan, kuat arus dan hambatan dari suatu konduktor

dapat diterangkan berdasarkan hukum OHM.

Dalam suatu rantai aliran listrik, kuat arus berbanding lurus dengan beda

potensial antara kedua ujung-ujungnya dan berbanding terbalik dengan

besarnya hambatan kawat konduktor tersebut.

Hambatan kawat konduktor biasanya dituliskan sebagai “R”.

20

Gambar 10 Simbol hambatan

i=V A−V B

R (11)

I = kuat arus

VA - VB = beda potensial titik A dan titik B

R = hambatan

Atau dapat dinyatakan sebagai berikut:

Arus= TeganganHambatan (12)

Atau

I= ER (13)

Dengan:

I = Arus dalam Ampere

E = Tegangan dalam Volt

R = Resistansi dalam Ohm

Besarnya hambatan dari suatu konduktor dinyatakan dalam

R = . LA

(14)

R = hambatan satuan = ohm

L = panjang konduktor satuan = meter

A = luas penampang satuan = m2

= hambat jenis atau

resistivitas

satuan = ohm meter

21



1. Meter Dasar 2




5. Hambatan Tetap 100 Ω 1

6. Potensiometer 50k Ω 1

7. Saklar satu kutub 1


9. Catu Daya 1

10. Baterai (cadangan) 3


Gambar 11. Skema Alat Praktikum hukum Ohm

22

Gambar 12. Susunan Alat Praktikum Hukum Ohm

Keterangan:




b. Sebuah Meter dasar berfungsi sebagai amperemeter dengan batas

ukur 100 mA.

c. Meter Dasar lainnya sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 volt.

3. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan

mati/off). Pilih tegangan keluaran 3 volt DC.

4. Hubungkan rangkaian ke catu daya (gunakan kabel penghubung).



1. Hidupkan catu daya kemudian tutup saklar posisi S (posisi 1).

2. Atur potensiometer sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sekitar 2

volt, kemudian baca kuat arus yang mengalir pada amperemeter dan catat

hasilnya ke dalam tabel pada hasil pengamatan.

3. Atur lagi potensiometer sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sedikit

lebih tinggi dari 2 volt, baca kuat arus pada amperemeter dan catat

hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.

23

4. Ulangi langkah c sebanyak 3 kali, kemudian catat hasilnya ke dalam tabel

pada hasil pengamatan.


Tabel Percobaan

Nomor

Percobaan

Tegangan

(V volt)

Kuat Arus

(I ampere)V/I

(1) (2) (3)

1.

2.

3.

4.

5.

Nyatakan hasil pengamatan dalam bentuk grafik berikut:

V

I

Gambar 12 Grafik V sebagai fungsi I

g. Tugas


1. Bagaimana pendapat anda tentang isian kolom 3?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

__________

24

2. Buat grafik hubungan antara tegangan V dan kuat arus I!

________________________________________________________________

________________________________________________________________

__________

3. Dari grafik tersebut, tuliskan pernyataan dan persamaan hokum ohm!

________________________________________________________________

_______ ___

h. Tes Formatif

1. Di dalam penghantar kawat yang penampangnya 1 mm2 terdapat 3.1021

elektron bebas per m3 . Berapa kecepatan elektron-elektron tersebut, jika

dialiri listrik dengan kuat arus 12 ampere. Berapa kuat arusnya ?

2. Metode ampermeter-voltmeter dipasang sedemikian rupa untuk maksud

mengetahui besar hambatan R. Ampermeter A dipasang seri terhadap R

dan menunjukkan 0,3 A. Voltmeter V dipasang pararel terhadap R dan

menunjukkan tegangan sebesar 1,5 volt. Hitung besar hambatan R.


25

Praktikum 4: Hambatan Jenis

A. Rencana Belajar : Menjelaskan dan menggunakan konsep arus listrik,

hambatan listrik, resistivitas, konduktivitas dan Hukum Ohm.


1. Kegiatan Belajar

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran: Mempelajari hubungan antara hambatan

kawat penghantar dengan panjang, luas

penampang, dan jenis kawatnya

b. Uraian Materi :

Hambatan jenis ρ adalah properti material yang berkaitan dengan interval

rata-rata antara tumbukan.Dilengkapi dengan geometri dari sebuah

konduktor.Hambatan jenis dinyatakan sebagai berikut.

(15)

dengan:

R = Hambatan dalam satuan Ohm

ρ = Hambatan Jenis dalam Satuan Ohm

l = Panjang Penghantar dalam Satuan m

A = Luas Penampang dalam Satuan mm2

Dari hubungan diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Hambatan berbanding lurus dengan panjang konduktor.

2. Hambatan berbanding terbalik dengan luas penampang konduktor.

3. Hambatan berbanding lurus dengan resistivitas atau hambat jenis dari

konduktor tersebut.

Harga dari hambat jenis/resistivitas anatara nol sampai tak terhingga.

= 0 disebut sebagai penghantar sempurna (konduktor ideal).

= ~ disebut penghantar jelek (isolator ideal).

26

Hambatan suatu konduktor selain tergantung pada karakteristik dan geometrik

benda juga tergantung pada temperatur. Sebenarnya lebih tepat dikatakan

harga resistivitas suatu konduktor adalah tergantung pada temperatur.

Gambar 13 Grafik hambatan jenis sebagai fungsi suhu

Grafik hambat jenis lawan temperatur untuk suatu konduktor memenuhi

hubungan :(t) = 0 + at + bt 2 + ... (16)

(t) = hambat jenis pada suhu t 0 C

0 = hambat jenis pada suhu 0 0 C

a, b = konstanta.

Untuk suhu yang tidak terlampau tinggi, maka suhu t 2 dan pangkat yang lebih

tinggi dapat diabaikan sehingga diperoleh :

ρ( t)=ρ 0+a . t .=ρ0+a . t .ρ0

ρ 0

(17)

ρ( t)=ρ 0(1+α . t ) = koef suhu hambat jenis

Karena hambatan berbanding lurus dengan hambat jenis, maka diperoleh :

R(t) = R0 ( 1 + .t ) (18)

27



1. Meter Dasar 2





6. Saklar 1 Kutub 1

7. Kawat Konstantan 1

8. Kawat Nikrom 1

9. Jepit Steker 4

10. Catu Daya 1


Gambar 14. Skema Alat Praktikum Hambatan Jenis

28

Gambar 15. Rangkaian Alat Praktikum Hambatan Jenis

Keterangan:



a. Kawat nikrom digunakan sebagai kawat penghantar.

b. Saklar dalam kondisi terbuka (posisi 0)

c. Sebuah Meter Dasar berfungsi sebagai amperemeter dengan

batas ukur 1 A.

d. Meter Dasar lainnya sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 volt.

3. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan PLN (alat masih dalam

keadaan mati/off).

4. Pilih tombol tegangan keluaran catu daya 3 volt DC.

5. Hubungkan rangkaian ke catu daya (gunakan kabel pengubung).



1. Pilih panjang kawat 1 ℓ dengan cara memasang ujung kabel B masuk ke

jepit steker 2, (panjang kawat = jarak jepit steker 1-2 = 1 ℓ).

29

2. Tutup saklar S (posisi 1), kemudian baca tegangan dan kuat arus yang

mengalir pada kawat. Catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil

pengamatan.

3. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan ujung kabel 8 ke jepit steker

3 (panjang kawat = jarak jepit steker 1-3 = 2ℓ).

4. Tutup saklar S (posisi 1), kemudian baca tegangan dan kuat arus yang

mengalir pada kawat.

5. Ulangi langkah c dan d, dengan memindahkan ujung kabel 8 ke jepit steker

4 (panjang kawat= 3ℓ). Catat hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.

6. Ganti kawat Nikrom dengan kawat Konstantan, kemudian lakukan langkah

a sampai dengan f.

f.. Hasil Pengamatan :

Tabel Percobaan

Jenis Kawat

Panjang

Kawat

ℓ (m)

Penampang A Penampang 2A

V

(volt)I (ampere)

R = V/I

(ohm)

V

(volt)

I

(ampere)

R = V/I

(ohm)

Kawat

Nikrom

1 ℓ

2 ℓ

3 ℓ

Kawat

Konstantan

1 ℓ

2 ℓ

3 ℓ

g. Tugas

Berdasarkan data hasil pengamatan, bagaiamana pendapat anda tentang

hubungan hambatan dengan panjang, luas penampang, dan jenis kawat

penghantarnya?

30

h. Tes Formatif

1. Sepotong penghantar yang panjangnya 10 meter berpenampang 0,5 mm2

mempunyai hambatan 50 ohm. Hitung hambatan jenisnya.

2. Sebatang aluminium panjangnya 2,5 m, berpenampang = 5 cm2. Hambatan

jenis aluminium = 2,63.10-8 ohm.meter. Jika hambatan yang ditimbulkan

oleh aluminium sama dengan hambatan yang ditimbulkan oleh sepotong

kawat besi yang berdiameter 15 mm dan hambatan jenisnya = 10.10-7

ohm.meter, maka berapakah panjang kawat besi tersebut ?


31

Praktikum 5: Rangkaian Hambatan Seri

A. Rencana Belajar : Menghitung hambatan pengganti untuk rangkaian seri, paralel

dan campuran pada resistor,


1. Kegiatan Belajar

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :

1. Mempelajari Menjelaskan konsep Hukum Kirchoff dan mengaplikasikannya.

2. Menghitung hambatan pengganti untuk rangkaian seri, paralel dan

campuran pada resistor, serta aplikasinya.

b. Uraian Materi

:

Gambar 16. Rangkaian Seri Resistor

Pada rangkaian seri seperti di tunjukkan pada Gambar di atas diketahui bahwa

besar arus yang mengalir pada rangkaian adalah sama sehingga

(19)

Tegangan total pada rangkaian seri sama dengan jumlah tegangan pada

masing-masing rangkaian sehingga

(20)

Hambatan total pada Rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan pada

masing-masing rangkaian sehingga

(21)



1. Meter Dasar 2





6. Saklar 1 Kutub 1



9. Catu Daya 1

d. Persiapan Praktikum :

Gambar16. Skema alat praktikum Rangkaian Hambatan Seri

Gambar 17. Rangkaian alat praktikum Rangkaian Hambatan Seri

Keterangan:



a. Saklar S dalam posisi terbuka (posisi 0).

b. Sebuah Meter Dasar berfungsi sebagai voltmeter dengan batas ukur 10

volt.

c. Meter Dasar lainnya berfungsi sebagai amperemeter dengan batas ukur

100mA.

3. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan PLN (alat masih dalam keadaan

mati/off).





1. Hidupkan catu daya (on), kemudian tutup saklar S (posisi 1).

2. Baca pada alat ukur kuat arus dan tegangan untuk hambatan R1, misalnya

masing-masing (I1) dan (V1) kemudian catat hasilnya ke dalam tabel hasil

pengamatan.

3. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik B dan C.

4. Tukarkan tempat jembatan penghubung (2) dengan amperemeter,

kemudian tutup saklar S (posisi 1).

5. Baca pada alat ukur kuat arus yang mengalir dan tegangan pada hambatan

R2 misalnya masing-masing I2 dan V2, kemudian catat hasilnya ke dalam

tabel hasil pengamatan.

6. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik A dan C.

7. Tukarkan tempat jembatan penghubung (I) di dekat C dengan

amperemeter, kemudian tutup saklar S (posisi I).

8. Baca kuat arus dan tegangan untuk rangkaian misalnya masing-masing Itot

dan Vtot kemudian catat hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.

9. Ulangi langkah a sampai h dengan sumber tegangan yang berbeda,

kemudian catat hasilnya ke dalam tabel pengamatan.


Tabel Percobaan

No

.

V1

(volt)

V2

(volt

)

Vtot

(volt

)

V1 +

V2

I1

(amper

e)

I2

(amper

e)

Itot

(amper

e)

R1 =

V1/I1

R2 =

V2/I2

Rtot =

Vtot/Itot

R1 +

R2

1.

2.

3.

g. Tugas


1. Bagaimana pendapat anda tentang Vtot dengan (V1+V2), Itot dengan (I1+I2) dan Rtot

dengan (R1+R2)?

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

2. Tuliskan persamaan hambatan pengganti atau hambatan total dari rangkaian seri!

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

h. Tes Formatif

1. Baterai 24 volt dengan hambatan dalam 0,7 ohm dihubungkan dengan rangkaian

3 kumparan secara seri, masing-masing dengan hambatan 15 ohm dan kemudian di

paralelkan dengan hambatan 0,3 ohm. Tentukan :

a. Buatlah sketsa rangkaiannya.

b. Besar arus dalam rangkaian seluruhnya.

c. Beda potensial pada rangkaian kumparan dan antara hambatan 0,3 ohm.

d. Tegangan baterai pada rangkaian.


.

Praktikum 6: Rangkaian Hambatan Paralel

A. Nama Percobaan : Menghitung hambatan pengganti untuk rangkaian seri, paralel

dan campuran pada resistor,

B. Kegiatan Belajar

1. Kegiatan Belajar

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran: : Mempelajari hubungan kuat arus, tegangan, dan

hambatan total pada rangkaian hambatan yang tersusun secara parallel

b. Uraian Materi :

Gambar 18. Rangkaian Paralel Resistor

Dalam rangkaian parallel besar tegangan total sama dengan besar teganga

pada setiap cabang rangkaian sehingga

(22)

Total arus pada rangkaian parallel sama dengan jumlah arus pada masing-

masing cabang sehingga

(23)

Perbandingan resistansi total pada rangkaian parallel sama dengan jumlah

perbandingan resistansi pada masing-masing cabang pada rangkaian sehingga

(24)



1. Meter Dasar 2





6. Saklar 1 Kutub 1



9. Catu Daya 1


Gambar 18. Skema Alat Praktikum Rangkaian Seri

Gambar 19. Rangkaian Alat Praktikum Rangkaian Seri

Keterangan:



a. Saklar S dalam posisi terbuka (posisi 0).

b. Sebuah Meter Dasar berfungsi sebagai voltmeter dengan batas ukur 10

volt.

c. Meter Dasar lainnya berfungsi sebagai amperemeter dengan batas ukur

100mA.


mati/off).





1. Hidupkan catu daya (on), kemudian tutup saklar S (posisi 1).

2. Baca pada alat ukur kuat arus dan tegangan untuk hambatan R1, misalnya

masing-masing (I1) dan (V1) kemudian catat hasilnya ke dalam tabel hasil

pengamatan.

3. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik C dan D.

4. Tukarkan tempat jembatan penghubung (2) di sekitar C dengan

amperemeter, kemudian tutup saklar S (posisi 1).

5. Baca pada alat ukur kuat arus dengan tegangan pada hambatan R2

misalnya masing-masing I2 dan V2, kemudian catat hasilnya ke dalam tabel

hasil pengamatan.

6. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik P dan Q.

7. Tukarkan tempat jembatan penghubung (I) di dekat P dengan

amperemeter, kemudian tutup saklar S (posisi I).

8. Baca pada alat ukur kuat arus dan tegangan seluruh rangkaian misalnya

masing-masing Itot dan Vtot, kemudian catat hasilnya ke dalam tabel hasil

pengamatan.

9. Ulangi langkah a sampai h dengan sumber tegangan yang berbeda,

kemudian catat hasilnya ke dalam tabel pengamatan.


Tabel Percobaan

No

.

V1

(volt)

V2

(volt

)

Vtot

(volt

)

I1

(amper

e)

I2

(amper

e)

Itot

(amper

e)

I1 + I2 1/R1 =

11/V1

1/R2 =

12/V2

1/Rtot =

1tot/Vtot

1/R1 +

1/R2

1.

2.

3.

g. Tugas


1. Bagaimana pendapat anda tentang Vtot dengan V1 dan V2, Itot dengan (I1+I2)

dan 1/Rtot dengan (1/R1+1/R2) ?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

_______________

2. Tuliskan persamaan hambatan pengganti atau hambatan total dari rangkaian

paralel!

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

_______________

h. Tes Formatif

1. Dari rangkaian di bawah ini, maka tentukan arus yang dihasilkan Baterai


Praktikum 7: Gaya Gerak Listrik Induksi

A. Rencana Belajar : Menyelidiki ggl induksi pada suatu penghantar dan pada

suatu kumparan dengan menggunakan Hukum Faraday dan

Hukum Lenz.

B. Kegiatan belajar :

1. Kegiatan Belajar :

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran : Menyelidiki gejala gaya gerak listrik induksi pada

sebuah kumparan

b. Uraian Materi :

Induksi elektromagnetik adalah prinsip di balik pembangkitan listrik: Ketika

konduktor melewati atau dilewatkan oleh medan magnet, arus dihasilkan

(diinduksi) dalam konduktor. Sebagai konduktor melewati medan magnet,

elektron bebas dipaksa untuk salah satu ujung konduktor, meninggalkan

kekurangan elektron di ujung lain. Hal ini menyebabkan perbedaan potensial

antara ujung-ujung konduktor.

Sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada kumparan dapat

menghasilkan arus listrik pada kumparan itu.Galvanometer merupakan alat

yang dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya arus listrik yang

mengalir.Ketika sebuah magnet yang digerakkan masuk dan keluar pada

kumparan (seperti kegiatan di atas), jarum galvanometer menyimpang ke

kanan dan ke kiri.Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan bahwa

magnet yang digerakkan keluar dan masuk pada kumparan menimbulkan arus

listrik. Arus listrik bisa terjadi jika pada ujung-ujung kumparan terdapat GGL

(gaya gerak listrik). GGL yang terjadi di ujung-ujung kumparan dinamakan GGL

induksi.Arus listrik hanya timbul pada saat magnet bergerak.Jika magnet diam

di dalam kumparan, di ujung kumparan tidak terjadi arus listrik. Medan Magnet

kita telah mengetahui bahwa Arus listrik dapat menimbulkan Medan Magnet.

Sedang Arus listrik adalah Muatan yang bergerak. Disekitar muatan ada Medan

Listrik. Jika muatan bergerak maka medan listrik yang dihasilkan akan berubah,

maka dapat dikatakan bahwa Perubahan Medan listrik dapat menimbulkan

medan magnet.

Melihat kenyataan ini Faraday menyatakan sebuah hipotesanya dengan

pernyataannya :

Jika perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet, maka

Perubahan medan magnet juga akan menimbulkan medan listrik.

Fluks Magnetik : ( )

Banyaknya garis gaya magnet yang menembus tegak lurus pada satu satuan

luas bidang .

B

A

= B. A (37)

B = Kuat Medan Magnet ( Wb/m2)

A = Luas penampang (m2)

Jika medan magnetik dengan bidang membentuk sudut tertentu, maka akan

berlaku :

Gambar 31 Gambar fluks magnet

pada bidang

Besarnya Fluks Magnetik adalah :

= B.A. Cos (38)

B = Besarnya Kuat medna magnet ( Wb.m-2)

A = Luas penampang (m2)

= Sudut antara bidang sesungguhnya

dengan bidang normal

Bidang normal adalah bidang hayal yang selalu tegak lurus terhadap garis gaya

magnet.

Kemudian Faraday menguji dengan mempengaruhi sebuah kumparan dengan

Bidang normal

Bidang sebenarnya

magnet yang digerakkan disekitar kumparan yang dihubungkan dengan

Amperemeter, sehingga terjadi perubahan kuat medan magnet yang

menembus bidang kumparan ( terjadi perubahan fluks magnetik ), seperti

gambar di samping :

Gambar 32. Medan magnet yang menembus kumparan.

hasilnya ternyata jarum pada Amperemeter bergerak. Ini menunjukkan bahwa

ada arus listrik pada kumparan. Adanya arus listrik ini menunjukkan bahwa ada

muatan yang bergerak di dalam kumparan, sehingga dikatakan ada medan

listrik. Dengan demikian Hipotesa Faraday terbukti.

Peristiwa terjadinya arus listrik pada penghantar / kumparan karena

dipengaruhi oleh perubahan fluks magnetik disebut dengan “Induksi

elektromagnetik”

Arus listrik yang terjadi pada penghantar akibat perubahan flukmagnetik

disebut dengan Arus Listrik Induksi. Beda Potensial antara ujung-ujung

penghantar disebut dengan GGL Induksi (Gaya Gerak Listrik Induksi).

Arah Arus Induksi dinyatakan berdasarkan Hukum Lenz yang menyatakan :

Arah Arus Induksi pada penghantar sedemikian rupa sehingga dapat

menimbulkan sesuatu yang melawan penyebabnya.

Jika penyebab Arus Induksi tersebut Medan Magnet / Magnet, maka pada

penghantar / kumparan harus dapat menghasilkan Medan magnet yang

melawan medan magnet penyebabnya, yaitu :

1. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Mendekat maka Pada ujung

penghantar / kumparan timbul kutub Utara . ( Gb. 33 a)

US

2. Jika penyebabnya kutub Utara Magnet Menjauhi maka Pada ujung

penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (Gb.33 b)

3. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Mendekat maka Pada ujung

penghantar / kumparan timbul kutub Selatan. (gb.33c)

4. Jika penyebabnya kutub Selatan Magnet Menjauhi maka Pada ujung

penghantar / kumparan timbul kutub Utara. (gb.33d )

Gambar 33. Penyimpangan jarum Galvanometer karena pergerakan magnet

Jika penyebab timbulnya Medan Magnet adalah Gaya, maka pada penghantar

akan timbul Gaya yang melawannya yang besarnya sama dan arahnya

berlawanan, yaitu

Pada gambar di bawah akibat Gaya Mekanis F, timbul Gaya Lorentz FL yang

besarnya sama dan arahnya berlawanan.


U S

I

GGb.33d

US

I

GGb.33c

SUSU

Gb.33bG

S

I

Gb.33a

US U

I

G

dirumuskan :

ε i=−L Δi

Δtatau :

ε i=−L di

dt (39)

didt = cepat perubahan kuat arus listrik ( Ampere/sekon )

L = Konstanta pembanding yang disebut dengan Induktansi

Diri sering disebut Induktansi dengan satuan Henry ( H )

i = GGL Induksi diri


1. Kumparan 1000 Lilitan 1

2. Kumparan 500 Lilittan 1

3. Batang Magnet Alnico 2





8. Meter Dasar 1


Gambar 34. Skema Alat praktikum Gaya Gerak Linstrik Induksi

Gambar 35. Rangkaian Alat praktikum Gaya Gerak Linstrik Induksi

Keterangan:



a. Kumparan 500 lilitan dipasang pada papan rangkaian

b. Sebuah meter dasar berfungsi sebagai voltmeter dengan batas ukur 1

V DC

c. Sebuah batang magnet diletakkan di dalam kumparan

3. Hubungkan rangkaian dengan voltmeter (gunakan kabel penghubung)

4. Periksa kembali rangkaian


1. Gerakkan magnet keluar kumparan, selama geraknya amati penyimpangan

jarum voltmeter. Catat hasil pengamatan ke dalam tabel di bawah

2. Masukkan kembali magnet ke dalam kumparan seperti semula. Selama

geraknya amati penyimpangan jarum voltmeter dan catat hasilnya ke dalam

tabel di bawah.

3. Lakukan langkah a dan b, dengan gerakan yang lebih cepat, catat hasilnya ke

dalam tabel di bawah.

4. Ganti kumparan 500 lilitan dengan kumparan 1000 lilitan, kemudian lakukan

seperti langkah a s/d c dan catat hasilnya ke dalam tabel.

f. Hasil pengamatan

No

KumparanGerakan magnet Penyimpangan voltmeter

Keluar masuk Ke kiri Ke kanan

500 1000lamba

tcepat lambat cepat kecil Besar kecil Besar

1

X

X

2 X

3 X

4 X

5

X

X

6 X

7 X

8 X

g. Tugas


1. Apa yang mempengaruhi besar simpangan jarum voltmeter?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

__________

2. Apa yang mempengaruhi arus induksi dalam kumparan?

________________________________________________________________

________________________________________________________________

__________

h. Tes Formatif

Magnet yang tampak pada gambar berikut mengimbas ggl di dalam kumparan

apabila digerakkan ke kiri maupun ke kanan. Tentukan arah arus induksi yang

melalui hambatan bila magnet bergerak : (a) ke kanan; (b) ke kiri

i. Kesimpulan dan Saran:

SU

DCBA

Praktikum 8: Tranformator

A. Rencana Belajar : Memahami induktansi bersama dua kumparan.


1. Kegiatan Belajar :

a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran :Mempelajari prinsip kerja sebuah

transformator

b. Uraian Materi :

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan

atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC).Ketika Kumparan primer

dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada

kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet

yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke

kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan

timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual

inductance).

Gambar 40. Transformator

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder,

dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

(43)

Dengan:

Vp = tegangan primer (volt)

Vs = tegangan sekunder (volt)

Np = jumlah lilitan primer ( Lilitan )

Ns = jumlah lilitan sekunder (Lilitan )

Prinsip Kerja Trafo :

1. Akibat kumparan primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik (AC)

(sebagai tegangan primernya), maka pada kumparan primer dihasilkan fluks

magnetik yang besarnya berubah-ubah.

2. Perubahan fliks magnetik yang dihasilkan oleh kumparan primer

mempengaruhi kumparan sekunder (kumparan sekunder mendapatkan fluks

magnetik yang berubah-ubah), akibatnya pada kumparan sekunder timbul

GGL / Tegangan sekunder.

3. Pada persitiwa ini seolah-olah ada perpindahan energi tiap satuan waktu

(Daya) dari kumparan primer ke kumparan sekunder.

4. Inti Trafo terbuat dari beri yang berlapis, yang berfungsi untuk memperkuat

fluks magentik yang dihasilkan. Inti Trafo dibuat berupa lapisan tipis besi untuk

mengurangi energy yang hilang dalam bentuk “Arus Eddy”

Jenis Trafo :

1. Trafo Step Up

Berfungsi untuk menaikkan

tegangan bolak-balik

Cirinya Jumlah lilitan Primer <

Jumlah lilitan Sekunder

2. Trafo Step Down

Berfungsi untuk

menurunkan tegangan

bolak-balik

Cirinya Jumlah lilitan Primer

> Jumlah lilitan Sekunder

Np Ns

(a) (b)

Pada Trafo Ideal, berlaku :

Daya Primer = Daya Sekunder

Secara matematis :

Pp = Ps

p.Ip = s.Is

Atau sering dituliskan :

(44)

Menurut prinsip perpindahan GLL induksi berlaku :

Pada kumparan Primer :

ε p=−N pdΦdt

Pada kumparan Sekunder :

ε s=−N sdΦdt

Jika dibandingkan :

ε p : εs = −N pdΦdt :

−N sdΦdt

Hasilnya :

ε p : εs = N p : N s (45)

Effisiensi Trafo

Dalam pemakaian trafo sehari-hari tidak ada trafo yang ideal. Ada sebagian

energy / daya yang hilang selama perpindahan energy dari kumparan Primer ke

kumparan Sekunder, akibatnya muncul istilah “Effisiensi Trafo” “”, dimana

berlaku :

p : s = Is : Ip

Effisiensi Trafo = Daya SekunderDaya Pr imer

x 100 %

(46)

Secara matematis dituliskan :

η =Ps

Ppx 100 %

atauη =

ε s . I sε p . I p

x 100 %

(47)

Pp = Daya Primer / Daya In (masuk)

Ps = Daya Sekunder / Daya Out (keluar)




2. Inti Besi U 1

3. Inti Besi I 1



6. Saklar Satu Kutub 1




10. Multimeter 1

11. Catu Daya 1


Gambar 41. Skema Alat Praktikum Transformator

Gambar 42. Rangkaian Alat Praktikum Transformator

Keterangan



a. Kumparan 500 lilitan dipasang sebagai kumparan primer (input)

b. Kumpatan 1000 lilitan dipasang sebagai kumpatran sekunder (output)

c. Pasang inti besi U dan I pada kedua kumparan

d. Saklar keadaan terbuka (posisi 0) dipasang pada kumparan primer

e. Multimeter digunakan sebagai voltmeter dengan batas ukur 10 V AC


mati/off)

4. Pilih tombol tegangan keluaran 3V AC

5. Periksa kembali rangkaian


1. Hidupkan catu daya (on)

2. Tutup saklar S (posisi 1), kemudian ukur tegangan pada kumparan primer

dan pada kumparan primer dan pada kumparan sekunder. Catat hasilnya ke

dalam tabel hasil pengamatan.

3. Buka saklar S(posisi 0), kemudian ubah tombol tegangan keluaran menjadi 6

Volt AC

4. Lakukan seperti langkah b, dan hasilnya catat ke dalam tabel hasil

pengamatan.

5. Tukarkan tempat kumparan 500 lilitan dengan kumparan 100 lilitan

6. Ulangi langkah c dan d dengan mengubah tombol tegangan keluaran catu

daya pada 9 dan 12 V AC


Tegangan output

Catu daya

N primer

(Np)

N

Sekunder

(Ns)

Vp (Volt) Vs (Volt) Np/Ns Vp/Vs

1 2 3 4 5 6

3 V 500 1000

6 V 500 1000

9 V 1000 500

12 V 1000 500

g. Tugas


1. Bagaimana pendapatmu mengenai hasil kolom 5 dan 6?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

_____________________

2. Tuliskan persaman hubungan antara tegangan dengan jumlah lilitan pada

sebuah transformator?

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________

h. Tes Formatif

1. Sebuah trafo memiliki lilitan primer sebanyak 2000 lilitan dan lilitan

sekunder sebanyak 1200 lilitan. Jika kumparan primer dihubungkan

dengan tegangan 200 volt, tentukan :

a. Tegangan sekunder yang dihasilkan !

b. Jika arus pada kumparan sekunder 1,6 Ampere, berapa arus pada

kumparan primer ?

2. Sebuah trafo memiliki daya primer 750 watt, dihubungkan dengan

rangkain elektronika yang memiliki spesifikasi 220 V, 2 A dan rangkain

normal. Berapakah effisiensi dari trafo tersebut ?

i Kesimpulan dan Saran:

1. Nomor Percobaan : 112. Topik Percobaan : Rangkaian Seri R-C3. Tujuan Percobaan : Mempelajari sifat tegangan bolak-balik pada

...................................................rangkaian seri hambatan (R) dengan kapasitor (L)4. Alat/ Bahan yang diperlukan :

Nomor urut Nama Alat/ Bahan Jumlah1 Kapasitor 1 πF 12 Hambatan tetap 470 Ώ 13 Jembatan penghubung 14 Saklar satu kutub 15 Papan rangkaian 16 Kabel penghubung merah 27 Kabel penghubung hitam 28 Multimeter 19 Audio generator 1

5. PERSIAPAN PERCOBAAN

Gambar 1.

KETERANGAN:

a. Persiapkan peralatan/ komponen sesuai dengan daftar alat/ bahan.b. Buat rangkaian seperti gambar di atas

- Saklar pada posisi terbuka (posisi 0)

- Resistor (R) disusun seri dengan kapasitor (C)- Sebuah multimeter sebagai voltmeter dengan batas ukur 10V AC

c. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati/off)

- Pilih skala tegangan 10 x 10 m Vrms- Pilih bentuk gelombang (wave form) sinusoidal.- Pilih frekuensi awal 100Hz (10 x 10 Hz)

d. Hubungkan rangkaian ke audio generator (gunakan kabel penghubung)e. Periksa kembali rangkaian.

6. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

a. Hidupkan audio generator (ON)b. Tutup saklar S (posisi 1), baca VR (tegangan hambatan R) pada voltmeter, catat

hasilnya pada tabel hasil pengamatan.c. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik B dan D.d. Tutuplah saklar S (posisi 1), baca Vc (Tegangan pada kapasitor C) dan catat

hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.e. Buka saklar S (posisi 0) dan pindahkan voltmeter ke titik A dan Df. Tutup saklar S (posisi 1), baca Vtot (tegangan rangkaian) dan catat hasilnya ke

dalam tabel hasil pengamatang. Ulangi langkah b sampai dengan f untuk frekuensi 500 dan 1000 Hzh. Selesaikan seluruh isian tabel

Gambar 2.

7. HASIL PENGAMATAN

Frekuensi (Hz) Tegangan RVR

Tegangan CVC

Tegangan TotalVtot √V R

2 +V C2

Bandingkan nilai V tot dengan

8. KESIMPULAN DAN SARAN

√V R2 +V C

2

1. Nomor Percobaan : 122. Topik Percobaan : Rangkaian Seri R-L3. Tujuan Percobaan : Mempelajari sifat tegangan bolak-balik pada

...................................................rangkaian seri hambatan (R) dengan Induktor(L)4. Alat/ Bahan yang diperlukan :

Nomor urut Nama Alat/ Bahan Jumlah1 Kumparan 1000 lilitan 12 Hambatan tetap 100Ώ 13 Jembatan penghubung 14 Saklar satu kutub 15 Papan rangkaian 16 Kabel penghubung merah 27 Kabel penghubung hitam 28 Multimeter 19 Audio generator 110 Inti besi 1


Gambar 1.

KETERANGAN:


- Saklar pada posisi terbuka (posisi 0)- Inti besi I dimasukkan kedalam kumparan L- Resistor (R) disusun seri dengan kumparan (L)- Sebuah multimeter sebagai voltmeter dengan batas ukur 10V AC

c. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati/off





hasilnya pada tabel hasil pengamatan.c. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik B dan D

untuk mengukur tegangan kumparan L.d. Tutuplah saklar S (posisi 1), baca VL(Tegangan pada kumparan L) dan catat

hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.e. Buka saklar S (posisi 0) dan pindahkan voltmeter ke titik A daan D untuk

mengukur tegangan rangkaian.f. Tutup saklar S (posisi 1), baca Vtot (tegangan rangkaian) dan catat hasilnya ke

dalam tabel hasil pengamatang. Ulangi langkah b sampai dengan f untuk frekuensi 500 dan 1000 Hzh. Selesaikan seluruh isian tabel

Gambar 2.

7. HASIL PENGAMATAN

Frekuensi (Hz) Tegangan RVR

Tegangan kumparanVL

Tegangan TotalVtot √V R

2 +V L2

1005001000



√V R2 +V L

2

1. Nomor Percobaan : 132. Topik Percobaan : Rangkaian Seri R-L-C3. Tujuan Percobaan : Mempelajari sifat tegangan bolak-balik pada

...................................................rangkaian seri hambatan (R) dengan Induktor(L) dan

...................................................kapasitor (C)4. Alat/ Bahan yang diperlukan :

Nomor urut Nama Alat/ Bahan Jumlah1 Kumparan 1000 lilitan 12 Hambatan tetap 100Ώ 13 Kapasitor 1 μF 14 Jembatan penghubung 15 Saklar satu kutub 16 Papan rangkaian 17 Kabel penghubung merah 28 Kabel penghubung hitam 29 Multimeter 110 Audio generator 111 Inti besi I 1


Gambar 1.

KETERANGAN:


- Saklar pada posisi terbuka (posisi 0)- Inti besi I dimasukkan kedalam kumparan L- Resistor (R) disusun seri dengan kumparan (L)- Sebuah multimeter sebagai voltmeter dengan batas ukur 10V AC

c. Hubungkan audio generator ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati/off





hasilnya pada tabel hasil pengamatan.c. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan voltmeter ke titik B dan D untuk

mengukur tegangan kumparan L.d. Tutuplah saklar S (posisi 1), baca VL(Tegangan pada kumparan L) dan catat

hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan.e. Buka saklar S (posisi 0) dan pindahkan voltmeter ke titik A daan D untuk

mengukur tegangan kapasitor (C).f. Tutup saklar S (posisi 1), baca Vc (tegangan kapasitor C) dan catat hasilnya ke

dalam tabel hasil pengamatan.g. Buka saklar S (posisi 0), pindahkan voltmeter ke titik A dan E untuk mengukur

tegangan rangkaian.h. Tutup saklar S (posisi 1), baca Vtot (tegangan rangkaian) dan catat hasilnya ke

dalam tabel hasil pengamatani. Ulangi langkah b sampai dengan f untuk frekuensi 1000, 2000 dan 3000 Hz.j. Selesaikan seluruh isian tabel

Gambar 2.

7. HASIL PENGAMATAN

Frekuensi (Hz)

Tegangan RVR

Tegangan kumparan

VL

Tegangan KapasitorVC

Tegangan TotalVtot

√V R2 +(V ¿¿ L2¿−V C

2 )¿¿

100020003000



√V R2 +(V ¿¿ L2¿−V C

2 )¿¿

1. Nomor Percobaan : 142. Topik Percobaan : Pembiasan pada kaca plan paralel3. Tujuan Percobaan : Menyelidiki sifat pembiasan pada kaca plan paralel 4. Alat/ Bahan yang diperlukan :

No Nama Alat/ Bahan Jumlah1 Meja optic 12 Rel presisi 13 Pemegang slide diafragma 14 Bola lampu 12 V, 18W 15 Diafragma 1 celah 16 Tumpakan berpenjepit 27 Balok kaca 18 Lensa= 100 mm bertangkai 1

No Nama Alat/ Bahan Jumlah9 Catu-daya 110 Kabel penghubung merah 111 Kabel penghubung biru 112 Tempat lampu bertangkai 113 Mistar 30 cm 114 Kertas HVS putih 115 Busur derajat 1


Gambar 1.

KETERANGAN:

Setelah seluruh peralatan dipersiapkan sesuai daftar di atas, maka:

a. Susunlah alat-alat yang diperlukan seperti gambar 1 di atas, dengan urutan dari kiri sumber cahaya, lensa, diafragma, meja optik. Letakkan kertas di atas meja optik kemudian tarik dua garis berpotongan tegak lurus di tengah-tengah kertas dan letakkan cermin kombinasi di atasnya. Lensa dipasang disebelah kiri celah. Buatlah jarak lensa 10 cm di kanan sumber cahaya. Aturlah lampu sehingga filamennya pada posisi tegak.

b. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan PLN. Pastikkan bahwa catu daya dalam keadaan mati.

c. Pilih tegangan keluaran catu daya (output) 12 Volt.d. Hubungkan sumber cahaya ke catu dayae. Nyalakan sumber cahaya, usahakan agar berkas sinar yang tampak di atas kertas

setajam (sejelas) mungkin. Jika perlu didekatkan meja optik ke lensa.6. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

a. Buatlah garis-garis bersudut 20’, 30’, 40’, 50’, dan 60’ dengan garis sumbu PQ pada kertas itu seperti gambar 2.

b. Letakkan balok kaca setengah lingkaran, dengan posisi sisi datarnya seperti terlihat pada gambar 3. Usahakan agar pusat lingkaran tepat di titik O (perpotongan garis-gris pada kertas).

c. Putarlah kertas sehingga sinar datang berhimpit dengan garis yang bersudut 20’ terhadap PO. Dengan demikian sudut datang sinar (sudut d) sam.a dengan 20’.

d. Buatlah 2 tanda silang tepat pada sinar yang keluar dari (meninggalkan) balok kaca.

e. Singkirkan balok kaca dan buatlah garis normal n untuk mengetahui r’ (sudut arah sinar saat meninggalkan balok kaca)

f. Ukurlah b (sudut bias) dan r’, lalu isikan hasilnya ke dalam tabel pada kolom hasil pengamatan.

g. Ulangi langkah 2 s.d 6 untuk sudut d yang lainnya.

Gambar 2.

Gambar 3.

7. HASIL PENGAMATAN

a. Isilah data pengamatan ke dalam tabel berikut ini dan selesaikan isisan ......lainnya!

No Sudut datang(d)

Sudut bias(b) r’ Sinus d Sinus b

1 20’2 30’3 40’4 50’5 60’

b. Buatlah grafik hubungan antara sin b terhadap sin d

c. Dari grafik tersebut tentukan indeks bias balok kaca

d. Bagaimanakah arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan balok kaca?

Sin d

Sin b


1. Nomor Percobaan : 152. Topik Percobaan : Pembiasan pada prisma3. Tujuan Percobaan : Menyelidiki sifat pembiasan pada prisma siku-siku 4. Alat/ Bahan yang diperlukan :

No Nama Alat/ Bahan Jumlah1 Meja optik 12 Rel presisi 13 Pemegang slide diafragma 14 Bola lampu 12 V, 18W 15 Diafragma 1 celah 16 Tumpakan berpenjepit 27 Balok kaca setengah lingakaran 18 Lensa= 100 mm bertangkai

No Nama Alat/ Bahan Jumlah9 Catu-daya 110 Kabel penghubung merah 111 Kabel penghubung biru 112 Tempat lampu bertangkai 113 Mistar 30 cm 1

14 Kertas HVS putih 115 Busur derajat 116 Prisma siku-siku 1


Gambar 1.

KETERANGAN:

Setelah seluruh peralatan dipersiapkan sesuai daftar di atas, maka:

a. Susunlah alat-alat yang diperlukan seperti gambar 1 di atas, dengan urutan dari kiri sumber cahaya, lensa, diafragma, meja optik. Letakkan kertas di atas meja optik kemudian tarik dua garis berpotongan tegak lurus di tengah-tengah kertas dan letakkan cermin kombinasi di atasnya. Lensa dipasang disebelah kiri celah. Buatlah jarak lensa 10 cm di kanan sumber cahaya. Aturlah lampu sehingga filamennya pada posisi tegak.

b. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan PLN. Pastikkan bahwa catu daya dalam keadaan mati.

c. Pilih tegangan keluaran catu daya (output) 12 Volt.d. Hubungkan sumber cahaya ke catu dayae. Nyalakan sumber cahaya, usahakan agar berkas sinar yang tampak di atas kertas

setajam (sejelas) mungkin. Jika perlu didekatkan meja optik ke lensa.6. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN

a. Buatlah garis-garis bersudut 20’, 30’, 40’, 50’, dan 60’ dengan garis sumbu PQ pada kertas itu seperti gambar 2.

b. Letakkan prisma siku-siku di atas kertas dengan posisi seperti terlihat pada gambar 3. Usahakan agar pertengahan sisi siku-siku prisma tepat di titik O (perpotongan garis-gris pada kertas).

c. Putarlah kertas sehingga sinar datang berhimpit dengan garis yang bersudut 20’ terhadap PO. Dengan demikian sudut datang sinar (sudut d) sam.a dengan 20’.

d. Buatlah 2 tanda silang tepat pada sinar yang keluar dari prisma.e. Singkirkan prisma dan buatlah garis normal n untuk mengetahui r’ (sudut arah

sinar saat meninggalkan prisma). Kemudian buatlah garis perpanjangan sinar masuk ke prisma dan sinar keluar dari prisma. Kedua garis itu berpotongan membentuk sudut D yang disebut sudut Deviasi.

f. Ukurlah besar sudut r’ dan D serta catat ke dalam tabelg. Ulangi langkah 2 s.d 5 untuk sudut d yang lainnya.

Gambar 2.

Gambar 3.

7. HASIL PENGAMATAN

a. Isilah data pengamatan ke dalam tabel berikut ini dan selesaikan isisan ......lainnya!

No Sudut datang(d)

Sudut pergi(r’)

Sudut deviasi(D)

1 20’

2 30’3 40’4 50’5 60’

b. Buatlah grafik hubungan antara D terhadap d

d. Kapad tercapai D minimum dan tentukan D dari grafik tersebut!

D

d


BAB IV

PENUTUP

Daftar Pustaka

Bueche, F. J., 1989, Seri Buku Schaum, Teori dan Soal-Soal Fisika Edisi Kedelapan,

diterjemahkan oleh Drs. B. Darmawan, M.Sc., Penerbit Erlangga.

Gates, Earl D. 2007. Introduction to Electronics Fifth Edition. Delmar: Cengage Learning.

Halliday, D. dan Resnick, R., 1978, Fisika 2 Edisi Ketiga, diterjemahkan oleh Pantur Silaban,

Ph.D. dan Drs. Erwin Sucipto, Penerbit Erlangga.

Plonus, Martin. 2001. Communications for Scientists and Engineers. Northwestern:

Academic Press.

adiwarsito.files.wordpress.com/2009/10/listrik-dinamis.doc

file.upi.edu/Direktori/FPTK/...BUDI_MULYANTI/....

Modul Praktikum Fisika Teknik 2015

Documents

Transcript of Modul Praktikum Fisika Teknik 2015