PENGUKURAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN CuSO4 …repository.usd.ac.id/36914/2/151424037_full.pdf ·...

i

PENGUKURAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN CuSO4

MENGGUNAKAN POST OFFICE BOX

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Fisika

Disusun Oleh:

Odilia Clara Nina Ratnasari

NIM : 151424037

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2020

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii


iii


iv


v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPERLUAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Odilia Clara Nina Ratnasari

NIM : 151424037

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan karya ilmiah saya yang berjudul:



Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata

Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikannya secara terbatas,

dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya

selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal: 30 Januari 2020

Yang menyatakan



vi

ABSTRAK




Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

2020

Telah dibuat rangkaian jembatan wheatstone yang terdiri dari tiga buah tahanan

standar dan satu tahanan yang belum diketahui nilainya berupa larutan CuSO4. Rangkaian

jembatan ini berfungsi mengukur hambatan larutan CuSO4 untuk beberapa panjang larutan

dan untuk konsentrasi larutan yang berbeda-beda. Rangkaian jembatan ini juga

menerapkan metode Kohlrausch yang menggunakan AFG sebagai sumber tegangan dan

oskiloskop sebagai indikator nol. Pengukuran hambatan larutan CuSO4 dilakukan dengan

cara mengubah-ubah salah satu tahanan yang ditetapkan sebagai tahanan variabel sehingga

tegangan yang terukur pada oskiloskop hampir nol. Untuk mendapatkan nilai yang lebih

teliti, yakni dengan satu angka di belakang koma, dilakukan dengan mengubah salah satu

tahanan menjadi sepuluh kali lebih besar dari sebelumnya lalu mengubah-ubah tahanan

variabel sehingga tegangan pada oskiloskop hampir nol. Hubungan hambatan terhadap

panjang larutan dan hubungan hambatan terhadap konsentrasi larutan ditunjukkan dalam

grafik linear. Penentuan daya hantar listrik larutan kemudian dianalisis menggunakan

persamaan gradien grafik. Berdasarkan penelitian, nilai daya hantar listrik larutan CuSO4

berkonsentrasi 1,563 mol/liter berdasarkan gradien grafik hubungan hambatan terhadap

panjang larutan adalah sebesar (5,0 ± 0,2) x 10-2 Ω-1 cm-1. Dari grafik hubungan hambatan

terhadap konsentrasi, didapat gradien garis sebesar -85,145c dimana angka ini

menunjukkan adanya penurunan nilai hambatan tiap satuan konsentrasi.

Kata kunci: daya hantar listrik, AFG, oskiloskop, post office box, larutan CuSO4.


vii

ABSTRACT

ELECTRICAL CONDUCTIVITY MEASUREMENT OF AQUEOUS CuSO4

USING POST OFFICE BOX


Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta

2020

A wheatstone bridge circuit has been made and consist of three standard resistors

and a resistor with unknown value in the form of an aqueous Copper (II) Sulfate. This

circuit aimed to measure the resistance value of the solution with various lengths and

concentrations. It applied the method of Kohlrausch which utilized an AFG as voltage

source and an oscilloscope as zero indicator. Resistance measurement of the Copper (II)

Sulfate solution conducted by adjusting one of the resistors to the state that the voltage

shown in oscilloscope is verge to zero. To obtain a more precise value which have decimal,

we set a resistor to tenfold greater and adjusted the variable resistor that the voltage

shown by oscilosscope almost 0. The correlation between resistance against solutions’

lengths and concentrations shown in linear graphic. The determination of electrical

conductivity was analyzed by linear regression equation. According to the study, the value

of conductivity in 1,563 mol/L Copper (II) Sulfate solutions given by the gradient was (5,0

± 0,2) x 10-2 Ω-1 cm-1. From the graph of correlation between resistance to concentration,

the line gradient obtained was -85,145c. This result shows the reduction of resistance to

every unit of concentration.

Keywords: electrical conductivity, AFG, oscilloscope, post office box, aqueous CuSO4.


viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan berkat dan kasihnya yang luar biasa sehingga penyusunan skripsi ini

dapat terselesaikan dengan baik. Karya penulisan ini di beri judul “Pengukuran

Daya Hantar Listrik Larutan CuSO4 Menggunakan Post Office Box”.

Penyususnan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

sarjana pendidikan pada Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan Dan

Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.

Penulisan dan penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik karena banyak pihak

yang berperan di dalamnya. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada

semua pihak yang telah membantu baik berupa waktu, tenaga, bimbingan, dan

arahan dalam penyelesaian skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S. selaku dosen pembimbing dan Kaprodi

Pendidikan Fisika, yang telah membimbing dan memberi pengarahan

dalam penyusunan skripsi dari awal hingga akhir.

2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika

yang telah membantu menyiapkan alat – alat eksperimen.

3. Romo Paul Suparno SJ, selaku DPA yang selalu memantau dan

memberikan arahan dari awal semester hingga akhir semester ini.

4. Bapak Drs. Domi Severinus, M. Si dan Ibu Elisabeth Dian Atmajati, S. Pd,

M.Si selaku dosen penguji yang telah bersedia memberikan masukan guna

menyempurnakan skripsi ini.

5. Ibu Elisabeth Dian Atmajati, S. Pd, M. Si yang selalu membantu ketika

menghadapi permasalahan dalam pemahaman materi maupun

permasalahan kehidupan pribadi.


ix

6. Seluruh dosen pendidikan fisika yang selalu membimbing selama

perkuliahan ini.

7. Orang tuaku tercinta, JB Trilaksana Putranto dan Yosephina K. Kedang

yang selalu menyertai dengan doa dan kasih sayang yang melimpah.

8. Seluruh keluarga besar Kedang Larantuka dan Sidoarjo yang selalu

mencurahkan kasih sayang, semangat dan mendukung dalam kondisi

apapun.

9. Teman – teman bimbingan skripsi, Sinta, Anton, dan Baran yang selalu

bersedia untuk diajak berdiskusi.

10. Sahabat – sahabat dekatku di kampus Wiwin, Filda, Riana, Desinta, Mel,

Anton yang selalu menyemangati, menjadi tempat curahan suka dan duka

selama perkuliahan.

11. Sahabat-sahabat dekatku di luar kampus Yolan, Ike, Indah yang juga selalu

ikut menyemangati dari jauh.

12. Seluruh mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2015 yang telah berjuang

dan berdinamika bersama.

13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu secara langsung dan

tidak langsung telah membantu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu

penulis dengan rendah hati menerima kritik dan saran yang membangun dari smeua

pihak. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Yogyakarta, 30 Januari 2020

Penulis



x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING ........................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI . Error! Bookmark not defined.

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........ Error! Bookmark not

defined.

HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI HASIL KARYA............................. v

ABSTRAK ........................................................................................................ vi

ABSTRACT ....................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii

BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang...................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 5

1.3 Batasan Masalah ................................................................................... 5

1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................. 5

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................ 6

1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 7

BAB 2 LANDASAN TEORI .............................................................................. 8

2.1 Arus Listrik ............................................................................................... 8

2.2 Daya Hantar Listrik ................................................................................. 12

2.3 Pengukuran Hambatan Menggunakan Jembatan Wheatstone ................... 13

2.4 Pengukuran Hambatan dan Daya Hantar Listrik menggunakan Metode

Kohlrausch .................................................................................................... 15

2.5 Pengukuran Hambatan Menggunakan Post Office Box dengan Tahanan

Standar .......................................................................................................... 18

2.6 Pengenceran Larutan ............................................................................... 20

BAB 3 METODE EKSPERIMEN .................................................................... 21

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 21

3.2. Tahapan Penelitian.............................................................................. 21

a. Persiapan Alat dan Bahan ................................................................... 21

b. Pengambilan Data dan Analisis Data................................................... 23

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 29

4.1 Hasil ........................................................................................................ 29


xi

a. Pengukuran daya hantar listrik dengan variasi panjang larutan ............ 29

b. Pengukuran daya hantar listrik dengan variasi konsentrasi larutan ....... 36

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 44

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 44

5.2 Saran ....................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 46

L A M P I R A N .............................................................................................. 48


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Muatan uji q dalam medan listrik E mengalami gaya F 8

Gambar 2.2 Penampang A yang mengandung partikel bermuatan yang 10

bebas bergerak dalam medan listrik E memiliki arus I

Gambar 2.3 Penghantar yang membawa arus I 12

Gambar 2.4 Rangkaian jembatan wheatstone secara umum 14

Gambar 2.5 Rangkaian pengukuran daya hantar listrik larutan elektrolit 16

Gambar 2.6 Susunan rangkaian jembatan wheatstone dengan metode 17

Kohlrausch

Gambar 2.7a Resistance box 18

Gambar 2.7b Rangkaian bagian dalam resistance box 18

Gambar 3.1 Susunan alat eksperimen 22

Gambar 3.2 Gelombang dengan ketinggian minimum pada oskiloskop 24

Gambar 3.3 Grafik hubungan hambatan terhadap panjang larutan 26

Gambar 3.4 Grafik hubungan hambatan terhadap konsentrasi larutan 28

Gambar 4.1 Grafik hubungan hambatan dengan panjang larutan 35

Gambar 4.2 Grafik hubungan hambatan dengan konsentrasi larutan 39


xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil pengukuran diameter permukaan elektroda 29

Tabel 4.2 Hasil pengukuran panjang larutan untuk percobaan pertama 31

Tabel 4.3 Pengukuran hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi 1,563 31

mol/liter dan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2

untuk panjang larutan 8,4 cm

Tabel 4.4 Tabel hubungan rentang nilai hambatan larutan CuSO4 34

berkonsentrasi 1,563 mol/liter dengan luas permukaan

elektroda 0,626 cm2 terhadap panjang larutannya

Tabel 4.5 Hubungan hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi 34

1,563 mol/liter dengan luas permukaan elektroda 0,626 cm2

terhadap panjang larutannya

Tabel 4.6 Pengukuran hambatan larutan CuSO4 dengan 𝑙 = 8,4 cm 36

untuk konsentrasi larutan 1,25 mol/liter

Tabel 4.7 Hubungan hambatan larutan CuSO4 dengan panjang 38

larutan 8,4 cm terhadap konsentrasi larutannya


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penelitian mengenai daya hantar listrik (konduktivitas) larutan telah

banyak dilakukan. Bermacam-macam metode pun telah digunakan, salah

satunya dengan menggunakan alat conductivity meter. Conductivity meter

adalah alat untuk mengukur konduktivitas larutan. Dalam ilmu Kimia,

conductivity meter telah lazim digunakan.

Daya hantar listrik merupakan kebalikan dari hambatan jenis (Krauss.

1988: 113). Hambatan jenis suatu larutan bergantung dari nilai

hambatannya, panjang larutan, dan luas penampangnya. Dengan demikian,

jika ingin mengetahui besar daya hantar listrik suatu larutan maka dapat

dilakukan pengukuran hambatannya, panjang larutan, dan luas

penampangnya terlebih dahulu.

Daya hantar listrik suatu larutan dapat berubah-ubah tergantung

konsentrasinya. Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya menunjukkan

semakin besar konsentrasi larutannya, maka daya hantar listriknya pun

makin besar (Gomaa, Negm, Tahoon 2016). Hal ini pun telah dibuktikan

sebelumnya bahwa konsentrasi larutan berbanding lurus daya hantar

listriknya (Acevedo, De Moran, Sales 1981).

Metode lain untuk mengukur daya hantar listrik suatu larutan adalah

dengan mengukur hambatannya terlebih dahulu. Pada kelas praktikum,

pengukuran hambatan menggunakan multimeter atau ohmmeter.

Pengukuran nilai hambatan kemudian dilakukan dengan cara perbandingan

tegangan terhadap arus yang tercatat.

Penggunaan ohmmeter sebagai alat ukur tahanan tergolong mudah

dan praktis. Ohmmeter dapat langsung dihubungkan dengan rangkaian

sehingga tidak membutuhkan rangkaian yang rumit. Dalam

pengukurannya, ohmmeter mengalirkan arus yang berasal dari baterai ke


2

tahanan. Jika ohmmeter dihubungkan dalam sebuah rangkaian yang juga

terhubung dengan sumber tegangan lain maka hal ini akan melemahkan

fungsi ohmmeter dan menghasilkan pembacaan palsu. Jika sumber

tegangan lain memiliki arus yang cukup tinggi maka ohmmeter akan

mengalami kerusakan.

Masalah lain saat menggunakan ohmmeter adalah ketika hambatan

yang terukur tidak sesuai atau tidak sama dengan nilai hambatan aslinya.

Hal ini dapat disebabkan oleh karena kesalahan saat menghubungkan probe

ke tahanan. Ketika tangan bersentuhan dengan ujung probe yang terhubung

ke hambatan, maka nilai tahanan yang terukur akan bertambah karena

tangan memberikan hambatan tambahan.

Terdapat alat ukur lain yang dapat mengukur nilai suatu hambatan.

Alat ukur tersebut adalah post office box. Post office box sebenarnya adalah

rangkaian jembatan wheatstone yang kemudian dirangkai dalam sebuah

kotak (Armitage. 1982). Pengukuran hambatan dengan rangkaian jembatan

wheatstone adalah dengan cara perbandingan, yaitu didasarkan pada

penunjukkan nol dari kesetimbangan rangkaian jembatan. Penunjukkan nol

ini didapat dengan cara mengubah-ubah salah satu tahanan yang disebut

tahanan variabel. Nilai hambatan yang belum diketahui kemudian

dibandingkan dengan hambatan yang telah diketahui besarnya secara tepat.

Metode pengukuran dengan menggunakan post office box dapat dilakukan

dengan teliti hingga mendapatkan angka di belakang koma. Caranya adalah

dengan mengubah salah satu tahanan menjadi sepuluh kali lebih besar dari

sebelumnya.

Rangkaian jembatan wheatstone tersusun atas tiga tahanan yang telah

diketahui nilainya dan sebuah tahanan yang belum diketahui. Dua tahanan

yang tersusun dalam jembatan ini biasanya berupa kawat dan satu tahanan

berupa tahanan yang nilainya dapat diubah-ubah. Jika menggunakan

tahanan pembanding berupa kawat, faktor-faktor seperti panjang kawat,

jenis kawat, dan luas penampang kawat juga harus diperhitungkan. Selain

itu, nilai hambatan jenis logam tertentu, misalnya tembaga, juga bergantung


3

pada temperatur. Bila dilihat dari sifatnya yang mudah dibentuk, maka hal

ini akan berpengaruh pada luas penampang kawat. Bila bentuk kawat

berubah maka luas penampang kawat juga berubah. Jika luas penampang

berubah, maka besarnya tahanan kawat juga ikut berubah.

Jembatan wheatstone merupakan salah satu alat ukur yang

menggunakan metode nol, artinya jembatan wheatstone membutuhkan

indikator nol. Alat yang menjadi indikator nol dalam jembatan wheatstone

adalah galvanometer. Galvanometer berfungsi sebagai pendeteksi adanya

arus (Sears dan Zemansky. 1962). Tahanan variabel akan diubah-ubah

nilainya sampai jarum galvanometer menunjuk angka nol. Hal ini berarti

menandakan tidak ada arus yang melewati rangkaian. Jika tidak ada arus

yang melewati rangkaian, maka nilai hambatan yang terukur tepat karena

tidak mengubah nilai tahanannya.

Teknik untuk mengukur hambatan suatu larutan berbeda dengan saat

mengukur hambatan biasa. Tahanan larutan elektrolit harus diukur dengan

tegangan bolak-balik, karena jika menggunakan tegangan searah saat arus

melalui larutan elektrolit terjadi elektrolisis dan polarisasi yang

menyebabkan nilai hambatan larutannya bertambah. (Christian Gerthsen

dkk. 1996). Untuk mencegah perubahan nilai hambatan larutan, maka

digunakan elektroda dari material yang sama dengan larutan, yakni

penggunaan elektroda tembaga untuk larutan copper sulphate (CuSO4).

Penelitian sebelumnya, untuk mengukur hambatan larutan elektrolit

digunakan metode Kohlrausch pada jembatan wheatstone. Metode

Kohlrausch adalah metode jembatan wheatstone yang menggunakan

sumber tegangan bolak-balik dan keseimbangan jembatan ditentukan

dengan menggunakan headphone atau oskiloskop. Tahanan pembanding

pada jembatan wheatstone yang digunakan berupa kawat dan elektroda

yang digunakan berbeda jenisnya dari larutannya, yakni elektroda dari

tembaga dan aluminium untuk larutan seng sulfat (Armitage. 1982).

Penelitian yang dilakukan Widarningsih untuk menentukan nilai

tahanan larutan elektrolit dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi AFG


4

untuk panjang larutan yang sama. Berdasarkan penelitian ini kemudian

didapat grafik hubungan hambatan standar (Rs) terhadap rasio jarak kawat

(AC/CB). Analisis pengukuran nilai hambatan larutan dapat ditentukan dari

gradien grafik tersebut.

Dengan mengacu pada teori dan penelitian yang telah dilakukan

sebelumnya, penelitian ini bertujuan untuk mengukur daya hantar listrik

larutan CuSO4 dengan mengubah-ubah nilai konsentrasi larutan dan

panjang larutannya menggunakan post office box dengan menerapkan

metode Kohlrausch. Dalam penelitian ini oskiloskop digunakan sebagai

pengganti galvanometer. Jembatan wheatstone dalam penelitian ini juga

tersusun atas tahanan yang sesuai standar, maksudnya tahanan tersebut

memiliki nilai yang akurat.

Perbedaan penelitian ini dengan penelitian yang sebelumnya adalah

hambatan larutan yang diukur dalam penelitian ini didapat dari variasi

panjang larutan dan konsentrasi, sedangkan hambatan larutan pada

penelitian sebelumnya didapat hanya dari satu keadaan, yakni untuk satu

panjang larutan. Elektroda yang digunakan dalam penelitian ini juga sejenis

dengan larutan yang digunakan, yakni elektroda tembaga untuk larutan

CuSO4 sedangkan pada penelitian sebelumnya elektroda yang digunakan

berbeda jenis dari larutan. Hasil pengukuran tahanan larutan yang didapat

dalam penelitian ini memiliki ketelitian satu angka di belakang koma,

sedangkan penelitian sebelumnya tidak. Angka di belakang koma ini

didapat bukan karena perhitungan kalkulator, melainkan perbandingan nilai

tahanan standar yang digunakan pada jembatan wheatstone. Berdasarkan

data dari Ness Engineering Technical Data Liquid Resistors, hambatan

jenis larutan CuSO4 dengan konsentrasi 100% adalah sebesar 22 Ω cm.

Penelitian ini diharapkan dapat berguna bagi bidang pendidikan dan

bidang penelitian, baik untuk tingkat Sekolah Menengah Atas dan tingkat

perguruan tinggi. Penelitian ini juga diharapkan mampu membantu

siswa/siswi ataupun para mahasiswa untuk memahami lebih dalam tentang

materi listrik dan magnet, khususnya tentang prinsip kerja jembatan


5

wheatstone serta kelebihan dan kekurangannya jika dibandingkan dengan

alat ukur hambatan lain seperti ohmmeter. Selain itu, penelitian ini

dijadikan sebagai sumbangan untuk mendukung eksperimen di

laboratorium Fisika serta membantu terhadap pengembangan penelitian

fisika.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka rumusan

masalah penelitian ini adalah:

a. Bagaimana cara mengukur hambatan larutan CuSO4 untuk variasi

panjang larutan dan variasi konsentrasi larutan menggunakan post office

box?

b. Bagaimana hubungan antara hambatan larutan dengan konsentrasi dan

panjang larutannya berdasarkan penelitian?

1.3 Batasan Masalah

Permasalahan yang diteliti pada penelitian ini dibatasi pada:

a. Metode yang digunakan adalah metode Kohlrausch

b. Panjang larutan divariasi antara 8 cm sampai 10,5 cm

c. Konsentrasi larutan divariasi antara 0,781 mol/liter sampai 1,563

mol/liter

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Menjelaskan pengukuran hambatan larutan CuSO4 dengan variasi

panjang larutan dan konsentrasi larutan menggunakan post office box

b. Menjelaskan hubungan antara daya hantar listrik larutan CuSO4

dengan konsentrasi dan panjang larutannya berdasarkan penelitian


6

1.5 Manfaat Penelitian

a. Bagi peneliti

1) Meningkatkan pemahaman mengenai materi listrik dan magnet

2) Memahami prinsip kerja jembatan wheatstone dengan

menggunakan metode Kohlrausch

3) Memahami langkah-langkah untuk mendapatkan nilai tahanan

dengan satu angka di belakang koma menggunakan jembatan

wheatstone

4) Membantu mengembangkan metode penelitian hambatan dan

daya hantar listrik larutan yang baru

5) Membantu mengembangkan metode penelitian menggunakan

jembatan wheatstone yang baru

b. Bagi pembaca

1) Meningkatkan pemahaman mengenai materi listrik dan magnet

2) Mengetahui kelebihan serta kekurangan penggunaan jembatan

wheatstone

3) Memahami langkah-langkah untuk mendapatkan nilai tahanan

dengan satu angka di belakang koma menggunakan jembatan

wheatstone

4) Memahami prinsip kerja jembatan wheatstone dengan

menggunakan metode Kohlrausch

5) Mengetahui nilai hambatan dan daya hantar listrik larutan CuSO4

6) Memahami hubungan konsentrasi larutan dengan daya hantar

listriknya

7) Memahami hubungan panjang larutan dengan daya hantar

listriknya


7

1.6 Sistematika Penulisan

BAB I. Pendahuluan

Bab I menguraikan latar belakang masalah, rumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika

penelitian.

BAB II. Dasar Teori

Bab II berisi teori-teori yang berkaitan dengan penelitian yang

dilakukan.

BAB III. Metode Eksperimen

Bab III menguraikan alat, bahan, prosedur eksperimen, dan cara

menganalisa data.

BAB IV. Hasil dan Pembahasan

Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil

eksperimen yang dilakukan

BAB V. Penutup

Bab V memuat tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian

yang telah dilakukan


8

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Arus Listrik

Sebuah muatan uji yang diletakkan di dalam medan listrik seperti pada

gambar 2.1 mengalami gaya yang diberikan oleh:

𝐹 = 𝑞 𝐸 (2.1)

dengan: F : gaya (N)

q : muatan (C)

E : medan listrik (N/C)

E F

Gambar 2.1. Muatan uji q dalam medan listrik E mengalami gaya F

Jika muatan bebas bergerak, maka muatan akan mengalami percepatan

berdasarkan Hukum II Newton yakni:

𝑎 = 𝐹

𝑚 (2.2)

Keterangan: 𝑎 : percepatan (m/s2)

m : massa elektron (kg)

Tanpa adanya penghambat, kecepatan partikel v (= at) akan meningkat selama

selang waktu t tertentu apabila medan listrik E konstan. Dalam gas, cairan,

ataupun konduktor padat, partikel bertabrakan berulang kali dengan partikel

lain sehingga kehilangan sebagian energi dan menyebabkan perubahan arah

geraknya. Jika E konstan dan mediumnya homogen, tumbukan antar partikel

menyebabkan kecepatan partikel bermuatan menjadi konstan, yang disebut

+q


9

kecepatan hanyut (Krauss. 1988: 113). Kecepatan hanyut ini memiliki arah

yang sama dengan medan listrik dan dihubungkan dengan konstanta yang

disebut mobilitas. Mobilitas menyatakan ukuran kemampuan gerak elektron

bebas di dalam medium (Soedojo. 1985: 139). Jadi:

𝑣𝑑 = 𝜇 𝐸 = 𝑞

𝑚 𝜏 𝐸 (2.3)

dengan: vd : kecepatan hanyut (m/s)

µ : mobilitas (m2 V-1 s-1)

m : massa muatan (kg)

τ : waktu (s)

E : intensitas medan listrik (V m-1)

Misalkan sebuah medium dengan penampang A seperti pada gambar 2.2,

memiliki banyak partikel bermuatan. Jika n adalah jumlah partikel pembawa

muatan bebas per satuan volume dan diasumsikan bahwa masing-masing

partikel membawa muatan q yang bergerak dengan kecepatan hanyut vd. Maka

dalam selang waktu ∆t, muatan totalnya adalah:

∆𝑄 = 𝑞 𝑛 𝐴 𝑣𝑑 ∆𝑡 (2.4)

Jika persamaan 2.4 dibagi dengan ∆t, maka didapatkan muatan total yang

mengalir tiap waktu atau yang disebut dengan arus.

∆𝑄

∆𝑡= 𝐼 = 𝑞 𝑛 𝐴 𝑣𝑑 (2.5)

dimana: I : arus (C/s)

n : jumlah partikel pembawa muatan bebas per satuan volume

A : luas penampang medium (m2)

Satuan internasional untuk arus (coulombs per second) adalah ampere.


10

Gambar 2.2. Penampang A yang mengandung partikel bermuatan yang bebas bergerak dalam medan

listrik E memiliki arus I. Arus terdiri atas partikel bermuatan dengan kerapatan volume ρ yang melintas

dengan kecepatan vd. Muatan dari partikel-partikel tersebut bisa positif atau negatif. Muatan positif

bergerak ke arah medan listrik sedangkan muatan negatif bergerak ke arah sebaliknya, tapi keduanya

tetap dijumlah untuk memperoleh arus total. Agar lebih sederhana, di gambar hanya ditampilkan muatan

positif.

Berdasarkan persamaan 2.5, arus sebanding dengan kecepatan hanyut,

rapat muatan, dan penampang konduktor. Jika persamaan 2.5 dibagi dengan

A, didapatkan arus tiap satuan penampang atau disebut dengan rapat arus (J).

Maka:

𝐽 = 𝐼

𝐴= 𝑞 𝑛 𝑣𝑑 (2.6)

Rapat arus (J) memiliki satuan ampere per meter kuadrat (A/m2). Dengan

mengingat persamaan 2.3, maka persamaan rapat arus juga dapat ditulis:

𝐽 = 𝜎 𝐸 (2.7)

Dimana σ merupakan tetapan pembanding lurus antara rapat arus dengan kuat

medan listrik yang diberikan oleh:

𝜎 = 𝑛 𝑞2

𝑚 𝜏 = 𝑛 𝑞 𝜇 (2.8)

σ untuk larutan elektrolit lebih umum disebut sebagai daya hantar listrik yang

menyatakan kemampuan untuk menghantarkan arus listrik (Sukardjo. 2013:

374).

Pada dasarnya, hantaran listrik adalah hantaran yang dilakukan oleh

muatan-muatan listrik. Dalam larutan elektrolit, hantaran listrik dilakukan oleh

ion, yakni ion positif dan negatif. Apabila ke dalam larutan dimasukkan dua

E

I

Rapat muatan ρ

Kecepatan hanyut vd

+

+

+


11

keping logam yang masing-masing dihubungkan ke kutub-kutub sumber

listrik, maka ion-ion akan bergerak dari satu keping ke keping lainnya.

Keping-keping tersebut berlaku sebagai elektroda positif dan negatif (Soedojo.

1985. 150).

Ion positif bergerak ke elektroda negatif, yakni ke keping yang

dihubungkan ke kutub negatif sumber daya dan ion negatif bergerak ke

elektroda positif. Sesampainya di elektroda positif, ion negatif melepaskan

elektronnya ke ke elektroda tersebut dan menjadi gugusan atom netral.

Sebaliknya ketika ion-ion positif sampai di elektroda negatif akan menarik

elektron dari elektroda tersebut serta juga menjadi gugusan atom netral.

Gugusan atom netral segera bereaksi dengan air dan membentuk molekul-

molekul baru yang lalu terurai menjadi ion-ion lagi. Jadi hantaran listrik dalam

larutan elektrolit tak lain adalah hantaran elektron-elektron dari elektroda

negatif ke elektroda positif dengan diangkut oleh ion-ion elektrolit.

Seperti halnya elektron-elektron bebas di dalam konduktor yang

menghantarkan arus listrik mengalami hambatan, begitu pula gerakan ion-ion

di dalam larutan elektrolit. Hambatan-hambatan itu berasal dari gaya

elektrostatik antara ion-ion atau bisa juga akibat gesekan dan tumbukan antara

ion dengan molekul larutan. Dengan mengingat persamaan 2.6, maka rapat

arus J di dalam larutan elektrolit diberikan oleh:

𝐽 = (𝑛+ 𝑞+ 𝑣𝑑++ 𝑛− 𝑞− 𝑣𝑑−

) (2.9)

dengan indeks + untuk ion positif dan indeks – untuk ion negatif.

Seandainya valensi ion-ionnya adalah Z, maka q = Z e, dengan e ialah

muatan elemen air yaitu 1,6 x 10-19 Coulomb. Dengan mengingat persamaan

2.3, maka persamaan 2.7 dapat diubah menjadi:

𝐽 = (𝑛+ 𝜇+ 𝑍+ + 𝑛− 𝜇− 𝑍−) e E (2.10)

Jadi dengan mengingat definisi daya hantar listrik pada persamaan 2.7, maka

dapat dituliskan:


12

𝜎 = (𝑛+ 𝜇+ 𝑍+ + 𝑛− 𝜇− 𝑍−) e (2.11)

Dari persamaan 2.11 menunjukkan bahwa daya hantar listrik larutan

elektrolit selain sebanding dengan mobilitas ion-ionnya juga tergantung pada

konsentrasi ion-ionnya. Maka semakin besar konsentrasi suatu larutan, maka

semakin besar pula daya hantar listriknya.

2.2 Daya Hantar Listrik

Sesuatu yang berhubungan dengan hambatan adalah hambatan jenis,

yang merupakan karakteristik (sifat) dari suatu bahan (Halliday. 1986: 189).

Berdasarkan persamaan 2.7, hambatan jenis secara matematis dapat ditulis:

𝜌 = 𝐸

𝐽 (2.12)

Hal ini disebabkan karena daya hantar listrik didefinisikan sebagai kebalikan

hambatan jenis yang dapat dinyatakan dalam:

𝜎 = 1

𝜌 (2.13)

Misalkan sebuah penghantar silinder seperti yang ditunjukkan gambar

2.3 memiliki luas penampang A dan panjang l mengangkut arus I yang tetap.

Di antara ujung-ujung penghantar dihubungkan dengan beda potensial V. Jika

penampang silinder pada setiap ujung merupakan permukaan-permukaan

ekipotensial, maka medan listrik dan rapat arus akan konstan untuk semua titik

di dalam silinder dan akan mempunyai nilai:

Gambar 2.3. Penghantar yang membawa arus I

A I

𝑙

E


13

𝐸 =𝑉

𝑙 (2.14)

Dengan mengingat persamaan J = 𝐼

𝐴, maka hambatan jenis dapat ditulis:

𝜌 = 𝑉

𝑙⁄

𝐼𝐴⁄ (2.15)

Seperti yang telah diketahui, 𝑉

𝐼 adalah hambatan R maka persamaan 2.15 dapat

ditulis:

𝑅 = 𝜌 𝑙

𝐴 (2.16)

atau

𝜌 = 𝑅 𝐴

𝑙 (2.17)

Maka persamaan daya hantar listriknya akan menjadi:

𝜎 = 𝑙

𝑅 𝐴 (2.18)

Jika satuan hambatan jenis dalam SI adalah ohm-meters (Ω m), maka satuan

daya hantar listrik adalah mho per meter ( m-1) atau dapat juga ditulis Ω-1

m-1.

Persamaan 2.18 bila diaplikasikan dalam larutan, maka σ menunjukkan

daya hantar listrik larutan, l menunjukkan jarak antar elektroda (panjang

larutannya), R menunjukkan hambatan larutan, dan A menunjukkan luas

penampang elektroda. Jika panjang dan luas penampang penghantar dianggap

konstan, maka semakin besar tahanan penghantar, makin sedikit muatan listrik

yang dihantar. Begitupun sebaliknya, makin kecil tahanan penghantar maka

makin besar muatan listrik yang dihantar.

2.3 Pengukuran Hambatan Menggunakan Jembatan Wheatstone

Jembatan wheatstone banyak digunakan untuk pengukuran hambatan

dengan hasil ukur tepat. Rangkaian jembatan wheatstone pertama kali

a


14

dijelaskan oleh seorang ilmuwan Inggris bernama S. Hunter Christie pada

tahun 1833. Namun baru pada tahun 1843, Sir Charles Wheatstone

mempopulerkannya dan namanya disematkan sebagai hak paten (Chester L.

Dawes, 1952: 163).

Jembatan wheatstone memiliki empat buah tahanan (R1, R2, R3, R4)

dengan R1, R2 dan R3 merupakan resistor yang sebelumnya telah terkalibrasi

serta salah satu hambatannya dapat diubah-ubah nilainya dan R4 merupakan

tahanan yang belum diketahui nilainya. Empat buah tahanan (R) ini disusun

segiempat a-b-c-d seperti yang terlihat pada gambar 2.4. Pada titik a dan b

dihubungkan dengan sumber tegangan searah, sedangkan titik c dan d

dihubungkan dengan galvanometer.

Gambar 2.4. Rangkaian jembatan Wheatstone secara umum

Kaidah arus memberikan:

ia = i1 + i4 (2.19)

ib = i2 + i3 (2.20)

ic = i1 + i2 (2.21)

id = i3 + i4 (2.22)

Jika R1, R2, dan R3 diketahui nilainya, maka R4 dapat dihitung. Misalkan,

R1 adalah tahanan variabel sedangkan R2 dan R3 adalah tahanan yang telah


15

diketahui nilainya. Untuk mengukur nilai tahanan yang belum diketahui (R4),

maka R1 harus diubah-ubah nilainya sehingga jarum pada galvanometer tidak

menyimpang. Dengan kata lain, tidak ada arus yang melewati galvanometer.

Jika tidak ada arus yang mengalir melewati galvanometer, artinya beda

potensial antara titik c dan d (Vcd) = 0.

Jika Vcd = 0, dapat diartikan bahwa Vc = Vd. Dari gambar di atas, maka

dapat diketahui bahwa Vac = Vad dan Vbc = Vbd. Dari gambar juga dapat

diketahui bahwa arus yang masuk ke R1 (i1) sama dengan arus yang masuk ke

R2 (i2). Begitu pula dengan arus yang masuk di R3 (i3) sama dengan arus yang

masuk di R4 (i4).

Dengan demikian dapat dirumuskan sebuah persamaan untuk mencari

nilai tahanan yang belum diketahui, yakni:

Vac = Vad

i1 R1 = i4 R4 (2.23)

Vbc = Vbd

i2 R2 = i3 R3 (2.24)

Maka 22

11

Ri

Ri =

33

44

Ri

Ri (2.25)

Karena i1 = i2 dan i4 = i3, persamaan di atas menjadi:

22

11

Ri

Ri =

33

44

Ri

Ri

R1 x R3 = R2 x R4 (2.26)

R4 = 𝑅1𝑅3

𝑅2 (2.27)

2.4 Pengukuran Hambatan dan Daya Hantar Listrik menggunakan Metode

Kohlrausch

Pengukuran hambatan larutan elektrolit menunjukkan bahwa hasilnya

tidak menentu sehingga dianggap hukum Ohm tidak berlaku untuk konduktor


16

elektrolit. Nilai yang tidak menentu diakibatkan karena penggunaan arus

searah dalam pengukuran. Saat sumber tegangan diganti menjadi bolak-balik

ternyata hukum Ohm juga berlaku untuk pengukuran hambatan larutan

elektrolit (Glasstone. 1960: 32). Teknik untuk mengukur hambatan elektrolit

berbeda dari pengukuran hambatan biasa. Teknik standarnya dengan

memasukkan elektroda seperti terlihat pada gambar 2.5 ke dalam satu sisi

jembatan tahanan dan kemudian mencari titik keseimbangan (Atkins. 1996:

302).

Gambar 2.5. Rangkaian pengukuran daya hantar listrik larutan elektrolit

Kesulitannya saat arus melewati elektrolit maka akan terjadi elektrolisis

dan polarisasi yang menyebabkan hambatan larutan berubah. Elektrolisis

adalah penguraian elektrolit yang disebabkan oleh arus listrik, sedangkan

polarisasi adalah modifikasi komposisi lapisan muatan yang bersentuhan

dengan elektroda (Atkins. 1996: 302). Menggunakan elektroda dengan

material yang sama dengan larutan hanya mengatasi elektrolisis, tidak dengan

polarisasi. Dengan demikian, digunakanlah metode Kohlrausch.

Pada tahun 1880, Kohlrausch menggunakan sumber tegangan bolak-

balik dan telephone earpiece sebagai detektor yang kemudian sering

digunakan dalam pengukuran konduktansi elektrolit. Larutan elektrolit

diletakkan dalam sebuah sel dan hambatannya diukur menggunakan jembatan

wheatstone seperti yang ditunjukkan gambar 2.6.


17

Gambar 2.6. Susunan rangkaian jembatan wheatstone dengan metode Kohlrausch

Sel (C) terletak pada lengan ab dan kotak tahanan R pada lengan ac. Sumber

tegangan berupa sumber tegangan bolak-balik yang dilambangkan dengan S

dan D merupakan detektor berupa telephone earpiece.

Penelitian pengukuran daya hantar listrik larutan elektrolit

menggunakan metode Kohlrausch dapat dilakukan dengan mengubah-ubah

jarak antar elektroda yang terletak di dalam sel. Hal pertama yang dilakukan

adalah mengukur jarak antar elektroda (𝑙1) lalu mengatur sinyal AFG,

misalnya sebesar 1000 Hz. Penggunaan frekuensi sekitar 1000 Hz dapat

menghindarkan polarisasi karena perubahan yang terjadi pada separuh siklus,

dibatalkan oleh separuh siklus yang kedua. Dengan menggunakan metode

jembatan wheatstone, nilai R0 diubah-ubah sampai tidak terdengar bunyi pada

headphone dan posisi d kira-kira berada ditengah-tengah kawat. Hambatan

elektrolit (R1) dapat dihitung menggunakan persamaan:

𝑅1

𝑅0 =

𝑏𝑑

𝑐𝑑 (2.28)

Setelah itu jarak antar elektroda diubah menjadi 𝑙2 dan mengukur

hambatan elektrolitnya (R2). Bila luas penampang elektroda dinyatakan

sebagai:

A = 𝜋 𝑥 (𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟)2

4 (diameter dalam m) (2.29)


18

Maka hambatan jenis elektrolit dan daya hantar listrik elektrolitnya

dapat dihitung menggunakan persamaan 2.17 dan persamaan 2.18.

2.5 Pengukuran Hambatan Menggunakan Post Office Box dengan Tahanan

Standar

Post office box adalah jembatan wheastone yang dirangkai dalam sebuah

kotak. Lengan-lengan yang diketahui nilainya pada post office box sama

dengan hambatan yang telah diketahui nilainya pada jembatan. Sehingga

penentuan nilai hambatan dilakukan dengan cara mengubah-ubah salah satu

tahanan yang disebut tahanan variabel sehingga didapat kesetimbangan

rangkaian jembatan.

Tahanan standar adalah tahanan yang memiliki nilai hambatan yang

sama dengan nilai yang tertulis di badan tahanan tersebut. Salah satu jenis

tahanan standar adalah resistance box. Resistance box atau kotak tahanan

biasanya berbentuk plug box seperti pada gambar 2.7a. Kotak tahanan terdiri

dari sejumlah elemen tahanan yang tersusun secara seri dan memiliki nilai

yang berbeda-beda.

Gambar 2.7. a) resistance box, b) rangkaian bagian dalam resistance box


19

Jika semua slot tertutup, maka tahanan tersebut bernilai 0 Ω. Jika

penyumbat 10 Ω dicabut, maka tahanan tersebut akan bernilai 10 Ω. Tanpa

dikembalikan, jika selanjutnya dicabut penyumbat 1 Ω maka hambatan total

tahanan box adalah sebesar 11 Ω.

Pengukuran hambatan menggunakan jembatan wheatstone dengan

tahanan box dapat dilakukan seperti biasa, yaitu menyeimbangkan jembatan

dengan mengubah-ubah nilai hambatan pada salah satu tahanan box.

Berdasarkan gambar 2.4, misalkan nilai R yang belum diketahui adalah R1.

Maka nilai R2 adalah tahanan variabel yang dapat diubah-ubah nilainya. Nilai

R3 dan R4 mula-mula dapat dibuat sama, dimana R4 disebut sebagai hambatan

tetap.

Biasanya tidak mungkin mendapat keseimbangan yang sempurna

(galvanometer menunjuk persis di angka 0). Untuk itu, cara terbaik yang dapat

dilakukan adalah mengubah-ubah nilai pada R2 hingga di dapat simpangan

terkecil di antara angka 0. Misalnya 10 Ω membuat galvanometer

menyimpang jauh ke kiri. Saat tahanan diubah menjadi 20 Ω jarum pada

galvanometer menyimpang jauh ke kanan. Nilai R2 diubah lagi sehingga

simpangan jarum mendekati angka 0.

Saat nilai tahanan diubah menjadi 16 Ω membuat galvanometer

menyimpang ke kiri mendekati 0, sedangkan 17 Ω membuat galvanometer

menyimpang ke arah kanan mendekati 0, maka hambatan yang tidak diketahui

nilainya berkisar antara 16 Ω - 17 Ω.

Kisaran nilai tersebut dapat dipersempit lagi dengan cara mengubah

hambatan R3 menjadi sepuluh kali lebih besar dari nilai sebelumnya. Nilai

keseimbangan jembatan ini kemudian menjadi 163 Ω - 164 Ω. Dengan

menggunakan persamaan jembatan wheatstone, maka hambatan yang tidak

diketahui nilainya berkisar antara 16,3 Ω - 16,4 Ω. Bila galvanometer cukup

sensitif, maka nilai tahanan yang didapat bisa mencapai dua angka di belakang

koma jika hambatan R3 diubah menjadi seratus kali lebih besar.


20

2.6 Pengenceran Larutan

Berdasarkan persamaan 2.14, hambatan berbanding lurus terhadap

hambatan jenis dan panjang namun berbanding terbalik terhadap luas

penampang. Hal ini juga berlaku pada larutan. Hambatan suatu larutan

berbanding lurus terhadap hambatan jenis dan panjang larutan tetapi

berbanding terbalik terhadap luas penampang. Maka penentuan hambatan

larutan dapat dicari dengan mengubah-ubah panjang larutan dan hambatan

jenisnya. Hambatan jenis suatu larutan dapat diubah jika konsentrasi

larutannya berubah. Konsentrasi larutan dapat diubah dengan cara

mengencerkan larutan tersebut. Larutan diencerkan berdasarkan persamaan

2.28 (Rosenberg, 1989).

𝑉1 𝑐1 = 𝑉2 𝑐2 (2.30)

Keterangan:

V1 = volume larutan sebelum diencerkan

V2 = volume larutan sesudah diencerkan

c1 = konsentrasi larutan sebelum diencerkan

c2 = konsentrasi larutan sesudah diencerkan


21

BAB 3

METODE EKSPERIMEN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini termasuk jenis penelitian eksperimental yang dilaksanakan

di Laboratorium Fisika, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3.2. Tahapan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengukur daya hantar listrik larutan CuSO4

untuk berbagai panjang larutan dan berbagai konsentrasi. Penelitian terdiri atas

tiga tahap, yaitu: tahap pertama persiapan alat dan bahan, tahap kedua adalah

prosedur dan pengambilan data, dan tahap ketiga adalah analisis data.

a. Persiapan Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari

beberapa komponen beserta fungsinya, antara lain:

1. 1 buah pipa U

Pipa U berfungsi sebagai wadah untuk menampung larutan

CuSO4 yang akan diukur hambatannya.

2. Bubuk CuSO4

Bubuk CuSO4 sebanyak 50 gram dilarutkan ke dalam 200 ml air.

Larutan CuSO4 ini yang akan diukur daya hantar listriknya.

3. Elektroda tembaga

Elekroda berfungsi sebagai medium antara larutan dan

rangkaian, dimana ketika elektroda dimasukkan ke dalam pipa U

yang berisi larutan maka kation akan menuju elektroda bermuatan

negatif dan anion menuju elektroda bermuatan positif.

4. 4 buah hambatan standar

Hambatan sesuai standar berfungsi sebagai pembanding.

Hambatan ini berupa 2 buah tahanan box dan 2 buah tahanan standar

lainnya yang bernilai 10 Ω dan 100 Ω. Nilai dari tiap hambatan ini


22

akan dimasukkan di dalam persamaan dan salah satu hambatannya

akan diperbesar sepuluh kalinya sehingga gelombang yang terbentuk

pada osiloskop berbentuk rata atau mendekati lurus.

5. 1 buah oskiloskop

Oskiloskop berfungsi sebagai indikator nol. Tegangan yang

terukur dari oskiloskop menandakan adanya arus yang melewati

oskiloskop. Semakin besar tegangan yang terukur, maka arusnya

makin besar. Semakin kecil tegangan yang terukur, maka arusnya

makin kecil.

6. 1 buah AFG

AFG berfungsi sebagai sumber tegangan bolak-balik bagi

rangkaian.

Alat dan bahan kemudian dirangkai seperti gambar 3.1

Gambar 3.1. Susunan alat eksperimen

Keterangan:

R1 : tahanan larutan

R2 : tahanan variabel yang juga merupakan tahanan

standar

R3 dan R4 : tahanan standar

CRO : oskiloskop

R1 R2

R4 R3

CRO

AFG


23

b. Pengambilan Data dan Analisis Data

1. Pengukuran daya hantar listrik untuk panjang larutan yang

berbeda-beda

1) Merangkai alat seperti pada gambar 3.1

2) Mengukur diameter permukaan elektroda menggunakan jangka

sorong sebanyak lima kali. Selanjutnya dihitung nilai rata-ratanya.

Nilai ketidakpastian diameter permukaan elektroda dapat

diperoleh dari ralat rerata, memenuhi persamaan:

𝑅𝑎𝑙𝑎𝑡 = √Σ(()−(𝑟)𝑛)2

𝑛(𝑛−1) (3.1)

3) Mengatur kedudukan elektroda pada pipa u lalu mencatatnya

sebagai nilai l. Pengukuran panjang larutan l dilakukan sebanyak

lima kali. Selanjutnya dihitung nilai rata-ratanya. Nilai

ketidakpastian panjang larutan dapat diperoleh menggunakan

persamaan 3.1

4) Berdasarkan persamaan 2.26, bila R1 adalah tahanan larutan yang

belum diketahui, maka hambatan yang diubah-ubah adalah R2.

Selanjutnya R4 disebut sebagai tahanan tetap yang bernilai 10 Ω.

Untuk percobaan pertama, nilai R3 dibuat sama dengan R4

5) Menghubungkan rangkaian dengan AFG sebagai sumber tegangan

6) Mengamati bentuk gelombang yang terbentuk pada oskiloskop.

Jika gelombang yang terbentuk terlalu tinggi, maka hambatan R2

diubah-ubah nilainya sampai gelombang yang terbentuk mencapai

ketinggian minimum


24

Gambar 3.2. Gelombang dengan ketinggian minimum pada oskiloskop

7) Mengamati perubahan tegangan yang terukur dari oskiloskop. Bila

tinggi gelombang yang tampak pada oskiloskop sudah mencapai

ketinggian minimum seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.2

maka selanjutnya dapat dihitung tegangan puncak ke puncak

(VPP), dengan cara:

𝑉𝑃𝑃 = 𝑌𝑘𝑜𝑡𝑎𝑘 𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑡/𝑑𝑖𝑣 (𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛) (3.2)

Dari persamaan 3.1 dapat diperoleh nilai tegangan maksimum

(Vmax) dan tegangan efektifnya (Veff) sebagai berikut:

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 1

2 𝑉𝑃𝑃 (3.3)

𝑉𝑒𝑓𝑓 = 0,7 𝑥 𝑉𝑚𝑎𝑥 (3.4)

8) Setelah itu mencatat nilai R2 yang menyebabkan puncak

gelombang berada pada posisi minimum. Perlu diketahui bahwa

tidak mungkin gelombang yang terbentuk akan menjadi garis lurus

sehingga angka yang didapat berupa rentang nilai hambatan yang

menyebabkan gelombang berada pada posisi minimum

9) Mencatat nilai tiap hambatan yang didapat pada tabel seperti di

bawah ini


25

Tabel Pengukuran Hambatan Larutan CuSO4

R3 (Ω) R2 (Ω) Tegangan Efektif (mV)

10) Menghitung nilai R1 menggunakan persamaan 2.26 dengan

memasukkan nilai-nilai hambatan yang didapat

11) Mempersempit rentang nilai hambatan larutan yang didapat

dengan memperbesar nilai R3 menjadi 10x lebih besar dari

sebelumnya lalu mengamati perubahan tinggi gelombang pada

oskiloskop

12) Mengulangi langkah 5 sampai 9 hingga mendapat puncak

minimum gelombang lalu menghitung rentang nilainya

13) Mengulangi percobaan sebanyak empat kali untuk panjang larutan

yang berbeda.

14) Setelah diperoleh nilai hambatan R1 untuk setiap panjang larutan

selanjutnya dibuat grafik hambatan terhadap panjang larutan.

Karena nilai R1 yang didapat berupa range, maka diambil nilai

tengahnya untuk dimasukkan ke dalam grafik. Grafik akan terlihat

seperti pada gambar 3.3


26

Gambar 3.3. Grafik hubungan hambatan terhadap panjang larutan

Kemiringan garis 𝑃𝑁

𝑄𝑁 𝑥 10−2 adalah besarnya hambatan per meter

dan nilai ini dapat disubstitusi untuk persamaan 𝑅1− 𝑅2

𝑙1− 𝑙2 dan

persamaan daya hantar listrik 𝑙1− 𝑙2

𝑅1− 𝑅2

15) Dari grafik diketahui bahwa hubungan hambatan dan panjang

larutan bersifat linear maka diperoleh gradien (m) dari persamaan

𝑅 = 1

𝜎 𝐴 𝑙, sehingga daya hantar listrik larutan dapat dihitung

dengan cara:

𝑚 = 1

𝜎 𝐴 (3.5)

𝜎 = 1

𝑚 𝐴 (3.6)

2. Pengukuran daya hantar listrik untuk konsentrasi larutan yang

berbeda-beda

1) Merangkai alat seperti pada gambar 3.1

2) Mengencerkan larutan berdasarkan persamaan 2.30 lalu

mengisinya pada pipa u

3) Mengatur kedudukan elektroda pada pipa u lalu mencatatnya

sebagai nilai l. Pengukuran panjang larutan l dilakukan sebanyak

lima kali. Selanjutnya dihitung nilai rata-ratanya. Nilai

Q

P

R (Ω

)

l (cm)

Grafik Hubungan Hambatan dengan Panjang Larutan

N


27

ketidakpastian panjang larutan dapat diperoleh menggunakan

persamaan 3.1

4) Menghubungkan rangkaian dengan AFG sebagai sumber

tegangan

5) Mengamati bentuk gelombang yang terbentuk pada oskiloskop.

Jika gelombang yang terbentuk terlalu tinggi, maka hambatan R2

diubah-ubah nilainya sampai gelombang yang terbentuk

mencapai ketinggian minimum seperti pada gambar 3.2

6) Mengamati perubahan tinggi gelombang yang terbentuk pada

oskiloskop lalu menghitung nilai tegangan efektifnya

menggunakan persamaan 3.3

7) Setelah itu mencatat nilai R2 yang menyebabkan puncak

gelombang berada pada posisi minimum.

8) Mencatat nilai tiap hambatan pada tabel lalu menghitung nilai R1

menggunakan persamaan 2.26 dengan memasukkan nilai-nilai

hambatan yang didapat

9) Mempersempit rentang nilai hambatan larutan yang didapat

dengan memperbesar nilai R3 menjadi 10x lebih besar dari

sebelumnya lalu mengamati perubahan tinggi gelombang pada

oskiloskop

10) Mengulangi langkah 5 sampai 9 hingga mendapat puncak

minimum gelombang lalu menghitung rentang nilainya

11) Mengulangi percobaan sebanyak tiga kali untuk konsentrasi

larutan yang berbeda

12) Setelah diperoleh nilai hambatan R1 untuk setiap konsentrasi

larutan, selanjutnya dibuat grafik hambatan terhadap konsentrasi

larutan. Karena nilai R1 yang didapat berupa range, maka diambil

nilai tengahnya untuk dimasukkan ke dalam grafik. Grafik akan

terlihat seperti pada gambar 3.4


28

Gambar 3.4. Grafik hubungan hambatan terhadap konsentrasi larutan

13) Dari grafik terlihat bahwa hubungan antara hambatan dengan

konsentrasi larutan bersifat linear. Berdasarkan grafik, hubungan

hambatan tiap satuan konsentrasi dapat dijelaskan.

R (

Ω)

c (mol/liter)

Hubungan Hambatan terhadap Konsentrasi Larutan


29

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

a. Pengukuran daya hantar listrik dengan variasi panjang larutan

Pada penelitian ini pengukuran daya hantar listrik dilakukan dengan

cara mengubah-ubah panjang larutan (kedudukan elektroda). Sebelum

dilakukan analisis, pertama-tama yang dilakukan adalah melarutkan 50

gram CuSO4 ke dalam 200 ml air sehingga diperoleh konsentrasi larutan

sebesar:

𝐾𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑢𝑆𝑂4

𝑀𝑟 𝐶𝑢𝑆𝑂4 𝑥

1000

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛

= 50 𝑔𝑟𝑎𝑚

160 𝑔𝑟𝑎𝑚/𝑚𝑜𝑙 𝑥

1000

200 𝑚𝑙

= 1,563 𝑚𝑜𝑙/𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

Seperti yang dijelaskan pada Bab II, daya hantar listrik juga

bergantung dari luas permukaan elektroda. Untuk menghitung luas

permukaan elektroda maka terlebih dahulu harus mengukur diameter

permukaan elektroda. Pengukuran diameter elektroda menggunakan jangka

sorong dan dilakukan pengukuran sebanyak lima kali.

Tabel 4.1. Hasil pengukuran diameter permukaan elektroda

No Diameter Permukaan Elektroda (cm)

1. 0,898

2. 0,880

3. 0,870

4. 0,896

5. 0,922

Berdasarkan tabel 4.1 maka nilai rata-rata diameter permukaan

elektroda memenuhi persamaan:


30

𝑑 = 𝑑1 + 𝑑2 + 𝑑3 + 𝑑4 + 𝑑5

𝑛

𝑑 = 0,898 + 0,880 + 0,870 + 0,896 + 0,922

5

𝑑 = 0,893 𝑐𝑚

Ketidakpastian pengukuran diameter permukaan elektroda menggunakan

persamaan:

∆𝑑 = √Σ(() − (𝑟)𝑛)2

𝑛(𝑛 − 1)

Δ𝑑 = √15,73 𝑥 10−4

20

Δ𝑑 = 0,009 𝑐𝑚

Maka hasil pengukuran diameter permukaan elektroda sebesar (8,93 ±

0,09) x 10-1 cm.

Setelah mendapatkan nilai diameter permukaan elektroda, maka

selanjutnya adalah perhitungan luas permukaan elektroda mengikuti

persamaan:

𝐴 =1

4𝜋𝑑2

=1

4 𝑥 3,14 𝑥 (0,893 𝑐𝑚)2

= 0,626 𝑐𝑚2

Untuk mendapatkan nilai ralat luas permukaan elektroda, maka digunakan

persamaan:

(∆𝐴

𝐴)

2= (

∆𝑥

𝑥)

2+ (

∆𝑦

𝑦)

2

∆𝐴

𝐴 = 2

∆𝑑

𝑑

∆𝐴 = 2 (0,626) 0,009

0,893

∆A = 0,013 cm2


31

Maka luas permukaan elektroda beserta ralatnya adalah sebesar (6,26 ±

0,13) x 10-1 cm2.

Tabel 4.2. Hasil pengukuran panjang larutan untuk percobaan

pertama

No Panjang Larutan (cm)

1. 8,4

2. 8,3

3. 8,3

4. 8,5

5. 8,4

Berdasarkan tabel 4.2, nilai rata-rata panjang larutan beserta ralatnya adalah

sebesar (8,40 ± 0,03) cm.

Berikut tabel pengukuran hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi 1,563

mol/liter dan A = 0,626 cm2 untuk 𝑙 = 8,4 cm:

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV

Tabel 4.3. Pengukuran hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi

1,563 mol/liter dan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2

untuk panjang larutan 8,4 cm


10

260 9,1

250 6,65

240 4,55

230 2,975

229 2,625

228 2,45


32


227 2,45

226 2,45

225 2,45

224 2,625

223 2,8

222 2,8

221 2,8

220 3,15

100

2400 6,125

2300 1,925

2280 1,05

2279 0,875

2278 0,7

2277 0,7

2276 0,7

2275 0,7

2274 0,7

2273 0,7

2272 0,7

2271 0,7

2270 0,7

2269 0,875

2268 0,875

2267 0,875

2266 0,875

2265 0,875

2261 0,875

2260 1,05

2200 3,15


33


2100 8,225

Perhitungan nilai hambatan larutan CuSO4 dengan konsentrasi


untuk panjang larutan 8,4 cm dan R4 = 10 Ω, R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

225 𝑥 10

10= 225 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

228 𝑥 10

10= 228 Ω

Maka nilai R1 = 225 Ω sampai dengan 228 Ω



untuk panjang larutan 8,4 cm dan R4 = 10 Ω, R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2270 𝑥 10

100= 227,0 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2278 𝑥 10

100= 227,8 Ω

Maka nilai R1 = 227,0 Ω sampai dengan 227,8 Ω

Dari kedua perhitungan di atas, dapat disimpulkan bahwa nilai

hambatan larutan CuSO4 untuk konsentrasi sebesar 1,563 mol/liter dan luas

penampang elektroda sebesar 0,626 cm2 dan dengan panjang larutan 8,4 cm

adalah sebesar 227,0 Ω sampai dengan 227,8 Ω. Bila diperhatikan, saat nilai

R4 = R3 = 10 Ω, nilai R1 = 225 Ω sampai dengan 228 Ω. Ketika R3 diperbesar

menjadi 100 Ω, rentang nilai R1 menjadi lebih sempit. Jika R3 diperbesar

sekali lagi menjadi 1000 Ω, maka rentang nilai R1 akan lebih teliti lagi

menjadi dua angka di belakang koma. Namun hal ini tidak dilakukan karena

keterbatasan kemampuan alat yang ada di lab.

Dengan menggunakan cara yang sama, maka didapatkan nilai

hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi 1,563 mol/liter untuk panjang

larutan yang berbeda-beda. Nilai hambatan larutannya seperti yang

ditampilkan pada tabel 4.4.


34

Tabel 4.4. Tabel hubungan rentang nilai hambatan larutan

CuSO4 berkonsentrasi 1,563 mol/liter dengan luas permukaan

elektroda 0,626 cm2 terhadap panjang larutannya.

No l (cm) R (Ω)

1. 8,40 ± 0,04 227,0 sampai dengan 227,8

2. 8,90 ± 0,03 245,2 sampai dengan 245,4

3. 9,30 ± 0,03 252,5 sampai dengan 252,9

4. 9,80 ± 0,03 270,1 sampai dengan 270,3

5. 10,30 ± 0,03 289,8 sampai dengan 290,7

Bila diperhatikan dari tabel 4.4, nilai hambatan masih dalam bentuk

range. Untuk mempermudah perhitungan, maka rentang nilai hambatan

yang didapat untuk setiap panjang larutan dipilih nilai tengahnya. Maka

hubungan hambatan larutan terhadap panjang larutan akan menjadi seperti

tabel 4.5.

Tabel 4.5. Hubungan hambatan larutan CuSO4 berkonsentrasi 1,563

mol/liter dengan luas permukaan elektroda 0,626 cm2 terhadap

panjang larutannya

No l (cm) R (Ω)

1. 8,40 ± 0,04 227,4

2. 8,90 ± 0,03 245,3

3. 9,30 ± 0,03 252,7

4. 9,80 ± 0,03 270,2

5. 10,30 ± 0,03 290,3

Selain dalam bentuk tabel, hubungan hambatan larutan dengan panjang

larutan dapat juga disajikan dalam bentuk grafik.


35

Gambar 4.1. Grafik hubungan hambatan dengan panjang larutan

Dari gambar 4.1 diketahui bahwa hubungan antaran hambatan dan

panjang larutan bersifat linear. Artinya semakin besar nilai panjang larutan,

maka semakin besar pula nilai hambatan larutannya. Begitupun sebaliknya,

semakin kecil nilai panjang larutan maka semakin kecil nilai hambatan

larutannya. Hubungan antara hambatan dan panjang larutan ini secara

matematis sesuai dengan persamaan 2.29.

Berdasarkan persamaan 2.30, bisa didapat persamaan baru yaitu:

𝑅 = 1

𝜎 𝐴 𝑙

Persamaan di atas dapat digunakan untuk menghitung nilai daya hantar

listrik dengan memasukkan nilai gradien grafik ke dalam persamaan. Dari

gambar 4.1 diketahui bahwa gradien grafik bernilai 32,181. Dengan

menggunakan aplikasi Vernier Graphical Analysis maka diketahui ralat

gradien sebesar ±0,995. Daya hantar listriknya sebesar:

1

𝜎 𝐴 = 32,181

1

𝜎 0,626 = 32,181

𝜎 = 0,050 Ω-1 cm-1

Maka dapat disimpulkan bahwa daya hantar listrik larutan CuSO4

berkonsentrasi 1,563 mol/liter bernilai (5,0 ± 0,2) x 10-2 Ω-1 cm-1.

R = 32,181 l - 43,389

210

230

250

270

290

310

8 8,5 9 9,5 10 10,5

R (

Ω)

l (cm)

Grafik Hubungan Hambatan dengan Panjang Larutan


36

b. Pengukuran daya hantar listrik dengan variasi konsentrasi larutan

Pada percobaan kali ini, pengukuran daya hantar listrik dilakukan

dengan mengubah-ubah konsentrasi larutan. Mengubah konsentrasi suatu

larutan dapat dilakukan dengan cara pengenceran seperti pada persamaan

2.31. Misalkan volume larutan 1,563 mol/liter = 20 ml. Jika larutan

ditambahkan air sampai volume akhirnya = 25 ml, maka konsentrasi

larutannya akan menjadi:

𝑉1 𝑐1 = 𝑉2 𝑐2

20 𝑥 1,563 = 25 𝑥 𝑐2

𝑐2 = 1,25 𝑚𝑜𝑙/𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟

Keterangan:

V1 = volume larutan sebelum diencerkan

V2 = volume larutan setelah diencerkan

c1 = konsentrasi larutan awal

c2 = konsentrasi larutan akhir

Berikut tabel pengukuran hambatan larutan CuSO4 dengan 𝑙 = 8,4 cm dan

A = 0,626 cm2 untuk konsentrasi larutan 1,25 mol/liter

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV

Tabel 4.6. Pengukuran hambatan larutan CuSO4 dengan panjang

larutan 8,4 cm dan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2

untuk konsentrasi larutan 1,25 mol/liter


310 9,1

300 8,575

290 6,65

280 4,55

270 2,45


37


10 265 1,4

264 1,225

263 1,05

262 1,05

261 0,875

260 0,875

259 0,875

258 1,05

257 1,225

256 1,4

255 1,575

250 2,625

100

2700 4,55

2620 2,1

2610 1,925

2600 1,75

2599 1,575

2598 1,575

2597 1,575

2596 1,75

2595 1,75

2594 1,75

2593 1,75

2592 1,75

2591 1,75

2590 1,75

2500 3,85


38

Perhitungan nilai hambatan larutan CuSO4 dengan panjang larutan

8,4 cm dan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2 untuk

konsentrasi 1,25 mol/liter dan R4 = 10 Ω, R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

259 𝑥 10

10= 259 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

261 𝑥 10

10= 261 Ω



8,4 cm dan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2 untuk

konsentrasi larutan 1,25 mol/liter dan R4 = 10 Ω, R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2597 𝑥 10

100= 259,7 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2599 𝑥 10

100= 259,9 Ω


Pada percobaan ini, variasi konsentrasi larutan dilakukan sebanyak

tiga kali. Nilai hambatan larutan untuk ketiga konsentrasi larutan

ditampilkan dalam tabel 4.7 di bawah.

Tabel 4.7. Hubungan hambatan larutan CuSO4 dengan panjang

larutan 8,4 cm terhadap konsentrasi larutannya.

No Konsentrasi (mol/liter) R (Ω)

1. 1,563 227,4

2. 1,250 259,8

3. 0,781 294,7

Selain dalam bentuk tabel, hubungan hambatan larutan dengan konsentrasi

larutan dapat juga disajikan dalam bentuk grafik.


39

Gambar 4.2. Grafik hubungan hambatan dengan konsentrasi larutan

Dari gambar 4.2 dapat diketahui bahwa hubungan antara hambatan

dengan konsentrasi larutan bersifat linear. Dari grafik di dapat perubahan

hambatan tiap satuan konsentrasi. Grafik menunjukkan semakin besar

konsentrasi larutan maka semakin kecil hambatannya. Begitupun

sebaliknya, semakin kecil konsentrasi larutan maka semakin besar

hambatannya.

4.2 Pembahasan

Penelitian ini dilakukan dua kali, yakni yang pertama dengan variasi

panjang larutan dan yang kedua dengan variasi konsentrasi. Variasi panjang

larutan dilakukan pengukuran panjang sebanyak lima kali untuk setiap

panjang larutan yang berbeda. Setelah itu dihitung nilai rata-rata beserta

ralatnya. Pengukuran diameter permukaan elektroda juga dilakukan lima kali

lalu dihitung rata-rata beserta ralatnya. Hal ini bertujuan untuk mengurangi

kesalahan dalam pengukuran. Sedangkan untuk variasi konsentrasi larutan

dilakukan pengenceran seperti pada persamaan 2.30.

Jembatan wheatstone dalam penelitian ini berbeda dari jembatan

wheatstone pada umumnya. Perbedaannya terletak pada tahanan pembanding

R = -85,145c + 362,64

200

220

240

260

280

300

320

0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7

R (

Ω)

c (mol/liter)

Grafik Hubungan Hambatan terhadap Konsentrasi Larutan


40

yang digunakan. Biasanya, tahanan pembanding yang digunakan berupa

kawat. Hal ini akan berpengaruh terhadap tahanan yang akan diukur nilainya.

Mengingat sifat kawat yang mudah dibentuk, maka tahanan kawat akan

mengalami perubahan nilai karena perubahan bentuk pada kawat

menyebabkan luas penampang kawat berubah. Sedangkan pada penelitian ini

tahanan pembanding berupa tahanan standar yang memiliki nilai yang tepat.

Sebelum melakukan penelitian, dilakukan pengecekkan terhadap

rangkaian dan indikator nol terlebih dahulu. Mula-mula membuat rangkaian

jembatan wheatstone dengan sumber tegangan berupa baterai dan indikator

nol berupa galvanometer. Pengecekkan dilakukan dengan cara melepas salah

satu kabel, sehingga rangkaian jembatan tidak terhubung. Hal ini

menyebabkan hambatan menjadi sangat besar sehingga jarum akan

menyimpang jauh, misalnya ke kanan. Setelah itu menghubungkan kembali

kabel yang tadi dilepas. Ketika terhubung, maka hambatannya sama dengan

nol sehingga jarum akan menyimpang ke kiri. Bila sudah dipastikan rangkaian

jembatan sudah terhubung dengan baik, selanjutnya mengganti sumber

tegangannya menjadi bolak-balik dan galvanometer diganti dengan oskiloskop

(metode Kohlrausch).

Pada penelitian ini, indikator nol yang digunakan berupa oskiloskop.

Indikator nol lainnya yang juga dapat digunakan untuk metode Kohlrausch

adalah headphone. Alasan penelitian ini lebih memilih menggunakan

oskiloskop dibanding headphone adalah karena hasil yang ditampilkan oleh

oskiloskop berupa tegangan sehingga dapat terukur secara eksak. Sedangkan

jika menggunakan headphone yang ditangkap berupa bunyi yang mana saat

menyeimbangkan jembatan tidak bisa diukur besarannya.

Prinsip kerja jembatan wheatstone dengan menggunakan metode

Kohlrausch sama seperti metode jembatan pada umumnya, yaitu dengan

mengubah-ubah salah satu tahanan sehingga didapatkan kesetimbangan

jembatan. Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tidak mungkin jembatan

wheatstone mencapai kesetimbangannya. Dengan kata lain, tidak mungkin


41

tegangan yang terukur pada oskiloskop akan mencapai nol. Hal ini disebabkan

karena tahanan larutan merupakan bilangan sembarang yang tidak pasti

nilainya. Sedangkan tahanan pembanding yang digunakan merupakan tahanan

standar yang nilainya pasti dan merupakan bilangan bulat. Oleh karena itu,

salah satu tahanan akan diubah-ubah nilainya sampai oskiloskop menampilkan

tegangan paling minimum lalu dicatat nilai-nilai hambatan tersebut.

Untuk mempersempit rentang nilai hambatan yang telah didapat, maka

salah satu hambatan diperbesar sepuluh kalinya. Hal ini terbukti pada kedua

percobaan yang telah dilakukan. Ketika R3 diperbesar menjadi 100 Ω, rentang

nilai R1 menjadi lebih sempit. R3 diperbesar sesuai dengan kemampuan alat.

Pada penelitian ini, tahanan standar yang digunakan hanya bisa diperbesar

menjadi 100 Ω. Berdasarkan hasil penelitian, pengukuran daya hantar listrik

dengan mengubah-ubah panjang larutannya didapatkan nilai konduktivitas

larutan CuSO4 dengan konsentrasi 1,563 mol/liter sebesar (5,0 ± 0,2) x 10-2

Ω-1 cm-1.

Penelitian dengan mengubah panjang larutan dilakukan sebanyak lima

kali, yakni 8,4 cm, 8,9 cm, 9,3 cm, 9,8 cm, dan 10,3 cm. Pengukuran panjang

larutan dimulai dari panjang 8 cm sampai 10,5 cm. Dari penelitian mengubah

panjang larutan bisa disimpulkan bahwa hubungan antara hambatan dan

panjang larutan bersifat linear seperti yang ditampilkan pada gambar 4.1.

Grafik menunjukkan semakin besar nilai panjang larutan, maka semakin besar

pula nilai hambatan larutannya. Bila dihubungkan dengan daya hantar listrik,

maka semakin besar panjang larutannya, maka daya hantar listriknya juga

semakin besar. Begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai panjang larutannya,

maka daya hantar listriknya semakin kecil. Hal ini sesuai dengan teorinya yang

terdapat pada persamaan 2.16, dimana σ berbanding lurus dengan l.

Pengukuran daya hantar listrik dengan mengubah-ubah konsentrasi

larutan dilakukan sebanyak 3 kali, yaitu untuk konsentrasi 1,563 mol/liter,

1,25 mol/liter, dan 0,781 mol/liter. Hal ini dilakukan karena untuk ketiga

konsentrasi tersebut didapatkan nilai volume larutan berupa bilangan bulat


42

secara berturut-turut, yakni sebesar 20 ml, 25 ml, dan 40 ml. Dari penelitian

yang kedua ini dapat dijelaskan hubungan hambatan dengan konsentrasi

larutan. Hal ini tampak dari gambar 4.2 yang menjelaskan tentang perubahan

hambatan tiap satuan konsentrasi. Dari grafik dapat diketahui gradien garis

bernilai -85,145c. Angka ini menunjukkan adanya penurunan nilai hambatan

tiap kenaikan satuan konsentrasi. Semakin besar konsentrasi larutan, maka

nilai hambatan larutannya semakin kecil. Bila hambatan larutannya makin

kecil, maka daya hantar listriknya makin besar. Hal ini sesuai dengan

persamaan 2.16.

Dari penelitian kedua ini juga diketahui bahwa hubungan antara daya

hantar listrik dan konsentrasi larutan bersifat linear. Semakin besar konsentrasi

larutannya, maka semakin besar pula daya hantar listriknya. Begitupun

sebaliknya, semakin kecil nilai konsentrasi larutannya maka semakin kecil

daya hantar listriknya. Hal ini sesuai dengan persamaan 2.11 dimana σ

berbanding lurus dengan n, dimana n menyatakan banyaknya muatan dalam

larutan. Makin banyak muatan dalam larutan, maka konsentrasi larutan

tersebut makin tinggi.

Adapun faktor yang menjadi input pengganggu yang menyebabkan

ketidakpastian pengukuran daya hantar listrik, yaitu koneksi antar kabel.

Solusi yang dilakukan yaitu mengecek terlebih dahulu kabel yang akan

digunakan apakah sudah sama panjang atau belum. Kabel yang berbeda

panjangnya menyebabkan koneksi tidak stabil dan menambah hambatan pada

rangkaian jembatan.

Penelitian ini dapat menjadi acuan untuk praktikum mengukur tahanan

maupun daya hantar listrik pada tingkat universitas. Mahasiswa tidak hanya

mampu menggunakan ohmmeter, namun juga dapat mengukur tahanan serta

membuat rangkaian jembatan wheatstone. Selain itu mahasiswa tidak hanya

dilatih untuk mengukur nilai tahanan secara teliti, namun dapat memahami

prinsip kerja jembatan wheatstone secara umum dan prinsip kerja jembatan

wheatstone dengan menggunakan metode Kohlrausch. Untuk pengukuran


43

tahanan biasa, mahasiswa juga dapat belajar untuk melakukan pengecekan

terhadap rangkaian dan indikator nol sebelum melakukan pengukuran.

Penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan sumbangan dalam bidang

Fisika. Dengan adanya penelitian ini juga diharapkan membantu

pengembangan penelitian fisika kemudian hari. Penelitian ini diharapkan

dapat digunakan untuk membantu memahami materi listrik magnet. Selain itu

juga dengan adanya penelitian ini maka mahasiswa mengetahui adanya

tahanan yang sesuai standar, sehingga pengukuran menggunakan jembatan

wheatstone lebih akurat.


44

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Post office box dalam penelitian ini berfungsi untuk menentukan tahanan

larutan CuSO4 dengan menggunakan metode Kohlrausch. Berdasarkan set alat

dan metode penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa:

1. Rangkaian post office box dengan menerapkan metode Kohlrausch dapat

digunakan untuk menentukan nilai tahanan suatu larutan. Pada penelitian

ini didapat nilai daya hantar listrik larutan CuSO4 berkonsentrasi 1,563

mol/liter dengan luas penampang elektroda sebesar 0,626 cm2 sebesar (5,0

± 0,2) x 10-2 Ω-1 cm-1.

2. Hubungan antara hambatan dan panjang larutan bersifat linear, terbukti

dari gambar grafik 4.1. Artinya semakin besar nilai panjang larutan, maka

semakin besar pula nilai hambatan larutannya. Bila dihubungkan dengan

daya hantar listrik, maka semakin besar panjang larutannya, maka daya

hantar listriknya semakin besar. Begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai

panjang larutannya, maka daya hantar listriknya semakin kecil.

3. Gradien gambar grafik 4.2 sebesar -85,145c menunjukkan adanya

penurunan nilai hambatan tiap satuan konsentrasi. Semakin besar

konsentrasi larutan maka semakin kecil hambatan larutannya. Bila

hambatan larutannya makin kecil, maka daya hantar listrik larutan akan

semakin besar.

5.2 Saran

1. Untuk penelitian pengukuran daya hantar listrik selanjutnya, dapat

dilakukan dengan mengubah-ubah luas permukaan larutan, yakni dengan

mengganti elektroda dengan luas permukaan yang berbeda.

2. Penggunaan jembatan wheatstone sebagai alat ukur hambatan hendaknya

menggunakan tahanan pembanding berupa tahanan standar sehingga hasil

ukur yang didapat lebih akurat


45

3. Penggunaan kabel pada rangkaian hendaknya menggunakan kabel dengan

panjang yang sama sehingga tidak memberikan hambatan tambahan pada

rangkaian.


46

DAFTAR PUSTAKA

Armitage. 1982. Practical Physics in SI. Hongkong: Murray.

A. Suydam, Vernon. 1948. Fundamentals of Electricity and

Electromagnetism. USA: D. Van Nostrand Company, Inc.

A. Gomaa, Esam, dkk. 2016. Conductometric and Volumetric Study of

Copper Sulphate in Aqueous Ethanol Solutions at Different Temperatures. Journal

of Taibah University for Science, 1-8.

Christian Gerthsen, H. O. Kneser, Helmot Vogel. 1996. Fisika Listrik Magnet

dan Optik. Terjemahan oleh Musaddiq Musbach. Jakarta: Pusat Pembinaan dan

Pengembangan Bahasa Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

David Halliday dan Robert Resnick. 1988. Fisika. Terjemahan oleh Pantur

Silaban dan Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga.

D. Kraus, John. 1988. Electromagnetics. Singapura: McGraw-Hill Book Co.

Francis W. Sears dan Mark W. Zemansky. 1962. Fisika Untuk Universitas.

Terjemahan oleh Soemitro. Jakarta: Binacipta.s.

Glasstone, Samuel. 1960. Electrochemistry. United States of America:

Lancaster Press, Inc.

H. Petrucci, Ralph. 1987. Kimia Dasar. Terjemahan oleh Suminar Achmadi.

Jakarta: Erlangga.

Hugo Acevedo, Victor. 1981. Conductimetric Studies on Aqueous Solutions

of Electrolytes. Canadian Journal of Chemistry, 61, 267-268.

Johannes, H. 1978. Listrik dan Magnet. Jakarta: Balai Pustaka.

L. Dawes, Chester. 1958. Electrical Engineering. New York: McGraw Hill

Book Company, Inc.

Leigh Page and Norman Adams. 1963. Principles of Electricity. United States

of America: D. Van Nostrand Company, Inc.


47

Neni W., Karolina. 2007. Pemanfaatan Metode Kohlrausch Untuk Pengukuran

Tahanan Dalam Akumulator Sederhana Yang Tersusun Atas Elektrolit Seng Sulfat

(ZnSO4) 15% Dengan Elektroda Tembaga (Cu) dan Aluminium (Al) [skripsi].

Yogyakarta (ID): Universitas Sanata Dharma.

Rosenberg, J. L. 1989. Teori dan Soal-Soal Kimia Dasar. Jakarta: Erlangga.

Soedojo, Peter. 1985. Azas-Azas Ilmu Fisika Listrik Magnet. Yogyakarta:

Gajah Mada University Press.

Sukardjo. 2013. Kimia Fisika. Jakarta: Rineka Cipta.

W. Atkins, P. 1996. Kimia Fisika. Terjemahan oleh Irma I. Kartohadiprodjo.

Jakarta: Erlangga.


48

L A M P I R A N


49

Gambar susunan alat dan bahan

1. Data hasil percobaan kedua untuk konsentrasi larutan 1,563 mol/liter

A = 0,626 cm2

𝑙 = (8,90 ± 0,03) cm

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV

Tabel 1. Pengukuran daya hantar listrik untuk konsentrasi larutan 1,563 mol/liter

dengan panjang larutan 𝑙 = 8,90 cm


300 12,95

250 2,8

249 2,625

248 2,45


50


10

247 2,275

246 1,925

245 1,925

244 1,925

243 2,1

242 2,1

241 2,1

240 2,1

230 4,2

220 6,65

210 9,275

200 12,25

100

2500 2,45

2460 0,7

2459 0,525

2458 0,525

2457 0,525

2456 0,525

2455 0,525

2454 0,35

2453 0,35

2452 0,35

2451 0,525

2450 0,525

2440 0,7

2430 1,05

2420 1,225

2410 1,75

2400 2,1


51


2300 6,3

2200 11,025

2265 0,875

2261 0,875

2260 1,05

2200 3,15

2100 8,225


1,563 mol/liter dan panjang larutan 8,9 cm untuk R4 = 10 Ω dan

R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

244 𝑥 10

10= 244 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

246 𝑥 10

10= 246 Ω




R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2452 𝑥 10

100= 245,2 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2454 𝑥 10

100= 245,4 Ω


2. Data hasil percobaan ketiga untuk konsentrasi larutan 1,563 mol/liter

A = 0,626 cm2

𝑙 = (9,30 ± 0,03) cm

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV


52




10

260 3,15

259 2,875

256 2,625

255 2,625

254 2,45

253 2,275

252 2,275

251 2,275

250 2,45

249 2,45

248 2,45

247 2,625

246 2,8

245 2,975

240 4,2

2600 3,325

2540 1,05

2530 0,7

2529 0,525

2528 0,525

2527 0,525

2526 0,525

2525 0,525

2524 0,7

2523 0,7

2522 0,7

2521 0,7


53


100 2520 0,7

2510 1,05

2500 1,4

2450 3,5

2400 5,425



R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

251𝑥 10

10= 251 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

253 𝑥 10

10= 253 Ω




R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2525 𝑥 10

100= 252,5Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2529 𝑥 10

100= 252,9 Ω


3. Data hasil percobaan keempat untuk konsentrasi larutan 1,563 mol/liter

A = 0,626 cm2

𝑙 = (9,80 ± 0,03) cm

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV




54


10

310 8,75

300 6,65

290 4,9

280 2,975

274 2,1

273 1,925

272 1,925

271 1,75

270 1,75

269 1,75

268 2,1

267 2,1

266 2,1

265 2,1

260 2,45

100

2710 0,525

2705 0,35

2704 0,35

2703 0,175

2702 0,175

2701 0,175

2700 0,35

2699 0,525

2698 0,525

2697 0,525

2696 0,525

2695 0,525

2690 0,525

2600 4,2


55


2500 7,7



R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

269 𝑥 10

10= 269 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

271 𝑥 10

10= 271 Ω




R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2701 𝑥 10

100= 270,1 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2703 𝑥 10

100= 270,3 Ω


4. Data hasil percobaan kedua untuk konsentrasi larutan 1,563 mol/liter

A = 0,626 cm2

𝑙 = (10,30 ± 0,03) cm

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV




310 4,025

300 2,45

299 2,275


56


10

298 2,275

297 2,275

296 2,275

295 2,1

294 2,1

293 2,1

292 2,1

291 1,925

290 1,925

289 1,925

288 2,275

287 2,45

286 2,625

285 2,975

280 3,5

100

3100 6,3

3000 3,15

2910 0,7

2909 0,7

2908 0,7

2907 0,525

2906 0,525

2905 0,525

2904 0,525

2903 0,525

2902 0,525

2901 0,525

2900 0,525

2899 0,525


57


2898 0,525

2897 0,7

2896 0,7

2895 0,7

2894 0,7

2893 0,7

2892 0,875

2891 0,875

2890 0,875

2850 1,925

2800 4,025



R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

289 𝑥 10

10= 289 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

291 𝑥 10

10= 291 Ω




R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2898 𝑥 10

100= 289,8 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2907 𝑥 10

100= 290,7 Ω


5. Data hasil percobaan ketiga untuk panjang larutan 8,4 cm dan A = 0,626

cm2:

Konsentrasi larutan = 0,781 mol/liter


58

R4 = 10 Ω

Volt/div = 5 mV

Tabel 5. Pengukuran hambatan larutan CuSO4 dengan 𝑙 = 8,4 cm untuk

konsentrasi larutan 0,781 mol/liter


10

310 4,55

300 2,1

299 1,75

298 1,4

297 1,05

296 0,7

295 0,525

294 0,525

293 0,525

292 0,7

291 1,05

290 1,05

289 1,05

288 1,4

3010 5,25

3000 4,55

2955 3,325

2954 3,325

2953 3,325

2952 3,15

2951 3,15

2950 3,15

2949 3,15

2948 2,8


59


100

2947 2,8

2946 2,8

2945 2,8

2944 3,15

2943 3,15

2942 3,15

2941 3,15

2940 3,15

2930 3,15

2920 3,15

2910 3,5

2900 3,85


8,4 cm dan konsentrasi 0,781 mol/liter dan untuk R4 = 10 Ω dan

R3 = 10 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

293 𝑥 10

10= 293 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

295 𝑥 10

10= 295 Ω



8,4 cm dan konsentrasi 0,781 mol/liter dan untuk R4 = 10 Ω dan

R3 = 100 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2945 𝑥 10

100= 294,5 Ω

𝑅1 = 𝑅2 𝑥 𝑅4

𝑅3=

2948 𝑥 10

100= 294,8 Ω



PENGUKURAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN CuSO4 …repository.usd.ac.id/36914/2/151424037_full.pdf ·...

Documents

Transcript of PENGUKURAN DAYA HANTAR LISTRIK LARUTAN CuSO4 …repository.usd.ac.id/36914/2/151424037_full.pdf ·...