Pengukuran Dasar Listrik

PENGUKURAN DASAR LISTRIK

Sri Anjarsari, A. Dita Tawakkal Gau, Juliyanti Ayuningrum S, Aldi Risaldi, Rahmat Agung, Suciati Nurdin, Sirumba Sondok.

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Biologi FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak.  Telah dilakukan eksperimen mengenai pengukuran dasar listrik. Eksperimen ini bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara tegangan dan arus dalam suatu rangkaian listrik sederhana,dan menghitung besar hambatan sebuah resistor. Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini antara lain 2 buah basik meter, hambatan, power supply, beberapa kabel penghubung dan rheostat. Untuk Prosedur kerjanya yang akan dilakukan yaitu mengalirkan arus  6 volt dari power supply lalu mengamati penunjukkan pada voltmeter dan amperemeter, kemudian menggeser rheostat dari batas maksimum ke minimum dengan memperhatikan penunjukkan skala pada tiap geseran reostat. Dari hasil yang diperoleh terlihat bahwa untuk hubungan antara tegangan dan kuat arus listrik adalah berbanding terbalik, semakin besar tegangan (V) semakin besar pula hambatannya. Hasil analisi menunjukkan besar hambatan pada kegiatan pertama dan terakhir yang sama yaitu│140 ± 24│ dengan nilai hambatan hasil dari plot grafik adalah│11.81 ± 0.61│  Dari keseluruhan praktikum , menunjukkan hasil yang  baik namun masih terdapat sedikit kesalahan dalam mengamati, yang menyebabkan angka yang berbeda dengan teori untuk itu pemahaman dan konsep yang baik mengenai pengukuran dasar listrik sehingga eksperimen tetap menghasilkan data yang sesuai.

KATA KUNCI: Tegangan listrik, arus listrik, hambatan listrik.

PENDAHULUAN

fisika adalah ilmu pengetahuan yang berdasarkan pada pengukuran. Kebenaran tertinggi dalam fisika adalah hasil pengamatan (eksperimen). Hal ini berarti jika ada teori yang ramalannya tidak sesuai dengan hasil pengamatan, maka teori tersebut ditolak bagaimanapun bagusnya teori tersebut. Hal ini menunjukkan betapa pengamatan dalam fisika itu sangat penting. Itulah sebabnya pengetahuan tentang cara pengukuran merupakan kebutuhan yang penting.

 Listrik merupakan salah satu kebutuhan yang penting bagi manusia. Gejala kelistrikan ditimbulkan oleh aliran muatan listrik antara dua titik. Semua lat listrik yang setiap hari kita gunakan merupakan susunan komponen-komponen listrik yang membentuk jalur tertutup yang disebut rangkaian. Selanjutnya rangkaian listrik dapat dirangkai secara seri dan paralel. Biasanya listrik PLN yang dialirkan pada rumah tangga termasuk dalam rangkaian paralel. Ada beberapa kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh kedua rangkaian ini. Pada rangkaian listrik untuk menghitung kuat arus yang mengalir serta tegangannya, berlaku hukum Ohm ( V= I R), dimana V adalah tegangan, I kuat arus yang mengalir dan R adalah hambatan. Selain itu, berlaku pula hukum Kirchoff I dan II. Untuk lebih memahami tentang rangkaian listrik ini, maka dilakukanlah praktikum ini.

Maksud dari pengukuran tidak lain untuk mengetahui berapa harga dari besaran yang sedang diukur. Dalam hal ini harga yang diinginkan tentu saja harga yang benar. Harga benar ini tidak mungkin akan didapatkan yang paling mungkin adalah harga pendekatan dari harga yang benar. Harga pendekatan ini dilakukan dengan mengambil harga rata-rata dari sample yang jumlahnya tak terhingga dengan asumsi deviasi positif dan deviasi negatif hamper sama.

Dalam membaca papan skala alat ukur merupakan hal yang mendasar dalam pengukuran alat ukur analog. Kemampuan membaca meter analog secara tepat dan tepat adalah hal yang penting. Prosedur yang harus diikuti, tentukan batas ukur yang dipakai, pilih skala yang tepat dan factor skala. Perhatikan posisi jarum. Batas ukur: merupakan skala simpangan penuh dari alat ukur. Factor skala adalah perbandingan antara batas ukur yang dipergunakan dengan jumlah pembagian skala.

TEORI

Dalam studi kita tentang konduktor dalam elektrostatik (fisika dasar), ada berargumen bahwa medan listrik di dalam konduktor pada kondisi kesetimbangan elektrostatik harus nol. Jika tidak demikian, muatan-muatan bebas di dalam konduktor akan bergerak. Kini kita misalkan situasi di mana muatan bebas memang bergerak dalam konduktor. Artinya, konduktor tidak dalam keadaan kesetimbangan elektrostatik. Arus di dalam konduktor dihasilkan oleh muatan listrik di dalam konduktor ketika mendesakkan gaya pada muatan-muatan bebas. Karena medan E searah dengan gaya pada muatan positif, dan karena arah arus merupakan arah aliran muatan positif, maka arah arus searah dengan medan listrik. Gambar 3.1 memperlihatkan suatu segmen kawat dengan panjang DL dan penampang lintang A yang membawa arus I.

A

DL

Gambar3.1.Representasisegmenkawatyangmembawaarus I

a

b

E

I

 

            Karena arah medan listrik dari daerah potensial lebih tinggi ke daerah potensial lebih rendah, potensial pada titik a lebih besar dari pada titik b. Asumsikan bahwa DL cukup kecil  sehingga kita dapat menganggap medan listrik yang melintasi segmen adalah konstan, beda potensial V antara titik a dan b adalah

            V = V_a – V_b = EDL                                                   (1)

Untuk kebanyakan material,

“Arus dalam suatu segmen kawat sebanding dengan beda potensialyang melintasi segmen”

Hasil eksperimental ini dikenal sebagai Hukum Ohm. Konstanta kesebandingannya ditulis 1/R, di mana R disebut resistansi :

                           atau                                                        (2)                                  

Persamaan di atas memberikan definisi umum dari resistansi antara dua titik ditinjau dari penurunan tegangan V antara dua titik. Satuan SI untuk resistansi, volt per ampere, disebut ohm (W) :  1 W = 1 V/A.

            Resistansi suatu material bergantung pada panjang, luas penampang lintang, tipe material, dan temperatur. Untuk material-material yang mematuhi hukum Ohm resistansi tidak bergantung pada arus ; material seperti ini, seperti kebanyakan logam, disebut material ohmik. Untuk material ohmik, tegangan jatuh pada suatu segmen sebanding dengan arus :

V = I R , dengan R = konstan                                           

Persamaan ini dengan kualifikasi bahwa R kostan, memberikan pernyataan matematik hukum Ohm. Hukum ini bukan hukum fundamental alam seperti hukum Newton atau hukum termodinamika tapi merupakan deskripsi empirik dari sifat yang dimiliki banyak material.

METODOLOGI  EKSPERIMEN

A.                 Alat dan Bahan

Dalam melakukan eksperimen ini, alat yang digunakan adalah alat byang sering dijumpai dalam laboratorium dan merupakan alat-alat dasar dalam pengukuran listrik. Beberapa alat diantaranya yaitu power supply, basic meter sebanyak dua buah, rheostat, hambatan dan beberapa kabel penghubung, yang dalam penggunaannya saling berhubungan dalam satu rangkaian.

B.                 Prosedur Kerja

Adapun prosedur kerjanya yaitu, Pertama menyiapkan alat dan bahan kemudian merakit rangkaian terlebih dahulu secara seri dimulai dari rheostat, basic meter untuk mengukur tegangan, basic meter untuk mengukur arus, dan sumber tegangan. Sebelum menyalakan power supply, harus memastikan pemasangan voltmeter dan amperemeter berada pada posisi batas ukur tertinggi untuk menghindari kerusakan. Kemudian menyalakan power supply dan memperhatikan penunjukan voltmeter dan avometer. Setelah itu, menggeser rheostat pada posisi maksimum. Jika jarum alat ukur menyimpang terlalu kecil, maka menurunkan batas ukur hingga penunjukannya menyimpang cukup jauh(mendekati nilai maksimum). Menggeser kembali rheostat pada posisi minimum, dan membaca kembali penunjukan voltmeter dan amperemeter pada posisi tersebut. Kemudian menaikkan tegangan sumber dengan menggeser  rheostat hingga voltmeter menunjukkan nilai yang lebih besar, dan melihat juga penunjukan pada amperemeter. Langkah terakhir yaitu melakukan kegiatan ini hingga diiperoleh beberapa 8 data.

C.     Identifikasi variabel

1.      Variabel manipulasi : Hambatan geser (rheostat)

2.      Variabel : Tegangan dan arus

3.      Variabel kontrol : Tegangan sumber (power supply)

D.     Definisi operasional

Dalam melakukan percobaan ini menggunakan tiga variable yang setiap variable mempunyai pengertian dan peran masing-masing. Power Supply dalam komponen elektronika adalah perangkat keras yang berfungsi menyuplai tegangan langsung ke dalam komponen komputer, seperti hardisk, motherboard, DVD Drive, kipas dan komponen komputer lainnya. Power supply merupakan jantung dari sebuah komputer, karena semua sumber daya listrik dari komponen komputer disupply dari power supply.

Tegangan adalah perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian listrik yang diukur menggunakan voltmeter, lalu untuk mengukur arus menggunakan amperemetre. Kuat arus listrik adalah sekelompok pertikel yang bermuatan yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Rheostat adalah peralatan listrik yang memiliki resistansi disesuaikan. Peralatan ini didefinisikan sebagai suatu jenis Potensiometer yang memiliki dua terminal, bukan tiga. Ada dua jenis utama alat ini yaitu rotary dan slider. Ia memiliki simbol, yang adalah sebuah resistor dengan panah diagonal di atasnya.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

A.           Hasil Pengamatan 

Nilai R                      =      

NST Voltmeter        =  /skala                       ½ . 0,002 = 0,001

NST Amperemeter  =               ½. 0,2      = 0,1

   Tabel 1.  Tabel Hubungan antara Tegangan dan Kuat Arus Listrik

No	Tegangan (V)	Kuat Arus (A)
1	│1,4 ± 0,1│	│0,010 ± 0,002│
2	│3,0± 0,1│	│0,023 ± 0,002│
3	│2,5 ± 0,1│	│0,070 ± 0,002│
4	│2,2 ± 0,1│	│0,016 ± 0,002│
5	│2,0 ± 0,1│	│0,015 ± 0,002│
6	│1,8 ± 0,1│	│0,014 ± 0,002│
7	│1,6 ± 0,1│	│0,012 ± 0,002│
8	│1,4 ± 0,1│	│0,010 ± 0,002│

B.           Analisis Data

Analisis Perhitungan

R₁ =  

R = V₁ x I

  = 

      =   

      =

      =

   = │

∆R = │

KR =

PF = │R ± ∆R│

Percobaan 1

R₁ =

∆R = │

               = │  

     = 23,94

KR =

      = 17,1 %

PF = │R ± ∆R│

     = │140 ± 24│

Percobaan 2

R₂

∆R = │  

     = 9,58

KR =

      = 7,4 %

PF  =│130,4 ± 9,6│

Percobaan 3

R₃

∆R = │  

     = 6,8

KR =

      = 5,4 %

PF  =│125 ± 6,8│

Percobaan 4

R₄

∆R = │  

     = 14,8

KR =

      = 39,5 %

PF  =│137,5 ± 14,8│

Percobaan 5

R₅

∆R = │  

     = 15,6

KR =

      = 12,2 %

PF  =│133,3 ± 15,6│

Percobaan 6

R₆

∆R = │  

     = 6,4

KR =

      = 4,98 %

PF  =│129 ± 2009│

Percobaan 7

R₇

∆R = │  

     = 94,4

KR =

      = 70,8 %

PF  =│133,3 ± 94,4│

 Percobaan 8

R₈

∆R  =│  

      = 23,94

KR =

      = 17,1 %

PF  = │140 ± 24│

Analisis Grafik

Gambar 1. Hubungan antara tangangan dan kuat arus listrik

m   =  

m   = R

DK = R²

KR = (1-DK) x 100 %

∆R =│

PF  = │R ± ∆R│  , maka

m   =  11.81

DK = 0.229

KR = (1- 0.229) x 100%

      = 77,1%

∆R =│0,05 + 0,002│

      = 0,61

PF  =│11.81 ± 0.61│

PEMBAHASAN

Dalam praktikum ini, dilakukan percobaan tentang materi listrik, yaitu “Pengukuran dasar listrik”. Adapun tujuan dari praktikum ini adalah agar mahasiswa mampu menunjukkan cara pengukuran kuat arus listrik dan tegangan listrik, menginterpretasikan grafik hubungan tegangan dan arus listrik, serta menentukan besar hambatan suatu penghantar dan hubungan antara tegangan dan kuat arus listrik dalam rangkaian sederhana. Dalam melakukan eksperimen ini, kita mengamati bahwa untuk mendapatkan nilai tegangan dan kuat arus listrik dalam suatu rangkaian sederhana, kebenaran dan ketelitian dalam merangkai alat merupakan faktor utama keberhasilan. Selain itu dalam eksperimen ini praktikan dituntut memahami dan mengerti apa yang akan dilakukan, penggunaan batas ukur yang tidak menyebabkan kerusakan dan kecermatan dalam melihat skala.

Dalam membaca papan skala alat ukur merupakan hal yang mendasar dalam pengukuran. Kemampuan membaca skala secara tepat dan tepat adalah hal yang penting. Prosedur yang harus diikuti dengan mentukan batas ukur yang dipakai, pilih skala yang tepat dan faktor skala, memperhatikan posisi jarum, dan batas ukur yang merupakan skala simpangan penuh dari alat ukur. Faktor skala adalah perbandingan antara batas ukur yang dipergunakan dengan jumlah pembagian skala.

Data yang diperoleh menunjukkan bahwa hubungan antara tegangan dan arus listrik adalah berbanding terbalik. Jika tegangan di kaitkan dengan kuat arus dan hambatan maka hubungannya adalah jika tegangan besar kuat arus kecil maka hambatan sebanding dengan tegangan dan sebaliknya jija kuat arus besar tegangan kecil maka hambatan semakin kecil. Dari setiap penggeseran rheostat semakin mendekati maksimal maka hambatannya semakin besar dan sebaliknya jika rheostat di geser menjauhi maksimal atau mendekati maksimum maka hambatannya kecil karena arus yang mengalir dari power supply langsung menuju ke voltmeter tanpa.

Dari hasil percobaan kami nlai hambatan yang seharusnya adalah 100 ohn, namun pada saat praktikum menggunakan dua metode, yaitu hukum Ohm dan analisis grafik. Dari metode hukum Ohm digunakanm R₁ =  dengan V ₌ 4,1 dan I₁ = 0,01 mendapatkan hasil  pertam│140 ± 24│  yaitu dalam rheostat maksimum sedangkan nilai hambatan ketika rheostat berada hampir di tengah adalah │125 ± 6,8│  , dan pada saat rheostat berada pada maksimum nilai hambtannya adalah │130,4 ± 9,6│ . Hubungan antara tegangan dan kuat arus berdasarkan plot grafik diperoleh │11.81 ± 0.61│ . Hal ini tentunya menimbulkan pertanyaan bagi kami selaku praktikan. Nilai yang diperoleh bergeser karena salah satu alat yang sudah sedikit agak rusak sehingga pemunculan skala sudah tidak sebenarnya, kondisi mata pengamat apakah salah menghitung skala dan perbedaan dalam menentukan jumlah skala.

Dalam melakukan eksperimen ini, masih terdapat kesalahan-kesalahan yang menyebabkan data yang diperoleh kurang tepat dengan teori, Terdapatnya perbedaan hasil pengukuran yang dianalisis dengan hukum Ohm dan grafik dengan nilai yang digunakan dalam percobaan wajar terjadi. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Pertama adalah objek yang digunakan dalam percobaan ini yang mungkin dapat menjadi sumber ralat adalah baterai. tegangannya sudah tidak sesuai dengan yang tertera karena telah digunakan sebelumnya. Selain itu, praktikan tidak melakukan eksperimen pendahuluan untuk memastikan alat dan bahan dalam keadaan baik sehingga praktikan tidak mengetahui kondisi alat dan bahan sebenarnya. metode yang digunakan juga dapat menjadi sumber ralat, karena metode yang digunakan dalam percobaan ini sederhana. Kemudian pembulatan nilai data juga membuat data mengalami sedikit perbedaan dengan nilai yang digunakan. Faktor pengamat juga dapat menjadi sumber ralat, seperti kondisi mata pengamat yang tidak normal dan berkacamata serta kurang tepat dalam membaca data karena skala alat yang tertera sulit dibaca. untuk itu dalam eksperimen selanjutnya mengenai pengukuran dasar listrik praktikan sebaiknya lebih teliti lagi dalam melihat dan mengamati eksperimen, lebih fokus dan lebih maksimal sehingga hasil yang diperoleh relevan dengan kesalahan yang kecil, sesuai dengan yang diharapkan.

SIMPULAN DAN DISKUSI

            Berdasarkan hasil eksperimen ini dapat disimpulkan bahwa hubungan antara tegangan dan kuat arus  adalah berbanding terbalik. Jika tegangan besar, dan kuat arus listrik kecil  maka hambatan yang dihasilkan juga semakin besar, semakin besar kuat arus maka hambatan semakin kecil.

            Besar hambatan sebuah resistor yang di hitung secara berulang terdapat perbedaan hasil antara penghitungan secara teori dengan penghitungan dengan menggunkan dimulai dari rheostat maksimal ke minimum tidak selalu sama, semakin mendekati maksimum semakin besar nilai hambatan yang di peroleh. Nilai hambatan pada rheostat maksimum adalah │140 ± 24│  dan untuk hambatan minimum │130,4 ± 9,6│  pada saat di geser mendekati maksimal nilai semakin besar, dan nilai hambatan berdasarkan plot grafik adalah │11.81 ± 0.61│

REFERENSI

Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1