LAPORAN PRAKTIKUM ARUS SEARAH (DC)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG

Arus listrik searah adalah arus listrik yang nilainya hanya positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif ke negatif atau sebaliknya). Arus listrik searah dikenal dengan singkatan DC (Direct Current). Sesuai dengan namanya, listrik arus searah ini mengalir ke satu jurusan saja dalam kawat penghantar, yaitu dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-).  Penerapan arus listrik searah dapat dilihat di dalam rangkaian seri dan rangkaian paralel. Selain itu, dalam penerapan Hukum Kirchoff pada suatu rangkaian juga terdapat arus listrik searah.

Seperti dalam banyak kejadian, kesulitan utama yang dihadapi dalam menerapkan hukum Kirchoff terletak pada penentuan tanda-tanda aljabar, bukan dalam memahami segi-segi fisiknya yang sebenarnya sangat elementer. Dalam rangkaian yang rumit, apabila banyak tersangkut besaran yang tak diketahui, kadang-kadang sukar untuk mengetahui cara merumuskan persamaan yang berdiri sendiri dalam jumlah yang cukup untuk menentukan besaran-besaran yang tidak diketahui itu. Selain itu, menghubungkan antara hasil dari teori dan praktek juga sering menjadi sebuah masalah yang agak rumit untuk dissuaikan. Oleh karena itu, untuk mewujudkan kesulitan tersebut menjadi sebuah kemudahan, maka  dirasa perlu melakukan praktikum rangkaian arus searah ini.

I.2 RUANG LINGKUP

Praktikum ini mengenai rangkaian arus searah, dimana ruang lingkupnya meliputi pengukuran hambatan pada beberapa resistor, beda potensial dalam rangkaian listrik, kuat arus pada rangkaian yang berdasarkan penerapan Hukum Arus Kirchoff (HAK), kuat arus dan tegangan pada rangkaian seri, hambatan pada rangkaian paralel, serta pengukuran hambatan pada rangkaian seri-paralel.

I.3 TUJUAN

            Adapun tujuan dari dilakukannya praktikum ini adalah sebagai berikut.

1.      Mengukur beda potensial pada rangkaian listrik.

2.      Menerapkan Hukum Kirchoff pada rangkaian listrik.

3.      Menganalisa rangkaian seri dan paralel.

I.4 WAKTU DAN TEMPAT

Adapun praktikum ini dilakukan pada hari Rabu, 21 September 2011, pada pukul 14.00-16.30 WITA, bertempat di laboratorium Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 RESISTOR

Resistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik. Resistor dibuat dengan ukuran badan yang mencerminkan kemampuan terhadap daya lesap yang diterimanya jika dialiri listrik yang disebut dengan kemampuan daya listrik. Daya ini akan menaikkan suhu resistor, dan jika melebihi kemampuan daya yang  ditentukan, dapat menyebabkan kerusakan yang permanen. Adapun simbol resistor atau tahanan listrik sebagai berikut :

                                    Gambar1.  Simbol resistor

Berikut adalah data warna, angka, dan toleransi pada resistor.

Warna	Angka	Toleransi
Hitam 0	0
Coklat	1	±1%
Merah	2	±2%
Jingga	3	-
Kuning	4	-
Hijau	5	-
Biru	6	-
Ungu	7	-
Abu-abu	8	-
Putih	9	-
Emas	-	±5%
Perak	-	±10%
Tak berwarna	-	±20%

Resistor yang banyak digunakan dibuat dari karbon yang dinamakan resistor film karbon. Resistor karbon menggunakan cincin sandi warna yang dicatkan pada resistor untuk menunjukan nilai hambatan. Nilai hambatan  dibaca dengan menggunakan rumus: R = (A) (B) x 10^(C) ± (D) ohm. Sebagai contoh, resistor dengan warna: kuning, ungu, merah, dan emas. Jadi, resistor tersebut mempunyai nilai hambatan sebesar: R = 47 x 10² ± 5 % = 4700 Ω ± 5 % = 4,7 KΩ ± 5 %.

II.2 RANGKAIAN SERI DAN PARALEL

II.2.1 Rangkaian Seri

            Rangkaian Seri adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara sejajar (seri). Baterai dalam senter umumnya disusun dalam rangkaian seri.

                                    Gambar 2. Rangkaian resistor seri

            Jumlah hambatan total rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan tiap- tiap komponen (resistor).

II.2.2 Rangkaian Paralel

            Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian paralel. Rangkaian listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya.

                                         Gambar 3. Rangkaian resistor paralel

II.3 RANGKAIAN ARUS SEARAH DAN HUKUM KIRCHOFF

II.3.1 Rangkaian arus searah

            Arus searah adalah arus listrik yang nilainya hanya positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif ke negatif, atau sebaliknya). Pada rangkaian DC hanya melibatkan arus dan tegangan searah, yaitu arus dan tegangan yang tidak berubah terhadap waktu.  Elemen pada rangkaian DC meliputi:

i)                    baterai

ii)                  hambatan dan

iii)                kawat penghantar

           

            Baterai menghasilkan e.m.f untuk menggerakkan elektron yang akhirnya menghasilkan aliran listrik. Sebutan “rangkaian” sangat cocok digunakan karena dalam hal ini harus terjadi suatu lintasan elektron secara lengkap meninggalkan kutub negatif dan kembali ke kutub positif. Hambatan kawat penghantar sedemikian kecilnya sehingga dalam prakteknya harganya dapat diabaikan.

            Bentuk hambatan (resistor) di pasaran sangat bervariasi, berharga mulai 0,1 Ω sampai 10 MΩ atau lebih besar lagi. Resistor standar untuk toleransi ±10 % biasanya bernilai resistansi kelipatan 10 atau 0,1 dari: 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82
Sebuah rangkaian yang sangat sederhana terdiri atas sebuah baterai dengan sebuah resistor ditunjukkan pada Gambar 4. berikut.

                                  (a)                                                (b)

Gambar 4. Rangkaian arus searah: a) Pemasangan komponen dan arah arus dan b) Penambahan komponen saklar.

            Perhatikan bagaimana kedua elemen tersebut digambarkan dan bagaimana menunjukkan arah arus (dari kutub positif melewati resistor menuju kutub negatif). Untuk menganalisis lebih lanjut, rangkaian di atas perlu dipahami hukum dasar rangkaian yang disebut hokum Kirchoff.

II.3.2 Hukum Kirchoff

            Di pertengahan abad 19 Gustav Robert Kirchoff (1824 – 1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan Hukum Kirchoff. Hukum ini berbunyi. “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”. Yang kemudian di kenal sebagai hukum Kirchoff I. Secara matematis dinyatakan

Bila digambarkan dalam bentuk rangkaian bercabang maka akan diperoleh sebagai berikut::

            Kirchoff 2 dipakai untuk menentukan kuat arus yang mengalir pada rangkaian bercabang dalam keadaan tertutup (saklar dalam keadaan tertutup).

Perhatikan gambar berikut!

            Hukum Kirchoff 2 berbunyi : “Dalam rangkaian tertutup, Jumlah aljabbar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol”. Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik bisa digunakan atau diserap.

            Dari gambar diatas kuat arus yang mengalir dapat ditentukan dengan menggunakan beberapa aturan sebagai berikut :

• Tentukan arah putaran arusnya untuk masing-masing loop.
• Arus yang searah dengan arah perumpamaan dianggap positif.
• Arus yang mengalir dari kutub negatif ke kutup positif di dalam elemen dianggap positif.
• Pada loop dari satu titik cabang ke titik cabang berikutnya kuat arusnya sama.

Jika hasil perhitungan kuat arus positif maka arah perumpamaannya benar, bila negatif berarti arah arus berlawanan dengan arah pada perumpamaan. Seperti contoh berikut.

Loop I

a-b-e-f-a (arah looop sama dengan arah arus)

ΣE + ΣV = 0; I₁R₁ + I₃R₅ + I₁R₄ + I₁r₁ - E₁ = 0

E₁ = I₁(r₁ + R₁ + R₄) + I₃R₅

Loop II

    

 ΣE + ΣV = 0

 I₃R₅ + I₂R₃ + I₂r₂ - E₂ + I₂R₂ = 0

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 ALAT DAN BAHAN

III.1.1 Alat

            Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

1.      Catu daya.

Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan DC.

2.      Multimeter

Multimeter berfungsi sebagai alat ukur resistansi, kuat arus, dan tegangan.

3.      Papan rangkaian.

Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat memasang atau merangkai resistor.

III.1.2 Bahan

             Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah resistor dengan hambatan berbeda (6 buah).

III.2 PROSEDUR PRAKTIKUM

III.2.1 Resistansi pada Resistor

1.      Menghitung nilai resistansi berdasarkan cinci warna yang tertera pada resistor.

2.      Mengukur nilai resistansi dengan menggunakan multimeter.

3.      Mencatat hasil pengukuran.

4.      Membandingkan hasil perhitungan dengan pengukuran.

5.      Mengulangi prosedur di atas dengan resistor yang berbeda nilai resistansinya.

III.2.2 Beda Potensial pada Rangkaian

Gambar bagian dari rangkaian

1.      Membuat rangkaian seperti pada gambar di atas, dimana titik a dihubungkan dengan rangkaian lain atau dibuat dengan komponen elektronika yang nilai dan bentuk rangkaiannya dapat ditentukan sendiri. Adapun dalam praktikum yaitu memasang resistor pada papan rangkaian, menghubungkannya dengan multimeter dan catu daya.

2.      Mengukur arus yang melewati rangkaian tersebut.

3.      Mengukur tegangan pada tiap-tiap komponen.

4.      Mengukur tegangan pada titik a dan b.

5.      Membandingkan hasil pengukuran tegangan dengan pada poin 3 dan 4.

6.      Mengulangi prosedur di atas dengan nilai resistor yang berbeda.

III.2.3 Hukum Kirchoff

1.      Memasang 3 buah resistor secara paralel pada papan rangkaian dan menghubungkan-nya dengan multimeter dan catu daya.

2.      Mengukur arus yang keluar dari sumber ggl.

3.      Mengukur arus pada tiap-tiap komponen

4.      Membandingkan hasil pengukuran pada poin 2 dan 3 untuk membuktikan persamaan I = I₁ + I₂ + I₃

III.2.4 Rangkaian Seri dan paralel

1.      Menyusun rangkaian seperti pada gambar di bawah ini dengan nilai komponen R yang ditentukan sendiri. 

2.      Mengukur nilai hambatan ekuivalen pada rangkaian seri tersebut.

3.      Membandingkan hasil pengukuran dengan hasil teoritis pada persamaan R_ek =  R₁ + R₂ + R_3.

4.      Menyambungkan dengan sumber tegangan.

5.      Mengukur arus yang masuk pada rangkaian.

6.      Mengukur tegangan pada tiap-tiap resistor dan tegangan total.

7.      Menghitung R_ek = V_ad /I dan membandingkan hasilnya dengan poin 2 dan 3.

8.      Memasang tiga buah resistor secara paralel pada papan rangkaian dengan nilai R yang dapat ditentukan sendiri, tanpa sumber tegangan.

9.      Menghitung nilai hambatan total.

10.  Membandingkan hasil pengukuran dengan hasil teoritis seperti pada persamaan =   +  +

11.  Menghubungkan rangkaian dengan sumber tegangan.

12.  Mengukur tegangan pada titik a dan b.

13.  Menghitung R_ek = V_ab /I dan membandingkannya dengan hasil pada poin 9 dan 10

14.  Membuat rangkaian seperti gambar di bawah ini.

15.  Mengukur nilai hambatan  R’, R’’, dan Rek.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 HASIL

IV.1.1 Tabel data

a.       Beda Potensial pada Rangkaian

            V = 5 volt

NO.	Warna cincin resistor	Teori (Ω)	Interval (Ω)	Praktek (Ω)	Kuat arus (A)
1.	Merah, ungu, coklat, emas	27 x 101 ± 5% =   270 ± 5%	256-283,5	250	0,01
2.	Coklat, merah,coklat, emas	12 x 101 ± 5% =   120 ± 5%	114-126	90	0,018
3.	Merah, ungu, coklat, emas	27 x 101 ± 5% = 270 ± 5%	256,5-283,5	230	0,015
4.	Orange,orange, coklat , emas	33 x 101 ± 5% = 330 ± 5%	313,5-346,5	300	0,04
5.	Kuning, ungu, coklat, emas	47 x 101 ± 5% = 470 ± 5%	446,5-493,5	440	0,018

b.      Hukum Kirchoff

            I_total = 0,045 A

NO.	Hambatan (Ω)	Kuat arus (A)
1.	270	0,017
2.	470	0,01
3.	330	0,015

c.       Rangkaian Seri dan paralel

-          Rangkaian seri

                        R_ek = 1000 Ω

                        I_total = 0,005 A

NO.	Hambatan (Ω)	Tegangan (volt)
1.	270	1,25
2.	470	2,2
3.	330	1,6

-          Rangkaian paralel

                        R_ek = 80 Ω

                        V_ab = 5 volt

                        R’ = 60 Ω

                        R’’ = 100 Ω

                        R_ek = 550 Ω

IV.1.2 Pengolahan data 

a.       Beda Potensial pada Rangkaian

Secara praktek, V = 5 volt

            Secara teori V = IR

            V₁ =  I₁R₁ = (0,01) (470)                      = 4,7 volt

            V₂ = I₂R₂ = (0,018) (270)         = 4,86 volt

            V₃ = I₃R₃  = (0,015) (330)        = 4,95 volt

            V₄ = I₄R₄   = (0,04) (120)                      = 4,8 volt

            V₅ = I₅R₅   = (0,018) (270)        = 4,86 volt

b.      Hukum Kirchoff

Secara praktek, I_total = 0,045 Ampere

Secara teori, I_total = I₁ + I₂ + I₃ = 0,017 A + 0,01 A + 0,015 A = 0,042 Ampere

c.       Rangkaian Seri dan parallel

-          Rangkaian seri

Secara praktek, R_ek = 1000 Ω

Secara teori, R_ek =  R₁ + R₂ + R₃ = 270 Ω + 470 Ω + 330 Ω = 1070 Ω

Berdasarkan persamaan R_ek = V_ad /I

I_total = IR₁= IR₂ = IR₃ = 0,005 A

V_ad = VR₁ + VR₂ + VR₃ = 1,25 volt + 2,2 volt + 1,6 volt = 5,05 volt

Maka :

R_ek =   = 1010 Ω

-          Rangkaian paralel

Secara praktek, R_ek = 80 Ω

Secara teori, =  +  +  = +  +  =

                                                                             =

                                                                              R_ek     = 112,85 Ω

IV.2 PEMBAHASAN

           Pertama-tama, yang akan dibahas adalah mengenai besarnya hambatan secara praktik dan teori, dimana tidak ada satupun dari besar hambatan yang diukur secara praktik sesuai dengan besarnya hambatan yang dihitung secara teori misalnya saja, untuk R₁ secara teori = 27 x 10¹ ± 5% Ω = 270 ± 5% Ω (intervalnya = 256-283,5) sedangkan secara praktik R₁ = 250 Ω, dimana seharusnya R₁ secara praktik terdapat dalam interval R₁ secara teori. Data yang sama juga terdapat pada R₂-R₅. Hal ini berarti, hambatan secara teori dan praktik mempunyai perbandingan yang sangat jauh. Hal ini terjadi mungkin saja disebabkan oleh kesalahan praktikan saat memakai multimeter.

           Adapun hal yang kedua adalah mengenai beda potensial pada rangkaian, dimana V   secara praktik = 5 volt, sedangkan secara teori, masing-masing sebesar 4,7 volt; 4,86 volt; 4,95 volt; 4,8 volt; 4,86 volt. Dari hasil yang didapatkan tersebut, terlihat jelas bahwa perbandingan antara V secara praktik dengan V secara teori tidak terlalu jauh, hanya berselisih masing-masing 0,3; 0,14; 0,05; 0,2; 0,14. Hal ini berarti kesalahan saat pengukuran sangatlah kecil. Jadi, perbedaan atau selisih yang kecil tersebut dapat diabaikan untuk membuktikan persamaan V= IR.

           Kemudian untuk hukum Kirchoff, dari hasil pengolahan data diperoleh bahwa I_total secara praktik = 0,045 Ampere, sedangkan I_total secara teori I₁ + I₂ + I₃ = 0,017 A + 0,01 A  + 0,015 A= 0,042 Ampere. Dari hasil ini, terlihat jelas bahwa antara praktikum dengan teori hanya berselisih 0,003 Ampere. Jadi, perbedaan atau selisih yang kecil tersebut dapat diabaikan untuk membuktikan persamaan I = I₁ + I₂ + I₃. Selanjutnya untuk rangkaian seri, dimana dari hasil pengukuran diperoleh bahwa nilai resistansi ekuivalen pada rangkaian seri yang dibuat yaitu R_ek = 1000 Ω. Adapun nilai resistansi ekuivalen pada rangkaian seri secara teori dapat dihitung sebagai berikut : R_ek  = R₁ + R₂ + R₃ = 270 Ω + 470 Ω + 330 Ω = 1070 Ω. Nilai resistansi ekuivalen yang diperoleh dari pengukuran (praktikum) tidak sama persis dengan nilai resistansi ekuivalen yang diperoleh dari perhitungan (teori), yaitu terdapat selisih sebesar 70Ω. Adanya perbedaan atau selisih antara R_ek hasil pengukuran dengan hasil perhitungan, kemungkinan disebabkan oleh beberapa faktor yaitu adanya kerusakan pada komponen yang diukur (resistor), kerusakan pada alat ukur (multimeter), atau kesalahan praktikan dalam menggunakan multimeter ketika megukur nilai resistansi masing-masing resistor ataupun nilai resistansi ekuivalen R_ek pada rangkaian seri tersebut.

            Pada rangkaian seri juga terdapat persamaan R_ek = V_ad /I . Adapun untuk hasil perhitungannya adalah sebagai berikut: R_ek = V_ad /I = (5,05 volt) / (0,005 A) = 1010 Ω. Nilai R_ek hasil pengukuran (praktikum), R_ek hasil perhitungan (teori),  dan R_ek yang diperoleh dari persamaan di atas tidak sama persis, yaitu terdapat selisih sebesar 10 Ω. Adanya selisih tersebut, kemungkinan disebabkan oleh adanya beberapa faktor yang telah  disebutkan sebelumnya. Kemudian yang terakhir adalah mengenai rangkaian paralel, dimana dari hasil praktikum diperoleh R_ek = 80 Ω sedangkan berdasarkan teori, 1/ R_ek= 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃, diperoleh R_ek = 112,85 Ω. Dari hasil ini, terlihat jelas bahwa selisih keduanya sangat besar yaitu sekitar 32,85 Ω. Hal ini terjadi kemungkinan seperti hal yang terjadi pada sebelumnya.

BAB V

PENUTUP

V.1 KESIMPULAN

            Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari praktikum ini yaitu:

1.      Persamaan V=IR terbukti benar, tetapi terdapat sedikit perbedaan antara hasil praktikum dan teori.

2.      Persamaan I = I₁ + I₂ + I₃ terbukti benar meskipun terdapat selisih yang sangat kecil namun dapat diabaikan untuk membuktikan bahwa jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan arus listrik yang keluar dari titik tersebut (Hukum Arus Kirchoff atau Hukum Kirchoff I).

3.      Pada rangkaian seri dan paralel terdapat perbedaan yang cukup besar antara hasil dari teori dengan hasil dari praktikum, dimana seharusnya keduanya harus menunjukkan persamaan hasil.

V.2 SARAN

V.2.1 Laboratorium Instrumentasi

            Saran untuk laboratorium Instrumentasi adalah alat dan bahan praktikum sudah cukup banyak, akan tetapi sebaiknya perlu ditambah lagi.

V.2.2 Asisten

1.      Sikap asisten sudah cukup baik dalam membimbing praktikan selama praktikum berlangsung, akan tetapi perlu ditingkatkan lagi.

2.      Hendaknya dalam memberikan soal respon, asisten perlu memperhitungkan waktu untuk mengerjakan soal tersebut secara matang.

DAFTAR PUSTAKA

Tim Penyusun Fisika Dasar Universitas Hasanuddin Makassar. 2009.Fisika Dasar II. UPT-  MKU Universitas Hasanuddin: Makassar.

Sears and Zemansky. 2001. Fisika Universitas edisi ke-10, Jilid 2. Erlangga: Jakarta.

SITUS WEB

http://basicsphysics.blogspot.com/2009/02/hukum-kirchoff-dan-hukum-ohm.html

http://www.alljabbar.wordpress.com

http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/rangkaian_listrik_majemuk.html

LAPORAN

ELEKTRONIKA FISIS DASAR 1

PERCOBAAN RANGKAIAN ARUS SEARAH (DC)

NAMA                 : HARIATI

NIM                    : H21110255

KELOMPOK          : II

TGL. PRAKTIKUM   : 21 SEPTEMBER 2011

ASISTEN             : ZAHRAWANI

LABORATORIUM INSTRUMENTASI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2011