laporan Fisika II Hukum Ohm

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Dalam sebuah rangkaian listrik biasanya terdapat istilah yang dikenal dengan arus listrik, tegangan dan hambatan.. Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran inilah yang disebut dengan arus. Sedangkan tegangan adalah beda potensial yang ada di antara titik rangkaian listrik tersebut. Untuk menemukan hubungan di antara istilah-istilah yang ada dalam sebuah rangkaian listrik diperlukan sebuah praktikum yang dapat membuktikannya.

Dengan melakukan praktikum yang berjudul Hukum Ohm ini kita dapat mengetahui dan mempelajari hubungan antara tegangan dan kuat arus pada suatu rangkaian dan dapat digunakan untuk mengetahui sebuah hambatan listrik tanpa harus menggunakan alat yang dinamakan ohmmeter.. Selain itu materi tentang hukum ohm ini sangat berguna khususnya yang mendalami kelistrikan. Karena dengan adanya hukum ohm kita dapat mengerti tentang kelistrikan. Untuk itu kita harus mempelajari lebih dalam tentang Hukum Ohm dengan cara mempraktekkannya dalam percobaan ini.

1.2  Rumusan Masalah

Bagaimana hubungan antara tegangan dan kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian?

1.3  Tujuan

Mempelajari hubungan antara tegangan dan kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian

1.4  Definisi Istilah

      Tegangan       : perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik.

      Dielektrik       : suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada

      Polarisasi        : suatu peristiwa perubahan arah getar gelombang pada cahaya yang acak menjadi satu arah getar;

      Konduktor     : adalah bahan yang di dalamnya banyak terdapat elektron bebas mudah untuk bergerak.

      Semi-konduktor         : (setengah penghantar) adalah suatu bahan yang tidak layak disebut sebagai penghantar, juga tidak layak disebut sebagai bukan penghantar (Isolator).

      Arus listrik     : banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu

      Resistor          : rangkaian elektronika yang berfungsi sebagai penghambat arus dan tegangan

      Resistansi       : hambatan (perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik dengan arus listrik yang melewatinya.

1.5  Hipotesis

Ada hubungan antara tegangan dan kuat arus listrik, di mana tegangan sebanding dengan kuat arus.

1.6  Tinjauan Pustaka

Hukum Ohm

Ketika suatu medan listrik diberikan kepada sebuah dielektrik, akan terjadi polarisasi terhadap dielektrik tersebut. Tetapi jika medan tersebut diberikan ke daerah yang mempunyai muatan bebas, muatan tersebut akan bergerak dan timbul suatu arus listrik sebagai ganti polarisasi medium tersebut.

Ketika muatan bebas ditunjukkan dalam sebuah benda seperti electron-elektron dalam suatu logam, yang gerakannya merintangi interaksinya terhadap ion-ion positif sehingga membentuk lattice Kristal logam. Ketika tidak terdapat medan listrik eksternal , electron-elektron tersebut bergerak ke segala arah dan tidak ada transportasi muatan netto atau arus listrik. Tetapi jika digunakan sebuah medan listrik eksternal,terjadi aliran gerakan dari gerakan electron sembarang sehingga terjadi arus listrik. Tampaknya alamiah untuk menganggap bahwa kekuatan dari arus tersebut sesuai dengan intensitas medan listrik, dan bahwa persesuaian ini merupakan konsekuensi langsung dari struktur internal logamnya.

Untuk membuktikan hubungan ini, dapat ditinjau dengan hukum Ohm, yang menyatakan bahwa untuk suatu konduktor logam pada suhu konstan, perbandingan antara perbedaan potensial ∆ V antara dua titik dari konduktor dengan arus listrik I yang melalui konduktor tersebut adalah konstan. Konstan ini disebut tahanan listrik (hambatan) R dari konduktor antara dua titik. Jadi hukum Ohm bisa dinyatakan sebagai :

= R atau I=

V   merupakan   beda   tegangan (beda potenssial),   I   adalah   arus   yang   lewat   pada   penghantar   dan   R hambatan   dari   penghantar.   Persamaan   (1)   menunjukkan   bahwa   Hukum   Ohm   berlaku   jika  hubungan antara V dan I adalah linier.

Hukum ini diformulasikan oleh ahli fisika Jerman, George Ohm (1787-1854), ternyata berlaku dengan ketelitian yang mencengangkan terhadap konduktor pada cakupan harga ∆V, I dan suhu yang luas . Prinsip Ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkain, Ohm menentukan sebuah persamaan yang simple menjelaskan hubungan antara tegangan, arus dan hambatan yang saling hubungan. Tetapi beberapa zat terutama semi-konduktor , tidak mengikuti hukum Ohm. Sebuah grafik menunjukkan hubungan antara V dan I yang diberikan hukum Ohm menghasilkan garis lurus sebagaimana ditunjukkan gambar ini.

I

                                    .                

                      .             

       .       ‘

0                                                              ∆V

Dari persamaan yang di atas, kelihatan sekali bahwa R (hambatan) dinyatakan dalam satuan SI sebagai Volt/ampere atau m²kg s^-1C^-2 dan disebut Ohm (Ω). Jadi satu Ohm adalah tahanan suatu konduktor yang dilewati arus satu ampere ketika perbedaan potensialnya dijaga satu volt di ujung-ujung konduktor tersebut. Arus dinyatakan dengan Ampere, bersimbol I.  Tegangan dinyatakan dengan volt, bersimbol V atau E (Alonso, 1979:76-77).

Hukum Ohm menggambarkan bagaimana arus, tegangan, dan tahanan berhubungan. Hukum Ohm dapat diterapkan dalam rangkaian tahanan seri. Yang dimaksud dengan rangkaian tahanan seri adalah tahanan dihubungkan ujung ke ujung atau dalam suatu rantai.

Untuk mencari arus yang mengalir pada rangkaian seri dengan tahanan lebih dari satu , diperlukan jumlah total nilai tahanan-tahanan tersebut. Hal ini dapat dimengerti karena setiap tahanan yang ada pada rangkaian seri akan memberikan hambatan bagi arus untuk mengalir (Hayt, 1991  )

Komponen Ohm dan Non-Ohm

Secara tegas, hukum ohm hanya berlaku untuk resistor karena pada resistor I adalah sebanding dengan V untuk seluruh nilai I dan V. Komponen yang memenuhi hukum kesebandingan I dan V disebut komponen ohmic, yang dicirikan oleh grafik I– V berbentuk garis lurus condong ke atas melalui titik asal. Dalam banyak komponen, hambatan yang didefinisikan oleh V = I.R tidaklah konstan tetapi bergantung pada nilai-nilai V dan I. komponen-komponen seperti ini sebut komponen non-ohmic grafik I terdapat V untuk komponen-komponen seperti ini tidak linier.

Besarnya hambatan suatu penghantar ditentukan oleh panjang (I), penampang (A) dan hambatan jenis (P) penghantar secara matematis hubangan tesebut ditulis sebagai berikut :

                             

Penampang kawat umumnya berbentuk lingkaran, sehingga luas penampang.

Dengan r adalah jari-jari kawat dan D adalah diameter kawat keterangan :

·         R : hambatan penghantar (ohm)

·         : Hambatan jenis penghantar (ohm mm²/m atau ohm m)

·         P : panjang penghantar (m)

·         A : luas panjang (m²)

Hambatan jenis suatu bahan adalah hambatan suatu bahan yang panjang   1 m dan luas penampangnya 1 m². misalnya hambatan jenis baja adalah 1,5 x 10^-7 ohm m. Artinya kawat baja dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 m² mempunyai hambatan 0,15 ohm. Nilai hambatan jenis suatu penghantar bergantung pada jenis penghantar dan suhu. Penghantar logam hambatan jenisnya akan jika suhunya bertambah maka disesuaikan dengan perbesaran berikut :

Keterangan :

Pt : Hambatan jenis akhir

P : Hambatan jenis awal

 : koefisien suhu hambatan jenis

: perubahan suhu

Pada umumnya hambatan kawat juga akan naik jika suhunya bertambah dalam suatu batas perubahah suhu tertentu, perubahan fraksi hambatan  dibandingkan dengan perubaha suhu () sehingga :

 

Oleh karena hambatan penghantar sebanding dengan hambatan jenis, maka didapat persamaan berikut :

(http://www.scribd.com/doc/)

Susunan Seri dan Paralel

Hambatan listrik suatu penghantar dapat disusun secara seri atau paralel. Dan dapat pula disusun dengan cara gabungan antara susunan seri dan paralel.

A.    Susunan Seri

Hambatan pengganti dari n hambatan listrik yang disusun secara seri dapat dinyatakan dalam persamaan berikut :

R₅ = R₁ + R₂ + R₃ + .. R_n

B.     Susunan Paralel

Hambatan penganti dua komponen R₁ dan R₂ yang disusun secara paralel dapat dihitung lebih cepat dengan persamaan khusus, yaitu :

Secara umum untuk komponen-komponen yang disusun paralel, kebalikan atau pengganti paralel sama dengan jumlah dari kebaikan tiap-tiap hambtan.

Penyerapan Daya

Beberapa kemasan resistor yang berbeda serta symbol rangkaian yang paling umum digunakan untuk menggambarkan sebuah resistor. Perkalian antara v dan i akan menghasilkan daya yang diserap oleh resistor. Jadi, v dan i dipilih untuk memenuhi kesepakatan tanda pasif. Daya yang diserap secara fisika akan muncul sebagai panas dan atau cahaya dan selalu berharga positif. Resistor (positif) merupakan elemen pasif yang tidak dapat mengirimkan atau menyimpan daya. Ungkapan lain untuk menunjukkan besarnya daya yang diserap adalah.

P= vi =i² R = v²/R

P          : daya (watt)

V         : tegangan (volt)

I           : arus (ampere)

Contoh resistor

Konduktansi

Untuk resistor linear, rasio antara arus dan tegangan merupakan sebuah bilangan konstan yaitu,

 =

Di mana G disebut sebagai konduktansi. Satuan SI nya adalah Siemens (S).

Resistansi dapat digunakan sebagai dasar untuk mendefinisikan dua istilah umum yaitu hubung singkat dan hubung terbuka. Kita definisikan hubung singkat sebagai resistansi nol ohm, sehingga karena v= i R maka tegangan hubung singkat haruslah sama dengan nol meskipun arusnya bernilai berapapun.sedangkan hubung terbuka sebagai resistansi tak berhingga sehingga berdasarkan hukum ohm arusnya haruslah sama dengan nol tanpa mempertimbangkan berapapun besarnya tegangan hubung terbuka (Durbin, 2005 : 22-26).

BAB II

METODOLOGI

2.1 Alat dan Bahan

Nama Alat/Bahan	Jumlah	Nama Alat/Bahan	Jumlah
Meter Dasar 90/Basicmeter	2	Potensiometer 50 kΩ	1
Kabel Penghubung Merah	3	Saklar 1 tutup	1
Kabel Penghubung Hitam	3	Jembatan Penghubung	1
Hambatan tetap 100 Ω	1	Catu Daya	1
Papan Rangkaian	1

2.2 Langkah Kerja

·         Persiapan Percobaan

a.       Buat rangkaian

b.      Hubungkan cattu daya ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan mati). Pilih tegangan keluaran pada posisi 3 volt DC

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

·         Langkah Percobaan

a.       Hidupkan catu daya kemudian tutup saklar S

b.      Atur potensiometer sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sekitar 2 volt, kemudian baca kuat arus yang mengalir pada amperemeter dan catat hasilnya ke dalam table pada hasil pengamatan

c.       Atur lagi potensiometer sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sedikit lebih tinggi dari 2 voolt, baca kuat arus pada amperemeter dan catat hasilnya ke dalam table hasil pengamatan

d.      Ulangi langkah c dengan tegangan potensiometer yang berbeda, kemudian catat hasilnya ke dalam table pada hasil pengamatan

2.3 Gambar Percobaan

·         Gambar alat

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Data

No	Tegangan sumber (v)	Tegangan  (10 volt)	Kuat arus (100 mA)
1 2 3	3        volt 6    volt 9        volt	2,4  volt 5.2 volt 7.4 volt	6   mA =  6 x 10-3 A 16 mA = 16 x 10-3 A 22 mA = 22 x 10-3 A	400Ω 325Ω 330Ω

3.2. Perhitungan

a.  Dik: v = 3 volt

            I = 6 MA = 6X10^-3 A

    Dit: R...?

    Jawab: V = I.R

                 R = V/ I

                 R= 2,4 Volt/ 6x10^-3 A

                R= 400 Ω

a.    Dik: v = 5,2 volt

                    I = 16 MA = 16X10^-3 A

            Dit: R...?

             Jawab: V = I.R

                        R = V/ I = 5,2

                                                16x10^-3

                                                =325 Ω

            Dik: v = 7,4 volt

                    I = 22 MA = 22X10^-3 A

             Dit: R...?

             Jawab: V = I.R

                          R = V/ I

                          R= 7,4 Volt

                                         22x10^-3 A

                        R= 330 Ω

3.3  Pembahasan

Percobaan Hukum Ohm ini bertujuan mempelajari hubungan antara tegangan dan kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian. Pratikum ini menggunakan beberapa alat yaitu basicmeter, kabel penghubung merah dan hitam, papan rangkaian, jembatan penghubung, saklar satu kutub, kapsitor, dan catu daya. Untuk sementara tegangan dan beda potensial dianggap sama walau sebenarnya kedua secara konsep berbeda. Secara matematika di tuliskan I ∞ V atau V ∞ I, Untuk menghilangkan kesebandingan ini maka perlu ditambahkan sebuah konstanta yang kemudian di kenal dengan Hambatan (R) sehingga persamaannya menjadi V = I.R. Dimana V adalah tegangan (volt), I adalah kuat arus (A) dan R adalah hambatan (Ohm). Selain itu perbandingan antara tegangan dengan kuat arus merupakan suatu bilangan konstan yang disebut hambatan listrik. Secara matematika di tuliskan V/I = R atau dituliskan V = I.R.

 Ketika catudaya dihubungkan ke rangkaian melalui kabel penghubung lalu dihidupkan, maka didapatkan nilai kuat arus dan tegangan. Besarnya tegangan dan kuat arus dapat dilihat dari angka yang ditunjukkan oleh Voltmeter dan Amperemeter. Dimana ampermeter di rangki secara seri dan voltmeter dirangkai secara paralel.

Hukum ohm menyatakan bahwa untuk suatu konduktor logam pada suhu konstan, perbandingan antara perbedaan antara perbedaan potensial ∆V antara dua titik dari konduktor dengan arus listrik I yang melaui konduktor tersebut adalah konstan. Konstan ini disebut tahanan listrik R dari konduktor antara dua titik.

Pada pratikum ini,  hipotesis saya adalah   hubungan antara tegangan dan kuat arus yang mengalir dalam sebuah rangkaian yaitu kuat arus sebanding dengan besar tegangan atau dituliskan

I_῀ V

atau dapat dituliskan hubungan kuat arus dan tegangan yaitu

R=

Dari persamaan kelihatan bahwa R dinyatakan dalam satuan SI sebagai volt ampere atau m2 kg s-1 C-2 , dan disebut ohm (Ω). Jadi satu ohm adalah tahanan suatu konduktor yang dilewati arus satu ampere ketika perbedaan potensialnya dijaga satu volt diujung-ujung konduktor tersebut

Hukum ohm semulanya terdiri atas dua bagian. Bagian pertama tidak lain ialah definisi hambatan, yakni V=IR. Sering hubungan ini dinamai hokum ohm. Akan tetapi, Ohm juga menyatakan, bahwa R adalah suatu konstanta yang tidak bergantung pada V maupun I. Bagian kedua hokum ini tidak seluruhnya benar.

Hubungan V=IR dapat diterapkan pada resistor apa saja, dimana V adalah beda potensial antara kedua  ujung hambatan, dan I adalah arus yang mengalir di dalamnya, sedangkan R adalah hambatan (resistansi) resistor tersebut

Pada pratikum ini, tegangan sumber yang kami gunakan adalah 3,6,9 volt.Tegangan dan kuat arus yang dihasilkan adalah :

·      Tegangan sumber 3 volt

                        Dengan tegangan sumber 3 volt, tegangan  yang diperoleh sebesar 2,8 volt, dan kuat arus yang diperoleh adalah 16 A. Dengan menggunkan rumus : R = V/I, maka hambatan (R) yang diperoleh adalah 0,175 Ω.

·      Tegangan sumber 6 volt

                        Dengan tegangan sumber 6 volt, tegangan yang diperoleh sebesar 4,8 volt, dan kuat arus yang didapat 32 A. Sehingga hambatan yang diperoleh adalah 0,17 Ω.

·      Tegangan sumber 9 volt

                        Tegangan yang diperoleh adalah 8 volt, dan kuat arus yang diperoleh 46 A. Sehingga hambatan yang diperoleh adalah 0,17 Ω.

                        Dari hasil perhitungan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa  besar arus yang mengalir berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan dengan hambatan.

                        Tapi pada grafik memang terlihat ada yang kurang tepat, mungkin pada saat pratikum terjadi kesalahan.

                        Disini saya tidak memakai ralat karena saat pratikum kami tidak melakukan 3 kali percobaan. Jadi tidak diketahui berapa nilai persentase keseksamaannya.

Pada prinsipnya perbandingan antara tegangan dengan kuat arus yang disebut hambatan listrik merupakan bilangan konstan. Pada hasil perhitungan hambatan listrik yang didapat nilainya mendekati konstan atau mendekati sama. Hal ini terjadi kemungkinan adanya hambatan alat yang yang terdapat didalam alat. Sehingga hasil yang didapat pada pengukuran maupun perhitungannya nilainya mendekati sama.

Pada pratikum ini, hipotesis yang dibuat terbukti, yaitu ada hubungan antara beda potensial dengan kuat arus dimana berbanding lurus.

BAB IV

PENUTUP

4.1  Kesimpulan

1.      tegangan (V) sebanding  dengan kuat  arus listrik (I)  di mana semakin besar tegangan (V) maka semakin besar pula kuat arus (I) yang dihasilkan

2.      Hukum Ohm adalah Perbandingan antara perbedaan potensial ∆ V antara dua titik dari konduktor dengan arus listrik I yang melalui konduktor tersebut adalah konstan. Konstan ini disebut tahanan listrik (hambatan) R

3.      Berdasarkan grafik diperoleh bahwa kuat arus (I) sebanding tegangan (V) dimana grafiknya garis lurus condong ke atas,sehingga hipotesis terbukti benar.

4.2  Saran

1.      Hendaknya praktikan lebih menguasai langkah-langkah percobaan dan materi yang diberi

2.      Hendaknya praktikan tidak tergesa-gesa dalam mengambil/ memperoleh data saat praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

Alonso,dkk. 1979. Dasar-dasar Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga

Durbin,dkk. 2005. Rangkaian Listrik. Jakarta: Erlangga

Hayt, Wiliam.1991.  Rangkaian Listrik edisi keenam Jilid 1. Jakarta : Erlangga

http://www.scribd.com/doc/87526195