Jurnal Sensivitas Arus Dan Tegangan [PDF]

Citation preview

SENSITIVITAS ARUS DAN TEGANGAN Anita Purnamasari1, Umrah2, Musdalifah Jum3 Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Email : [email protected]



Abstrak Telah dilakukan praktikum sensitivitas arus dan tegangan, pengambilan data sebanyak dua kali dengan rangkaian yang berbeda yaitu pengukuran sensitivitas arus dan pengukuran sensitivitas tegangan. Alat yang utama yang digunakan pada praktikum ini adalah multimeter yang berfungsi untuk mengukur arus listrik, tegangan dan hambatan listrik. Mengukur sensitivitas arus listrik di dalam suatu rangkaian dapat digunakan amperemeter yang dipasang secara seri terhadap hambatan. Sedangkan untuk mengukur sensitivitas tegangan dalam suatu rangkaian dapat digunakan voltmeter yang dipasang secara paralel. Sensitivitas adalah perbandingan antara sinyal keluaran atau respon instrumen terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur. Pengukuran-pengukuran



arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer sistem gantungan, yang merupakan pelopor instrumen kumparan putar yang merupakan dasar instrumen penunjuk arus searah sekarang ini. Dan yang digunakan pada praktikum ini adalah voltmeter dan amperemeter untuk mengetahui penunjukan jumlah skala yang terjadi ketika sumber tegangan dinaikkan. Pada praktikum ini digunakan tegangan sumber 3V, 5V, 7,5V, 9V, 12V, dan 13,8V dengan resistor sebanyak 3 buah dengan nilai masing-masing 100Ω, 68Ω dan 20Ω sehingga diperoleh hasil untuk sensitivitas arus di mana semakin rendah batas ukur dan hambatannya maka semakin tinggi penunjukan skalanya. Sedangkan untuk sensitivitas tegangan di mana semakin rendah batas ukur semakin tinggi penunjukan skalanya dan semakin rendah hambatannya maka semakin rendah pula penunjukan skalanya. Hukum yang berlaku pada praktikum sensitivitas arus dan tegangan adalah Hukum Ohm. Kata Kunci : Amperemeter, hukum Ohm, sensitivitas, voltmeter Pendahuluan Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. Listrik menimbulkan berbagai macam efek seperti petir, listrik statis, induksi elektromagnetik dan arus listrik. Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabakan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Perkembangan yang sangat cepat pada teknologi listrik mengubah industri dan masyarakat. Fleksibilitas listrik yang



sangat beragam menjadikan penggunaannya yang hampir tak terbatas seperti transportasi, pemanasan, penerangan, telekomunikasi dan komputasi. Tenaga listrik saat ini adalah tulang punggung masyarakat industri modern. Fungsi dari multimeter ialah mengukur resistansi, kapasitansi, arus listrik, tegangan AC maupun DC, mengetahui sambungan rangkaian dan sebagainya. Hasil dari pengukuran ini akan ditunjukkan oleh jarum penunjuk multimeter. Voltmeter adalah suatu alat untuk mengukur tegangan listrik yang dipasang secara paralel pada variabel yang akan diukur. Sedangkan rangkaian amperemeter adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengukur besarnya arus listrik sebuah rangkaian listrik pada arus searah. Resistor merupakan komponen elektronik yang memilliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik dengan nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik diantara kedua pin di mana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir. Penerapan listrik dalam kehidupan sehari-hari yaitu dalam penggunaan perabot rumah tangga seperti televisi, kipas angin, mesin cuci, pembersih ruangan, setrika dan sebagainya. Tanpa listrik maka aktivitas manusia akan dilakukan secara manual seperti mencuci, namun dengan adanya listrik maka semuanya dapat diselesaikan dengan cepat. Sehingga listrik sangat memberikan kemudahan bagi manusia dalam menjalani aktivitas. Dengan akan dilakukannya praktikum sensitivitas arus dan tegangan maka praktikan ingin memahami konsep sensitivitas pada instrumen arus searah serta memahami pengukuran sensitivitas arus dan tegangan. Praktikum sensitivitas arus dan tegangan ini mengharapkan praktikan mampu memahami sensitivitas pada instrumen arus searah dan pengukuran sensitivitas arus dan tegangan. Adapun manfaat dari praktikum sensitivitas arus dan tegangan adalah praktikan mampu menggunakan instrumen arus searah, prinsip kerja pengukuran arus dan tegangan dan mengetahui hubungan antara arus, hambatan dan tegangan listrik.



Tinjauan Pustaka Hukum Ohm Menurut Cahaya dkk (2019 : 1 ), hukum Ohm merupakan salah satu hasil percobaan laboratorium yang dilakukan oleh George Simon Ohm tentang hubungan arus dan tegangan yang kemudian dikenal dengan hukum Ohm.



Hukum Ohm



merupakan hasil analisis matematis dari rangkaian galvanic yang didasarkan pada analogi antara aliran listrik dengan aliran panas. Konduktor mempunyai luas penampang A yang merata, maka persamaan arus itu menjadi : I=



dengan R =



(1)



Keterangan : V = beda potensial l = panjang konduktor A = luas penampangnya = karakteristik material yang disebut resistivitas R = resistor konduktor. Selanjutnya persamaan itu dapat ditulis sebagai (2)



Arus Listrik Menurut Asran (2014 : 2 ), arus berasal dari bahasa perancis yaitu intensite atau dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Sehingga arus adalah perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (arus). Muatan akan bergerak ketika ada energi luar yang



mempengaruhinya



sehingga



dengan



pergerakan



muatan



tersbt



akan



menimbulkan arus tetapi ketika arus tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-) normalnya atom bermuatan netral.



Berdasarkan Firman Allah SWT juga di jelaskan tentang listrik yang berbunyi:



Artinya: “atau seperti (orang-orang yang ditimpa) hujan lebat dari langit disertai gelap gulita, guruh dan kilat; mereka menyumbat telinganya dengan anak jarinya, karena (mendengar suara) petir, sebab takut akan mati. Dan Allah meliputi orangorang yang kafir”(QS. Al-Baqarah : 19) Tegangan Menurut Chusni ( 2014 : 22), tegangan adalah sebuah besaran dengan satuan Volt (V) untuk perbedaan potensial, atau perbedaan energi listrik di antara dua titik. Misalnya perbedaan energi potensial untuk menggerakkan elektron dan mengalirkan arus listrik. Voltmeter memiliki nilai skala terkecil sebesar 1 volt. Tegangan dan arus mempunyai karakteristik yang berbeda untuk rangkaian seri dan pararel di mana rangkaian seri tegangan merupakan penjumlahan dari tegangan komponen-komponen yang terdapat pada rangkaian sedangkan nilai arus konstan sepanjangan rangkaian. Pada rangkaian pararel/bercabang nilai tegangan akan sama pada masing-masing cabang sedangkan nilai arus merupakan penjumlahan dari nilai arus masing-masing cabang.



Resistor Rangkaian Paralel Menurut Bueche (2006 : 194), ketika arus hanya dapat mengalir mengikuti satu jalur saat arus tersebut mengalir melalui dua atau lebih resistor yang dihubungkan satu sama lain, dikatakan resistor tersebut terangkai secara seri. Dengan kata lain, jika satu dan hanya satu terminal resistor dihubungkan secara langsung ke satu dan hanya satu terminal resistor yang lain, keduanya terangkai secara seri dan arus yang mengalir melewati keduanya. Sebuah simpul adalah satu titik dimana tiga



atau lebih cabang atau kawat yang membawa arus bertemu. Dalam rangkaian seri, tidak ada simpul antara elemen-elemen rangkaian (seperti kapasitor, resistor dan baterai). Untuk beberapa resistor yang terangkai seri, hambatan ekivalennya ditentukan oleh : Rek = R1 + R2 + R3+...



(3)



di mana R1 + R2 + R3+... adalah hambatan dari beberapa resistor. Resistor Rangkaian Paralel Menurut Bueche (2006 : 194), beberapa resistor dihubungkan secara paralel antara dua simpul jika satu ujung dari masing-masing resistor dihubungkan ke salah satu simpul dan ujung yang laindari setiap resistor dihubungkan dengan simpul yang lain. Hambatan ekivalennya ditentukan oleh : (4) Galvanometer Suspensi ( Suspension Galvanometer ) Menurut Limbong (2008 : 9), pengukuran-pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer sistem gantungan, yang merupakan pelopor instrumen kumparan putar, sebagai dasar pada umumnya instrumen penunjuk arus searah yang dipakai secara luas saat ini. Untuk menyatakan sensitivitas sebuah galvanometer, umumnya digunakan tiga buah defenisi, yaitu : 1. Sensitivitas Arus Perbandingan defleksi galvanometer



terhadap arus yang menghasilkan



defleksi tersebut. Untuk galvanometer yang skalanya tidak dikalibrasi dalam milimeter ( mm ), defleksi dapat dinyatakan dalam bagian skala, maka sensitivitas arus : (5) dimana :



d



= defleksi galvanometer dalam bagian skala (mm)



I



= arus galvanometer dalam mikroamper ( μA )



2. Sensitivitas Tegangan Perbandingan



defleksi



galvanometer



terhadap



tegangan



yang



menghasilkannya, jadi : (6) dimana : d



= defleksi galvanometer dalam bagian skala (mm)



V



= Tegangan galvanometer dalam mikroamper ( μA )



3. Sensitivitas Mega-ohm Tahanan ( dalam mega-ohm ) yang dihubungkan seri dengan galvanometer , agar menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bilamana tegangan sebesar 1 V diberikan ke rangkaian tersebut. Karena tahanan ekivalen dari galvanometer yang diparalelkan diabaikan terhadap tahanan ( dalam mega-ohm ) yang seri dengannya, maka arus masuk praktis sama dengan 1 / R ( μA ) dan menghasilkan defleksi satu bagian. Secara numerik, sensitivitas mega-ohm sama dengan sensitivitas arus ; (7) dimana : d



= defleksi galvanometer dalam bagian skala (mm)



I



= arus galvanometer dalam mikroamper ( μA )



4. Sensitivitas Balistik Sensitivitas ini ditemukan pada galvanometer balistik dan didefinisikan sebagai perbandingan defleksi maksimal galvanometer ( dm ) terhadap jumlah muatan listrik ( Q ), jadi : (8) dimana : dm = defleksi maksimal galvanometer dalam bagian skala (mm) Q



= muatan listrik dalam mikrocoulomb ( μC )



Metode Praktikum Praktikum sensitivitas arus dan tegangan dilaksanakan pada tanggal 13 November 2019, pukul 16.00-17.30 WITA di Laboratorium Elektronika dan instrumentasi dengan menggunakan alat dan bahan yaitu Amperemeter, voltmeter, resistor, power supply, dan kabel penghubung. Pada praktikum ini, dilakukan enam kali pengambilan data di mana untuk arus dirangkai seri dan tegangan dirangkai paralel. Adapun prosedur kerja pada praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Menyiapkan alat ukur serta komponen-komponennya. 2. Untuk sensitivitas arus, digunakan alat ukur amperemeter. Merangkai percobaan secara seri mulai dari sumber arus, tahanan dan alat ukur arus. 3. Mencatat semua nilai tahanan yang digunakan, batas ukur alat ukur arus, dan jumlah skla 4. Menyalakan sumber arus, kemudian perhatikan penunjukan jarum pada alat ukur. Mencatat penyimpangan yang terjadi. 5. Melakukan untuk semua batas ukur yang ada. 6. Melakukan untuk tahanan yang bervariasi dan sumber arus yang bervariasi.



7. Untuk sensitivitas tegangan menggunakan alat ukur voltmeter dengan rangkaian yang sama dengan sensitivitas arus, yang berbeda adalah dipasang paralel alat ukur voltmeter pada tahanan (melepas alat ukur amperemeter). 8. Melakukan hal yang sama mulai poin 3 sampai 6.



Hasil dan Pembahasan Analisis Data Dari praktikum sensitivitas arus dan tegangan diperoleh hasil sebagai berikut: Tabel 1 : Sensitivitas Arus R1= 100 Ω



Vs (Volt)



3,70



6,43



7,94



9,85



12,44



13,45



R2= 68 Ω



R3= 20 Ω JS



BU (A)



JS (skala)



BU (A)



JS (skala)



BU (A)



0,6



2



0,6



3



0,6



8,7



3



0,2



3



1



3



1,5



0,6



3,1



0,6



5



0,6



15



3



1



3



1,1



3



3



0,6



4



0,6



6



0,6



18,5



3



1,4



3



1,2



3



4



0,6



5



0,6



7



0,6



22,5



3



2,1



3



1,5



3



5



0,6



6



0,6



9



0,6



28



3



2,4



3



2



3



6



0,6



6,9



0,6



10



0,6



29,5



3



3,1



3



2,1



3



6,5



(skala)



Tabel 2 : Sensitivitas Tegangan R1= 100 Ω Vs (Volt)



3,70



6,43



7,94



9,85



12,44



13,45



R2= 68 Ω



R3= 20 Ω JS



BU (A)



JS (skala)



BU (A)



JS (skala)



BU (A)



15



7,5



15



7



15



6,9



50



2,9



50



4



50



3,5



15



12



15



12



15



12



50



5,5



50



6



50



6



15



14,5



15



14,5



15



14,5



50



7



50



7,5



50



7



15



18,5



15



18,5



15



18



50



8,5



50



9



50



9



15



23,5



15



23



15



23



50



11



50



12



50



12



15



25,5



15



25



15



25



50



12



50



13



50



12,9



(skala)



Sensitivitas adalah perbandingan antara sinyal keluaran atau respon instrumen terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur. Sensitivitas voltmeter arus searah merupakan vaktor faktor penting dalam pemilihan sebuah alat ukur untuk pengukuran tegangan atau beda potensial tertentu. Sebuah voltmeter sensitivitas rendah dapat memberikan pembacaan yang tepat sewaktu mengukur tegangan dalam rangkaian-rangkaian tahanan rendah jelas menghasilkan pembacaan yang tidak dapat dipercaya dalam rangkaian-rangkaian tahanan tinggi. Pada percobaan ini dilakukan pengukuran sensitivitas arus dan tegangan dengan menggunakan tiga resistor yang berbeda-beda nilai hambatannya. Untuk R1 100 Ω, R2 68 Ω, dan R3 20 Ω. Pada pengukuran sensitivitas arus diperoleh hasil pengukuran untuk R1 100 Ω, dengan BU 3 A, VS 3,70 V, untuk nilai sensitivitas (S) sebesar 5 A, tahanan (RS) -81,5 Ω dan persen error (% error) 5,40 %. Untuk hasil



Pengukuran sensitivitas arus pada R2 dan R3 dapat dilihat pada lampiran data. Hasil pengukuran sensitivitas tengangan pada R1 100 Ω, dengan BU 50 V dan VS 3,70 V. Diperoleh sensitivitas tegangan (S) sebesar 0,68 V, tahanan (Rs) -97,48 Ω dan nilai persen error (% error) sebesar 39,68 % dan untuk hasil pengukuran sensitivitas tegangan untuk R2 dan R3 dapat dilihat pada lampiran data. Pengukuran sensitivitas arus dan tegangan pada beberapa data diperoleh persen kesalahan pengukuran yang lumayan tinggi. Hal ini disebabkan karena alat yang digunakan tingkat kepekaan membaca kurang teliti, atau alatnya dalam keadaan kurang baik. Namun kesalahan pengukuran ini juga bisa jadi kesalahan praktikan dalam pembacaan penunjukan skla pada amperemeter dan voltmeter. Kesimpulan Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa sensitivitas didefinisikan sebagai perbandingan pemyimpangan (defleksi) yang menghasilkan defleksi tersebut. Untuk menyatakan sensitivitas sebuah alat umumnya terbagi menjadi tiga yaitu sensitivitas arus, sensitivitas tegangan dan sensitivitas mega-ohm. Sedangkan untuk pengukuran sensitivitas arus dan tegangan dapat digunakan rumus (9) dimana : d = defleksi galvanometer dalam bagian skala (mm) I = arus galvanometer (μA) (10) dimana : d = defleksi galvanometer dalam bagian skala (mm) V = arus galvanometer (mV) Saran Saran pada praktikum selanjutnya yaitu sebaiknya menambah batas ukur dan resistor pada saat pengambilan data agar dapat membandingkan data yang satu dengan yang lainnya.



Daftar Pustaka Asran. 2014. Rangkaian Listrik. Aceh : Universitas Malikussaleh Bueche, frederick J dan Eugene Hecth. 2006. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga Cahaya, dkk. 2019. Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff. Surabaya : ITS Chusni, muhammad minan. 2019. Pengenalan Alat Ukur. Bandung: UIN Sunan Gunung Djati Limbong. 2008. Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta : Universitas Mercu Buana