Laporan Praktikum Watak Lampu Pijar [PDF]

Citation preview

A. Tujuan 1. 2. 3. 4.



Memahami Hukum Ohm, Memperagakan untai pengukuran arus dan tegangan suatu lampu pijar, Membuat interpretasi bagan listrik, Membuat interpretasi Grafik hubungan antara: a. Tegangan yang terpasang dengan Arus yang mengalir, b. Tegangan yang terpasang dengan tahanannya, c. Tegangan yang terpasang dengan Daya yang diserap, 5. Menentukan Tahanan dalam Lampu, 6. Memahami Karakteristik Watak lampu pijar. B. Teori Dasar Pengaruh Suhu pada Tahanan Arus yang mengalir dalam suatu penghantar besarnya sebanding dengan tegangan (beda potensial) antara ujung-ujung penghantar tadi atau dinyatakan dengan persamaan: 𝑣 I=𝑅 (ohm Hukum) (1) dengan I = arus; dan V = tegangan; dan R adalah bilangan tetap yang dinamakan tahanan dari penghantar. Penghantar yang mengikuti Hukum Ohrn dinamakan penghantar yang Linier. Pada umumya tahanan berubah dengan berubahnya temperatur Untuk penghantar dari logam, besarnya tahanan bertambah besar jika temperatur makin tinggi. Dissipasi Tenaga dalam suatu Penghantar Jika dalam suatu penghantar mengalir arus listrik , maka dalam penghantar ini ada tenaga listrik yang hilang dan berubah menjadi panas. Dikatakan ada tenaga listrik yang terdissipasi. Besarnya tenaga yang terdissipasi tiap detiknya, atau daya yang terdissipasi adalah P = V.I (Watt) atau Joule/detik. Watak Lampu Pijar Karena ada daya yang terdisipasi menjadi panas maka jelaslah bahwa tahanan suatu lampu pijar berubah dengan berubahnya tegangan. Dalam percobaan Watak Lampu Pijar kita teliti hubungan antara I dengan V , R dengan V, dan P dengan V. Jadi yang di.maksud dengan Watak Lampu Pijar adalah hubungan antara : (1) Tegangan yang terpasang dengan arus listrik yang mengalir. (2) Tegangan yang terpasang dengan tahananya. (3) Tegangan yang terpasang dengan daya yang diambil. Pemilihan Bagan dalam Pengukuran V dan I Untuk memperoleh watak lampu pijar diperlukan pengukuran V dan I secara simultan dengan cara pemasangan Voltmeter dan Ampermeter seperti bagan 1 dan bagan 2 dibawah Bagan 1 Pada bagan 1 dapat di analisis ada kesalahan pembacaan ampermeter , karena yang terukur adalah jumlah dari arus yang lewat lampu dan yang lewat voltmeter.



Arus yang terbaca berlebihan : 𝑟 𝑅



×100% dengan r = tahanan lampu ; R = tahanan Voltmeter



Jika kesalahan yang kita kehendaki maksimal sebesar a % maka haruslah : 𝑟 𝑅



×100% < ɑ %



Bagan 2 Pada bagan 1 dapat di analisis ada kesalahan pembacaan Voltmeter, karena yang terukur adalah jumlah dari tegangan pada lampu dan ampermeter



Tegangan yang terbaca berlebihan: 𝜌 𝑟



×100 % dengan ρ = tahanan ampermeter



Jika kesalahan yang kita kehendaki maksimal a %, maka haruslah 𝜌 𝑟



×100 % < ɑ%



Pemilihan Bagan Jika 𝑟 𝑅








𝜌 𝑟



maka dipilih bagan 2 𝑟



𝜌



Untuk mengetahui besarnya dan 𝑅 dan 𝑟



dapat dilakukan pengukuran seperti dalam



prosedur percobaan. Dengan menganggap tahanan dalam dari sumber dapat diabaikan maka dapat dibuktikan bahwa : 𝑟 𝑅



=



𝑉 𝑉′



=



𝐼 ′ −𝐼 𝐼



=



𝑉



𝐼′



( − 1) 𝑉′ 𝐼



dan 𝑉′′ 𝜌 𝐼′ = −1 𝑉 (𝑉 − 𝑉 ′ ) 𝑟 𝐼− 𝐼′ Harga 𝑟



𝜌



terhadap 𝑟 dibandingkan. Kemudian dipilih bagan yang lebih baik untuk ketiga 𝑅 contoh tegangan di atas. Daya Listrik Daya listrik adalah tenaga listrik persatuan waktu. Kalau tenaga dinyatakan dengan Joule dan satuan waktu dalam detik maka satuan daya listrik adalah ”watt” atau joule per sekon. Daya pada arus bolak balik merupakan fungsi waktu, karena itu apa yang sering disebut daya pada arus bolak balik pada hakekatnya adalah daya rata-rata selama satu periode. Secara matematis daya rata-rata dapat di ekspresikan P =



1



𝑇



∫ 𝑉. 𝑖. 𝑑𝑡 dengan T = 𝑇 0



Periode, V = harga tegangan sesaat, dan i = harga arus sesaat. Apabila V = Vmax sin ωt dan I = Imax sin ωt maka P = V. I. Cos ϴ (buktikan!) dengan V dan I harga efektif dari tegangan dan arus, sedang ϴ adalah beda fase antara V dan I. Pada percobaan ini dianggap tidak ada perbedaan fase (ϴ = 0). Sehingga : P = V.I Dengan demikian hubungan P = f(V) dapat kita buat berdasarkan pengamatan di atas.



C. Teori Tambahan Lampu pijar listrik terdiri atas kawat wolfram kecil yang digulung menjadi spiral. Kawat spiral ini disebut filament lampu. Filament ini berpijar sampai berwarna putih ketika arus mengalir melaluinya. Dalam keadaan pijar banyak cahaya dan panas yang dipancarkan. Tungsten dipakai sebagai filament sebab memiliki suhu lebur yang tinggi (3400 °C) sehingga dapat menahan nyala berwarna putih tanpa melebur. Filament akan cepat terbakar di udara, karena bola lampu di isi dengan gas argon dan gas nitrogen, yakni gas-gas yang tidak bereaksi dengan logam panas. 1 Cahaya Menurut teori kuantum, cahaya terdiri dari partikel massa yang disebut foton yang dapat berlaku seperti gelombang. Foton dalam kondisi tertentu tidak dapat dilihat hanya dirasakan, foton dalam kondisi seperti itu disebut foton maya. Setiap muatan tunggal memiliki awan foto maya disekitarnya, bahkan sebenarnya muatan sendiri adalah kemampuan menghasilkan foton maya. Foton maya tercipta dengan sendirinya, tercipta dari yang tidak ada. Bahkan setelah foton maya tercipta, ketersediaan energi semakin besar yaitu energi partikel dan energi foton, ini berarti foton dengan energi tinggi tidak dapat berpindah jauh sebab harus diserap kembali untuk menjaga keseimbangan energi, sedangkan foton dengan energi rendah dapat berpindah lebih jauh, hal ini menjelaskan mengapa ada gaya listrik, dan medan listrik tidak lain adalah awan foto maya. Jika muatan dijauhkan dari awan foton maya misal dengan adanya tumbukan partikel dengan partikel lain, foton maya menjadi sendiri, tanpa ada muatan sumber yang menyerap mereka kembali, maka mereka akan menjadi nyata, mengurai energi yang diambil dari hasil tumbukan. Dan dalam tingkat frekuensi tertentu mereka menjadi cahaya yang dapat dilihat. Karakteristik Lampu Pijar Jika tegangan dihasilkan 5% dari tegangan nominal, maka intensitas cahaya akan bertambah 20% tetapi akan mengurangi umum kurang lebih 50% sebaliknya jika tegangan diturunkan 5% maka intensitas cahaya berkurang 20% dan warna sinar lampu merah/kuning menjadi redup tetapi umurnya akan bertambah.Hubungan antara perubahan tegangan kerja dengan sumber menunjukkan sifat-sifat lampu, sesuai dengan persamaan berikut: 𝐼 𝑈1 3,25 = ( ) 𝐼𝑁 𝑈 Dengan: I = arus cahaya 𝐼𝑁 = arus cahaya nominal 𝑈1= tegangan sumber U = tegangan kerja lampu



𝑃𝑢𝑠 𝑈1 = ( ) 1,55 𝑃𝑢𝑠𝑁 𝑈 1



Agus Taranggono, Hari Subagya, U.Rachmat, Sains Fisika 1 B,(Jakarta:Bumi Aksara,1999). Hlm 55



Dengan: 𝑃𝑢𝑠 = Pemakaian daya lampu 𝑃𝑢𝑠𝑁= Pemakaian daya lampu nominal ŋ 𝑈1 2 = ( ) ŋ𝑁 𝑈 Dengan: η = efisiensi sinar η𝑁= efisiensi sinar nominal 𝑅 𝑈1 −14 = ( ) 𝑅𝑁 𝑈 Dengan: R = umur lampu R𝑁= umur lampu nominal Dari persamaan diatas menunjukkan bahwa tegangan sumber sangat mempengaruhi; intensitas cahaya; pemakaian daya, efisiensi sinar dan umur lampu.2 Hubungan Kuat Arus dengan Tegangan Seorang berkebangsaan Jerman bernama George Simon Ohm (1789-1854) pada tahun 1826 berhasil menemukan hubungan antara besarnya beda potensial dan besarnya kuat arus yang mengalir. Ia mendapatkan hubungan itu dengan mengandaikan bahwa sifatsifat aliran panas pada suatu penghantar. Selanjutnya ia menyimpulkan dalam suatu pernyataan yang dikenal dengan hukum Ohm yang berbunyi: “kuat arus yang mengalir dalam suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu jika suhu penghantar tetap”. Persamaannya: V=I.R R merupakan faktor perbandingan yang besarnya tetap untuk suatu penghantar tertentu, pada suhu tetap. Untuk hambatan penghantar lainnya, R mempunyai nilai yang berbeda.Untuk beda potensial yang tetap, dapat disimpulkan sebagai berikut: • Apabila R diperbesar, kuat arusnya menjadi lebih kecil • Apabila R diperkecil, kuat arusnya menjadi lebih besar. Faktor tetap R pada suatu penghantar disebut hambatan listrik penghantar.



Persamaan V = I . R dapat ditulis: R=V/I Daya listrik adalah banyaknya energi listrik tiap stusn waktu. Usaha listrik untuk memindahkan muatan q pada beda potensial V adalah: W=q.V W=VIt di mana V = I R sehingga W = I2 Rt atau W = V2 / R× t 2



Andi Hendrawan “DAYA LISTRIK DAN INTENSITAS PENERANGAN LAMPU PIJAR MERK “X” Vol 3 No 1(Akademi Maritim Nusantara, 2018).



Cara Kerja Lampu Pijar Dengan mengalirnya arus elektron melalui filamen menghasilkan tumbukantumbukan elektron di dalam filamen dan menyebabkan foton maya berubah menjadi foton nyata dan membentuk cahaya serta panas sebagai residu. Sering bertambahnya voltase listrik yang digunakan maka semakin tinggi intensitas cahaya, sebab naiknya tegangan memacu naiknya aliran listrik karena resistan bersifat tetap jika kenaikan suhu dihiraukan, dan membesarnya aliran listrik maka membesar pula probabilitas terjadinya tumbukan di dalam filamen. 3 D. Alat 1. Voltrneter AC 2. Ampermeter AC 3. Lampu pijar. E. Bahan 1. Sumber tegangan (variak) F. Cara Kerja Pemilihan Bagan Untuk mengetahui besarnya



𝑟 𝑅



dan



𝜌 𝑟



yang digunakan untuk pemilihan bagan, dapat



dilakukan pengukuran-pengukuran sebagai berikut : (1) Mengukur tegangan sumber (variak) pada waktu lampu dan ampermeter tidak terpasang (memasang voltmeter langsung pada ujung output dari variak). Misal 25 volt. Membaca voltmeter ini = V, (2) Memasang ampermeter secara seri dengan lampu dan menghubungkan ujung variak. Mengukur arus yang lewat lampu tanpa mengukur tegangan (voltmeter tidak terpasang). Misalkan membaca ampermeter = I, (3) Setelah mengukur V dan I , membuat rangkaian seperti bagan 1. Misal membaca voltmeter (ujung-ujung ampermeter dengan sumber) = VI dan membaca ampermeter = I', (4) Membuat rangkaian seperti bagan 2. Misalkan membaca voltmeter (ujung-ujung sumber) = V" dan membaca ampermeter = I", (5) Mencatat hasil pengukuran V, I, V', I', V ", I " untuk mendapatkan nilai 𝑟 𝑅 𝑑𝑎𝑛 𝜌 𝑟 (rumus dalam teori). Menentukan bagan yang akan digunakan dalam percobaan watak lampu pijar. Watak Lampu Pijar Setelah memilih bagan, maka kita melakukan langkah-langkah sebagai berikut : (1) Mengatur variak(sumber tegangan) sehingga tegangan yang ditunjukkan oleh voltmeter 10 Volt. Membaca ampermeternya dan mencatat besarnya arus (I) tersebut sebanyak 5 kali pengulangan, (2) Mengulangi langkah a untuk tegangan - tegangan : 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, dan 100 volt.



3



Marthen Kanginan, Fisika 1C,(Jakarta:Erlangga,2000). Hlm 251



G. Pertanyaan Awal (1) Sebutkan Perbedaan fungsi pengukuran pada bagan I dan bagan II ? Jawab: Pada bagan 1 dapat dianalisis ada kesalahan pembacaan ampermeter sedangkan pada bagan 2 dapat dianalisis ada kesalahan pembacaan voltmeter. (2) Apa yang dimaksud dengan penghantar yang linier ? Jawab: Penghantar yang mengikuti Hukum Ohm (apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang diberikan kepada penghantar tersebut). (3) Dari Hukum Ohm, gambarkan grafik hubungan V-I, V-R, V-P ? Jawab:



(4) Jabarkan semua rumus yang anda pakai! 𝑉 𝑟 I = 𝑅′ 𝑅 × 100% 𝜌 𝑟



× 100%



𝑣′′ 𝑟 𝑣 𝑡′ − 𝑡 𝑣 𝑡′ 𝜌 𝑣′ = = = ( − 1) , = − 1, 𝑃 = 𝑉. 𝐼 𝑣 (𝑣 − 𝑣′) 𝑅 𝑣′ 𝑡 𝑣′ 𝑡 𝑟 𝑡− 𝑡′ (5) Dari hasil percobaan, I=f(V) ternyata tidak lancar, mengapa ?Berikan penafsiranmu! Jawab: Dijawab setelah melakukan percobaan (6) Sebutkan syarat-syarat yang harus dipenuhi agar Hukum Ohm berlaku! Jawab: apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang diberikan kepada penghantar tersebut.



H. Tabel Pengamatan Menentukan Bagan V (Volt)



V’ (Volt)



I (Ampere)



I’ (Ampere)



V’’ (Volt)



I’’ (Ampere)



Watak Lampu Pijar Tegangan (Volt) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



Arus (Ampere) 1



2



3



Keterangan Lampu 4



5