arus dan tegangan pada filamen tungsten.docx

(1)

Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

Disusun oleh : Disusun oleh : Wulandhari Wulandhari 24040110120034 24040110120034

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

APRIL, 2013

(2)

(3)

Laporan Percobaan Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

I.

I. Tujuan PercobaanTujuan Percobaan 1.1

1.1 Menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten danMenyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai,

potensial yang dipakai,

1.2

1.2 Mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampuMencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui

filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui grafik,grafik,

1.3

1.3 Mencari besarnya temperature dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampuMencari besarnya temperature dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

1.4

1.4 Mencari nilai resistivitas dalam filament 1 dan filament 2 Mencari nilai resistivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fusepada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

0.5 A dan 5 A,

1.5

1.5 Mencari energi terdisipasi yang dihasilkan dalam filament 1 dan filament 2 padaMencari energi terdisipasi yang dihasilkan dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

1.6

1.6 Mencari nilai konduktivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 wattMencari nilai konduktivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A.

fuse 0.5 A dan 5 A.

II.

II. Dasar TeoriDasar Teori 2.1

2.1 ArusArus

Arus melalui suatu daerah secara kuantitatif didefinisikan sebagai muatan Arus melalui suatu daerah secara kuantitatif didefinisikan sebagai muatan netto yang mengalir melalui daerah tersebut persatuan waktu. Jadi jika muatan netto yang mengalir melalui daerah tersebut persatuan waktu. Jadi jika muatan netto (dQ) mengalir melalui sebuah daerah dalam waktu (dt) maka persamaannya netto (dQ) mengalir melalui sebuah daerah dalam waktu (dt) maka persamaannya dapat dituliskan menjadi :

dapat dituliskan menjadi :

 



_

(2.1)(2.1)

dimana

dimana I I : : arus arus (ampere (ampere atau atau C/s C/s ))

dQ

dQ : : muatan muatan yang yang mengalir mengalir ( ( C C atau atau coulomb)coulomb) dt

(4)

Arus merupakan besaran vector dengan satuan arus adalah ampere karena Arus merupakan besaran vector dengan satuan arus adalah ampere karena menghormati ahli fisika Prancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus yang menghormati ahli fisika Prancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus yang kecil biasanya dinyatakan dalam miliampere (Zemansky,1962).

kecil biasanya dinyatakan dalam miliampere (Zemansky,1962).

Arus di dalam suatu penghalang dapat dinyatakan dengan kecepatan Arus di dalam suatu penghalang dapat dinyatakan dengan kecepatan muatan-muatan yang bergerak. Misalkan suatu penghantar dengan luas muatan-muatan yang bergerak. Misalkan suatu penghantar dengan luas penampang (A) dimana

penampang (A) dimana partikel-partikel yang bermuatan positif partikel-partikel yang bermuatan positif bergerak dari kiribergerak dari kiri ke kanan. Misalkan ada n partikel persatuan volum, semua bergerak dengan ke kanan. Misalkan ada n partikel persatuan volum, semua bergerak dengan kecepatan (v), dalam suatu selang waktu (dt), tiap-tiap partikel menempuh jalan kecepatan (v), dalam suatu selang waktu (dt), tiap-tiap partikel menempuh jalan (v dt). Jumlah pertikel yang melewati setiap bagian seperti yang diberi bayangan (v dt). Jumlah pertikel yang melewati setiap bagian seperti yang diberi bayangan dalam gambar

dalam gambar 2.1 sama 2.1 sama dengan jumlah dengan jumlah di dalam sdi dalam suatu bagian penghantar uatu bagian penghantar yangyang panjangnya

panjangnya vdt vdt dan dan volumnya volumnya vAdt. vAdt. Jumlah Jumlah ini ini ialah ialah nvAdt, nvAdt, dan dan jika jika setiapsetiap partikel muatannya ialah e ,maka jumlah muatan yang melewati bagian itu ialah partikel muatannya ialah e ,maka jumlah muatan yang melewati bagian itu ialah

dq=n

dq=n e e v v A A dt dt (2.2)(2.2)

Gambar 2.1 Gambar 2.1

Muatan positif mengalir (I) dalam luasan A Muatan positif mengalir (I) dalam luasan A Jadi arusnya adalah persamaan berikut :

Jadi arusnya adalah persamaan berikut :





  

   

 

(2.3)(2.3)

Dimana

Dimana dq dq : : muatan muatan yang yang mengalir mengalir (C)(C) dt

dt : : waktu waktu (s)(s)

n

n : : jumlahpartikel jumlahpartikel (partikel/m(partikel/m33)) e

e : : muatanpartikel muatanpartikel (C/partikel)(C/partikel) v

v : : kecepatan kecepatan (m/s)(m/s)

A

A : : luaspermukaan luaspermukaan (m(m22))

Pada umumnya jika ada partikel-pertikel bermuatan yang berlainan, maka Pada umumnya jika ada partikel-pertikel bermuatan yang berlainan, maka persamaannya menjadi sebagai berikut :

persamaannya menjadi sebagai berikut :

(5)

Berdasarkan arah alirannya , arus dapat dibedakan menjadi 2 diantaranya sebagai berikut :

a. arus konvensional b. arus elektron

Gambar 2.2 menunjukan sebenarnya elektron negatiflah yang mengalir pada kawat. Ketika kawat pertama kali dihubungkan dengan beda potensial antara terminal-terminal baterai akan mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan paralel terhadapnya.

Gambar 2.2

Rangkaian Listrik Sederhana

Dengan demikian elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke terminal positif, dan fasa satu ujung yang sama elektron meninggalkan terminal negatif baterai dan memasuki kawat diujung lain. Arah arus konvensional adalah aliran positif dimana mengalir dari positif ke negatif, arah arus negatif adalah yang mengalir dari negatif ke positif (Giancoli,1998).

2.2 Tegangan

Tegangan atau beda potensial adalah energi potensial elektrostatik per satuan muatan, satuan SI untuk potensial adalah joule persatuan coulomb (J/C), sehingga didapatkan persamaan

1 V = 1 J/C (2.5)

V adalah volt, karena untuk menghormati seorang sarjana Italia yaitu Alesandro Volta (1745-1827) yang merupakan penemu voltaic pile (sel listrik yang pertama kalinya). Karena diukur dengan voltmeter, maka beda potensial disebut juga voltase atau tegangan (Tripler,1991).

Jenis tegangan terbagi menjadi 2 yaitu teegangan yang menghantarkan arus searah (DC) dan tegangan yang menghantarkan arus bolak balik (AC).

(6)

2.3 Lampu Filament Tungsten

Lampu filamen tungsten akan menyala bila terdapat beda potensial (sebagai sumber tegangan contohnya baterai). Ketika lampu filamen tungsten dihubungkan dengan beda potensial maka muatan dari beda potensial akan mengalir melalui penghantar (kawat). Muatan tersebut adalah arus listrik yang berfungsi sebagai energi listrik. Karena arus yang dibawa dalam jumlah yang

cukup besar maka akan banyak tumbukan antara elektron-elektron atom pada kawat.

Pada setiap tumbukan sebagian energi elektron ditransfer ke atom lain melalui tumbukan. Tumbukan tersebut terjadi di sekitar ruangan dari filamen tungsten yang dibatasi oleh tabung kaca. Karena terjadi tumbukan secara terus menerus sebagai akibatnya energi kinetik atom bertambah dan dengan begitu suhu kawat filament tungsten akan bertambah.

Energi panas yang bertambah dari kawat tersebut dapat dikonduksi dan konveksi ke udara sebagai kalor dan diradiasi sebagai cahaya sehingga lampu dapat menyala.Filamen tungsten tidak bisa putus atau meleleh akibat panas

≤3371,10C karena titik leleh filamen tungsten sebesar 3371,10C .

2.4 Resistivitas (ρ)

Resistivitas atau hambatan jenis adalah perbandingan medan listrik E yang dimiliki konduktor dan rapat arus listrik J . Secara matematis konduktansi dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

 



_

(2.6)

dimana: E : medan listrik (V/m)

ρ : resistivitas atau hambatan jenis ( Ω.m)

(7)

Berikut ini adalat table 2.1 yang menunjukan resistivitas bahan logam.

2.5 Konduktansi (k )

Konduktansi adalah besaran yang menyatakan kemampuan bahan untuk mengalirkan muatan, besarnya nilai konduktansi menunjukan bahwa suatu bahan mampu mengonduksikan arus dengan baik. Secara matematis konduktansi dapat dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

 

_



(2.7)

dimana : k : konduktansi ( ʊ atau Ω-1atau siemens )

R : hambatan ( Ω atau ohm )

Simbol ʊ disebut mho sehingga dapat dituliskan dengan 1 ʊ = 1 S. S adalah satuan SI yang disebut dengan siemens.

2.6 Hubungan resistivitas ( dengan suhu absolut (T)

Untuk bahan konduktor, resistivitasnya berbanding lurus dengan suhu. Tetapi pada suhu mendekati titik nol absolut (0 K), resistivitas bahan konduktor

juga mendekati nol. Hambatan jenis suatu bahan () adalah hambatan dari bahan

tersebut sepanjang 1 meter dengan luas penampang 1 m2, Pada temperatur 200C.

Hambatan jenis biasa juga disebut hambatan spesifik.

Koefisien suhu tahanan atau koefisien suhu hambatan adalah perubahan hambatan untuk setiap ohm hambatan dalam setiap derajat celcius. Pada kebanyakan bahan, hambatan akan naik apabila temperatur naik, dan hanya pada

Bahan ρ ( Ω.m) Aluminium 2.63 X 10 -Tungsten 5.51 X 10 -Tembaga 1.72 X 10 -Perak 1.47 X 10 -)

(8)

beberapa macam bahan saja yang hambatannya menurun. Bahan – bahan yang di sebut belakangan ini , yang dikatakan mempunyai koefisien temperatur negatif.

Berikut ini adalah hubungan resistivitas  dengan suhu absolut T

ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut :

  



{



}

(2.8)

dimana :

 : resistivitas pada suhu T (Ω)

 0 : resistivitas pada suhu referensi (biasanya 200C (Ω))

T 0 : suhu referensi (K /0C)

 : koefisien suhu hambatan listrik (1/0C)

Berikut ini adalah tabel 2.2 menunjukan koefisien suhu hambatan listrik (α) adalah sebagai berikut :

Bahan Koefisien Suhu (α) 1/ C

Aluminium 0.0046

Tungsten 0.0045

Tembaga 0.00393

Perak 0.0038

2.7 Konduktivitas dalam konduktor (

Konduktivitas adalah daya hantar listrik dari suatu bahan atau dapat didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.

Konduktivitas disimbolkan dengan  atau yang disebut dengan sigma dan

satuannya adalah ʊ.m-1. Secara matematis konduktivitas dalam konduktor dapat

dituliskan sebagai berikut :

 



_

(2.9)

dimana :  : konduktivitas ( ʊ.m-1)

ρ : hambatan jenis ( Ω.m)

(9)

Berikut ini adalah table 2.3 yang menjelaskan mengenai data hambatan

jenis pada temperature ruang (200C).

Logam Konduktivitas Listrik (ʊ.m- )

Perak 6.8 x 10 Tembaga 6.0 x 10 Aluminium 3.8 x 10 Besi 1.0 x 10 Platinum 0.94 x 10 Tungsten 1.8 x 10 2.8 Hukum Ohm

Ketika kita menghubungkan sebuah lampu dengan suatu beda potensial listrik, berarti kita menghubungkan filamen kawat dalam bola lampu ke suatu beda potensial yang menyebabkan arus listrik mengalir pada kawat, seperti beda tekanan dalam pipa air yang menyebabkan air mengalir melalui pipa. Semua alat listrik termasuk lampu mempunyai hambatan listrik tertentu.

Kawat-kawat listrik yang membawa listrik ke lampu-lampu dan peralatan listrik lainnya memiliki hambatan, walaupun biasanya sangat kecil. Resistor pada suatu rangkaian, terutama alat-alat elektronik biasanya digunakan untuk mengendalikan besar arus listrik yang mengalir.

Pada tahun 1927, Georg Simon Ohm, ahli fisika berkebangsaan Jerman menentukan berdasarkan hasil eksperimennya bahwa arus listrik yang melalui suatu penghantar sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujung-ujung penghantar tersebut, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan matematik berikut:

 



_

(2.10 )

dimana : I : arus (ampere)

V : beda potensial (volt)

(10)

Hasil eksperimental ini dikenal sebagai hukum ohm. Banyak fisikawan yang akan mengatakan bahwa ini bukan merupakan hukum, tetapi lebih berupa definisi hambatan atau deskripsi empirik dari sifat yang dimiliki bahan (konduktor logam) tertentu. Penghantar yang sifat hambatannya mengikuti hukum Ohm disebut penghantar Ohmik, sedangkan penghantar yang tidak mengikuti hukum Ohm disebut penghantar non Ohmik. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang tepat seharusnya amperemeter harus mempunyai hambatan dalam diabaikan sedangkan voltmeter memiliki hambatan dalam ideal (lab. fisika FMIPA UPI,2008).

2.9 Hubungan arus , tegangan , dan hambatan

Persamaan yang menyatakan hubungan antara arus dan tegangan pada percobaan ini tidak berlaku hukum ohm atau yang disebut sebagai hukum non ohmik. Berdasarkan ketidakberlakuannya percobaan ini pada hukum ohm maka

hubungan arus dengan tegangan pada percobaan Arus Dan Tegangan Pada

Lampu Filamen Tungsten dapat dinyatakan menjadi persamaan matematis sebagai berikut:

 



(2.11)

dimana:

I : arus yang mengalir pada lampu filament tungsten ( A )

k : konstanta hambatan dalam lampu ( ʊ )

V : tegangan yang dipakai (volt)

(11)

Berikut ini adalah persamaan hubungan hambatan dengan suhu saat suhunya 273K adalah sebagi berikut :

  





_







(2.12)

dimana : T : suhu dalam filamen (K)





: hambatan saat suhu 273 K (ohm)

R : hambatan pada filament (ohm)

Persamaan 2.12 dapat ditulis menjadi bentuk yang lain, dimana pada persamaan ini menghubungkan hambtan dengan konduktansi, persamaan

matematisnya adalah sebagai berikut :

  





(2.13)

dimana : R : hambatan dalam filament (ohm)





: hambatan saat suhu 273 K (ohm)

k : konduktansi (Ω-1)

Berdasarkan persamaan 2.11 dapat dicari energi yang hilang atau energi terdisipasi dari rangkaian ini. Persamaan mencari energi terdisipasi adalah sebagai berikut :

      

(2.14)

dimana n adalah konstanta lampu seperti yang ditunjukan pada persamaan (2.11).

(12)

III. Metode Pengambilan Data 3.1 Alat

Pada percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten alat dan bahan telah terangkai dan untuk pemasangan penghubungan antar alat dan bahan belum terangkai (merangkai sendiri sesuai dengan rangkaian).

1. Amperemeter

Alat untuk mengukur besarnya arus yang mengalir melalui lampu filamen tungsten.

2. Voltmeter

Alat untuk mengukur besarnya tegangan yang dipakai lampu filamen

tungsten.

3.2 Bahan

1. Lampu filamen tungsten

a. Digunakan sebagai obyek yang akan dihitung arus yang melewatinya dan tegangan yang dipakai agar dapat menyala,

b. Sebagai obyek yang akan dicari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten (k) melalui grafik.

2. Penghantar (kawat/kabel)

Digunakan sebagai penghantar arus pada rangkaian agar lampu filamen tungsten dapat menyala.

3. Sumber tegangan

Digunakan sebagai sumber energi listrik, dimana energi listrik ini akan diubah menjadi energi panas atau yang disebut sebagai energi terdisipasi dan energi cahaya.

4. Reostat

Digunakan untuk mengubah-ubah nilai hambatan sehingga dapat mempengaruhi arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian.

(13)

3.3 Skema Rangkaian Percobaan

Keterangan :

A : amperemeter

V : voltmeter

X : lampu filamen tungsten

PQ : hambatan geser atau reostat

Gambar 3.1

Skema Rangkaian Percobaan Arus & Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten

3.4 Gambar Peralatan Percobaan

Gambar Peralatan Percobaan Arus Gambar Peralatan Percobaan Arus

dan Tegangan pada Filament Tungsten 1 dan Tegangan pada Filament Tungsten 2

Fuse 0.5A Lampu 35 Watt Fuse 0.5A Lampu 35 Watt

Gambar Peralatan Percobaan Arus Gambar Peralatan Percobaan Arus

dan Tegangan pada Filament Tungsten 1 dan Tegangan pada Filament Tungsten 1

(14)

Peralatan diatas antara lain sebagai berikut alat ukur arus atau yang dikenal dengan amperemeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten ini mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan dengan satuan ampere, untuk skala maksimum sebesar 5 A. Spesifikasi alatnya adalah Heles CR-45 Class 2.5 .Alat ukur tegangan atau yang dikenal dengan voltmeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten ini mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan dengan satuan volt, untuk skala maksimum sebesar 15V. Spesifikasi alatnya adalah Heles CR-45 Class 2.5 REG. 271.488.

3.5 Skema Kerja

Berikut ini adalah skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten

Gambar 3.6

Skema Percobaan Arus dan Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten Mulai

Voltmeter,amperemeter, lampu , penghantar, sumber tegangan,

dan reostat

Rangkai sesuai skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten

Potensial dan arus pada alat ukur

Analisis data dan tarik kesim ulan

(15)

3.6 Diagram Fisis

Gambar 3.7

Diagram fisis percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten Saat diberi sumber tegangan maka akan terjadi pergerakan muatan (aliran arus listrik)

yang mengalir ke rangkaian

muatan yang bergerak tersebut mengalir melalui penghantar dalam jumlah besar mengakibatkan terjadi banyak tumbukan dalam penghantar

tumbukan yang terjadi mengakibatkan adanya transfer energi dari muatan yang menumbuk ke muatan yang ditumbuk

tumbukan yang terus menerus mengakibatkan energi kinetik atom dalam penghantar semakin meningkat, meningkatnya energi kinetik menyebabkan terjadinya peningkatan

pada suhu penghantar

tumbukan muatan tidak hanya terjadi pada penghantar tetapi juga terjadi pada filamen lampu tungsten yang bila terjadi tumbukan secara terus menerus mengakibatkan

terjadinya pelepasan muatan filamen tungsten

pelepasan muatan tersebut mengakibatkan muatan yang dilepaskan akan menumbuk muatan muatan dari atom gas pengisi lampu filamen tungsten

tumbukan tersebut akan menyebabkan pelepasan energi dengan panjang gelombang tertentu sehingga yang akan terlihat kasat mata adalah berupa cahaya dengan panjang

(16)

IV. Pengolahan Data 4.1 Data Percobaan

Percobaan

ke-Lampu 35 Watt Fuse 0.5 A Lampu 35 Watt Fuse 5 A

Jenis Filamen Jenis Filamen

Filamen 1 Filamen 2 Filamen 1 Filamen 2

V (volt) I(A) V (volt) I(A) V (volt) I(A) V (volt) I(A)

1 2.50 1.90 2.50 1.90 2.50 1.30 2.50 1.00 2 3.00 2.00 3.00 2.10 3.00 1.50 3.00 1.10 3 3.50 2.20 3.50 2.20 3.50 1.60 3.50 1.20 4 4.00 2.40 4.00 2.40 4.00 1.80 4.00 1.30 5 4.50 2.50 4.50 2.50 4.50 1.90 4.50 1.40 6 5.00 2.60 5.00 2.60 5.00 2.00 5.00 1.50 7 5.50 2.80 5.50 2.80 5.50 2.10 5.50 1.60 8 6.00 2.90 6.00 2.90 6.00 2.20 6.00 1.70 9 6.50 3.00 6.50 3.00 6.50 2.30 6.50 1.80 10 7.00 3.10 7.00 3.10 7.00 2.40 7.00 1.90 11 7.50 3.20 7.50 3.20 7.50 2.50 7.50 2.00 12 8.00 3.40 8.00 3.40 8.00 2.60 8.00 2.10 13 8.50 3.40 8.50 3.40 8.50 2.70 8.50 2.20 14 8.60 3.40 8.60 3.40 9.00 2.80 9.00 2.30 15 …… ….. …… ….. _9.50 _2.80 _9.5 _2.40 16 …… ….. …… ….. _10.0 _2.90 _10.0 _2.50 17 …… ….. …… ….. _10.5 _2.90 _10.5 _2.60 18 …… ….. …… ….. …… ….. 11.0 2.60 Tabel 4.1

(17)

L a p o r a n A r u s d a n T e g a n g a n p a d a F i l a m e n t T u n g s t e n Page 16

4.2 Pengolahan Data Percobaan

Tabel 4.2

Pengolahan Data Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I

1 2.50 0.92 1.90 0.64 2.50 0.92 1.90 0.64 2.50 0.92 1.30 0.26 2.50 0.92 _1.00 0.00 2 3.00 1.10 2.00 0.69 3.00 1.10 2.10 0.74 3.00 1.10 1.50 0.41 3.00 1.10 1.10 0.10 3 3.50 1.25 2.20 0.79 3.50 1.25 2.20 0.79 3.50 1.25 1.60 0.47 3.50 1.25 1.20 0.18 4 4.00 1.39 2.40 0.88 4.00 1.39 2.40 0.88 4.00 1.39 1.80 0.59 4.00 1.39 1.30 0.26 5 4.50 1.50 2.50 0.92 4.50 1.50 2.50 0.92 4.50 1.50 1.90 0.64 4.50 1.50 1.40 0.34 6 5.00 1.61 2.60 0.96 5.00 1.61 2.60 0.96 5.00 1.61 2.00 0.69 5.00 1.61 1.50 0.41 7 5.50 1.70 2.80 1.03 5.50 1.70 2.80 1.03 5.50 1.70 2.10 0.74 5.50 1.70 1.60 0.47 8 6.00 1.79 2.90 1.06 6.00 1.79 2.90 1.06 6.00 1.79 2.20 0.79 6.00 1.79 1.70 0.53 9 6.50 1.87 3.00 1.10 6.50 1.87 3.00 1.10 6.50 1.87 2.30 0.83 6.50 1.87 1.80 0.59 10 7.00 1.95 3.10 1.13 7.00 1.95 3.10 1.13 7.00 1.95 2.40 0.88 7.00 1.95 1.90 0.64 11 7.50 2.01 3.20 1.16 7.50 2.01 3.20 1.16 7.50 2.01 2.50 0.92 7.50 2.01 2.00 0.69 12 8.00 2.08 3.40 1.22 8.00 2.08 3.40 1.22 8.00 2.08 2.60 0.96 8.00 2.08 2.10 0.74 13 8.50 2.14 3.40 1.22 8.50 2.14 3.40 1.22 8.50 2.14 2.70 0.99 8.50 2.14 2.20 0.79 14 8.60 2.15 3.40 1.22 8.60 2.15 3.40 1.22 9.00 2.20 2.80 1.03 9.00 2.20 2.30 0.83 15 …… …… …. . …. . …… …… ….. ….. 9.50 2.25 2.80 1.03 9.5 2.25 2.40 0.88 16 …… …… …. . …. . …… …… ….. ….. 10.0 2.30 2.90 1.06 10.0 2.30 2.50 0.92 17 …… …… …. . …. . …… …… ….. ….. 10.5 2.35 2.90 1.06 10.5 2.35 2.60 0.96 18 …… …… …. . …. . …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. 11.0 2.40 2.60 0.96

Lampu 2 35 Watt fuse 5 A Jenis Filamen

Filamen 1 Filamen 2 Percobaan

ke- Filamen1 Filamen2 Lampu 1 35 Watt fuse 0.5 A

(18)

4.3 Hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A dengan potensial yang dipakai

a. lampu 35 watt fuse 0.5 A

 filament 1

Gambar 4.1

Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai

Gambar 4.2

Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 8.6 I ( a m p e r e ) V (volt) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 V ( v o l t ) I (ampere)

(19)

 filament 2

Gambar 4.3

Gambar 4.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 8.6 I ( a m p r e ) V (volt) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 V ( v o l t ) I (ampere)

(20)

b. lampu 35 watt fuse 5 A

 filament 1

Gambar 4.5

Gambar 4.6

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 I ( a m p e r e ) V (volt) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 V ( v o l t ) I (ampere)

(21)

 filament 2

Gambar 4.7

Gambar 4.8

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 2 . 5 0 3 . 0 0 3 . 5 0 4 . 0 0 4 . 5 0 5 . 0 0 5 . 5 0 6 . 0 0 6 . 5 0 7 . 0 0 7 . 5 0 8 . 0 0 8 . 5 0 9 . 0 0 9 . 5 1 0 . 0 1 0 . 5 1 1 . 0 I ( a m p e r e ) V (volt) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 V ( v o l t ) I (ampere)

(22)

4.4 Nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi (k) melalui grafik

 filament 1

konstanta dari lampu (n)

n = 0.44 (slope terbaik)



 

_

 

 

  |

_

|



konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi (k)

       

(slope terbaik)

       

(slope maksimum)

  

    

(slope minimum)

|

 

_

 

 

|  |

_

|

   

slope terbaik y = 0.44x - 0.12 R² = 0.96 slope maksimum y = 0.37x R² = 0.94 slope minimum y = 0.31x + 0.50 R² = 0.85 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 L n I Ln V

(23)

 filament 2



 

_

 

 

  |

_

|



       

(slope terbaik)

       

(slope maksimum)

       

(slope minimum)

|

 

_

 

 

|  |

_

|

   

skala terbaik y = 0.48x + 0.20 R² = 0.99 slope minimum y = 0.28x + 0.55 R² = 0.82 slope maksimum y = 0.59x - 0.40 R² = 0.95 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 0.5 1 1.5 2 2.5 L n I Ln V

(24)

 filament 1



 

_

 

 

  |

_

|



       

(slope terbaik)

       

(slope minimum)

  

    

(slope maksimum)

|

 

_

 

 

|  |

_

|

   

slope terbaik y = 0.56x - 0.21 R² = 0.99 slope maksimum y = 0.44x R² = 0.95 slope minimum y = 0..37x + 0.15 R² = 0.87 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l n I ln V

(25)

 filament 2



 

_

 

 

  |

_

|



       

(slope terbaik)

       

(slope minimum)

        

(slope maksimum)

|

 

_

 

 

|  |

_

|

   

slope maksimum y = 0.68x - 0.67 R² = 0.99 slope minimum y = 0.49x - 0..30 R² = 0.91 slope terbaik y = 0.80x - 0.90 R² = 0.96 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 l n I ln V

(26)

4.5 Temperature dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A

 filament 1

   

   



   ( 

_)



    







   





      





 filament 2

   

   



   ( 

_)



    







   





      





 filament 1

   

   



   ( 

_)



    







   





      





 filament 2

   

   



   ( 

_)



    







   





      





(27)

4.6 Nilai resistivitas filament pada percobaan lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A

Karena filament terbuat dari bahan tungsten maka diperlukan data-data sebagai berikut :





_







  









 





 filament 1

   



_



_{      }



_

  



{    



}

  



_{{}  }



_

 filament 2

   





      





  



{    



}

  



_{{}  }



_

 filament 1

   





      





  



{    



}

(28)

 filament 2

   





      





  



{    



}

  



_{{}  }



_

4.7 Energi terdisipasi yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A

 filament 1



    

 filament 2



    

 filament 1



    

 filament 2



    

(29)

4.8 Konduktivitas dalam konduktor yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A

 filament 1

 



_

   

 





  







 filament 2

  



_

   

 





  







 filament 1

 



_

   

 





  







 filament 2

 



_

   

 





  







(30)

V. Pembahasan

Pada percobaan yang berjudul arus dan tegangan lampu filament tungsten yang bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai, mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui grafik, mencari besarnya temperature, nilai resistivitas, energi terdisipasi, dan nilai konduktivitas dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A.

Penghantar terdiri dari atom-atom, atom dari penghantar terdiri dari muatan negative (electron) yang mengelilingi inti atom, dan inti atom yang terdiri dari muatan positif dan muatan neutron. Sebelum diberi adanya beda potensial atau sumber tegangan muatan-muatan dari penghantar dalam keadaan stabil, pemberian sumber tegangan (beda potensial) mengakibatkan pergerakan muatan karena muatan positif yang ada dalam atom akan bergerak menuju kutup yang negative dan muatan negative yang ada dalam atom akan menuju kutub positif. Pergerakan muatan ini akan tidak teratur dan saling menumbuk satu sama lain.

Tumbukan dari muatan satu ke muatan yang lain menyebabkan adanya transfer energi, dimana semakin banyak tumbukan maka energi kinetik total muatan dalam penghantar akan semakin besar. Besarnya energi kinetik menyebabkan kenaikan temperature pada penghantar semakin naik peristiwa tersebut adalah pemanasan filament. Pemanasan filament tidak akan putus selama kenaikan temperature pada filament tidak

melebihi titik leleh bahan tungsten tersebut yaitu 3371,10C. Karena peristiwa tumbukan

dari muatan ke atom lain yang stabil maka energi dari muatan tersebut akan ditransfer ke atom lain yang stabil sehingga menyebabkan atom yang stabil menjadi kelebihan energi dan menjadi tidak stabil, atom yang tidak stabil akibat mendapat energi dari muatan lain kemudian menggunakan energinya untuk bereksitasi yaitu berpindahnya muatan negative (dari atom) ke tingkat yang lebih tinggi untuk menstabilkannya. Namun demikian pada keadaan muatan negative tereksitasi, atom tetap mengalami keadaan yang kurang stabil, keadaan tersebut menjadikan muatan negative dari atom yang tereksitasi, berpindah lagi

(31)

(dieksitasi) dimana yang dapat kita lihat dengan timbulnya warna kemerah-merahan pada filament.

Pelepasan foton dengan energi tertentu ini dari ikatan atom pada filament akan menumbuk atom pengisi lampu, tumbukan ini akan mengakibatkan proses eksitasi dan dieksitasi kembali dan menghasilkan foton dengan panjang gelombang gelombang tertentu yang dapat kita lihat dengan timbulnya nyalanya lampu.

Pada percobaan ini pengambilan data tegangan dan arus tergantung pada rangkaiannya, data yang diambil bila dilihat dari rangkaiannya terdapat kesalahan pada voltmeter karena beda potensial yang terukur adalah jumlah beda potensial dari lampu dan amperemeter. Oleh sebab itu data yang diperoleh dalam percobaan masih terdapat kesalahan. Bila menginginkan data yang benar maka saat mengukur arus dan beda potensialnya harus dilakukan sendiri-sendiri.

Pada percobaan ini hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai menghasilkan grafik analisa yang tidak dimulai dari sumbu XY (0,0), grafik ini menunjukan bahwa terdapat faktor lain yaitu karena adanya faktor konstanta hambatan dalam lampu atau yang disebut konduktansi.

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat setiap kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 8.0 volt , 8.5 volt dan seterusnya nilai arus yang dihasilkan sebesar 3.4 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus akan konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan memiliki nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan mengalami nilai arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Dari grafik yang dihasilkan oleh lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menunjukan bahwa filament ini tidak berlaku hukum ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai tegangan maka akan meningkatkan nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa nilai arus yang konstan setelah mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan

(32)

inimenunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 berlaku hukum non-ohmik .

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 dan menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat setiap kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 10.0 volt , 10.5 volt dan seterusnya nilai arus yang dihasilkan sebesar 2.9 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus akan konstan setelah tegangan mencapai ≥10 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan memiliki nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan mengalami nilai arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥10.0 volt. Dari grafik yang dihasilkan oleh lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 menunjukan bahwa filament ini tidak berlaku hukum ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai tegangan maka akan meningkatkan nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa nilai arus yang konstan setelah mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan ini menunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 berlaku hukum non-ohmik .

Namun pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 menghasilkan grafik yang linier dengan kondisi semakin meningkat tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus meningkat. Filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A berlaku hukum ohm, jadi pada percobaan ini menunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 berlaku

hukum ohm.

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk peningkatan secara eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku hukum ohm ( hukum non-ohmik ). Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan (n) pada hukum ohm n≠1. Dari grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan ini disebut komponen non-ohmik .

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1

(33)

menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan berbentuk peningkatan secara eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku hukum non-ohmik . Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan (n) pada hukum ohm n≠1. Dari grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan ini disebut komponen non-ohmik .

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk linier dimana semakin meningkat nilai tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus meningkat. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini berlaku hukum ohm .

Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi) , temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan konduktivita sebagai berikut :

a. Lampu 35 watt fuse 0.5 A

 Filament 1 →

                





_{    }



_{ }

         



_



_

 Filament 2 →

                





_{    }



_

          



_



_

b. Lampu 35 watt fuse 5 A

 Filament 1 →



dan

     





_{    }



_{   }

        



_



_

 Filament 2 →



dan

     





_{     }



_{ }

         



_



_

(34)

Berdasarkan hasil pengolahan data diatas dapat diidentifikasi filament yang paling baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik, berikut ini analisisnya :

 berdasarkan nilai k (konduktansinya) filament yang paling baik menghantarkan

arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A,

 berdasarkan nilai resistivitas dari filament, filament yang paling baik

menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A,

 berdasarkan nilai konduktivitas dari filament, filament yang paling baik

menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 5 A dan fuse 0.5A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A,

Dari analisis diatas terdapat anomali berdasarkan nilai k, untuk nilai resistivitas dan nilai konduktivitas mempunyai kesimpulan yang sama. Namun berdasarkan nilai k dengan nilai resistivitas dan konduktivitas mempunyai kesimpulan yang berbeda dalam menentukan jenis filament yang paling baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya faktor kesalahan pada perhitungan dan kesalahan pada nilai tegangan yang terukur pada voltmeter sebab beda potensial yang terukur

adalah jumlah beda potensial dari lampu dan amperemeter.

Dari hasil perhitungan temperature dapat menunjukan bahwa filament 1 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A mempunyai temperature paling kecil karena filament 1 tidak mudah cepat panas.

Pada dasarnya dalam percobaan ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi cahaya dan energi panas. Energi panas ini yang disebut dengan energi terdisipasi. Energi terdisipasi yang paling besar adalah pada lampu 35 watt fuse 0.5 A. Hal ini menunjukan pada lampu 35 watt fuse 0.5 A paling redup bila dibandingkan dengan filament lain pada

(35)

VI. Penutup

6.1 Kesimpulan

Kesimpulan dari percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten adalah : a. Pada percobaan ini hasil grafik hubungan antara arus yang melewati lampu

filament tungsten dan potensial mempunyai faktor konstanta hambatan dalam lampu dan tidak berlaku hukum ohm atau berlaku hukum non-ohmik .

b. Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi), temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan konduktivita sebagai berikut :

Lampu 35 watt fuse 0.5 A

 Filament 1 →

                





_{    }



_{ }

         



_



_

 Filament 2 →

                





_{    }



_

          



_



_

Lampu 35 watt fuse 5 A

 Filament 1 →



dan

     





_{    }



_{   }

        



_



_

 Filament 2 →



dan

     





_{     }



_{ }

         



_



_

6.2 Saran

Sebelum percobaan ini dilakukan diharapkan mengerti tujuan dari praktikum yang akan dilakukan.