Fisika Dasar 2 Dasar teori bab Hambata (1)

A. TUJUAN

1. Menentukan nilai hambatan listrik dengan menggunakan jembatan Wheatstone. 2. Menentukan nilai kapasitansi dengan menggunakan jembatan De Sauty.

3. Menguji kebenaran rumus-rumus hambatan dan kapasitansi dengan hubungan seri dan paralel.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Perangkat jembatan Wheatstone/De Sauty 5. Kapasitas standar (Cs)

2. Catu daya AC/DC 6. Kapasitas objek (Cx)

3. Hambatan standar (Rs) 7. Galvanometer DC/AC

4. Hambatan objek (Rx) 8. Kabel-kabel penghubung

C. DASAR TEORI

Tegangan dan arus listrik merupakan 2 buah besaran listrik yang masing-masing dilambangkan dengan V dan I. Satuan tegangan listrik adalah V atau volt, sedangkan satuan arus listrik adalah A atau ampere. Tegangan listrik merupakan beda potensial 2 buah terminal listrik.

Arus listrik dibagi menjadi 2 macam yaitu arus searah atau DC (direct current) dan arus bolak balik atau AC (alternating current). Arus searah memiliki arah arus tetap, sedangkan arus bolak balik memiliki arah yang berubah-ubah.

Arus listrik searah adalah arus listrik yang mengalir jika kedua terminal listrik tegangan searah dihubungkan dengan suatu hambatan listrik dengan lambang R dan bersatuan Ω atau ohm. Hubungan antara tegangan, arus dan hambatan listrik adalah :

V = I R (1)

Hambatan listrik berfungsi menghambat arus listrik. Hambatan listrik suatu bahan dengan panjang l dan luas penampang A adalah :

R = ρl

A (2)

dengan ρ adalah hambatan jenis bahan yang bersatuan Ωm .

Kapasitor berfungsi menyimpan muatan listrik. Kapasitor yang paling sederhana dibuat dari 2 buah lempeng logam sejajar yang diselipi bahan dielektrik. Kapasitor memiliki nilai kapasitansi C dengan satuan F atau farad.

Kapasitansi suatu kapasitor dengan luas lempeng A dan jarak antar lempeng d adalah :

C = εA_d (3)

dengan ε adalah konstanta bahan dielektrik.

Dua buah kapasitor dapat dirangkai secara seri atau paralel masing-masing ditunjukkan oleh Gambar 2(a) dan (b). Gambar 2 (c) adalah rangkaian kapasitor yang merupakan materi percobaan.

Rangkaian jembatan Wheatstone dengan catu daya V dan galvanometer G ditunjukkan oleh Gambar 3(a). Rangkaian ini mengandung 4 buah hambatan R1, R2, Rs

sebagai hambatan standar dan Rx sebagai hambatan yang akan ditentukan nilainya.

Adanya catu daya V akan mengalir arus balik yang melalui Rs dan R1 maupun arus

yang melalui Rx dan R2 serta galvanometer. Jika tegangan titik A sama dengan titik B

maka tidak ada arus mengalir dalam galvanometer G dan akan berlaku hubungan berikut.

R₁ R2

= Rs

Rx

Perangkat jembatan Wheatstone ditunjukkan oleh Gambar 3(b). Antara titik A dan B terdapat kawat dengan hambatan tertentu sebagai pengganti hambatan R1 dan R2

serta pena logam yang menghubungkan kutub negatif atau catu daya dengan titik D di antara A dan B. Dengan menggeser ujung pena logam di atas kawat antara A dan B akan ditemukan titik D yang terkait dengan nilai arus dalam galvanometer sama dengan nol. Jika panjang kawat AD adalah L1 dan panjang kawat DB adalah L2 maka :

R_x Rs

= L2

L1

(5)

Rangkaian jembatan De Sauty dengan catu daya bolak balik V dan galvanometer G ditunjukkan oleh Gambar 4(a). Rangkaian ini mengandung 2 buah hambatan R1 dan R2 serta 2 buah kapasitor CS sebagai kapasitor standar dan Cx sebagai

kapasitor yang akan ditentukan nilainya. Jika tegangan bolak balik titik A sama dengan tegangan bolak balik titik B maka tidak ada arus mengalir dalam galvanometer G dan akan berlaku hubungan berikut.

R₁ R2

= Cx

Cs

(6)

Perangkat jembatan De Sauty ditunjukkan oleh Gambar 4(b). Dengan menggeser ujung pena di atas kawat antara A dan B akan ditemukan titik D yang terkait dengan nilai arus dalam galvanometer sama dengan nol. Jika panjang kawat AD adalah L1 dan panjang kawat DB adalah L2 maka :

C_x Cs

= L1

L2

D. PROSEDUR KERJA

1. Siapkan catu daya searah (DC) dan galvanometer searah (DC).

2. Siapkan perangkat jembatan Wheatstone seperti Gambar 3(b) dan lakukan pengamatan titik-tik A, B, C dan D.

3. Hubungankan titik A dan B dengan galvanometer.

4. Hubungan terminal positif catu daya dengan titik C dan hubungkan terminal negatif catu daya dengan pena (D).

5. Pasang hambatan standar RS dan hambatan Rx1. Catat nilai RS.

6. Sentuhkan ujung pena logam pada kawat AB dan lakukan pengamatan arus dalam galvanometer. Geser ujung pena logam sepanjang kawat AB dan hentikan penggeseran setelah arus yang mengalir dalam galvanometer sama dengan nol. Catat panjang L1 (panjang AD) dan L2 (panjang DB).

7. Ulangi eksperimen butir 4 dan 5 untuk RX2.

8. Ulangi eksperimen butir 4 dan 5 untuk RX1 seri dengan RX2.

9. Ulangi eksperimen butir 4 dan 5 untuk RX1 paralel dengan RX2.

10. Siapkan catu daya bolak balik (AC) dan galvanometer bolak balik (AC) 11. Siapkan perangkat jembatan De Sauty seperti Gambar 4(b).

12. Hubungkan titik A dan B dengan galvanometer, terminal catu daya (bolak balik) dengan titik C dan pena (D).

13. Pasang kapasitor standar CS dan kapasitor CX1. Catat nilai CS.

14. Sentuhan ujung pena logam pada kawat AB dan lakukan pengamatan arus dalam galvanometer. Geser ujung pena logam sepanjang kawat AB dan hentikan penggeseran setelah arus yang mengalir dalam galvanometer sama dengan nol. Catat panjang L1 (panjang AD) dan L2 (panjang DB).

15. Ulangi eksperimen butir 4 dan 5 untuk CX2.

16. Ulangi eksperimen butir 4 dan 5 untuk CX1 seri dengan CX2.