TES EKSPERIMEN 1 OSN 2024

EKSPERIMEN 1 OSN IPA SD 1. Tujuan:

1.1.Memahami konsep rangkaian listrik seri dan paralel.

1.2.Mengukur arus listrik dan tegangan dalam berbagai konfigurasi rangkaian.

1.3.Melihat pengaruh nilai resistansi terhadap besar arus listrik, tegangan, dan kecerahan lampu LED.

2. Alat dan Bahan:

Baterai 1.5 V (2 buah) Baterai Holder Resistor

Multimeter (2 buah) Saklar on/off Kabel Jepit Buaya

Kabel Jumper Lampu LED Papan Breadboard

3. Dasar Teori

3.1.Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah salah satu hukum dasar dalam ilmu elektronika dan listrik yang menggambarkan hubungan antara tegangan (V), arus (I), dan resistansi (R) dalam sebuah rangkaian listrik. Hukum ini ditemukan oleh seorang fisikawan Jerman bernama Georg Simon Ohm pada tahun 1827.

Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang mengalir melalui suatu penghantar sebanding dengan tegangan yang diterapkan pada penghantar tersebut, dan berbanding terbalik dengan resistansinya.

Tegangan (V): Tegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian.

Tegangan mendorong elektron untuk bergerak melalui penghantar. Satuan tegangan adalah volt (V).

Arus (I): Arus adalah aliran elektron melalui penghantar yang disebabkan oleh tegangan. Arus diukur dalam ampere (A), yang menunjukkan jumlah muatan listrik yang mengalir per satuan waktu.

Resistansi (R): Resistansi adalah hambatan terhadap aliran arus dalam penghantar. Resistansi tergantung pada sifat material, panjang, dan luas penampang penghantar. Satuan resistansi adalah ohm (Ω).

Secara matematis, Hukum Ohm dinyatakan dengan persamaan:

𝐼 =𝑉 𝑅 3.2.Rangkaian Seri

Rangkaian seri adalah cara menghubungkan komponen listrik seperti baterai, lampu, atau resistor dalam satu jalur, sehingga arus listrik mengalir melalui setiap komponen satu per satu.

Bayangkan seperti kereta api di mana setiap gerbong (komponen listrik) terhubung secara berurutan.

Gambar.1. Tiga buah resistor dalam rangkaian tertutup tersusun secara seri

Pada Gambar.1 terlihat tiga resistor tersusun secara serial. Saat saklar dinyalakan (ON) maka arus listrik akan mengalir pada rangkaian, dan besar arus yang mengalir pada masing – masing resistor nilainya sama karena sepanjang bergerak arus tidak melewati suatu percabangan yang dapat membagi arus melewati jalur yang berbeda.

3.3. Rangkaian Paralel

Rangkaian paralel adalah cara menghubungkan komponen listrik seperti baterai, lampu atau resistor dalam beberapa jalur, sehingga arus listrik bisa mengalir melalui setiap jalur secara terpisah. Bayangkan seperti jalan raya dengan beberapa jalur yang berbeda, di mana setiap jalur bisa dilalui oleh mobil (arus listrik) secara bersamaan.

Gambar.2. Tiga buah lampu dalam rangkaian tersusun secara paralel

Pada Gambar.2 terlihat resistor tersusun secara paralel. Saat saklar dinyalakan (ON) maka arus listrik akan mengalir pada rangkaian, dan besar arus yang mengalir pada masing – masing resistor nilainya akan bergantung pada resistansi internal resistor. Besar arus listrik sebelum memasuki cabang parallel sama dengan total arus di setiap cabang dan sama dengan nilai arus yang keluar dari percabangan.

3.4.Pengukuran Arus dan Tegangan

Untuk mengukur besarnya arus dalam suatu rangkaian maka dapat digunakan amperemeter, sedangkan tegangan diukur menggunakan voltmeter. Amperemeter bekerja dengan cara mengukur jumlah elektron yang melewati alat ini dalam satu detik. Agar bisa mengukur arus dengan benar, amperemeter harus dipasang di dalam jalur arus yang sedang diukur secara seri.

Agar tidak membebani rangkaian, maka ampermeter mempunyai hambatan dalam yang sangat kecil. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur perbedaan potensial listrik antara dua titik yang dihubungkan. Voltmeter harus dipasang secara paralel dengan komponen atau bagian rangkaian yang ingin diukur tegangannya. Agar nilai arus yang masuk ke voltmeter sangat kecil maka hamnbatan dalam voltmeter dibuat sangat besar. Kesalahan penggunaan amperemeter dengan memasang secara parallel akan merusak hambatan dalam amperemeter.

3.5. Breadboard

Breadboard adalah alat yang digunakan untuk membuat dan menguji rangkaian elektronik tanpa harus menyolder komponen. Bayangkan breadboard seperti papan tempat kamu bisa menancapkan kabel dan komponen elektronik seperti baterai, lampu, resistor, dan lainnya untuk membuat rangkaian listrik.

Breadboard biasanya memiliki dua bagian utama a. Bagian Tengah

Pada bagian ini terdiri dari banyak lubang yang terhubung secara vertikal. Jalur vertikal ini membantu arus listrik mengalir melalui komponen yang dipasang.

b. Bagian Samping

Pada bagian ini terdiri dari dua baris di setiap sisi yang saling terhubung secara horizontal.

Jalur horizontal ini akan membantu mengalirkan arus listrik melalui komponen yang dipasang. Perhatikan gambar 4(b) untuk melihat hubungan antar lobang pada breadboard.

Gambar.4. (a) foto breadboard dengan 400 lubang, (b) gambar skema hubungan jalur tembaga di dalam breadboard.

3.5.1. Rangkaian seri menggunakan breadboard

Untuk menyusun rangkaian secara seri dengan menggunakan breadboard dapat dilakukan dengan menancapkan salah satu kaki resistor ke dalam salah satu kolom breadboard (bagian tengah) dan kaki lainnya ke bagian kolom lainnya, dan begitu seterusnya untuk resistor lainnya (Gambar.5). Kedua kaki resistor tidak boleh berada dalam kolom yang sama karena akan membuat kedua ujung kakinya saling bersentuhan oleh tembaga di dalam breadboard.

Gambar.5. (a) Penyusunan resistor secara seri menggunakan breadboard, (b) hubungan kabel tiap resistor di dalam breadboard, (c) rangkaian pada pada breadboard sama dengan seperti

rangkaian serial membentuk garis lurus.

3.5.2. Rangkaian paralel menggunakan breadboard

Untuk menyusun rangkaian secara paralel dengan menggunakan breadboard, dapat dilakukan dengan menancapkan salah satu kaki resistor ke dalam satu kolom breadboard (bagian tengah) dan kaki lainnya ke kolom yang sama di baris yang berbeda. Kemudian resistor lainnya juga ditancapkan pada bagian kolom yang sama sehingga semua resistor terpasang pada kolom yang sama (Gambar.6).

Gambar.6. (a) Penyusunan resistor secara paralel menggunakan breadboard, (b) hubungan kabel tiap resistor di dalam breadboard untuk susunan parallel.

3.6.Multimeter

Multimeter adalah alat ukur serbaguna yang dapat digunakan untuk mengukur besaran - besaran listrik yaitu tegangan, arus, dan hambatan (Gambar.7.a). Untuk mengukur besaran yang berbeda maka multimeter harus diatur terlebih dahulu dengan memutar tombol analog pada posisi yang sesuai (Gambar.7.b). Untuk melakukan pengukuran tegangan maka tombol analog harus diposisikan pada daerah warna putih, untuk pengukuran arus listrik harus diposisikan pada daerah warna kuning, dan untuk pengukuran hambatan listrik harus diposisikan pada daerah warna hijau.

Gambar.7. (a) multimeter untuk pengukuran besaran listrik, (b) pengukuran besaran berbeda harus memutar tombol analog di daerah yang sesuai.

Untuk melakukan pengukuran suatu baterai yang memiliki hambatan listrik 9 Volt, maka tombol analog harus diputar ke daerah berwarna putih dengan nilai 20. Angka 20 disini adalah nilai tegangan maksimum yang dapat dibaca oleh multimeter untuk kondisi tersebut. Untuk suatu baterai dengan tegangan 50 Volt, maka tombol analog harus diposisikan pada daerah putih dengan nilai 200 (dengan simbol 𝑉̿) Begitu juga untuk untuk besaran listrik lainnya. Angka pada tombol analog merepresentasikan nilai maksimum yang dapat diukur oleh multimeter pada kondisi tersebut.

4. Instruksi Praktikum

Perhatikan bagian ini dengan seksama untuk menjawab pertanyaan dan pengisiamn tabel yang terdapat di lembar kerja!

Peserta diperbolehkan berkreativitas untuk menyelesaikan perintah di lembar kerja ini.

Mengukur Tegangan Baterai

Pada bagian ini akan dibuat rangkaian untuk mengukur tegangan baterai dengan susunan seperti berikut :

Adapun langkah – langkah untuk menyusun rangkaian dapat mengikut penjelasan di tabel di bawah ini :

Urutan Deksripsi Skema

1 Siapkan 2 buah baterai yang sudah terpasang dalam wadahnya

2 Siapkan multimeter dan pasang kabel merah pada lubang kanan, dan kabel hitam pada lubang tengah.

3 Putarlah tombol analog

multimeter ke posisi berwarna putih dengan angka 20 untuk melakukan pengukuran tegangan.

4 Hubungkan kabel merah pada multimeter dengan kabel merah pada baterai, dan kabel hitam pada multimeter dengan kabel hitam pada baterai.

Catat besar tegangan yang terbaca pada multimeter di lembar kerja yang diberikan 4.1.Mengukur hambatan resistor

Pada bagian ini diberikan 3 jenis resistor masing - masing sebanyak 2 buah. Pilihlah 3 resistor dengan warna garis yang berbeda. Selanjutnya pada tahap ini akan dilakukan pelabelan 𝑅₁, 𝑅₂, 𝑅₃ untuk ketiga resistor dengan warna yang berbeda, dimana 𝑅₁ lebih kecil dari 𝑅₂, dan 𝑅₂ lebih kecil dari 𝑅₃ (𝑹_𝟏< 𝑹_𝟐< 𝑹_𝟑).

Adapun tahapan yang dilakukan dalam percobaan ini adalah :

Urutan Deskripsi Skema

1 Siapkan salah satu resistor.

Perhatikan kode warna pada resistor

2 Siapkan multimeter dengan posisi tombol analog berada pada daerah hijau pada angka 20k.

3 Hubungkan ujung kabel merah dan kabel hitam pada multimeter ke ujung kedua kaki resistor.

Kemudian catat nilai yang terukur pada multimeter di lembar kerja.

Selanjutnya ulangi pengukuran dengan resistor yang berbeda. Jika saat pengukuran multimeter tidak dapat membaca nilai resistansi resistor, maka tombol analog dapat dipindahkan ke bagian angka 200M.

4.2.Menyusun Rangkaian Seri

Pada bagian ini akan dibuat rangkaian dengan susunan seri dan diukur hambatan total, besar tegangan resistor, dan besar arus yang mengalir pada rangkaian menggunakan multimeter.

4.2.1. Mengukur hambatan total resistor seri

Adapun urutan langkah untuk membuat rangkaian dapat dilakukan dengan mengikuti pejelasan tabel berikut :

Urutan Deksripsi Skema

1 Siapkan papan breadboard yang telah diberikan

2 Buatlah rangkaian seri

menggunakan dua buah resistor 𝑅₁.

3 Siapkan multimeter dan posisikan analog di posisi beruliskan 20k berwarna hijau untuk pengukuran hambatan listrik.

4 Sentuhkan rangkaian seri resistor dan multimeter untuk mengukur total hambatan listrik pada rangkaian (Hambatan resistor seri). Kemudian catat nilai resitansi dari gabungan yang tebaca pada multimeter ke lembar kerja.

4.2.2. Mengukur arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian seri

Urutan Deskripsi Skema

1 Siapkan baterai, saklar on/off, dan kabel jepit buaya, kemudian hubungkan ujung – ujungnya seperti pada skema. Kabel warna merah pada baterai dihubungkan ke saklar on/off.

Kabel jepit buaya yang digunakan dapat berwarna apapun (tidak harus berwarna merah atau hitam).

2 Putarlah analog multimeter ke posisi pada angka 20 mA berwarna kuning untuk dapat membaca arus listrik searah

3 Sambungkan multimeter dengan rangkaian seri resistor 𝑅₁ menggunakan kabel jepit buaya (bebas warna apapun)

4 Hubungkan rangkaian pada langkah 3 dengan rangkaian pada langkah 1. Kabel warna hitam pada baterai dihubungkan ke kabel hitam multimeter, dan kabel merah multimeter

dihubungkan ke resistor.

Kemudian tekan tombol ON pada rangkaian sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian.

Catat nilai arus yang terbaca pada multimeter.

5 Gunakan multimeter kedua dan putar posisi analog ke posisi bertuliskan angka 20 berwarna putih untuk pengukuran tegangan listrik

6 Sentuhkan ujung kabel multimeter kedua yang berwarna merah ke titik A dan ujung kabel warna hitam ke titik B pada rangkaian pada langkah 4.

Catatlah nilai tegangan yang terbaca pada

multimeter di lembar kerja.

7 Sentuhkan ujung kabel multimeter kedua warna merah ke titik B dan kabel warna hitam ke titik C.

Catatlah tegangan yang terukur pada multimeter di lembar kerja.

Ulangi percobaan mengukur hambatan total (4.2.1) dan mengukur arus tegangan (4.2.2) dengan menggunakan dua buah resistor dengan resistor lainnya seperti perintah dibawah. Anda dibebaskan memilih nilai 𝑅₁ dan nilai 𝑅₂ dari 3 nilai resistor yang dimiliki.

No 𝑹_𝑨𝑩 (𝛀) 𝑹_𝑩𝑪 (𝛀)

1 𝑅₂ 𝑅₂

2 𝑅₁ 𝑅₂

Catat hasil pengukuran dengan resistor yang berbeda pada lembar kerja yang telah disediakan.

4.3.Menyusun Rangkaian Paralel

Pada bagian ini dilakukan percobaan mirip pada bagian sebelumnya. Perbedaannya hanya pada penyusunan resistor yang dibuat secara paralel. Kemudian diukur nilai hambatan total, arus listrik, dan tegangan.

Adapun susunan rangkaian resistor secara paralel ditunjukkan pada pada gambar dibawah ini

4.3.1. Mengukur hambatan total resistor paralel

Buatlah rangkaian resistor secara paralel, kemudian hubungkan ke multimeter untuk mengukur hambatan total resistor. Pastikan posisi analog multimeter berada pada daerah berwarna hijau dengan nilai 20k.

Catatlah nilai resistor yang terbaca pada multimeter di lembar kerja.

4.3.2. Mengukur arus dan tegangan pada rangkaian paralel

Urutan Deskripsi Skema

1 Modifikasi rangkaian pada bagian sebelumnya dengan memasangkan dua buah resistor R1 secara paralel.

Tekan tombol ON pada rangkaian, sehingga arus listrik akan mengalir dalam rangkaian.

Catatlah besar arus yang terukur pada multimeter.

2 Siapkan multimeter kedua dan posisikan analognya pada angka 20V dengan tulisan berwana putih untuk mengukur tegangan listrik.

Hubungkan ujung kabel merah multimeter kedua dengan titik A dan ujung kabel hitam multimeter kedua dengan titik B.

Catatlah nilai tegangan yang terbaca di lembar kerja.

3 Pindahkan ujung kabel merah multimeter ke titik C, dan ujung kabel hitam ke titik D.

Catatlah nilai tegangan yang tebaca di lembar kerja.

dengan menggunakan dua buah resistor dengan resistor lainnya seperti perintah dibawah.

Anda dibebaskan memilih nilai 𝑅₁ dan nilai 𝑅₂ dari 3 nilai resistor yang dimiliki.

No 𝑹_𝑨𝑩(𝛀) 𝑹_𝑪𝑫 (𝛀)

1 𝑅₂ 𝑅₂

2 𝑅₁ 𝑅₂

Catat hasil pengukuran dengan resistor yang berbeda pada lembar kerja yang telah disediakan.

4.4.Menguji rangkaian LED

Pada bagian ini akan dibuat rangkaian listrik yang terhubung dengan lampu LED, dan kemudian akan dilihat apakah lampu LED akan menyala terang, redup, atau mati.

Adapun langkah-langkah yang untuk menyusun percobaan di tahap ini adalah sebagai berikut:

Urutan Deskripsi Skema

1 Siapkan breadboard, resistor R1, resistor R2, resistor R3, kemudian susunlah menjadi susunan seri.

2 Siapkan lampu LED, dan perhatikan bagian kaki LED dimana terdapat kaki dengan ukuran panjang yang berbeda.

3 Hubungkan LED secara seri ke resistor pada

langkah 1. Ujung kaki yang panjang dihubungkan di dekat resistor 𝑅₁.

4 Hubungkan baterai, saklar, dan kabel jepit buaya ke rangkaian pada langkah 3.

Tekan tombol ON saklar dan perhatikan kondisi lampu LED.

5 Pindahkan kabel dari posisi A ke posisi B. Kemudian amati nyala lampu LED.

Isilah hasil pengamatan di lembar kerja.

6 Pindahkan kabel dari posisi B ke posisi C. Kemudian amati nyala lampu LED.

Isilah hasil pengamatan di lembar kerja.

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan isilah tabel pengamatan yang terdapat pada lembar kerja yang telah disediakan!

Pertanyaan

1.

^1. Jika dua buah baterai dengan tegangan yang sama dihubungkan secara seri berapakah tegangan totalnya?

a.

Jika kutub positif baterai dihubungkan dengan kutub negative dari baterai lainnya.

(1 Poin)

b.

^2. Jika kutub positif baterai dihubungkan dengan kutub positif dari baterai lainnya.

(1 Poin) 3.

2. a.

^4. Jelaskan bagaimana nilai tegangan pada masing – masing resistor yang disusun secara seri terhadap tegangan dari sumber. (2 Poin)

b.

^5. Jelaskan bagaimana kondisi tegangan pada masing – masing resistor yang disusun secara parallel terhadap tegangan dari sumber. (2 Poin)

6.

3.

Jelaskan besar arus yang mengalir pada rangkaian dengan dua buah resistor yang disusun seri dan rangkaian yang disusun parallel. (2 Poin)

2.

4. a.

^3. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, bagaimana hubungan arus dengan kecerahan lampu LED. (2 Poin)

b.

^4. Apa tujuan ukuran kaki lampu LED dibuat dengan panjang yang berbeda? (1 Poin)

tegangan. Apakah perbedaan mendasar yang terdapat pada pengukuran arus dan tegangan menggunakan multimeter? (3 poin)

7.

6 a.

^8. Dari percobaan yang telah dilakukan, mengapa multimeter harus diputar ke posisi tertentu untuk melakukan pengukuran arus, tegangan, dan hambatan listrik? (2 poin)

b.

^9. Pada setiap posisi warna terdapat angka dengan nilai yang berbeda, apa maksud dari nilai tersebut? (2 Poin)

7

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, amati hasil pengukuran dan bandingkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan teoritik. Jelaskan jika terdapat perbedaan!

(4 poin)