arus dan tegangan pada filamen tungsten

Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

Disusun oleh :

Wulandhari

24040110120034

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

APRIL, 2013

Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

I. Tujuan Percobaan

I.1 Menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan

potensial yang dipakai

I.2 Mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu

filament tungsten (k) melalui grafik

I.3 Mencari nilai hambatan rata-rata yang dihasilkan reostat pada filament 1 dan

filament 2 dengan menggunakan data n rata-rata dari hasil grafik tujuan 1.2

I.4 Membandingkan hasil perhitungan nilai k yang didapat dari perhitungan

menggunakan grafik dengan persamaan I=k V n dengan R=kV n+1

I 2

II. Dasar Teori

II.1 Arus

Arus melalui suatu daerah secara kuantitatif didefinisikan sebagai muatan

netto yang mengalir melalui daerah tersebut persatuan waktu. Jadi jika muatan

netto (dQ) mengalir melalui sebuah daerah dalam waktu (dt) maka persamaannya

dapat dituliskan menjadi :

I=dQdt

(2.1)

dimana I : arus (ampere atau C/s )

dQ :muatan yang mengalir (C)

dt :waktu (s)

Arus merupakan besaran skalar, satuan arus adalah ampere karena

menghormati ahli fisika Prancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus yang

kecil biasanya dinyatakan dalam miliampere (1mA=10-3A) (Zemansky,1962).

Arus didalam suatu penghalang dapat dinyatakan dengan kecepatan

muatan-muatan yang bergerak.Misalkan suatu penghantar dengan luas

penampang (A) dimana partikel-partikel yang bermuatan positif bergerak dari kiri

ke kanan.Misalkan ada n partikel persatuan volum, semua bergerak dengan

kecepatan (v), dalam suatu selang waktu (dt), tiap-tiap partikel menenmpuh jalan

(v dt). Jumlah pertikel yang melewati setiap bagian seperti yang diberi bayangan

dalam gambar 2.1 sama dengan jumlah di dalam suatu bagian penghantar yang

panjangnya vdt dan volumnya vAdt. Jumlah ini ialah nvAdt, dan jika setiap

partikel muatannya ialah e ,maka jumlah muatan yang melewati bagian itu ialah

dq=n e v A dt (2.2)

Gambar 2.1

Muatan positif mengalir (I) dalam luasan A

Jadi arusnya adalah persamaan berikut :

dqdt

=n ev A (2.3)

Dimana dq : muatan yang mengalir (C)

dt : waktu (s)

n : jumlahpartikel (partikel/m3)

e : muatanpartikel (C/partikel)

v : kecepatan (m/s)

A : luaspermukaan (m2)

Pada umumnya jika ada partikel-pertikel bermuatan yang berlainan, maka

persamaannya menjadi sebagai berikut :

dq=A dt (n1 e1 v1+n2e2 v2+……….+nnen vn) (2.4)

Arah arus terbagi menjadi 2 yaitu

a. Arah arus Konvensional

b. Arah arus elektron

I (arus)

Alat

+ -

Gambar 2.2

Rangkaian Listrik Sederhana

Gambar 2.2 menunjukan sebenarnya elektron negatiflah yang mengalir

pada kawat. Ketika kawat pertama kali dihubungkan beda potensial antara

terminal-terminal baterai mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan

paralel terhadapnya.

Denga demikian elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke

terminal positif, dan pasa 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).

II.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).

II.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 .

II.4 Hukum Stefan Boltzmann

Hukum Stefan Boltzmann berbunyi sebagai berikut “Jika suatu benda hitam

memancarkan kalor, maka intensitas pemancaran kalor tersebut sebanding

dengan pangkat empat dari temperatur absolut”.

Semua objek dengan temperature di atas nol derajat, mutlak memancarkan

energy(radiasi) ke lingkungan sekitar. Energi tersebut dipancarkan dalam bentuk

gelombang elektromagnetik. Sedangkan intensitas radiasi yang dipancarkan

menggunakan hukum Stefan Boltzmann sebagai berikut :

P = e σ A T4 (2.6)

dimana P : daya radiasi (W)

e : emisivitas (e=0 untuk benda mengkilap dan e=1 untuk

benda gelap)

σ : konstanta Stefan-Boltzmann(5,67 10-8 Wm-2K-4)

A : luas permukaan yang terkena radiasi (m2)

T : suhu (K)

II.5 Hubungan arus , tegangan , dan hambatan

Hubungan arus dengan tegangan pada percobaan Arus Dan Tegangan

Pada Lampu Filamen Tungsten dapat dinyatakan sebagai berikut:

I=k V n (2.7)

Berdasarkan hukum ohm maka persamaan 2.7 seperti dibawah ini :

R=kV n+1

I 2 (2.8)

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

k : konstanta hambatan dalam lampu

V : tegangan yang dipakai (volt)

n : konstanta lampu

R : hambatan (ohm)

Persamaan 2.7 dapat diperoleh dari persamaan 2.6 dan dihubungkan

dengan persamaan hubungan hambatan dengan suhu yaitu

R=R273( T273 )

1.2

(2.9)

dimana : T : suhu (K)

R273 : hambatan saat suhu 273 K (ohm)

III. Metode Pengambilan Data

III.1 Alat

1. Amperemeter

Alat untuk mengukur besarnya arus yang mengalir melalui lampu filamen

tungsten.

Gambar 3.1

Amperemeter

2. Voltmeter

Alat untuk mengukur besarnya tegangan yang dipakai lampu filamen

tungsten.

Gambar 3.2

Voltmeter

III.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 (k) dan konstanta

hambatan dalamnya melalui grafik,

c. Sebagai obyek yang akan dicari konstanta pangkat temperature,

d. Dan sebagai pembandingkan hasil perhitungan konstanta pangkat

temperature dengan referensi konstanta pangkat temperature dari hukum

Stefan Boltzman

2. Penghantar (kawat/kabel)

Digunakan sebagai penghantar arus pada rangkaian agar lampu filamen

tungsten dapat menyala.

3. Sumber tegangan

Digunakan sebagai sumber energi listrik

4. Reostat

Digunakan untuk mengubah-ubah nilai hambatan sehingga dapat

mempengaruhi arus yang mengallir pada rangkaian.

III.3 Skema Rangkaian Percobaan

Gambar 3.3

Skema Rangkaian Percobaan Arus dan Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten

Keterangan :

A : amperemeter

V : voltmeter

X : lampu filamen tungsten

PQ : hambatan geser atau reostat

III.4 Skema Kerja

Berikut ini adalah skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu

filamen tungsten

Gambar 3.4

Skema Percobaan Arus dan Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten

Mulai

Voltmeter,amperemeter, lampu , penghantar, sumber tegangan, dan

hambatan geser

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

Potensial dan arus pada alat ukur

Analisis data dan tarik kesimpulan

Selesai

III.5 Diagram Fisis

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

cahaya dengan panjang gelombang tertentu

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

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

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

terjadinya peningkatan pada suhu penghantar

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

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

Saat diberi sumber tegangan maka akan terjadi pergerakan muatan (aliran arus listrik) yang mengalir ke rangkaian

gambar 3.5

Diagram fisis percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten

IV. Pengolahan Data

1. Data Percobaan Lampu 2,5 volt

Percobaan ke-

Jenis FilamenFilamen 1 Filamen 2

V (volt) I(A) V (volt) I(A)1 0.00 0.60 0.00 0.502 2.50 1.15 2.50 1.003 3.00 1.20 3.50 1.154 4.50 1.30 4.50 1.205 5.00 1.40 5.00 1.306 5.75 1.50 5.75 1.407 7.00 1.60 6.50 1.508 7.50 1.70 7.25 1.609 8.00 1.80 8.20 1.7010 9.00 1.90 9.00 1.80

2. Pengolahan Data

Percobaan

ke-

Jenis Filamen

Filamen 1 Filamen 2

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

1 0.00 #NUM! 0.60 -0.51 0.00 #NUM! 0.50 -0.69

2 2.50 0.92 1.15 0.14 2.50 0.92 1.00 0.00

3 3.00 1.10 1.20 0.18 3.50 1.25 1.15 0.14

4 4.50 1.50 1.30 0.26 4.50 1.50 1.20 0.18

5 5.00 1.61 1.40 0.34 5.00 1.61 1.30 0.26

6 5.75 1.75 1.50 0.41 5.75 1.75 1.40 0.34

7 7.00 1.95 1.60 0.47 6.50 1.87 1.50 0.41

8 7.50 2.01 1.70 0.53 7.25 1.98 1.60 0.47

9 8.00 2.08 1.80 0.59 8.20 2.10 1.70 0.53

10 9.00 2.20 1.90 0.64 9.00 2.20 1.80 0.59

3. Grafik analisa untuk mencari nilai menyelidiki hubungan antara arus yang

melewati lampu filament tungsten dan potensial yang dipakai

1. Grafik Filamen 1

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.000.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00

Grafik hubungan arus yang melewati lampu filamen tungsten dan tegan-

gan yang dipakai pada filamen 1

tegangan (volt)

arus

(A)

2. Grafik Filamen 2

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.000.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00

Grafik hubungan arus yang melewati lampu filamen tungsten dan tegan-

gan yang dipakai pada filamen 2

tegangan (volt)

arus

(A)

4. Grafik untuk mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan

dalam lampu (k) pada lampu filament tungsten

1. Grafik Filamen 1

0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.400.000.100.200.300.400.500.600.70

f(x) = 0.392397310239435 x − 0.263829561414728R² = 0.954294787604995

Grafik mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu (k) pada

lampu filament tungsten pada filamen 1

In (V)

ln (I

)

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa konstanta dari lampu filament

tungsten 1 adalah 0.39 dan nilai konstanta hambatan dalam lampu filament

tungsten 1 adalah 0.26 ohm, tanda negative karena berlawanan dengan arah gerak

muatan.

2. Grafik Filamen 2

0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.400.000.100.200.300.400.500.600.70

f(x) = 0.463455874460388 x − 0.45813393217455R² = 0.978259164573696

Grafik mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu (k) pada

lampu filament tungsten pada filamen 2

ln (V)

ln (I

)

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa konstanta dari lampu filament

tungsten 2 adalah 0.46 dan nilai konstanta hambatan dalam lampu filament

tungsten 2 adalah 0.46 ohm, tanda negative karena berlawanan dengan arah gerak

muatan.

5. Mencari hambatan rata yang dihasilkan oleh reostat filament 1 dan filament 2

Percobaan

ke-

Jenis Filamen

Filamen 1 (n=0.39) Filamen 2 (n=0.46)

V (volt) I(A) V^(n+1) I^(2) V (volt) I(A) V^(n+1) I^(2)

1 0.00 0.60 0.00 0.36 0.00 0.50 0.00 0.25

2 2.50 1.15 3.57 1.32 2.50 1.00 3.57 1.00

3 3.00 1.20 4.60 1.44 3.50 1.15 5.70 1.32

4 4.50 1.30 8.09 1.69 4.50 1.20 8.09 1.44

5 5.00 1.40 9.37 1.96 5.00 1.30 9.37 1.69

6 5.75 1.50 11.4 2.25 5.75 1.40 11.4 1.96

7 7.00 1.60 14.9 2.56 6.50 1.50 13.5 2.25

8 7.50 1.70 16.5 2.89 7.25 1.60 15.7 2.56

9 8.00 1.80 18.0 3.24 8.20 1.70 18.6 2.89

10 9.00 1.90 21.2 3.61 9.00 1.80 21.2 3.24

1. Filamen 1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

5

10

15

20

25

f(x) = 6.91507731128036 x − 4.01794482764972R² = 0.981071216783066

Grafik mencari hambatan rata rata dari reostat pada filament 1

I (2)

V(n

+1)

hambatan rata rata nya adalah 6.92 ohm dan nilai k = 4.02, tanda negative

menunjukan berlawanan dengan arah gerak muatan.

2. Filamen 2

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.500.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

f(x) = 7.346015476854 x − 2.95246624561941R² = 0.9912466598494

Grafik mencari hambatan rata rata dari reostat pada filament 2

I (2)

V^(

n+1)

hambatan rata rata nya adalah 7.35 ohm dan nilai k = 2.95, tanda negative

menunjukan berlawanan dengan arah gerak muatan.

6. Membandingkan hasil perhitungan nilai k yang didapat dari perhitungan

menggunakan grafik dengan persamaan I=k V n dengan R=kV n+1

I 2

Dari grafik dengan persamaan I=k V n nilai konstanta hambatan dalam lampu

filament tungsten 1 adalah 0.26 ohm dan filament tungsten 2 adalah 0.46 ohm tanda

negative karena berlawanan dengan arah gerak muatan. Sedangkan dari grafik dengan

persamaan R=kV n+1

I 2 nilai konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten 1adalah

4.02 dan pada filament 2 adalah 2.95.

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 (k) melalui grafik, mencari nilai

hambatan rata-rata yang dihasilkan reostat pada filament 1 dan filament 2 dengan

menggunakan data n rata-rata dari hasil grafik sebelumnya, dan membandingkan hasil

perhitungan nilai k yang didapat dari perhitungan menggunakan grafik dengan

persamaan I=k V n dengan R=kV n+1

I 2 .

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 ke tingkat

yang lebih rendah disertai dengan pelepasan foton dengan energi tertentu (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 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.

Nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament

tungsten (k) melalui grafik didapat :

konstanta dari lampu filament tungsten 1 (n) adalah 0.39 dan nilai konstanta

hambatan dalam lampu filament tungsten 1 (k) adalah 0.26 ohm.



Nilai hambatan rata-rata yang dihasilkan reostat pada filament 1 dan filament 2

dengan menggunakan data n rata-rata dari hasil grafik sebelumnya adalah

hambatan rata-rata lampu filament tungsten 1 adalah 6.92 ohm dan nilai k = 4.02,

tanda negative menunjukan berlawanan dengan arah gerak muatan.

hambatan rata rata lampu filament tungsten 2 adalah 7.35 ohm dan nilai k = 2.95,


Dari grafik dengan persamaan I=k V n nilai konstanta hambatan dalam lampu

filament tungsten 1 adalah 0.26 ohm dan filament tungsten 2 adalah 0.46 ohm tanda

negative karena berlawanan dengan arah gerak muatan. Sedangkan dari grafik dengan

persamaan R=kV n+1

I 2 nilai konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten 1

adalah 4.02 dan pada filament 2 adalah 2.95.

VI. Penutup

VI.1 Kesimpulan

Kesimpulan dari percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten adalah :

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.





hambatan rata-rata lampu filament tungsten 1 adalah 6.92 ohm dan nilai k = 4.02,


hambatan rata rata lampu filament tungsten 2 adalah 7.35 ohm dan nilai k = 2.95,


Dari persamaan I=k V n nilai konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten

1 adalah 0.26 ohm dan filament tungsten 2 adalah 0.46 ohm tanda negative karena

berlawanan dengan arah gerak muatan. Sedangkan dari grafik dengan persamaan

R=kV n+1

I 2 nilai konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten 1 adalah 4.02

dan pada filament 2 adalah 2.95.

VI.2 Saran

Sebelum percobaan ini dilakukan diharapkan mengerti tujuan dari praktikum yang

akan dilakukan.

VII. DaftarPustaka

Giancoli.1998. Fisika Jilid 2. Erlangga : Jakarta.

Tripler. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Erlangga : Jakarta.

Sears dan Zemansky.1962.Fisika Untuk Universitas Magnet dan Listrik Erlangga.

Erlangga : Jakarta.

arus dan tegangan pada filamen tungsten

Documents