FISIKA EKSPERIMEN IIKARAKTERISTIK HAMBATAN OHMIK DAN NON-OHMIK

A. Pelaksanaan Praktikum1. Tujuan praktikum :

a. Mempelajari hukum Ohmb. Mempelajari karakteristik diodec. Mempelajari karakteristik LED (light emitting diode) dari berbagai warnad. Mempelajari LDR (light dependent resistor)

2. Waktu praktikum : Senin, 16 Juni 20143. Tempat praktikum : Kampus FKIP Universitas Mataram

B. Landasan TeoriPada 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:

I=VR

…………. (1 )

dimana: I=kuat aruslistrik

V=beda potensial

R=hambatan penghantar

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.

Amperemeter adalah alat ukur arus listrik. Amperemeter sering dicirikan dengan

simbol A pada setiap rangkaian listrik. Satuan arus listrik dalam satuan SI adalah ampere

atau diberi simbol A. Amperemeter harus dipasang seri dalam suatu rangkaian, arus listrik

yang melewati hambatan R adalah sama dengan arus listrik yang melewati amperemeter

tersebut.

Voltmeter adalah alat ukur tegangan listrik. Voltmeter sering dicirikan dengan

simbol V pada setiap rangkaian listrik. Voltmeter harus dipasang paralel dengan ujungujung

hambatan yang akan diukur beda potensialnya. Satuan beda potensial listrik dalam satuan SI

adalah volt atau diberi simbol V. Voltmeter sendiri mempunyai hambatan sehingga dengan

disisipkannya voltmeter tersebut menyebabkan arus listrik yang melewati hambatan R

sedikit berkurang (Giancoli, 2001).

Dioda adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah

saja. Ada berbagai macam dioda, yaiutu dioda tabung, dioda sambungan p-n, dioda kontak

titik (point contact diode) dan sebagainya. Dalaam hal ini, kita akan membatasi pembahasan

pada dioda sambungan p-n, khususnya dioda penyearah, dioda isyarat dan dioda Zener.

Dioda merupakan sebuah perangkat yang mana penurunan resistansi karena arus

yang melewatinya mengalami penaikan. Tegangan menyimpang pada saat dioda ON.

Penggunaan baterai 0,7V untuk membuat tegangan dioda menyala merupak suatu perubahan

sederhana dengan model on-off. Biarpun, sebuah model akurat dari real dioda juga termasuk

beberapa resistansi (Michael Hassul, 1997).

R adalah tahanan untuk mengatur arus I, sehingga arus kerjanya tercapai. Jadi setiap

saat bila arus yang memulainya berubah, maka harga R harus pula diatur kembali. Koefisien

temperatur dari tegangan terminalnya tergantung dari tegangan terminal itu sendiri.

Stabilitas dari tegangan terminal adalah kira-kira 0,005% per tahun. Dioda Zener yang

secara mekanis adalah kuat, memungkinkan diambilnya arus dalam batas-batas yang

tertentu, sering dipergunakan sebagai pengganti dari sel standar. Akan tetapi harga tegangan

terminalnya dari dioda Zener harus ditentukan dengan mempersamakannya dengan sel

standar (Osamu Nishino, 2000).

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu

kedalam suatu ruangan yang gelap sekali, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi

dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut.

Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga dikegelapan setelah mengalami

selang waktu tertentu. dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini

ditulis dalam K Ω /detik. untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200 K Ω

/detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut

akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang

yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan

level cahaya 400 lux ( Tipler,1996).

C. Alat dan Bahan

1. Multimeter (amperemeter, voltmeter, dan ohmmeter)

2. Black box yang terdiri atas :Batere, Potensiometer, Hambatan, Dioda, LED (warna

merah, kuning, hijau dan putih), dan LDR (light dependent resistor)

3. Beberapa kabel penghubung

D. Cara Kerja1. Eksperimen I : Hukum Ohm

Adapun prosedur percobaan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Menyiapkan alat dan bahan,

2. Mengukur parameter-parameter black box dari black box yang telah dibuat, seperti

tegangan batere, hambatan potensiometer pada posisi minimum (Rpmin), hambatan

potensiometer pada posisi maksimum (Rpmax), hambatan RS, dan hambatan Rx,

3. Menggunakan multimeter sebagai voltmeter DC untuk mengukur tegangan batere,

dan ohmmeter untuk mengukur hambatan masing-masing komponen,

4. Mencatat hasilnya ke dalam tabel hasil pengamatan,

5. Menyusun rangkaian seperti gambar berikut dan menggunakan kabel penghubung

yang disediakan untuk merangkainya

Gambar 2. Rangkaian untuk menentukan hambatan berdasarkan hukum Ohm

6. Menggunakan voltmeter untuk mengukur beda potensial di terminal Rs,

menyatakannya dalam besaran Vs, dan mengukur beda potensial di terminal Rx,

menyatakannya dalam besaran Vx. konektor voltmeter jangan sampai terbalik, yaitu

konektor positif dihubungkan ke potensial positif dan konektor negatif dihubungkan

ke potensial negatif. Karena pada eksperimen ini disediakan satu buah voltmeter,

maka pengukuran Vs dan Vx dilakukan secara bergantian seperti ditunjukkan pada

gambar berikut :

Gambar 3. Cara mengukur tegangan di Rs dan Rx

7. Menghitung arus yang mengalir dalam rangkaian pada gambar 1, yaitu : I=V S

Rs.

Memasukkan hasil perhitungan ini dalam tabel dan menyatakan hasil perhitungan ini

dengan angka penting (angka signifikan) yang sesuai,

8. Mengulangi langkah 5-6 untuk beda tegangan di Rs dan di Rx untuk nilai hambatan

potensiometer yang berbeda, yaitu dengan mengubah/ memutar tombol pada

potensiometer Rp, melakukan eksperimen ini untuk 10 data pengukuran yang berbeda

dan menyatakan hasil pengukuran dan perhitugan dalam tabel hasil pengamatan.

Melakukan pengubahan potensiometer mulai dari putaran potensiometer pada posisi

minimum dan hingga putaran potensiometer pada posisi maksimum. Melakukan

pengukuran Vs dan Vx secara bergantian untuk setiap nilai Rp yang berbeda.

9. Membuat titik-titik data itu dalam kertas grafik dengan Vx sebagai sumbu-y dan I

sebagai sumbu-x.

10. Membuat kurva linear yang paling mendekati dari semua titik data yang diperoleh.

Bukan menghubungkan dua titik yang paling jauh saja.

11. Menghitung gradien kurva dari kurva ini, yaitu : gradien= ΔYΔX

ΔV x

ΔI dan

menentukan hambatan Rx dari gradien kurva tersebut.

12. Menyatakan hasil perhitungan ini dengan angka penting (angka signifikan) yang

benar.

2. Eksperimen II : Karakteristik Diode dan LED untuk berbagai warna ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Eksperimen III : Karakteristik LDRAdapun prosedur percobaan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Dari black box yang telah dibuat, menyusun rangkaian seperti gambar berikut dan

menggunakan kabel penghubung yang disediakan untuk merangkainya.

Gambar 4. Rangkaian untuk

menentukan karakteristik LDR

2. Perhatikan bahwa LDR tidak dihubungkan di sirkuit itu! LDR hanya dihubungkan

dengan ohmmeter.

3. Kecerahan cahaya LED putih yang berada di dalam black box itu memaparkan

cahayanya LDR dan akan mengubah hambatan LDR untuk paparan cahaya yang

berubah. Kecerahan LED diubah dengan cara mengatur hambatan potensiometer Rp.

Lakukan pengubahan potensiometer mulai dari putaran potensiometer pada posisi

minimum dan hingga putaran potensiometer pada posisi maksimum.

4. Mengukur tegangan jatuh di hambatan R s, di LED putih dan hambatan LDR.

5. Mengulangi eksperimen dengan mengatur potensiometer Rp dan tuliskan hasil

eksperimen dan perhitungan dalam table hasil pengamatan.

6. Membuat kurva hubungan antara RLDR vs I LED yang paling mendekati dari semua titik

data yang diperoleh. Dari kurva ini diperkirakan hambatan LDR pada saat gelap.

Bandingkan hasilnya dengan pengukuran langsung.

E. Hasil Pengamatan1. Tabel

1.1. Tabel Parameter-parameter black boxNo Komponen Nilai Satuan1 Batere 3,25 V

2 Rpmin 2,5 Ω3 Rpmax 1867 Ω4 Rs 272 Ω5 Rx 270 Ω

1.2. Tabel Menentukan kuat arus yang mengalir pada gambar 1

Vs (volt) Vx (volt) I=V s

R s

(ampere)

1,58 1,57 5,81 × 10-3

1.3. Tabel Menentukan hambatan Rx

No Vs (volt) Vx (volt) I=V s

R s

(ampere)

1 1,50 1,49 5,51 × 10-3

2 1,31 1,31 4,82 × 10-3

3 1,28 1,25 4,71 × 10-3

4 1,18 1,18 4,34 × 10-3

5 0,98 0,95 3,60 × 10-3

6 0,63 0,64 2,32 × 10-3

7 0,49 0,48 1,80 × 10-3

8 0,32 0,32 1,18 × 10-3

9 0,27 0,27 9,93 × 10-4

10 0,09 0,09 3,31 × 10-4

3.1. Tabel Karakteristik LDR

No V s ( volt ) V x ( volt ) I=V s

R s

(ampere )

RLDR

(ohm )

1 0,43 2,80 1,58 ×10−3 4512 0,42 2,79 1,54 × 10−3 4503 0,34 2,77 1,25 ×10−3 4954 0,27 2,14 0,99 ×10−3 5745 0,21 2,72 0,77 × 10−3 6406 0,20 2,72 0,74 × 10−3 7027 0,11 2,67 0,40 ×10−3 9468 0,07 2,64 0,26 ×10−3 12399 0,05 2,63 0,18 ×10−3 153210 0,01 2,52 0,04 × 10−3 13250

2. Grafik 2.1 Hukum Ohm

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0060

0.20.40.60.8

11.21.41.6

Grafik hubungan Vx terhadap I

I (ampere)

Vx (v

olt)

Menghitung gradien grafik?Diketahui:

Vx1= 0.09 VVx2= 0.27 VI1 = 0.00033 AI2 = 0.00099 A

Ditanya : gradien ?Jawab :

gradien= ΔYΔX

gradien=ΔV x

ΔI

gradien=V x 2−V x1

I 2−I 1

gradien= 0.27−0,090.00099−0.00033

gradien= 0.180.00066

gradien=272,73Jadi, gradient grafik tersebut yaitu sebesar 272,73 sehingga hambatan Rx sebesar 272,73Ω

2.2 ………………………………

2.3 Grafik karakteristik LDR

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

F. Pembahasan 1. Eksperimen hukum Ohm

Multimeter atau sering disebut AVO meter adalah alat ukur listrik yang berfungsi

sekaligus sebagai Amperemeter (untuk mengukur kuat arus), Voltmeter (untuk mengukur

beda potensial) dan Ohmmeter (untuk mengukur hambatan listrik). Black box berisi seluruh

komponen yang digunakan dalam eksperimen ini, yaitu batere, potensiometer, hambatan R s,

hambatan Rx, dioda, LED (warna merah, kuning, hijau dan putih), dan LDR (light dependent

resistor). Berdasarka hukum Ohm, tegangan jatuh pada satu bahan sebanding dengan arus

yang mengalir pada bahan tersebut. Tujuan eksperimen I ini yaitu untuk mempelajari hukum

Ohm.

Kegiatan pertama dalam eksperimen I ini yaitu mengukur parameter-parameter black box

dari black box yang telah dibuat, seperti tegangan batere, hambatan potensiometer pada

posisi minimum (Rpmin), hambatan potensiometer pada posisi maksimum (Rpmax), hambatan

RS, dan hambatan Rx. Menggunakan multimeter sebagai voltmeter DC untuk mengukur

tegangan batere, dan ohmmeter untuk mengukur hambatan masing-masing komponen.

Voltmeter dan ohmmeter dipasang secara paralel dengan besaran yang hendak diukur. Hanya

saja pada saat mengukur hambatan tidak boleh ada sumber (tegangan, arus dan daya) yang

diberikan ke hambatan itu, dari hasil pengukuran terlihat bahwa setiap komponen blackbox

mempunyai nilai hambatan yang berbeda seperti yang tertulis di tabel 1 pada hasil

pengamatan dan tegangan batere yang digunakan sebesar 3,25 volt.

Kegiatan selanjutnya dalam praktikum ini yaitu menghitung arus yang mengalir dalam

rangkaian tersebut. Tahap pertama dalam kegiatan ini yaitu menyusun rangkaian seperti

gambar 1 dan menggunakan kabel penghubung yang disediakan untuk merangkainya.

Selanjutnya menggunakan voltmeter untuk mengukur beda potensial di terminal Rs,

menyatakannya dalam besaran Vs, dan mengukur beda potensial di terminal Rx,

menyatakannya dalam besaran Vx. konektor voltmeter jangan sampai terbalik, yaitu konektor

positif dihubungkan ke potensial positif dan konektor negatif dihubungkan ke potensial

negatif. Karena pada eksperimen ini disediakan satu buah voltmeter, maka pengukuran V s

dan Vx dilakukan secara bergantian, dari hasil pengukuran terlihat bahwa beda potensial di

terminal Rs yang dinyatakan dalam besaran Vs dan beda potensial di terminal Rx yang

dinyatakan dalam besaran Vx secara berurut yaitu 1,58 volt dan 1,57 volt. Selanjutnya

menghitung arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut, dari hasil perhitungan diperoleh

arus yang mengalir dalam rangkaian tersebut yaitu sebesar 5,81 × 10-3 ampere.

Kegiatan terakhir dalam eksperimen I ini yaitu menentukan hambatan Rx. Tahap pertama

dalam kegiatan ini yaitu menyusun rangkaian seperti gambar 1 dan menggunakan kabel

penghubung yang disediakan untuk merangkainya. Selanjutnya mengukur beda tegangan di

Rs dan di Rx untuk nilai hambatan potensiometer yang berbeda, yaitu dengan mengubah/

memutar tombol pada potensiometer Rp, melakukan eksperimen ini untuk 10 data

pengukuran yang berbeda dan menyatakan hasil pengukuran dan perhitugan dalam tabel hasil

pengamatan. Melakukan pengukuran Vs dan Vx secara bergantian untuk setiap nilai Rp yang

berbeda, dari hasil pengukuran terlihat bahwa Vs dan Vx memiliki nilai yang relatif sama,

seperti pada pengukuran pertama, ketika nilai Vs sebesar 1,50 volt dan nilai Vx sebesar

1,49volt. dan pada percobaan kedua ketika nilai Vs sebesar 1,31 volt dan nilai Vx sebesar 1,31

volt. Kegiatan selanjutnya yaitu membuat titik-titik data itu dalam kertas grafik dengan Vx

sebagai sumbu-y dan I sebagai sumbu-x. kemudian menghitung gradien kurva dari kurva ini,

yaitu : gradien= ΔYΔX

ΔV x

ΔI dan menentukan hambatan Rx dari gradien kurva tersebut, dari

grafik dan hasil perhitungan diperoleh bahwa nilai hambatan Rx yaitu sebesar 272,73Ω, hasil

ini hampir mirip dengan pengukuran Rx pada kegiatan pertama.

2. Eksperiment

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………

3. Eksperimen karakteristik LDR

Light Dependent Resistor (LDR) merupakan jenis resistor yang nilainya berubah

seiring terjadinya perubahan intensitas cahaya yang diterima oleh komponen tersebut. LDR

juga biasa digunakan sebagai detector cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya yang

mana hambatanya akan berubah., terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang

mempunyai dua buah elektroda pada permukaannya.

Fotoresistor adalah komponen elektronika yang resistansinya akan menurun jika

ada perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dibuat dari

semikonduktor beresistansi tinggi. Besar hambatan LDR atau fotoresistor dalam

kegelapan mencapai jutaan Ohm dan turun sampai beberapa ratus Ohm dalam keadaan

terang. LDR dapat digunakan dalam suatu jaringan kerja pembagi potensial yang

menyebabkan terjadinya perubahan tegangan kalau sinar yang datang berubah.

Pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut

juga LDR memiliki resistansi yang sangat besar pada saat gelap atau cahaya redup.

Sedangkan pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut

juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang.

Berdasarkan hasil percobaan eksperimen 3 mengenai karakteristik dari LDR

diperoleh bahwa ketika potensiometer berada pada keadaan minimum, besar tegangan

sumbernya menunjukkan 0,43 volt, arus yang mengalir sebesar 1,58 ×10−3 ampere,

sedangkan hambatan LDR ( RLDR ) sebesar 451 ohm. Pada posisi potensiometer minimum

lampu LED putih yang akan menyinari LDR dalam keadaan terang dengan tegangan

sebesar 2,80 volt. Pada saat tegangan sumber 0,21 volt, besar arus yang mengalir sebesar

0,77 × 10−3 ampere dan hambatan LDR ( RLDR ) sebesar 640 ohm. Ketika posisi

potensiometer maksimum lampu LED putih dalam keadaan mati sehingga pada permukaan

LDR tidak adanya sinar (gelap), pada keadaan tersebut besar tegangan sumbernya sangat

rendah sekali yaitu 0,01 volt, sedangkan arus yang mengalir sebesar 0,04 × 10−3 ampere dan

hambatang LDR adalah 13,25 kilo ohm.

Dari hasil grafik diperoleh bahwa semakin rendah tegangan sumber maka arus yang

mengalir pada rangkaian tersebut juga semakin kecil, karena tegangan berbanding lurus

dengan arus listrik. Lampu LED menyala terang disebabkan karena hambatan

potensiometer sangat kecil dengan kata lain posisi potensiometernya berada pada keadaan

minimum, begitu juga ketika lampu LED tidak menyala menandakan bahwa posisi

potensiometernya dalam keadaan maksimum. Berdasarkan teori yang mengatakan bahwa

besar hambatan LDR atau fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan Ohm dan turun

sampai beberapa ratus Ohm dalam keadaan terang. Hal ini dapat dibuktikan dengan

hasil eksperimen yang menunjukkan bahwa ketika potensiometer minimum besar hambatan

LDR adalah 451 Ω sedangan nilai hambatan LDR saat potensiometer maksimum mencapai

13,25k Ω .

G. KESIMPULAN

1. Parameter-parameter black box dari black box yang telah dibuat, seperti tegangan batere,

hambatan potensiometer pada posisi minimum (Rpmin), hambatan potensiometer pada

posisi maksimum (Rpmax), hambatan RS, dan hambatan Rx secara berurut yaitu 3,25 volt,

2,5 Ω, 1867 Ω, 272 Ω dan 270 Ω.

2. Arus yang mengalir dalam rangkaian yaitu sebesar 5,81 × 10-3 ampere ketika nilai Vs

sebesar 1,58 volt dan Vs sebesar 1,57 volt.

3. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa nilai hambatan Rx sebesar 272,73 Ω.

4. Pengukuran dengan black box dan perhitungan datanya (grafik) membuktikan tentang

hokum Ohm yang berbunyi tegangan yang jatuh pada satu bahan sebanding dengan arus

yang mengalir pada bahan tersebut.

5. Semakin redup nyala lampu LED putih maka hambatan LDR ( RLDR ) semakin besar.

6. RLDR ketikat potensiometer minimum adalah 451 Ω , sedangkan besar RLDR ketika

potensiomter maksimum adalah 13,25 k Ω .

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli. (2001). FISIKA JILID 2 (ED. 5). Jakarta: Erlangga

Hassul, M.1997. ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUITS. Prentice-Hall International, Inc.

Page : 48-51

Nishino,O.2000. PENGUKURAN ALAT-ALAT UNTUK LISTRIK. Jakarta : PT PRADNYA

PARAMITA.

Halaman : 152

Smith, J.Ralph.1984. Rangkaian,Piranti,dan Sistem. Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga

Halaman : 270-271 & 279-280 & 285-290

Tipler. (1996). FISIKA UNTUK SAINS DAN TEKNIK JILID 2 (ED. 3). Jakarta: Erlangga