HAMBATAN SUATU KAWAT PENGHANTAR I. TUJUAN PERCOBAAN Menyelidiki pengaruh luas penampang (A), dan panjang suatu penghantar (L) terhadap nilai hambatan (R) suatu penghantar listrik II. ALAT DAN BAHAN Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah meliputi : 1. Catu daya 1 buah 2. Kabel penghubung merah secukupnya 3. Kabel penghubung hitam secukupnya 4. Papan rangkaian 1 buah 5. Penghubung jembatan secukupnya 6. Kawat konstantan secukupnya 7. Kawat nikrom secukupnya 8. Sakelar satu kutub 1 buah 9. Multimeter dengan NST 0,1 V dan 0,01 A 2 buah 10. Jepit steker 4 buah III. LANDASAN TEORI Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya . Untuk menghasilkan arus listrik pada rangkaian, dibutuhkan beda potensial. Satu cara untuk menghasilkan beda potensial ialah dengan baterai. George Simon Ohm menentukan dengan eksperimen bahwa arus pada kawat logam sebanding dengan beda potensial V yang diberikan keujungujungnya: I V 1 Besarnya aliran arus pada kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan kawat terhadap aliran elektron. Elektron-elektron diperlambat karena adanya interaksi dengan atom-atom kawat. Semakin tinggi hambatan ini, makin kecil arus untuk suatu tegangan V. Kita kemudian mendefinisikan hambatan sehingga arus berbanding terbalik dengan hambatan. Ketika kita gabungkan hal ini dan kesebandingan di atas kita dapatkan: I V R 1) Di mana R adalah hambatan kawat atau suatu alat lainnya, V adalah beda potensial yang melintasi kawat tersebut, dan I adalah arus yang mengalir padanya. Hubungan ini sering dituliskan dengan V I .R dan dikenal sebagai Hukum Ohm. Satuan untuk hambatan disebut Ohm yang dilambangkan dengan ( ). Hubungan antara kuat arus listrik (I), tegangan (V), dan hambatan (R) dapat dilukuiskan pada grafik berikut ini. Tegangan (V) Arus (I) Gambar 1. Grafik hubungan I dan V Pada sebuah penghantar (kawat) dapat dinyatakan R L dan R 1 dari ke dua kesimpulan tersebut dapat dituliskan: A R L A 2) agar menjadi sebuah persaman kalikan ruas kanan dengan suatu konstanta. Konstanta ini dikenal dengan hambatan jenis atau resistivitas yang di beri lambang . 2 Jika terdapat suatu kawat penghantar yang memiliki luas penampang (A) , panjang kawat (L), dan hambatan jenis (ρ) maka besarnya hambatan (R) pada kawat penghantar tersebut dapat diketahui melalui persamaan berikut: R L A 3) dengan: ρ = hambatan jenis kawat (Ω.m) R = hambatan kawat (Ω) A = luas penampang kawat (m2) L = panjang kawat (m) Hambatan jenis (resistivitas) adalah faktor kesebandingan (merupakan ciri khas suatu bahan) antara R bahan tersebut dan panjangnya pada arah arus yang melewati (l), serta kebalikan luas A. Nilai hambatan jenis berbeda untuk masingmasing zat. Berdasarkan nilai hambatan jenis, sebuah benda dapat dikelompokkan menurut kemampuannya menghantarkan listrik. Penghantar listrik yang baik disebut konduktor. Contohnya adalah tembaga, besi, emas, larutan garam (NaCl), larutan asam (H2SO4), dan larutan basa (NaOH). Sedangkan penghantar listrik yang tidak baik disebut isolator. Contohnya adalah mika, plastik, alkohol, minyak tanah, karet, dan larutan gula. Benda yang dapat berfungsi sebagai konduktor atau isolator disebabkan perlakuan yang diberikan kepadanya disebut semikonduktor. Contohnya adalah selenium (Se), Silikon (Si), dan germanium. Dari persamaan 2) dan dengan menggunakan hukum Ohm R = V/I maka hambatan jenis kawat penghantar tersebut dapat ditentukan melalui persamaan. Tabel hambatan jenis suatu penghantar ZAT Hambatan jenis (Ω) Penghantar Aluminium 2,6 x 10-8 Besi 12 x 10-8 3 Emas 2,4 x 10-8 Perak 1,6 x 10 -8 Platina 11 x 10-8 Raksa 98 x 10-8 Tembaga Timbal Hambatan jenis (Ω) ZAT Semikonduktor Karbon 3,5 x 10-5 1,7 x 10-8 Germanium 0,5 21 x 10-8 Dioksida tembaga 1,0 x 103 ZAT Hambatan jenis (Ω) Isolator Kaca 1010 – 1014 Karet 1013 – 1016 IV. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN Adapun langkah-langkah yang penulis tempuh dalam proses pengambilan data adalah sebagi berikut 1. Menyusun alat. Ampermeter Catu daya Voltmeter Saklar Kawat konstantan Gambar 2. Rangkaian Alat 4 Catatan: a. Menyiapkan alat yang diperlukan (menggunakan hambatan tetap 100 ohm) b. Sakelar dalam posisi terbuka (posisi 0) c. Menghubungkan catu-daya ke sumber tegangan (alat masih dalam keadaan off) d. Memilih tegangan catu daya sebesar 3V DC e. Menghubungkan rangkaian ke terminal catu-daya (gunakan kabel penghubung) 2. Mengukur L dan A kawat yang digunakan 3. Menghidupkan catu-dayakemudian menekan saklar S (posisi 1) 4. Mengatur potensiometer sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sekitar 2 volt. Kemudian membaca kuat arus yang mengalir pada amperemeter dan dilanjutkan dengan mencatat hasilnya 5. Mengatur lagi potensimeter sehingga voltmeter menunjukkan tegangan sedikit lebih tinggi dari 2 volt, dilanjutkan dengan membaca kuat arus pada amperemeter dan mencatat hasilnya 6. Mengulangi langkah 4 sebanyak 5 kali, kemudian dilanjutkan dengan mencatat hasilnya 7. Mencatat hasil pengamatan Anda pada table berikut. L Jenis (cm) A (mm2) V (Volt) I (mA)) Kawat konstantan Kawat nikrom Tabel 1. Tabel Hasil Percobaan 8. Mengganti kawat dengan kawat lain 9. Mengulangi langkah 2 sampai langkah 7 5 V. TEKNIK ANALISIS DATA Adapun teknik analsis data yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut : 1.Nilai dari panjang kawat L, luas penampang A, tegangan V, dan kuat arus I dapat dicari dengan menyatakan dalam bentuk X = X X …………………………………………………………..4) dengan : X n 10 n 1 Xn dan X n (X X )2 …………………………..……… 5) n 1 n 1 n 10 2.Nilai R dapat ditentukan dengan persamaan R V R I dan R I V R 2 V 2…………………………………6) I I V 3.Untuk mencari nilai benar hambatan jenis kawat: RA ……………………………………………………………..7) l R R A A l l ………………………………………8) KR = x 100 % ………………………………………………9) VI. DATA HASIL PERCOBAAN Adapun data hasil percobaan yang penulis dapatkan adalah sebagai berikut : Jenis Perc. Kawat ke Kawat 1 konstantan 2 L (cm) D (mm) 99,0 0,35 V (Volt) I (A) 2,0 0,90 4,0 1,90 6 Kawat 3 6,0 3,00 1 2,0 1,05 4,0 2,10 6,0 3,00 2 Nikron 99,0 0,35 3 Tabel 2. Hasil Percobaan dengan kawat Setelah didapatkan hasil penulis selanjutnya menjadikan satuan yang terkandung pada tabel diatas menjadi Satuan Internasional. Maka akan diperoleh Jenis Perc. L D Kawat ke (x 10 -2 m) (x 10-3 m) V (Volt) I (A) 2,0 0,90 4,0 1,90 3 6,0 3,00 1 2,0 1,05 4,0 2,10 6,0 3,00 1 Kawat konstantan Kawat Nikron 2 99,0 2 99,0 0,35 0,35 3 Tabel 3. Konversi Satuan Internasional VII. ANALISIS DATA Berdasarkan atas data tersebut, sebelum mencari nilai dari ρ dicari terlebih dahulu nilai dari luas penampang, tegangan rata-rata, dan kuat arus rata-rata. Jenis Perc. Kawat ke L (cm) D (mm) V (Volt) I (A) 2,0 0,9 4,0 1,9 3 6,0 3,0 1 2,0 1,05 4,0 2,10 6,0 3,00 1 Kawat konstantan Kawat Nikron 2 2 3 99,0 99,0 0,35 0,35 Tabel 4. Hasil Percobaan kawat. 7 a. Kawat konstanta 1. Luas penampang 1 D2 4 1 A (3.14)(0, 35x10 3 )2 4 A 9,6x10 8 m 2 A Nilai ΔA adalah A 2 A D D 1 A 2 D D 2 1 A 2 3.14(0,35 x10 3 ) 0,005 x10 3 2 A 0,0055 x10 6 A 0,55 x10 8 Sehingga, A= A A A= 9,60 0,55 x10 8 m 2 2. Hambatan Untuk mencari rata-rata hambatan dilakukan dengan mencari nilai R setiap pengukuran kemudian dirata-ratakan. R1 V I 2, 0 R 0, 90 R 2, 2 R R R R V I , sehingga V I 8 R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 2 0, 05 0,005 0, 9 0,9 2 R 0,067 R R2 V I 4,0 R 1, 90 R 2,1 R R R R V I , sehingga V I R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 4 0,05 0,005 1,9 1,9 2 R 0,031 R R3 V I 6, 0 R 3, 00 R 2, 0 R R R R V I karena ampermeter digunakan yang digital, V I maka ∆I = 0, sehingga 9 R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 4 0,05 0,005 3,00 3,00 2 R 0,057 R Rata-rata dari R dan ∆R adalah 2,2 2,1 2,0 3 R 2,1 R 0,067 0,031 0,057 3 R 0,052 R Jadi nilai R dapat dituliskan dalam bentuk : R R R R (2,100 0,052) 3. Setelah didapatkan nilai R maka dilanjutkan untuk mencari nilai hambatan jenis dari kawat penghantar konstantan dengan menggunakan persamaan RA L 2,1x9,6x10 8 99,0x10 2 2,036x10 7 m Dengan Δρ : R A L R A L A R AR R A 2 L L L L 9,6x10 8 2,10 9,6x10 8 x2,10 8 0,052 0,55x10 0,05x10 2 2 2 2 2 99,0x10 99,0x10 (99,0x10 ) 0,504x10 8 1,16x10 8 0,010x10 8 1,674x10 8 m 10 Maka dapat dituliskan nilai dari hambatan jenis kawat konstantan adalah sebagai berikut : (2,036 0,167) 10 7 m Dengan kesalahan relative (KR)sebesar KR x100 0 0 0,167 x100 0 0 2,036 KR 8,20 0 0 KR b. Kawat Nikrom 1. Luas penampang 1 D 2 4 1 A (3.14)(0,35 x10 3 ) 2 4 A 9,6 x10 8 m 2 A Nilai ΔA adalah A 2 A D D 1 A 2 D D 2 1 A 2 3.14(0,35 x10 3 ) 0,005 x10 3 2 A 0,0055 x10 6 A 0,55 x10 8 Sehingga, A= A A A= 9,60 0,55 x10 8 m 2 2. Hambatan 11 Untuk mencari rata-rata hambatan dilakukan dengan mencari nilai R setiap pengukuran kemudian dirata-ratakan. R1 V I 2, 0 R 1, 05 R 1,9 R R R R V I , sehingga V I R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 2 0,05 0,005 1,05 1,05 2 R 0,025 R R2 V I 4,0 R 2,10 R 1,9 R R R R V I , sehingga V I R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 4 0,05 0,005 2,10 2,10 2 R 0,027 R R3 12 V I 6, 0 R 3, 00 R 2, 0 R R R R V I , sehingga V I R R R V I V I R 1 V V 2 I I I 1 6 0,05 0,005 3,00 3,00 2 R 0,019 R Rata-rata dari R dan ∆R adalah 1,9 1,9 2,0 3 R 1,93 R 0,025 0,027 0,019 3 R 0,024 R Jadi nilai R dapat dituliskan dalam bentuk : R R R R (1,930 0,024) 3. Mencari nilai ρ dengan menggunakan persamaan berikut ini. RA L 1,9x9,6x10 8 99,0x10 2 1,84 x10 7 m Dengan Δρ : 13 R A L R A L A R AR R A 2 L L L L 9,6x10 8 1,9 9,6x10 8 x1,9 8 0,024 0,55x10 0,05x10 2 2 2 2 2 99,0x10 99,0x10 (99,0x10 ) 0,232x10 8 1,055x10 8 0,009x10 8 1,296x10 8 m Maka dapat dituliskan nilai dari hambatan jenis kawat konstantan adalah sebagai berikut : (1,840 0,129) 10 7 m Dengan Kesalahan Relativenya adalah KR x100 0 0 0,129 x100 0 0 1,840 KR 7,01 0 0 KR VIII. PEMBAHASAN 8.1 HASIL Dari analisis data yang dilakukan maka didapatkan hasil sebagai berikut : A. Untuk Kawat Konstantan Nilai hambatan yang didapatkan dari perhitungan adalah R R R R (2,100 0,052) Nilai hambatan jenis yang diperoleh adalah : (2,036 0,167) 10 7 m Dengan Kesalahan Relatif sebesar 8,20 % B. Kawat Nikrom 14 Nilai hambatan yang didapatkan dari perhitungan adalah R R R R (1,930 0,024) Nilai hambatan jenis (1,840 0,129) 10 7 m Dengan kesalahan Relatif sebesar 7,01 % 8.2 PEMBAHASAN Melihat dari hasil analisis data diperoleh bahwa hambatan yang terukur di kawat konstanta dan kawat nikrom memiliki hambatan yang berbeda. Serta memiliki hambatan jenis yang berbeda. Hal ini dikarenakan kawat nikrom dan kawat konstanta memiliki bahan yang berbeda sehingga memiliki susunanan partikel yang berbeda. Hal ini menyebabkan aliran elektron terhadap waktu juga berbeda. Jika dilihat selain hal tersebut, besaran panjang dan luas penampang juga memiliki pengaruh terhadap besarnya hambatan jenis kawat. Semakin panjang kawat maka semakin kecil hambatan jenis kawat tersebut, serta jika semakin besar luas penampang kawat tersebut maka semakin besar pula hambatan jenis kawat tersebut. Jadi panjang kawat berbanding terbalik dengan besar hambatan kawat dan luas penampang kawat berbanding terbalik dengan hambatan jenis kawat. Kesalahan relatif dari masing-masing percobaan adalah sebesar 8,20 % dan 7,01 %, yaitu lebih kecil 10%, sehingga hasil percobaan ini bisa dipercaya. Adanya kesalahan dalam percobaan yang terjadi dikarenakan oleh hambatanhambatan yang pada saat percobaan, yaitu sebagai berikut: 1. Pengamat mengalami kesulitan dalam merangkai instrumen praktikum karena terkadang rangkaian tidak mau berfungsi dengan baik, sehingga untuk mengatasinya perlu dilakukan melepas rangkaian dan mencoba merangkai lagi, karena mungkin saja ada kabel yang putus. 2. Pengamat mengalami kesulitan dalam pembacaan skala yang ditunjukkan pada amperemeter maupun voltmeter. Hal ini disebabkan oleh sensitifnya alat tersebut, dimana angka/skala yang ditunjukkan oleh voltmeter/amperemeter tersebut dapat dengan mudah berubah bila adanya gangguan dari luar, contohnya getaran yang diakibatkan oleh getaran. Untuk 15 mengatasi hal tersebut perlu penelitian yang lebih hati-hati agar menghindari getaran yang keras. 3. Pengamat mengalami kesulitan dalam menentukan tegangan yang dijadikan sebagai patokan, karena tegangan sumber memiliki tegangan yang berbeda dengan tegangan yang terukur dalam rangkaian. Untuk mengatasi hal tersebut maka pengamat memakai tegangan yang terukur dalam rangkaian sebagai tegangan yang terukur. 4. Pengamat sulit dalam membuat kawat yang benar-benar lurus untuk percobaan ini, karena kawat yang dipakai memiliki sifat cukup kaku. Untuk mengatasi hal tersebut maka kawat tersebut dibuat selurus mungkin untuk memperkecil kesalahan yang terjadi. 5. Pengamat kesulitan dalam menentukan panjang kawat yang terukur, karena kawat yang dipakai ada bagian yang terlilit, serta bagian lebih, yang jika diukur seluruhnya maka sulit menentukan berapa panjang yang terlilit dan panjang lebih. Untuk mengatasi hambatan ini maka panjang yang kawat yang setelah diukur dikurangi dengan panjang kawat lebih dan memperkirakan panjang kawat terlilit tersebut. 9 KESIMPULAN Setelah pembahasan yang dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Hasil yang diperoleh dalam percobaan ini adalah Kawat konstanta: Kawat nikrom: (2,036 0,167) 10 7 m (1,840 0,129) 10 7 m Perbedaan dikarenakan hambatan jenis kawat dipengaruhi oleh faktorfaktor: berbanding terbaik dengan panjang kawat dan berbanding lurus terhadap luas penampang kawat. 16 DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2010. Hambatan Jenis yang tersedia pada http://opikbymufy.blogspot.com/2010/01/hambatan-jenis.html [online] yang diakses pada tanggal 9 Desember 2012 Suardana, I Kade. 2007. Petunjuk praktikum Laboratorium Fisika 3. Singaraja: Universitas Pendidikan Ganesha Supiyanto. 2004. Fisika untuk SMA kelas XII. Jakarta: Erlangga 17
