disusun oleh:
Mada Sanjaya, M. Si,
Imamal Muttaqien, M.Si
M. Nurul Subkhi, M. Si
Hasniah Aliah, M. Si
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UIN SUNAN GUNUNG DJATI
BANDUNG
Prakata
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah, atas berkat rahmatNya modul ini
bisa selesai
i
Daftar Isi
Prakata i
1 Hukum Ohm 1
1.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Hambat Jenis 5
2.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Koefisien Panas Hambatan 11
3.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 Jembatan Wheatstone 15
4.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
iii
Daftar Isi
4.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5 Rangkaian RC 21
5.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6 Ayunan Magnetik 27
6.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
7 Induksi Elektromagnetik 31
7.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8 Gaya Lorentz Kawat Berarus Listrik 39
8.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
8.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
8.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
8.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
8.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 41
8.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
iv
Daftar Isi
8.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
9 Osiloskop 43
9.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 45
9.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
10 Prinsip Kerja Motor Listrik DC 49
10.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
10.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
10.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
10.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
10.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 53
10.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
10.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
11 Pemantulan dan Pembiasan 55
11.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
11.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
11.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
11.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
11.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 60
11.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
11.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
12 Difraksi dan Deviasi Optika 65
12.1 Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
12.2 Dasar Teori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
12.3 Metode Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
12.3.1 Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
12.3.2 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . 68
12.4 Tugas Pendahuluan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
12.5 Tugas Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Kepustakaan 71
v
1 Hukum Ohm
1.1 Tujuan
1. Memperagakan pengukuran tegangan listrik.
2. Memperagakan pengukuran arus listrik.
3. Menginterpretasikan grafik tegangan dan arus.
4. Menentukan besar hambatan suatu penghantar.
1.2 Dasar Teori
Kuat arus listrik yang mengalir dalam suatu penghantar (hambatan) besarnya
sebanding dengan beda potensial (tegangan) antara ujung-ujung
penghantar tersebut. Pernyataan tersebut dapat dituliskan:
V / I (1.1)
Jika kesebandingan tersebut dijadikan persamaan, dapat dituliskan:
I =
V
R
(1.2)
yang disebut hukum Ohm. Dengan konstanta kesebandingan R, merupakan
karakteristik internal hambatan penghantar yang tidak dipengaruhi
oleh tegangan dan arus yang diberikan yang mana:
V : Beda potensial kedua ujung penghantar (Volt).
R : Besar hambatan (
).
I : Kuat arus yang mengalir (Ampere).
1.3 Metode Percobaan
1.3.1 Alat dan Bahan
1. Catu Daya.
1
1 Hukum Ohm
2. Volt meter.
3. Amperemeter.
4. Resistor.
5. Lampu.
6. Kabel pengubung.
1.3.2 Prosedur Percobaan
Set Up Alat Percobaan
Gambar 1.1: Set Up Percobaan
Kuat arus tetap
1. Pasanglah rangkaian listriknya seperti Gambar 1.1 di atas dan beritahukan
kepada Asisten terlebih dahulu untuk diperiksa sebelum
rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan.
2. Setelah diperiksa, aturlah saklar dalam posisi terhubung (ON).
3. Atur potensio pada catu daya sehingga Amperemeter menunjukkan
pada Angka tertentu (I1), catatlah penujukkan pada Amperemeter
dan Volmeter serta besarnya resistor yang digunakan.
4. Ulangi langkah 2-3 dengan mengganti resistor.
5. Dengan mengubah nilai arus menjadi (I2) lakukan langkah 2 .. 4.
6. Ulangi hingga 5 variasi arus.
2
1.4 Tugas Pendahuluan
Hambatan tetap
1. Pasanglah rangkaian listriknya seperti Gambar 1.1 di atas dan beritahukan
kepada asisten lebih dahulu untuk diperiksa sebelum rangkaian
tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan.
2. Setelah diperiksa, aturlah saklar dalam posisi terhubung (ON).
3. Atur ujung voltmeter pada hambatan dengan nilai tertentu (R1)
dan catatlah besarnya arus dan tegangan.
4. Pada resistor yang sama Anda ulangi untuk tegangan yang berbedabeda.
5. Ulangi langkah 2 .. 4 dengan mengganti resistor (R2).
6. Ulangi hingga 5 variasi Hambatan.
1.4 Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan bagaimana bunyi hukum Ohm?
2. Apakah besar hambatan dipengaruhi oleh tegangan dan arus yang
diberikan?
3. Buktikan Persamaan (1.1) di atas sesuai hukum Ohm!
4. Apa yang dimaksud material Ohmic dan Non-Ohmic?
5. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar hambatan suatu benda?
1.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik hubungan antara kuat arus (sebagai absis) dan tegangan
(sebagai ordinat) dari data yang telah anda peroleh!
2. Tentukan besarnya hambatan berdasarkan grafik yang telah Anda
buat!
3. Tentukan nilai hambatan berdasarkan hukum Ohm!
3
1 Hukum Ohm
4. Bandingkan nilai hambatan hasil perhitungan dari grafik, berdasarkan
hukum Ohm dan pengukuran langsung. Lakukan pembahasan
dan ambil kesimpulan!
4
2 Hambat Jenis
2.1 Tujuan
Mempelajari hubungan antara hambatan kawat penghantar dengan panjang,
luas penampang, dan jenis kawatnya.
2.2 Dasar Teori
Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti
apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor
yang mempengaruhinya, diantaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan,
panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu
akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan
yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil menjadi
mudah. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa
hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat
karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar.
Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat
arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya
kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik
akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil,
hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti
hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya
besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan
bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor
merupakan faktor-faktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor
itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor
dapat ditulis sebagai berikut.
R =
l
A
; (2.1)
yang mana
5
2 Hambat Jenis
R : Hambatan konduktor.
: Hambat jenis konduktor.
l : Panjang konduktor.
A : Luas penampang konduktor.
Gambar 2.1: Penampang kawat
Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau
diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan
A = r2 =
1
4
d2;
sehingga Persamaan (2.1) dapat dituliskan
R =
l
r2 atau R = 4
l
d2 : (2.2)
Persamaan (2.1) atau (2.2) menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor
sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan
luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal
ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar
hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya
atau semakin besar jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor
semakin kecil.
Selain itu, Persamaan (2.1) atau (2.2) juga menunjukkan bahwa hambatan
listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin
besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor
yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling
kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan
isolator paling baik. Hambatan jenis konduktor bergantung pada
suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor
dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu
terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut
R = R0 (1 + T) ; (2.3)
6
2.2 Dasar Teori
yang mana
R : Hambatan pada suhu akhir (
).
R0 : Hambatan mula-mula (
).
: Koefisien hambat jenis
..
K..1
.
T : Perubahan suhu (K).
Tabel 2.1: Hambatan jenis berbagai bahan pada suhu 20 C
Bahan Hambat Jenis (
m) Koefisien Muai
..
K..1
Konduktor
Perak 1:59 10..8 0.0061
Tembaga 1:68 10..8 0.0068
Emas 2:44 10..8 0.0034
Aluminium 2:65 10..8 0.00429
Tungsten 5:60 10..8 0.0045
Besi 9:71 10..8 0.00651
Platina 10:6 10..8 0.003927
Air Raksa 98 10..8 0.0009
Nikrom 100 10..8 0.0004
Semikonduktor
Karbon (3 .. 50) 10..5 -0.0005
Germanium (1 .. 500) 10..3 -0.05
Silikon 0:1 .. 60 -0.07
Isolator
Kaca 109 .. 1012
Karet Padatan 1013 .. 1015
7
2 Hambat Jenis
2.3 Metode Percobaan
2.3.1 Alat dan Bahan
1. Meter dasar 90 2 buah
2. Kabel penghubung merah 4 buah
3. Kabel penghubung hitam 4 buah
4. Jembatan penghubung 3 buah
5. Papan rangkaian 1 buah
6. Kawat konstan 1 buah
7. Kawat nikrom 1 buah
8. Saklar 1 kutub 1 buah
9. Jepit steker 4 buah
10. Catu daya 1 buah
2.3.2 Prosedur Percobaan
Set up Alat
Gambar 2.2: Set up alat percobaan hambat jenis
1. Persiapkan peralatan/komponen sesuai daftar alat/ bahan.
2. Buat rangkaian seperti Gambar 2.2.
a) Kawat nikrom digunakan sebagai kawat penghantar.
b) Saklar dalam posisi terbuka (posisi 0).
8
2.4 Tugas Pendahuluan
c) Sebuah meter dasar 90 sebagai amperemeter dengan batas
ukur 1 A.
d) Meter dasar lainnya sebagai voltmeter dengan batas ukur 10
volt.
3. Hubungkan catu daya ke sumber tegangan (alat catu daya masih
dalam keadaan mati).
4. Pilih tombol tegangan keluaran catu-daya 3 volt DC.
5. Hubungkan rangkaian ke catu daya (gunakan kabel penghubung).
6. Periksa kembali rangkaian.
Langkah Percobaan
1. Pilih panjang kawat 1 L dengan cara memasang ujung kabel B masuk
ke jepit steker 2, (panjang kawat=jarak jepit steker 1..2 = 1L).
2. Tutup saklar S (posisi 1), kemudian baca tegangan dan kuat arus
yang mengalir pada kawat. Catat hasilnya ke dalam tabel pada hasil
pengamatan.
3. Buka saklar S (posisi 0), kemudian pindahkan ujung kabel B ke jepit
steker 3 (panjang kawat = jarak jepit steker 1 .. 3 = 2L).
4. Tutup saklar S (posisi 1). Kemudian baca tegangan dan kuat arus
yang mengalir pada kawat.
5. Ulangi langkah 3 dan 4 dengan memindahkan ujung kabel B ke jepit
steker 4 (panjang kawat = 3L). Catat hasilnya ke dalam tabel hasil
pengamatan.
6. Sekarang gunakan dua kawat nikrom dan ulangi langkah 1-5 dan
catat hasilnya dalam tabel hasil pengamatan.
7. Ganti kawat nikrom dengan kawat konstan, kemudian lakukan langkah
1-6.
2.4 Tugas Pendahuluan
1. Buktikan Persamaan (2.1)!
9
2 Hambat Jenis
2. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar hambat jenis (resistivitas)
kawat?
3. Apakah besar tegangan dan arus listrik mempengaruhi hambat jenis?
Jelaskan!
4. Apa yang dimaksud material ohmic dan material non-ohmic?
2.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik hubungan tegangan V dan arus I dari data percobaan!
2. Dari grafik yang dihasilkan tentukan besar hambatan R dan kesalahannya!
3. Tentukan hambat jenis kawat nikrom dan kawat konstan dengan
Persamaan (2.1) dan bandingkan hasil tersebut dengan literatur!
4. Simpulkan hasil yang diperoleh dalam percobaan!
10
3 Koefisien Panas Hambatan
3.1 Tujuan
1. Memahami pengaruh suhu pada hambatan jenis benda.
2. Menentukan koefisien panas hambatan jenis benda.
3.2 Dasar Teori
Dalam batas suhu yang kecil, hambatan jenis dari logam dapat dilakukan
pendekatan linier terhadap suhu sesuai dengan persamaan:
= 0 (1 + (T .. T0)) ; (3.1)
yang mana adalah hambat jenis bahan pada suhu T, 0adalah hambat
jenis bahan pada suhu T0, dan adalah koefisien hambat jenis yang dapat
ditulis sebagai
=
1
0
T
; (3.2)
yang mana = .. 0 dan T = T ..T0. Karena besar hambatan (resistansi)
sebanding dengan hambatan jenis (resistivitas), maka Persamaan
(3.1) dapat ditulis sebagai
R = R0 (1 + (T .. T0)) ; (3.3)
R = R0 T: (3.4)
Dari Tabel 3.1 terlihat untuk semua konduktor, besar koefisien panas
hambatan bernilai positif. Artinya kenaikan suhu akan menyebabkan kenaikan
hambatan jenis yang dalam interval suhu kecil dapat didekati secara
linier sesuai Persamaan (3.1) dan (3.3). Sedangkan untuk bahan semikonduktor,
besar koefisien panas hambatan bernilai negatif. Artinya kenaikan
suhu akan menyebabkan penurunan hambatan jenis sehingga Persamaan
(3.1) tidak berlaku.
11
3 Koefisien Panas Hambatan
Tabel 3.1: Hambatan jenis berbagai bahan pada suhu 20 C
Bahan Hambat Jenis (
m) Koefisien Muai
..
K..1
Konduktor
Perak 1:59 10..8 0.0061
Tembaga 1:68 10..8 0.0068
Emas 2:44 10..8 0.0034
Aluminium 2:65 10..8 0.00429
Tungsten 5:60 10..8 0.0045
Besi 9:71 10..8 0.00651
Platina 10:6 10..8 0.003927
Air Raksa 98 10..8 0.0009
Nikrom 100 10..8 0.0004
Semikonduktor
Karbon (3 .. 50) 10..5 -0.0005
Germanium (1 .. 500) 10..3 -0.05
Silikon 0:1 .. 60 -0.07
Isolator
Kaca 109 .. 1012
Karet Padatan 1013 .. 1015
3.3 Metode Percobaan
3.3.1 Alat dan Bahan
1. Kawat tembaga dan kawat nikrom.
2. Pemanas Bunsen.
3. Panci pemanas.
4. Multimeter.
5. Potensiometer.
6. Kabel penghubung.
7. Papan rangkaian.
8. Termometer.
12
3.3 Metode Percobaan
Gambar 3.1: Perubahan hambatan jenis terhadap suhu konduktor (kiri)
dan semikonduktor (kanan)
3.3.2 Prosedur Percobaan
Gambar 3.2: Set up alat percobaan
1. Set up peralatan dengan kawat nikrom sesuai Gambar 6.2
2. Catat suhu, arus dan tegangan pada multimeter sebelum pemanas
dinyalakan.
3. Nyalakan pemanas, tiap kenaikan suhu 50 C, catat arus dan tegangannya.
4. Ketika suhu sudah menunjukkan 1000 C, matikan pemanas. Maka
suhu air dalam pemanas akan turun, untuk setiap penurunan suhu
50 C, catat arus dan tegangannya.
5. Ulangi langkah 1 .. 4 untuk kawat tembaga.
13
3 Koefisien Panas Hambatan
3.4 Tugas Pendahuluan
1. Apa yang dimaksud bahan konduktor, isolator dan semi konduktor
berdasarkan hambatan jenisnya? Jelaskan!
2. Bergantung pada faktor apa sajakah besar hambatan R? Apakah
tegangan dan arus berpengaruh pada hambatan R?
3. Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap hambatan jenis bahan konduktor,
isolator, semikonduktor dan superkonduktor? Jelaskan!
4. Turunkan rambatan kesalahan percobaan koefisien panas hambatan
jenis!
3.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik R terhadap T! Kemudian dengan metode regresi
linier tentukan besar koefisien panas hambatan jenis !
2. Bandingkan hasil yang diperoleh dengan perhitungan langsung!
3. Tentukan kesalahan relatif terhadap literatur!
4. Tentukan faktor-faktor yang mempengaruhi percobaan anda!
14
4 Jembatan Wheatstone
4.1 Tujuan
1. Memahami prinsip kerja jembatan Wheatstone.
2. Menyusun sendiri rangkaian jembatan Wheatstone.
3. Menentukan besarnya hambatan yang belum diketahui dengan jembatan
Wheatstone.
4. Menghitung hambatan pengganti untuk rangkaian seri dan paralel.
4.2 Dasar Teori
Hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik
yang dapat digunakan untuk mengatur besarnya arus listrik yang melewati
suatu rangkaian. Hambatan sebuah konduktor di antara dua titik
diukur dengan memasang sebuah beda potensial diantara titik-titik tersebut
dan membandingkannya dengan arus listrik yang terukur R = V
I .
Cara pengukuran hambatan listrik dengan voltmeter dan ampermeter dapat
menggunakan rangkain seperti Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.
Gambar 4.1: Pengukuran cara pertama
Dari Gambar 4.1, kita bisa mendapatkan
R =
Vac
Iac
.. RA: (4.1)
15
4 Jembatan Wheatstone
Gambar 4.2: Pengukuran cara kedua
Dan dari Gambar 4.2, kita bisa mendapatkan
R =
VAB
IA .. VAB
RV
: (4.2)
Metode jembatan Wheatstone dapat di gunakan untuk mengukur hambatan
listrik. Cara ini tidak memerlukan alat ukur voltmeter dan ampermeter,
cukup satu galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik
yang melalui suatu rangkaian. Prinsip dari rangkaian jembatan Wheatstone
diperlihatkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3: Rangkaian jembatan Wheatstone
Keterangan Gambar 4.3
16
4.2 Dasar Teori
S : Saklar penghubung.
G : Galvanometer.
E : Sumber tegangan.
Rs : Hambatan geser.
Ra,Rb : Hambatan yang diketahui nilainya
Rx : Hambatan yang ditentukan nilainya
Saat saklar S ditutup, maka arus akan melewati rangkaian. Jika jarum
galvanometer menyimpang artinya ada arus yang melewatinya, yaitu antara
titik C dan D terdapat beda potensial. Dengan mengatur besarnya
Ra, Rb dan juga hambatan geser Rs akan dapat dicapai galvanometer
G tak teraliri arus,artinya tak ada beda potensial antara titik C dan D.
Dengan demikian akan berlaku persamaan:
Rx =
Ra
Rb
Rs: (4.3)
Untuk menyederhanakan rangkaian dan untuk menghubungkan besarnya
R bergantung pada panjang penghantar, maka rangkaian jembatan
Wheatstone dapat diubah menggunakan kawat penghantar seperti Gambar
4.4
Gambar 4.4: Rangkaian jembatan Wheatstone dengan kontak geser di
atas kawat penghantar
Pada kawat penghantar AB di berikan suatu kontak geser yang berasl
dari ujung galvanometer. Gunanya untuk mengatur agar tercapai pengukuran
panjang L1 dan L2 yang akan menghasilkan arus di galvanometer
sama dengan NOL. Oleh karena itu pada kawat AB perlu di lengkapi skala
ukuran panjang. Dengan mengganti Rs dan Rb dengan kawat penghantar
17
4 Jembatan Wheatstone
maka Persamaan (4.3) dapat ditulis menjadi
Rx =
L2
L1
Ra: (4.4)
4.3 Metode Percobaan
4.3.1 Alat dan Bahan
1. Satu set rangakaian jembatan Wheatstone disusun seperti pada
Gambar 4.4.
2. DC Power Supply.
3. Galvanometer.
4. Hambatan pembanding Ra yang dapat divariasikan nilai hambatanya.
5. Hambatan yang akan diukur.
4.3.2 Prosedur Percobaan
Pengukuran Hambatan Resistor Dengan Metode Jembatan
Wheatstone
1. Hubungkan catu daya ke jaringan PLN!
2. Tempatkan kotak geser di tengah-tengah kawat hambatan!
3. Nyalakan saklar catu daya!
4. Geser kotak gesernya sehingga arus yang melalui galvanometer menjadi
nol!
5. Catat harga L1 dan L2 (sertakan ketidakpastiannya)!
6. Ulangi langkah nomor 3 .. 5 untuk harga Ra yang lain!
7. Buatlah grafik hubungan antara Ra dengan L1=L2, dari grafik tersebut
tentukan besar Rx!
18
4.4 Tugas Pendahuluan
Pengukuran Hambatan Susunan Seri
1. Ulangi langkah nomor 1 .. 7 untuk Rx yang dihubungkan seri!
2. Bandingkan hasil yang diperoleh dengan teori hambatan yang disusun
seri!
Pengukuran Hambatan Susunan Paralel
1. Ulangi langkah nomor 1 .. 7 untuk Rx yang dihubungkan paralel!
2. Bandingkan hasil yang diperoleh dengan teori hambatan yang disusun
paralel!
4.4 Tugas Pendahuluan
1. Buktikan Persamaan (4.3) dan (4.4)!
2. Jika terdapat dua resistor R disusun seri dihubungkan dengan sumber
tegangan DC sebesar V , tentukan hambatan penggantinya dan
besarnya arus tiap resistor! Bandingkan hasilnya jika resistor tersebut
disusun secara paralel!
4.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik Ra terhadap L1=L2!
2. Tentukan Rx dari grafik tersebut untuk semua percobaan!
3. Bandingkan nilai yang diperoleh dari percobaan dengan teori!
4. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi percobaan Anda!
19
5 Rangkaian RC
5.1 Tujuan
1. Mengetahui bentuk dan jenis kapasitor.
2. Memahami proses pengisian dan pengosongan kapasitor.
5.2 Dasar Teori
Rangkaian RC adalah rangkaian yang terdiri atas hambatan, R dan kapasitor,
C yang dihubungkan dengan sumber tegangan DC. Ada dua proses
dalam rangkaian RC yaitu:
Pengisian Muatan (Charge)
Gambar 5.1: Proses pengisian muatan
Pada proses pengisian diasumsikan bahwa kapasitor mula-mula tidak
bermuatan. Saat saklar ditutup pada t = 0 dan muatan mengalir melalui
resistor dan mengisi kapasitor. Berdasarkan hukukm Kirchhoff , maka
diperoleh muatan sebagai fungsi waktu sebagai:
q (t) = C
1 .. e..t=RC
= Q
1 .. e..t=RC
; (5.1)
21
5 Rangkaian RC
dengan = RC yang merupakan konstanta waktu, maka diperoleh juga
arus dan potensial pada kapasitor sebagai potensial fungsi waktu
I (t) = I0e..t= ; (5.2)
VC (t) =
1 .. e..t=
(5.3)
Plot grafik arus dan tegangan pada kapasitor sebagai fungsi waktu ketika
proses pengisian muatan adalah sebagai berikut:
Gambar 5.2: Plot grafik pengisian muatan
Pelepasan Muatan (Discharge)
Gambar 5.3: Pelepasan muatan
22
5.3 Metode Percobaan
Pada proses pelepasan muatan, potensial mula-mula kapasitor adalah
Vc = Q=C, sedangkan potensial pada resistor sama dengan nol. Setelah
t = 0, mulai tejadi pelepasan muatan dari kapasitor.
Berdasarkan hukukm Kirchhoff berlaku muatan sebagai fungsi waktu
ditulis sebagai:
q (t) = Q
1 .. e..t=RC
; (5.4)
potensial dan arus pada kapasitor sebagai fungsi waktu dapat ditulis menjadi
VC (t) =
q (t)
C
=
Q
C
e..t=RC; (5.5)
I = ..
dq
dt
=
Q
RC
e..t=RC: (5.6)
Plot grafiknya adalah sebagai berikut
Gambar 5.4: Plot grafik pelepasan muatan
5.3 Metode Percobaan
5.3.1 Alat dan Bahan
1. Kapasitor.
2. Resistor.
3. Project board.
4. Catu daya.
5. Multimeter.
23
5 Rangkaian RC
5.3.2 Prosedur Percobaan
Percobaan 1. Pengisian Muatan Listrik pada Kapasitor
Gambar 5.5: Susunan rangkaian percobaan
1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 5.5.
2. Tentukan besar R dan C.
3. Pasangkan Voltmeter pada C1.
4. Tutup saklar S1 dan catat besar tegangan pada Voltmeter setiap 5
detik sampai besar tegangan yang terukur konstan.
5. Hitung nilai waktu yang diperlukan untuk mencapai tegangan pada
kapasitor maksimum.
6. Tuliskan data diatas pada tabel data hasil percobaan.
Percobaan 2. Pengosongan Muatan Listrik pada Kapasitor
1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 5.5 dengan nilai komponen yang
sama.
2. Pasangkan Voltmeter pada C1.
24
5.4 Tugas Pendahuluan
3. Tutup saklar S1 dan tunggu hingga tegangan pada kapasitor yang
terukur pada Voltmeter maksimum.
4. Setelah VC maksimum buka saklar S1 kemudian catat besar VC
yang terukur pada Voltmeter setiap 5 detik hingga VC adalah 0
(nol).
5. Hitung nilai waktu yang diperlukan untuk mencapai tegangan pada
kapasitor maksimum.
6. Tuliskan data di atas pada tabel.
5.4 Tugas Pendahuluan
1. Buktikan Persamaan (5.1)-(5.6)!
2. Apa yang dimaksud dengan kapasitor? Bagaimana membuat kapasitor?
3. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi besar kapasitansi kapasitor?
Jelaskan!
4. Apakah besar tegangan dan arus yang diberikan berpengaruh pada
kapasitansi kapasitor?
5. Apa saja aplikasi kapasitor dalam teknologi sekarang? Jelaskan!
5.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik tegangan kapasitor terhadap waktu untuk proses pengisian
muatan kapasitor dan pengosongan muatan kapasitor! Gunakan
pendekatan regresi garis eksponensial.
2. Bandingkan hasil yang anda peroleh dari dua percobaan diatas dan
bandingkan pula dengan teori!
3. Tentukan besar konstanta waktu dari hasil percobaan dan teori!
4. Faktor-Faktor apa saja yang mempengaruhi ketelitian percobaan anda?
25
6 Ayunan Magnetik
6.1 Tujuan
Menentukan besar gaya magnet yang timbul pada kumparan berarus yang
ditempatkan pada medan magnet.
6.2 Dasar Teori
Penghantar yang dialiri arus listrik terletak di dalam medan magnet akan
mengalami gaya yang besarnya dapat dinyatakan dalam persamaan
berikut:
F = B i l sin ; (6.1)
yang mana
F : Gaya magnetik (N)
B : Besar medan magnet (Tesla)
i : Kuat arus (Ampere)
l : Panjang kawat (meter)
: sudut yang dibentuk oleh B dan l
Jika kita memiliki sebuah kawat berarus bermassa m, dan berada dalam
medan magnet maka pada kawat tersebut akan bekerja gaya-gaya sebagai
berikut:
Gambar 6.1: Gaya-gaya yang bekerja pada kumparan
27
6 Ayunan Magnetik
Berdasarkan Gambar 6.1, maka besarnya gaya magnet yang bekerja
pada kumparan adalah:
F = W tan ; (6.2)
sehingga
tan =
B i l
mg
; (6.3)
yang mana m merupakan massa kawat dan g adalah percepatan gravitasi
bumi.
6.3 Metode Percobaan
6.3.1 Alat dan Bahan
1. Magnet 2 buah
2. Baterai 1.5 Volt 4 buah
3. Amperemeter 1 buah
4. Kumparan 5 buah
5. Resistor 5 buah
6. Tiang Pengait 2 buah
7. Kabel 6 buah
8. Neraca Digital 1 buah
6.3.2 Prosedur Percobaan
Percobaan 1
1. Rangkai alat-alat percobaan seperti pada Gambar 6.2.
2. Ukur massa dan panjang kumparan, perhatikan skala nol alat ukur
sebelum digunakan dan posisi pengamatan untuk mendapatkan data
yang baik.
3. Pasang magnet di tengah tiang penyangga, sehingga magnet mengikuti
huruf U yang berotasi 90 .
4. Pasang kumparan pada tiang penyangga, sehingga kumparan melewati
bagian dalam magnet.
5. Amati apa yang terjadi pada kumparan dan amperemeter. Catat
sudut simpangan terjauh yang dbentuk oleh kumparan dan kuat
arus listrik terbesar yang ditunjukan oleh amperemeter.
28
6.3 Metode Percobaan
Gambar 6.2: Set up alat
6. Ulangi langkah 3-5 untuk hambatan yang berbeda.
7. Buatlah grafik antara tan terhadap arus i, dan tentukan besarnya
medan magnet B dan gaya magnet F.
Percobaan 2
1. Ukur massa dan panjang kumparan, perhatikan skala nol alat ukur
sebelum digunakan dan posisi pengamatan untuk mendapatkan data
yang baik.
2. Pasang magnet ditengah tiiang penyangga, sehingga magnet mengikuti
huruf U yang berotasi 90 .
3. Pasang kumparan pada tiang penyangga, sehingga kumparan melewati
bagian dalam magnet.
4. Hubungkan kabel dengan hambatan 1
, catat kuat arus yang ditunjukan
oleh amperemeter.
5. Catat sudut simpangan terjauh yang dibentuk oleh kumparan.
6. Ulangi langkah 3-5 untuk kumparan yang berbeda.
7. Buatlah grafik antara tan terhadap arus i, dan tentukan besarnya
medan magnet B dan gaya magnet F.
29
6 Ayunan Magnetik
6.4 Tugas Pendahuluan
1. Apa yang dimaksud dengan gaya magnetik?
2. Bagaimana arah dari gaya magnetik yang timbul pada sebuah kawat
berarus yang diletakan di dalam medan magnet?
3. Bagaimanakah besar gaya magnetik yang timbul pada suatu kawat
berarus yang ditempatkan pada medan magnet, jika kuat arus listrik
diperbesar?
4. Bagaimana besar gaya magnetik yang timbul pada kawat berarus
yang diletakan di dalam medan magnet, jika panjang kawat di perbesar?
5. Apakah kawat yang memiliki luas penampang homogen dan heterogen
akan menghasilkan gaya magnetik yang berbeda, jika kedua
kawat tersebut dialiri oleh kuat arus dan ditempatkan dalam medan
magnet yang sama? Jelaskan!
6. Bagaimana cara anda menentukan besar gaya magnetik untuk percobaan
1 dan 2? Apakah besar gaya magnetik yang dihasilkan dalam
kedua percobaan tersebut sama?
6.5 Tugas Akhir
1. Berdasarkan data hasil percobaan yang telah anda peroleh dari percobaan
1 dan 2, bergantung pada apa sajakah gaya magnetik?
2. Berdasarkan data hasil percobaan 1 yang telah dilakukan buat grafik
hubungan tan dan arus i, dan tentukan besar medan magnet B
dan gaya magnetik F.
3. Berdasarkan data hasil percobaan 2 yang telah dilakukan buat grafik
hubungan tan dan arus i, dan tentukan besar medan magnet B
dan gaya magnetik F.
4. Bandingkan besarnya B dan F yang diperoleh dari percobaan 1 dan
2. Apakah terdapat perbedaan? Jelaskan!
30
7 Induksi Elektromagnetik
7.1 Tujuan
1. Dapat menjelaskan bagaimana Gaya Gerak Listrik (GGL) dapat terinduksi
secara elektromagnetik dan menyebutkan faktor-faktor yang
mempengaruhinya.
2. Dapat memahami bahwa induksi elektromagnetik terjadi bila fluks
magnetik berubah terhadap waktu.
7.2 Dasar Teori
Medan listrik dan medan magnet telah diketahui dihasilkan oleh muatan
stasioner (diam) dan muatan bergerak (arus listrik). Kemudian diketahui
pula bahwa medan listrik pada konduktor dapat menghasilkan medan
magnet. Maka timbulah pertanyaan, apakah medan listrik juga dapat dihasilkan
dari medan magnet? Untuk menjawab hal ini, maka pada tahun
1931, Michael Faraday membuat sebuah percobaan sederhana, hasilnya
adalah bahwa perubahan medan magnet terhadap waktu dapat menghasilkan
medan listrik. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik. Hukum
induksi Fraday dapat ditulis sebagai “ GGL induksi pada suatu lilitan
adalah sebanding dengan rata-rata negatif perubahan fluks magnetik”.
Secara matematis ditulis sebagai
" = ..
d B
dt
: (7.1)
Tanda negatif pada Persamaan (7.1) menunjukkan arah arus induksi ditentukan
oleh Hukum Lenz sebagai berikut: “Arus induksi yang dihasilkan
oleh medan magnet memiliki arah melawan perubahan fluks magnet yang
menimbulkan arus induksi tersebut”. Untuk lilitan yang terdiri dari N loop
diperoleh
" = ..N
d B
dt
; (7.2)
31
7 Induksi Elektromagnetik
dengan fluks magnetik pada permukaan, Gambar 7.1
B = ~B ~A = B A cos : (7.3)
Gambar 7.1: Fluks magnetik
Dari Persamaan (7.1) dan (7.3) diperoleh:
" = ..
d
dt
(B A cos )
= ..
dB
dt
A cos .. B
dB
dt
cos + B A sin
d
dt
:(7.4)
Dari Persamaan (7.4), terlihat bahwa GGL induksi dapat terjadi melalui
tiga cara yaitu perubahan medan magnet, perubahaan luas kumparan
yang dipengaruhi oleh medan magnet, serta perubahan sudut antara luas
kumparan terhadap medan magnet.
Induksi medan listrik karena adanya perubahan medan magnet di dalam
bola seperti pada Gambar 7.2 dapat dirumuskan dari Hukum Faraday
sebagai
Enc =
(
r
2
dB
dt ; r < R
R2
2r
dB
dt ; r > R
(7.5)
32
7.3 Metode Percobaan
Gambar 7.2: Medan listrik dalam bola
7.3 Metode Percobaan
7.3.1 Alat dan Bahan
1. Multimeter digital
2. Kumparan dengan 500 dan 1000 lilitan
3. Magnet batang Al Ni Co
4. Catu daya
5. Inti-I
6. Kabel penghubung
7.3.2 Prosedur Percobaan
Percobaan 1: GGL terinduksi oleh medan elektromagnetik
1. Susun rangkaian seperti Gambar 7.3.
2. Pasang kumparan 500 lilitan.
3. Fungsikan multimeter digital sebagai ammeter dengan batas ukur
200 A DC.
33
7 Induksi Elektromagnetik
Gambar 7.3: Rangkaian alat percobaan 1
4. Sambil mengamati ammeter, gerakan batang magnet ke dalam kumparan.
Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data.
5. Sambil mengamati ammeter, gerakan batang magnet ke luar kumparan.
Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data.
6. Ulangi langkah 4 dan 5 untuk gerakan magnet yang lebih cepat.
Catat hasil pengamatan Anda pada tabel data.
7. Ganti kumparan 500 lilitan dengan kumparan 1000 lilitan, kemudian
ulangi langkah 4 sampai 6. Catat hasil pengamatan Anda pada tabel
data.
Percobaan 2: Induksi elektromagnetik terjadi bila fluks magnetik
berubah terhadap waktu (DC)
1. Susun rangkaian seperti Gambar 7.4.
2. Pastikan catu daya mati dan pilih tegangan keluaran 6 V DC.
3. Fungsikan multimeter digital sebagai ammeter dengan batas ukur
200 A DC.
4. Tempatkan kumparan 500 lilitan dan 1000 lilitan sejajar satu sama
lain seperti ditunjukkan Gambar 7.5.
5. Hubungkan kumparan 500 lilitan ke catu daya dan yang lainnya ke
ammeter.
34
7.3 Metode Percobaan
Gambar 7.4: Rangkaian alat percobaan 2
6. Nyalakan catu daya.
7. Amati arus dan catat pada tabel data.
8. Masukka inti-I ke dalam kumparan.
9. Ulangi langkah 6 dan 7. Apabila arus melebihi batas ukur ammeter,
pindahkan tombol pemilih ke batas ukur yang lebih besar.
10. Matikan catu daya.
11. Keluarkan inti-I dari dalam kumparan.
Percobaan 3: Induksi elektromagnetik terjadi bila fluks magnetik
berubah terhadap waktu (AC)
1. Susun rangkaian seperti Gambar 7.5.
2. Pilih keluaran catu daya 6 V AC 3.
3. Fungsikan multimeter digital sebagai ammeter dengan batas ukur
200 mA AC.
4. Nyalakan catu daya.
5. Amati arus yang ditunjukkan ammeter dan catat arus pada tabel
data.
35
7 Induksi Elektromagnetik
Gambar 7.5: Percobaan 3
6. Matikan catu daya dan masukkan inti-I ke dalam kumparan.
7. Ulangi langkah 4 dan 5. Jika arus melebihi batas ukur ammeter,
pindahkan tombol pemilih ke batas ukur yang lebih besar.
7.4 Tugas Pendahuluan
1. Buktikan Persamaan (7.5)!
2. 2. Apa pengaruh inti besi terhadap garis gaya magnet pada sebuah
kumparan yang diberi arus listrik?
3. Jelaskan prinsip kerja generator berdasarkan Hukum Induksi Faraday!
7.5 Tugas Akhir
GGL terinduksi oleh medan elektromagnetik
Buatlah suatu ringkasan berkaitan dengan faktor-faktor yang mempengaruhi
besarnya GGL elektromagnetik yang dihasilkan berkaitan dengan kecepatan
gerakan magnet masuk atau keluar kumparan.
36
7.5 Tugas Akhir
Induksi elektromagnetik terjadi bila fluks magnetik
berubah terhadap waktu (DC dan AC)
1. Apa yang terjadi apabila medan magnet yang melingkupi kumparan
berubah?
2. Bagaimana pengaruh inti besi terhadap induksi electromagnet yang
terjadi?
3. Apa pengaruhnya arus input (DC atau AC) terhadap arus di kumparan
1000 lilitan?
37
8 Gaya Lorentz Kawat Berarus
Listrik
8.1 Tujuan
1. Memahami konsep gaya Lorentz pada kawat berarus listrik
2. Menentukkan besar gaya Lorentz dan medan magnet.
8.2 Dasar Teori
Gaya magnet pada kawat konduktor dengan panjang dan luas penampang
A, terlihat pada Gambar 8.1. Muatan bergerak dengan kecepatan drift
~vd, jika n adalah banyaknya muatan persatuan volume maka muatan total
pada kawat konduktor tersebut sebesar
Qtot = q (nAl) : (8.1)
Gambar 8.1: Gaya magnet pada kawat berarus disekitar medan magnet
Sehingga gaya untuk segmen kawat tersebut adalah
39
8 Gaya Lorentz Kawat Berarus Listrik
FB = Qtot ~vd ~B
= q nAl
~vd ~B
= I
~l
~B
; (8.2)
yang mana I = n q ~vd A dan ~l adalah vektor panjang kawat dengan panjang
searah dengan arah arus listrik. Untuk kawat yang tidak lurus besarnya
gaya magnetik dapat diperoleh dengan menjumlahkan gaya magnet
pada semua segmen yang membentuk kawat tersebut.
Gambar 8.2: Gaya magnet pada kawat berarus
Gaya magnetik pada kawat Gambar 8.2 untuk tiap segmen adalah
d ~FB = I d~S ~B ; (8.3)
dengan integrasi diperoleh gaya magnet yang dialami kawat tersebut sebesar:
~FB = I
b
a
d~S
~B = I~l ~B ; (8.4)
dengan vektor panjang adalah vektor dari a ke b.
8.3 Metode Percobaan
8.3.1 Alat dan Bahan
1. Statif.
40
8.3 Metode Percobaan
2. Neraca pegas.
3. Kawat tembaga.
4. Magnet U.
5. Kabel penghubung.
6. Benang.
7. Catu daya.
8. Multimeter.
9. Jangka sorong.
8.3.2 Prosedur Percobaan
Gambar 8.3: Set up peralatan gaya Lorentz
1. Set up peralatan seperti Gambar 8.3.
2. Ukur ketebalan magnet U dengan jangka sorong dan catat sebagai
l.
3. Ukur arus dari catu daya.
4. Ukur dan catat berat kawat konduktor dengan neraca pegas saat
catu daya off dan saat catu daya on.
5. Ulangi langkah 2 .. 4 untuk besar arus yang berbeda.
41
8 Gaya Lorentz Kawat Berarus Listrik
8.4 Tugas Pendahuluan
1. Jika ada tiga buah sinar alpha, beta dan gamma awalnya bergerak
dari barat ke timur memasuki ruangan yang dipengaruhi medan
magnet dari utara ke selatan, kemanakah arah masing-masing sinar
sekarang? Jelaskan!
2. Sebuah kawat berarus listrik membentuk loop diletakan disekitar
medan magnet, tentukan gaya magnetik total pada kawat! Jelaskan!
3. Sebutkan dan jelaskan aplikasi adanya gaya Lorentz dalam teknologi!
4. Jelaskan faktor apa saja yang mempengaruhi besar gaya magnetik
pada kawat berarus listrik!
8.5 Tugas Akhir
1. Tentukan besar gaya Lorentz yang merupakan selisih gaya berat
ketika catu daya off dan on!
2. Buatlah grafik antara gaya Lorentz dan arus listrik, kemudian dengan
pendekatan regresi linier tentukan besar medan magnet dari
magnet U!
3. Faktor apa sajakah yang mempengaruhi percobaan anda!
42
9 Osiloskop
9.1 Tujuan
1. Menerangkan bagian-bagian dan fungsi osiloskop, serta mengetahui
prinsip kerjanya.
2. Menggunakan osiloskop untuk mengukur tegangan DC dan AC (frekeuensi/
periode, amplitudo dan tergangan puncak-ke-puncak /Vpp).
3. Menggambar Lissajous.
9.2 Dasar Teori
Osiloskop adalah alat yang digunakan untuk menganalisa tingkah laku besaran
yang berubah-ubah terhadap waktu, yang ditampilkan pada layar.
Dalam osiloskop terdapat tabung panjang yang disebut tabung sinar katode
atau Cathode Ray Tube (CRT). Bagian-bagian pokok CRT seperti
tampak pada Gambar 9.1.
Gambar 9.1: Bagian-bagian pokok tabung sinar katoda
Keterangan:
1. Pemanas/filamen.
43
9 Osiloskop
2. Katoda.
3. Kisi pengatur.
4. Anoda pemusat.
5. Anoda pemercepat.
6. Pelat untuk simpangan horisontal.
7. Anoda untuk simpangan vertikal.
8. Lapisan logam.
9. Berkas sinar elektron.
10. Layar fluorosensi.
Pengukuran tegangan menggunakan multimeter, maka tampilan nilai tegangan
pada multimeter dapat dianggap menunjukkan nilai tegangan yang
sebenarnya. Tapi tidak halnya untuk sumber tegangan AC. Karena seperti
diketahui bahwa tegangan AC merupakan tegangan dengan fungsi dari
waktu. Oleh karena itu dikenal istilah tegangan maksimum dan tegangan
efektif yang memenuhi persamaan:
Veff =
s
V 2
maks
2
=
V 2
mpaks
2
: (9.1)
Untuk menghitung beda fase dari dua sinyal gelombang dapat di lakukan
dengan mensuperposisikan dua sinyal gelombang tersebut. Pada osiloskop
dapat dilakukan dengan membuat gelombang Lissajous. Dari Lissajous
(Gambar 9.2) yang terbentuk dapat dihitung beda fase sebagai berikut
sin = A
B, sehingga = arcsin A
B.
9.3 Metode Percobaan
9.3.1 Alat dan Bahan
1. Osiloskop GOS 622G.
2. Function Generator FG-350.
3. Kabel penghubung.
44
9.3 Metode Percobaan
Gambar 9.2: Lissajous
4. Multimeter.
5. Seperangkat baterai sebagai sumber arus DC.
6. 6. Kertas grafik (bawa sendiri).
9.3.2 Prosedur Percobaan
Mempelajari Bagian-bagian Osiloskop dan Fungsinya
Secara rinci panel dan modus osiloskop terdiri dari:
1. Layar display.
2. Tombol ON-OFF.
3. Pengatur intensitas.
4. Pengatur fokus.
5. Sumber tegangan 2 Vp..p.
6. Pemilih kecepatan horisontal.
7. Penggeser gambar arah horizontal.
8. Input Channel-1.
9. Pengatur nilai skala vertikal Channel-1.
45
9 Osiloskop
10. Penggeser arah gambar vertikal Channel-1.
11. Input Channel-2.
12. Pengatur nilai skala vertikal Channel-1.
13. Penggeser gambar vertikal Channel-1.
14. Pemilih channel dan modus kerja osiloskop.
15. Tombol AUTO harus selalu dalam keadaan tertekan.
16. Pengatur TRIGGER harus selalu terputar habis ke kiri.
TP1: Mintalah pada assisten untuk menunjukan tiap bagian beserta fungsinya!
Sebelum melakukan pengukuran lakukanlah langkah-langkah kerja sebagai
berikut:
1. Hubungkan osiloskop dengan sumber arus PLN.
2. Hidupkan osiloskop dengan saklar POWER yang ditandai dengan
menyalanya lampu indikator.
3. Pilih LINE pada mode SOURCE, atur POSITION baik VERTIKAL
maupun HORISONTAL, atur FOKUS dan INTENSITAS untuk mendapatkan
gambar yang jelas.
4. Lakukan kalibrasi untuk memastikan bahwa osiloskop tersebut masih
layak pakai.
Mengukur Tegangan Arus Searah (DC)
TP.2: Ukurlah terlebih dulu dengan multimeter, batterey tunggal, terhubung
seri dan terhubung parallel!
TP.3: Lakukan langkah-langkah berikut untuk mengukur tegangan baterai
dengan menggunakan osiloskop.
1. Pilih mode SOURCE pada LINE.
2. Pilh mode COUPLING pada DC.
3. Pilih DC pada tombol AC-DC.
46
9.3 Metode Percobaan
4. Siapkan baterai yang akan diukur.
5. Dengan kabel penghubung, hubungkan battery dengan CH-2.
6. Hal yang perlu diperhatikan sebelum mengukur adalah meletakkan
nilai 0 pada layar sebaik mungkin.
7. Variasikan VOLTS/DIV pada angka 1, 1.5, 2.
8. Catat semua hasil pengukuran yang anda dapatkan.
Mengukur Tegangan AC
TP.4: Lakukan langkah-langkah sebagai berikut untuk mengukur tegangan
AC:
1. Pilih mode SOURCE pada LINE.
2. Pilih mode COUPLING pada AC.
3. Pilh AC pada tombol AC-DC.
4. Hubungkan CH-2 dengan output pada Function Generator.
5. Pilih bentuk grafik sinusoidal pada waveform Function Generator.
6. Mintalah persetujuan assisten sebelum anda menghidupkan Function
Generator.
a) Untuk mendapatkan bentuk gelombang yang mudah dianalisa
aturlah frekuensi gelombang dengan mode frekuensi yang ada
pada Function Generator.
b) Hitung Vmaks, Veff , dan Vp..p serta frekuensi dan periodenya.
Variasikan VOLTS/DIV pada angka 1, 1.5, 2 dan TIME/DIV
pada angka 1, 1.5, 2.
7. Catat semua hasil yang anda dapatkan.
Menggambar Lissajous dan Menghitung Beda Fase
TP. 5: Lakukan langkah seperti pada pengukuran tegangan AC hanya
saja tekan kembali tombol X-Y. Atur frekuensi yang didapatkan, sehingga
di dapat gambar Lissajous yang paling baik dan mudah dianalisa. Gambar
gelombang Lissajous yang anda dapatkan pada kertas grafik yang anda
bawa, analisa untuk mendapatkan beda fase.
47
9 Osiloskop
9.4 Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan bagaimana prinsip kerja dari tabung sinar katoda sampai
bisa terbentuk pola gelombang pada layar osiloskop!
2. Tulis dan lukiskan persamaan gelombang sinus yang merambat dalam
arah sumbu x positif dan jelaskan masing-masing simbol yang
digunakan!
3. Jelaskan arti istilah-istilah berikut:
a) Amplitudo gelombang.
b) Frekuensi gelombang.
c) Periode gelombang.
d) Fasa dan beda fasa.
e) Tegangan puncak ke puncak (Vpp).
4. Apakah yang dimaksud dengan tegangan maksimum, tegangan effektif
dan tegangan puncak ke puncak?
5. Jelaskan bagaimana bisa terbentuk gelombang Lissajous!
48
10 Prinsip Kerja Motor Listrik
DC
10.1 Tujuan
1. Mampu memahami prinsip kerja motor listrik DC.
2. Mampu memahami hubungan tegangan yang diberikan dengan kecepatan
putar motor listrik DC.
3. Menentukan efisiensi kerja motor listrik DC.
10.2 Dasar Teori
Generator AC
Aplikasi penting dari Hukum induksi Faraday adalah pada generator dan
motor. Generator mengubah gerak menjadi listrik, sebaliknya motor mengubah
listrik menjadi gerak. Gambar 10.1 adalah skema generator AC sederhana
Gambar 10.1: Generator AC
49
10 Prinsip Kerja Motor Listrik DC
Pada Gambar 10.1 terlihat terdapat N buah lilitan loop yang dapat
berotasi pada medan magnet seragam. Ketika loop digerakan berputar
oleh turbin maka akan terjadi perubahan fluks magnetik terhadap waktu
yang menghasilkan GGL induksi. Besarnya fluks pada loop adalah
B = ~B ~A = B A cos = B A cos !t: (10.1)
Untuk N buah lilitan loop maka terbentuk GGL induksi pada loop sebesar:
= ..N
d B
dt
= N B A sin !t: (10.2)
Jika generator dihubungkan dengan rangkaian resistor maka daya pada
rangkaian adalah sebesar:
P = I j j =
(N B A!)2
R
sin2 !t; (10.3)
yang perlu diperhatikan generator hanyalah sebuah konverter energi yang
mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Usaha mekanik diperlukan
untuk memutar poros generator. Usaha mekanik ini biasanya dilakukan
oleh air terjun atau turbin uap yang bahan bakarnya berasal dari bahan
baker fosil atau dari reaktor nuklir. Untuk menghasilkan daya pada
Persamaan (10.3) turbin perlu digerakan dengan torsi sebesar:
= B sin = B sin !t: (10.4)
Torsi ini akan memberikan daya mekanik untuk menggerakkan loop sebesar:
Pm = ! = B ! sin !t; (10.5)
jika momen dipol pada loop sebesar:
= N I A =
N2 A2 B !
R
sin !t: (10.6)
Maka besarnya daya mekanik (Persamaan (10.5)) menjadi:
Pm =
N2 A2 B !
R
sin !t
B ! sin !t
=
(N AB !)2
R
sin2 !t: (10.7)
Besarnya daya mekanik ini ekivalen dengan besarnya daya listrik output
pada rangkaian yang dihasilkan generator.
50
10.2 Dasar Teori
Generator DC
Sebuah generator DC dapat digambarkan dalam skema pada Gambar 10.2.
Secara umum komponen generator DC ini memiliki kesamaan dengan generator
AC, kecuali pada kontak loop dibuat sebuah cincin terpisah yang
disebut komutator.
Gambar 10.2: Generator DC
Dalam konfigurasi ini, tegangan output memiliki polaritas dan pulsa
yang sama terhadap waktu. Seperti terlihat pada Gambar 10.2. kita
dapat memahaminya karena tidak adanya kontak antara cincin komutator
menyebabkan pembalikan tegangan tiap setengah putaran. Pada saat
yang sama, polaritas GGL induksi dibalikkan. Kemudian, polaritas cincin
komutator yang memiliki polaritas yang sama dengan tegangan output
memiliki kesamaan dengan polaritas GGL induksi.
Motor Listrik DC
Berkebalikan dari generator listrik seperti yang diperlihatkan pada Gambar
10.3 di bawah. Pada sebuah motor listrik DC sederhana terdapat tiga
komponen penting sebagai berikut:
1. Stator yang merupakan magnet permanent penghasil medan magnet.
2. Armature atau rotor yang merupakan loop kawat konduktor yang
dapat berputar.
3. Komutator merupakan cincin belah yang berfungsi sebagai penyearah
arus.
51
10 Prinsip Kerja Motor Listrik DC
Gambar 10.3: Motor listrik DC
Ketika loop kawat dihubungkan dengan sumber tegangan DC, maka
elektron akan melalui kawat searah jarum jam (Gambar 10.3) sehingga
pada kawat akan bekerja gaya magnet. Sesuai aturan tangan kanan,
elektron pada kawat kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan elektron
pada kawat bagian kiri akan mengalami gaya ke bawah, Resultan gaya ini
akan menyebabkan loop berputar searah jarum jam.
Jika rotasi loop kontinu, arah gerak elektron pada loop haruslah berubah
setiap setengah rotasi. Untuk membuat hal ini, loop dihubungkan dengan
komutator. Komutator adalah cincin logam terbelah yang dipasang meyentuh
loop dan tiap bagiannya dihubungkan dengan sumber tegangan.
Tiap setengah putaran maka ujung loop akan menyentuh bagian komutator
yang berbeda, yang merubah arah gerakan elektron. Ketika sistem
dihubungkan dengan sumber tegangan maka loop akan berputar dalam
satu arah dan inilah yang menjadi prinsip motor listrik sederhana.
10.3 Metode Percobaan
10.3.1 Alat dan Bahan
1. Motor listrik DC dan cincin pemutar.
2. Catu daya DC dan multimeter.
3. Statif.
4. Penggaris dan jangka sorong.
52
10.3 Metode Percobaan
5. Beban logam dan neraca analitik.
6. Benang.
7. Kabel penghubung.
10.3.2 Prosedur Percobaan
Gambar 10.4: Set up alat percobaan motor listrik
1. Ukur dan catatlah massa beban logam dengan neraca analitik.
2. Ukur dan catatlah diameter cincin pemutar dengan jangka sorong.
3. Set up peralatan seperti Gambar 10.4.
4. Catat posisi awal beban logam ketika catu daya off.
5. Ketika catu daya on, catatlah tegangan dan arus listrik catu daya
dan posisi beban logam untuk waktu t yang berbeda-beda.
6. Ulangi langkah 4 .. 5 untuk tegangan catu daya yang berbeda.
53
10 Prinsip Kerja Motor Listrik DC
10.4 Tugas Pendahuluan
1. Apa yang dimaksud dengan arus AC dan DC? Jelaskan!
2. Jelaskan hukum induksi Faraday!
3. Jelaskan aplikasi induksi Faraday pada gitar listrik!
4. Bagaimana cara mengukur efisiensi motor listrik? Jelaskan!
10.5 Tugas Akhir
1. Buatlah grafik hungan antara GGL baterai dan kecepatan putar
!!
2. Dari grafik .. !, simpulkan hubungan antara GGL baterai dan
kecepatan putar !
3. Buatlah grafik antara daya input dan daya output! Serta tentukan
efisiensinya!
4. Berapakah besarnya kehilangan daya? Kemanakah daya yang hilang
tersebut? Jelaskan!
54
11 Pemantulan dan Pembiasan
11.1 Tujuan
1. Melukis jalannya sinar pada pemantulan dan pembiasan cahaya.
2. Menentukan besar fokus cermin cekung dan cembung.
3. Menentukan besar fokus lensa cekung dan cembung.
11.2 Dasar Teori
Pemantulan Cahaya
Cahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai suatu benda.
Pemantulan cahaya sesuai dengan hukum pemantulan yang dikemukakan
oleh Snellius yaitu:
1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang
datar.
2. Sudut datang ( i) = sudut pantul ( r).
Pemantulan Cahaya oleh Cermin Cekung
Cermin cekung adalah cermin lengkung dengan lapisan mengkilap pada
bagian dalam. Cermin cekung memiliki sifat mengumpulkan cahaya (konvergen).
Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung:
1. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
2. Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin dipantulkan melalui
titik itu juga.
55
11 Pemantulan dan Pembiasan
Gambar 11.1: Pemantulan Cahaya
Gambar 11.2: Pemantulan Cahaya oleh Cermin Cekung
Pemantulan Cahaya oleh Cermin Cembung
Cermin cembung adalah cermin lengkung dengan lapisan cermin di bagian
luar. Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya (divergen). Sinarsinar
Istimewa pada cermin cembung:
1. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal
dari titik fokus.
2. Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin dipantulkan melalui
titik itu juga.
Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya adalah pembelokan arah rambat cahaya. Pembiasan
cahaya terjadi jika cahaya merambat dari suatu medium menembus ke me-
56
11.2 Dasar Teori
Gambar 11.3: Pemantulan oleh Cermin Cembung
dium lain yang memiliki kerapatan yang berbeda. Hukum Snellius untuk
pembiasan:
n1 sin 1 = n2 sin 2; (11.1)
Gambar 11.4: Peristiwa pembiasan cahaya
Pembiasan oleh Lensa Cembung
Lensa cembung biasa disebut juga lensa positif atau lensa konvergen atau
lensa konvex. Lensa cembung memiliki ciri tebal di bagian tengah. Sinarsinar
istimewa pada lensa cembung:
1. Sinar sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
2. Sinar melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui titik pusat optik tidak dibiaskan.
57
11 Pemantulan dan Pembiasan
Gambar 11.5: Pembiasan oleh lensa cembung
Pembiasan oleh Lensa Cekung
Lensa cekung biasa disebut juga lensa negatif atau lensa divergen atau
lensa concave. Lensa cekung memiliki ciri lebih tipis pada bagian tengah.
Sinar-sinar Istimewa pada lensa cekung:
1. Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik
fokus.
2. Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus dibiaskan sejajar sumbu
utama.
3. Sinar datang melalui pusat optik tidak dibiaskan.
Gambar 11.6: Pembiasan oleh lensa cekung
58
11.3 Metode Percobaan
Metode Gauss
Untuk menghitung pembentukan bayangan dan juga perbesaran cermin
dalam optika geometrik digunakan rumus Gauss:
1
f
=
1
s
+
1
s0 ; (11.2)
yang mana f adalah fokus cermin, s jarak sumber ke cermin dan s0 jarak
cermin ke bayangan. Selain itu hubungan antara fokus dengan jari-jari
cermin adalah f = R=2.
Metode Bessel
untuk lensa cembung menggunakan Persamaan (11.1) dengan memodifikasi
prosedur melalui dua kali pengukuran (Gambar ) Dengan menggunakan
jarak antara benda dan layar L yang tetap akan dibentuk 2 bayangan
terang, sehingga Persamaan (11.1) yang digunakan menjadi:
f =
(L .. X) (L + X)
4L
(11.3)
=
L2 .. X2
4L
: (11.4)
11.3 Metode Percobaan
11.3.1 Alat dan Bahan
1. Mistar 30 cm 1 buah
2. Bangku optik berskala 1 set
3. Layar 1 buah
4. Sumber cahaya 1 buah
5. Pemegang cemin/lensa 1 buah
6. Kertas grafik 1 lembar
7. Cermin cembung 1 buah
8. Cermin cekung 1 buah
9. Lensa cembung 1 buah
10. Lensa cekung 1 buah
11. Catu daya 1 buah
59
11 Pemantulan dan Pembiasan
Gambar 11.7: Set up percobaan pemantulan cermin cekung
11.3.2 Prosedur Percobaan
Pemantulan Cermin Cekung
1. Rangkai peralatan seperti Gambar 11.7.
2. Nyalakan sumber cahaya, aturlah posisi layar sehingga terbentuk
bayangan terang.
3. Catat jarak cermin cekung ke sumber cahaya sebagai jarak benda s
dan jarak cermin ke layar sebagai jarak bayangan nyata s0.
4. Ulangi langkah 2-3 untuk posisi cermin yang berbeda.
Pemantulan Cermin Cembung
Gambar 11.8: Set up alat percobaan cermin cembung
1. Set up peralatan seperti Gambar 11.8.
2. Nyalakan sumber cahaya, aturlah posisi layar 1 sehingga terbentuk
bayangan terang.
3. Pasang layar 2 bersebelahan dengan sumber cahaya dan letakkan
cermin cembung diantara lensa + dan layar 1 seperti pada Gambar
11.9.
60
11.3 Metode Percobaan
Gambar 11.9: Gambar langkah 3 percobaan cermin cembung
4. Aturlah posisi cermin cembung sehingga tampak bayangan terang
pada layar 2.
5. Ukur dan catatlah jarak cermin cembung terhadap layar 1 sebagai
jari-jari kelengkungan cermin cembung R.
6. Ulangi langkah 2 .. 5 untuk posisi lensa + yang berbeda-beda.
Pembiasan Lensa Cembung Metode Gauss
Gambar 11.10: Set up alat pembiasan lensa cembung metode Gauss
1. Set up peralatan seperti Gambar 11.10.
2. Nyalakan sumber cahaya, aturlah posisi layar sehingga terbentuk
bayangan terang.
3. Catat jarak lensa + ke sumber cahaya sebagai jarak benda s dan
jarak lensa + ke layar sebagai jarak bayangan nyata s0.
4. Ulangi langkah 2 .. 3 untuk posisi cermin yang berbeda.
61
11 Pemantulan dan Pembiasan
Gambar 11.11: Set up alat pembiasan lensa cekung metode Gauss
Pembiasan Lensa Cekung Metode Gauss
1. Set up peralatan seperti Gambar 11.11, aturlah posisi layar 1 sehingga
terbentuk bayangan terang pada layar 1, tandai posisi layar
1 tersebut.
2. Pasang lensa cekung (..) diantara lensa cembung (+) dan layar 1,
sehingga bayangan menjadi kabur pada layar 1, kemudian geserlah
layar sampai terbentuk bayangan terang dan catatlah posisi layar
sebagai posisi layar 2.
3. Ukur dan catat jarak lensa cekung (..) terhadap posisi layar awal
(layar 1) sebagai jarak benda maya –s, serta ukur dan catatlah jarak
lensa cekung terhadap posisi layar setelah digeser (layar 2) sebagai
jarak bayangan nyata s0.
4. Ulangi langkah 1..3 untuk posisi lensa cekung yang berbeda-beda.
Pembiasan Lensa Cembung Metode Bessel
Gambar 11.12: Set up alat pembiasan lensa cembung metode Bessel
1. Set up peralatan seperti Gambar 11.12.
62
11.4 Tugas Pendahuluan
2. Ambil sembarang jarak L, gerakkan lensa untuk mendapatkan bayangan
terang pertama yang nampak pada layar.
3. Ukur dan catat jarak benda ke lensa (a cm).
4. Dengan jarak L yang tetap, gerakkan lensa hingga mendapatkan
bayangan terang ke dua yang nampak pada layar.
5. Ukur dan catat jarak benda ke lensa (b cm).
6. Ulangi langkah 2 .. 5 untuk L yang berbeda beda hingga 5 kali
pengukuran.
7. Tulis perolehan data eksperimen anda ke tabel yang sudah tersedia.
11.4 Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan sifat bayangan dari cermin datar dan cermin cembung!
2. Apakah panjang gelombang dan cepat rambat cahaya berubah ketika
terjadi pemantulan? Jelaskan pula untuk pembiasan cahaya!
3. Jelaskan hukum Snellius untuk pembiasan!
4. Jika sebuah cermin cekung memiliki jarak fokus 20 cm, maka jelaskan
sifat bayangan untuk:
a) Jarak benda 10 cm.
b) Jarak benda 20 cm.
c) Jarak benda 25 cm.
d) Jarak benda 40 cm.
5. Jelaskan aplikasi lensa cembung dan lensa cekung!
11.5 Tugas Akhir
Pemantulan Cermin Cekung
1. Buatlah grafik 1=s dan 1=s’, kemudian tentukan jarak fokusnya!
2. Bandingkan dengan perhitungan langsung dan rambatan kesalahannya.
3. Tentukan ketelitian percobaan anda!
63
11 Pemantulan dan Pembiasan
Pemantulan Cermin Cembung
1. Hitunglah jarak fokus dari nilai jari-jari kelengkunganya.
2. Tentukan kesalahan dan ketelitian percobaan anda!
Pembiasan Lensa Cembung Metode Gauss
1. Buatlah grafik 1=s dan 1=s’, kemudian tentukan jarak fokusnya!
2. Bandingkan dengan perhitungan langsung dan rambatan kesalahannya.
3. Tentukan ketelitian percobaan anda!
Pembiasan Lensa Cekung Metode Gauss
1. Buatlah grafik 1=s dan 1=s’, kemudian tentukan jarak fokusnya!
2. Bandingkan dengan perhitungan langsung dan rambatan kesalahannya.
3. Tentukan ketelitian percobaan anda!
Pembiasan Lensa Cembung Metode Bessel
1. Tentukan besar jarak fokus sesuai Persamaan (11.4)!
2. Tentukan ketelitian percobaan anda!
64
12 Difraksi dan Deviasi Optika
12.1 Tujuan
1. Menentukan panjang gelombang cahaya lampu berdasarkan peristiwa
difraksi oleh kisi difraksi.
2. Menentukan sudut deviasi minimum prisma.
3. Menentukan indeks bias prisma.
12.2 Dasar Teori
Difraksi Cahaya oleh Kisi
Kisi difraksi dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang sebuah
sumber cahaya. Kisi difraksi merupakan lapisan tipis yang terdiri
dari banyak sekali celah yang dibuat dengan alat yang sangat teliti, sehingga
jika kita lihat dengan mata biasa, celah-celah yang sangat bayak
itu tidak akan terlihat. Celah-celah pada kisi tersebut memiliki jarak yang
sama satu sama lain dan jumlah dari celah (grating) biasanya sangat banyak
mencapai 1000 sampai 10.000 setiap milimeternya. Artinya dalam
1 milimeter terdapat celah sejumlah 1000 sampai 10.000 buah. Dengan
demikian jika jarak antar celah disimbolkan dengan d dan konstanta kisi
sama dengan N, maka:
d =
1
N
: (12.1)
Sumber-sumber difraksi tersebut akan saling berinterferensi satu sama
lain sehingga menimbulkan pola interferensi pada layar seperti pada Gambar
12.2.
Pola interferensi akan mengikuti persamaan berikut:
d sin = n ; (12.2)
dalam percobaan kita ambil n = 1. Dari persamaan tersebut kita dapat
menghitung panjang gelombang sumber cahaya jika sudut dan d
diketahui.
65
12 Difraksi dan Deviasi Optika
Gambar 12.1: Pola interferensi pada kisi
Gambar 12.2: Pola interferensi pada kisi
Deviasi Cahaya oleh Prisma
Seperti balok kaca, prisma juga merupakan benda bening yang terbuat dari
kaca. Bentuknya bermacam-macam, diantaranya seperti terlihat pada
Gambar 12.3. Kegunaannya antara lain untuk mengarahkan berkas cahaya,
mengubah dan membalik letak bayangan serta menguraian cahaya
putih menjadi warna spektrum (warna pelangi).
Anggaplah medium sekeliling prisma adalah udara. Berkas cahaya yang
memasuki prisma dengan sudut dating tertentu akan dibiaskan dua kali.
Pertama saat memasuki prisma dari udara, kedua saat akan keluar dari
dalam prisma. Pada pembiasan pertama berkas cahaya datang dibiaskan
mendekati garis normal, sedangkan pada pembiasan kedua berkas cahaya
66
12.2 Dasar Teori
Gambar 12.3: Jenis-jenis prisma
dibiaskan menjauhi garis normal. Seperti telah anda ketahui, ini terjadi
karena indeks bias prisma lebih besar dari indeks bias udara.
Gambar 12.4: Pembiasan pada prisma menyebabkan cahaya terdeviasi dengan
sudut deviasi
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpanjangan berkas
cahaya dating dan berkas cahaya yang keluar dari prisma seperti terlihat
pada Gambar 12.4. Sudut deviasi minimum, adalah sudut deviasi terkecil
yang bias dihasilkan oleh prisma. Saat terjadi deviasi minimum berlaku
persamaan:
n1 sin
m +
2
= n2 sin
2
; (12.3)
yang mana n1 merupakan indeks bias medium, n2 indeks bias prisma, m
sudut deviasi minimum dan adalah sudut pembias prisma. Jika n1 udara
maka diperoleh persamaan:
nprisma =
sin
m+
2
sin
2
: (12.4)
67
12 Difraksi dan Deviasi Optika
Maka dengan mengukur deviasi minimum indeks bias prisma dapat dihitung.
12.3 Metode Percobaan
12.3.1 Alat dan Bahan
1. Sumber cahaya.
2. Kisi difraksi.
3. Prisma.
4. Layar.
5. Meteran.
6. Penggaris.
12.3.2 Prosedur Percobaan
Difraksi Cahaya oleh Kisi
Gambar 12.5: Skema pengukuran difraksi kisi
1. Set up peralatan seperti Gambar 12.5.
2. Nyalakan sumber cahaya dan arahkan pada bagian tengah kisi dan
aturlah jarak L sehingga terbentuk pola interferensi pada layar seperti
Gambar 12.2.
3. Geser-geserkan kedudukan cahaya dan celah tunggal sampai dilayar
terlihat adanya garis terang dan gelap yang paling tajam, ukur dan
catatlah jarak L ini.
68
12.3 Metode Percobaan
4. Ukur dan catat X yakni jarak pusat pola terang ke salah satu terang
pertama, yang berada disebelah kanan atau sebelah kiri pusat
terang.
5. 5. lakukan pengukuran ini sebanyak 5 kali percobaan agar diperoleh
data yang baik.
Deviasi Cahaya oleh Prisma
Gambar 12.6: Skema pengukuran deviasi prisma
1. Set up peralatan seperti Gambar 12.6.
2. Pertama ambilah prisma sehingga berkas cahaya tertangkap oleh
layar berupa titik atau bulatan terang lalu tandailah dengan menggunakan
pensil, dan catatlah jarak L antara posisi prisma terhadap
layar.
3. Kemudian pasanglah kembali prisma dan arahkan cahaya pada salah
satu sisi dari prisma maka titik terang tadi sekarang akan bergeser
atau terdeviasi.
4. Putarlah layar perlahan-lahan sehingga cahaya terdeviasi pada layar
mendekat ke titik terang awal yang sudah ditandai, tandailah titik
terang tadi saat jaraknya paling dekat dengan titik terang awal.
Kemudian ukurlah jarak kedua titik terang tersebut dan catatlah
sebagai nilai X.
5. Lakukan percobaan tersebut diatas 5 kali.
69
12 Difraksi dan Deviasi Optika
12.4 Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan apa yang dimaksud pembiasan, pemantulan, dispersi, difraksi,
interferensi dan deviasi!
2. Jelaskan proses terjadinya pelangi!
3. Buktikan Persamaan (12.3) dan (12.4)!
4. Jika diketahui pada percobaan difraksi kisi, bahwa jarak kisi ke layar
L adalah 50 cm, sedangkan jarak titik terang pusat ketitik terang
pertama X adalah 1 cm,. Apabila kisi memiliki 10000 celah tiap
cm, hitunglah panjang gelombang cahaya tersebut!
5. Jika diketahui pada percobaan deviasi prisma, jarak prisma ke layar
L adalah 100 cm, sedangkan jarak titik terang awal ke titik terang
terdeviasi terdekat X adalah 50 cm, hitunglah indeks bias prisma,
jika sudut pembias prisma adalah 600.
12.5 Tugas Akhir
Difraksi Cahaya oleh Kisi
1. Hitunglah nilai d dari Persamaan (12.1).
2. Hitunglah nilai rata-rata hasil pengukuran L dan X.
3. Hitunglah sudut dengan persamaan:
= tan..1 X
L
: (12.5)
4. Dengan nilai m = 1, hitunglah panjang gelombang cahaya sesuai
persamaan (12.2).
Deviasi Cahaya oleh Prisma
1. Hitunglah nilai rata-rata hasil pengukuran L dan X.
2. Hitunglah sudut dengan Persamaan (12.5).
3. Dengan nilai = 600, hitunglah indeks bias prisma sesuai Persamaan
(12.4).
70
Kepustakaan
1. Serway, R. “Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics”,
James Madison University Harrison Burg, Virginia, 1989.
2. Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid I ” Erlangga (Terjemahan).
3. Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid II ” Erlangga (Terjemahan).
4. Tipler, P. ”Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid I” Erlangga (Terjemahan).
5. Tipler, P. ”Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid II” Erlangga (Terjemahan).
71
