LAPORAN LENGKAP PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR I Disusun sebagai salah satu syarat untuk mengikuti ujian akhir Praktikum Elektronika Dasar 1 Oleh: Nama : FADLY AYU JUMRAH LESTARI Gol/Klp : A/III (TIGA) Jurusan : Pendidikan Fisika Asisten : Aslamuddin MN
36
Embed
Laporan lengkap kesalahan pada pengukuran tegangan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
LAPORAN LENGKAPPRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR I
Disusun sebagai salah satu syarat untuk mengikuti
ujian akhir Praktikum Elektronika Dasar 1
Oleh:
Nama : FADLY
AYU JUMRAH LESTARI
Gol/Klp : A/III (TIGA)
Jurusan : Pendidikan Fisika
Asisten : Aslamuddin MN
LABORATORIUM PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR
2012/2013
BAB I
PENDAHULUAN
A. Judul percobaan
Judul percoban yang kami lakukan pada percobaan ini adalah
kesalahan pengukuran tegangan .
B. Latar Belakang
Dalam setiap jenis pengukuran, terjadi kesalahan ukur bukanlah
hal yang mustahil. Ada banyak factor yang mempengaruhi hal itu, baik
secara sengaja ataupun tidak di sengaja.
Demikian halnya dengan pengukuran tegangan sering kali terjadi
kesalahan pada pengukurannya, yang mengakibatkan keakuratan data
hasil percobaan yang kita lakukan kurang dapat dipercaya.
Ada banyak factor yang mengakibatkan terjadinya kesalahan
pada pengukuran tegangan. Salah satunya adalah pembebanan pada
tegangan. Dalam hal ini, pada pengukuran tegangan rangkaian seri
resistor. Dimana harga resistor jauh lebih besar dari hambatan dalam
(Rd) alat ukur yang digunakan, maka alat ukur yang digunakan
berperan sebagai beban. Factor tersebutlah yang paling sering
mempengaruhi hasil pengukuran pada tegangan yang mengakibatkan
adanya kesalahan pada pengukuran tegangan.
Dengan diketahuinya factor factor yang dapat menyebabkan
salah satu alat ukur mengalami pengukuran yang kurang teliti, maka
dengan sendirinya kita akan berusaha meminimalisir kesalahan
tersebut agar memperoleh hasil pengukuran yang maksimal dan tidak
lupa pula sehubungan dengan alat ukur dalam menentukan nilai suatu
besaran yang digunakan harus benar benar perlu dipahami adalah
ketepatan, ketelitian, dan daya pisah yang mendukung untuk
mendapatkan hasil pengukuran yang maksimal.
C. Rumusan masalah
Rumusan masalah pada percobaan ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana menjelaskan terjadinya kesalahan ukur pada
pengukuran tegangan?
2. Bagaimana menjelaskan pengaruh pembebanan pada tegangan?
3. Bagaimana cara menghitung kesalahan dari pengukuran tegangan?
D. Tujuan percobaan
Tujuan yang ingin dicapai pada percobaan ini adalah sebagai
berikut :
1. Dapat menjelaskan terjadinya kesalahan ukur pada pengukuran
tegangan.
2. Dapat menjelaskan pengaruh pembebanan pada tegangan.
3. Dapat menghitung kesalahan dari pengukuran tegangan.
BAB II
PEMBAHASAN
Dalam pengukuran, digunakan sejumlah istilah yang akan
dipakai pada pembahasan berikutnya, antara lain :
a. Instrumen/alat ukur : Suatu alat yang digunakan untuk menentukan
nilai atau besarnya suatu kuantitas atau variabel.
b. Ketelitian (accuracy) : Adalah nilai yang hampir sama atau terdekat
dengan pembacaan instrumen terhadap nilai yang sebenarnya dari
variabel yang diukur.
c. Ketepatan (precision) : Adalah ukuran kemampuan untuk
mendapatkan hasil pengukuran yang secara berulang dari
pengulangan pengukuran yang dilakukan. Atau merupakan suatu
ukuran tingkatan yang menunjukkan perbedaan hasil pengukuran
pada pengukuran yang dilakukan secara berurutan.
d. Sensitivitas (Sensitivity) : Rasio antara sinyal keluaran atau respon
instrumen terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur.
Angka-angka berarti (significant figures) memberikan informasi yang aktual (nyata) terhadap ketepatan pengukuran. Banyaknya angka berarti menunjukkan tingkat atau derajat ketepatan suatu pengukuran,
A. Jenis-Jenis Kesalahan
Tidak ada pengukuran yang menghasilkan ketelitian yang
sempurna, tetapi adalah penting untuk mengetahui ketelitian yang
sebenarnya dan bagaimana kesalahan yang berbeda digunakan dalam
pengukuran. Langkah pertama yang diperlukan untuk menguranginya
adalah mempelajari kesalahan-kesalahan tersebut; dimana dari hal ini
juga dapat ditentukan ketelitian hasil akhir.
Kesalahan-kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab
dan umumnya dibagi dalam tiga jenis, yaitu :
a. Kesalahan-kesalahan umum (gross-errors): kebanyakan disebabkan
oleh kesalahan manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan
alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen
yang tidak sesuai, dan kesalahan penaksiran.
b. Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors): disebabkan oleh
kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri seperti kerusakan
atau adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan
terhadap peralatan atau pemakai.
c. Kesalahan-kesalahan yang tak disengaja (random errors):
diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat secara
langsung diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau
sistem pengukuran terjadi secara acak.
Masing-masing kelompok kesalahan ini akan dibahas secara
ringkas dengan menyarankan beberapa metode untuk memperkecil
atau menghilangkannya.
a. Kesalahan-Kesalahan Umum
Kelompok kesalahan ini terutama disebabkan oleh kekeliruan
manusia dalam melakukan pembacaan atau pemakaian instrumen dan
dalam pencatatan serta penaksiran hasil-hasil pengukuran. Selama
manusia terlibat dalam pengukuran, kesalahan jenis ini tidak dapat
dihindari; namun jenis kesalahan ini tidak mungkin dihilangkan secara
kesuluruhan, usaha untuk mencegah dan memperbaikinya perlu
dilakukan. Beberapa kesalahan umum dapat mudah diketahui tetapi yang
lainnya mungkin sangat tersembunyi.
Kesalahan umum yang sering dilakukan oleh pemula adalah
pemakaian instrumen yang tidak sesuai. Umumnya instrumen-instrumen
penunjuk berubah kondisi sampai batas tertentu setelah digunakan
mengukur sebuah rangkaian yang lengkap, dan akibatnya besaran yang
diukur akan berubah. Sebagai contoh sebuah voltmeter yang telah
dikalibrasi dengan baik dapat menghasilkan pembacaan yang salah bila
dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian tahanan tinggi
sedang bila voltmeter tersebut dihubungkan ke sebuah rangkaian
tahanannya rendah, pembacaannya bisa berlainan bergantung pada jenis
voltmeter yang digunakan
Kesalahan-kesalahan yang disebabkan oleh efek pembebanan
voltmeter dapat dihindari dengan menggunakan alat tersebut secermat
mungkin. Misalnya, sebuah voltmeter yang tahanannya kecil tidak akan
digunakan untuk mengukur tegangan-tegangan didalam sebuah penguat
tabung hampa. Untuk pengukuran khusus seperti ini diperlukan sebuah
voltmeter dengan impedansi masukan yang tinggi (misalnya VTVM atau
TVM).
Kesalahan-kesalahan umum dalam jumlah besar dapat dikenali dari
keteledoran atau kebiasaan-kebiasaan yang buruk, seperti : pembacaan
aktual yang diambil, atau penyetelan instrumen yang tidak tepat. Pandang
sebagai contoh sebuah voltmeter rangkuman ganda menggunakan satu
papan skala dengan angka-angka (tanda yang berbeda untuk setiap
rangkuman). Dalam hal ini adalah mudah untuk menggunakan sebuah
skala yang tidak bersesuaian terhadap penyetelan sakelar pemilih
rangkuman voltmeter tersebut. Kesalahan umum juga dapat terjadi bila
instrumen tersebut tidak dikembalikan ke angka nol sebelum melakukan
pengukuran dan akibatnya semua pembacaan menjadi salah.
Kesalahan-kesalahan seperti ini tidak dapat dinyatakan secara
matematis tetapi hanya dapat dihindari dengan menggunakan pembacaan
yang cermat dan juga pencacatan data pengukuran yang benar. Hasil
yang baik memerlukan pembacaan lebih dari satu kali, atau mungkin
dengan pengamat yang berbeda. Dalam hal ini kita sama sekali tidak
boleh bergantung pada satu pembacaan saja, tetapi paling harus
melakukan tiga pembacaan yang terpisah. Yang lebih disukai adalah
pembacaan pada kondisi-kondisi dengan pengubahan instrumen-
instrumen dari keadaan mati ke keadaan hidup (off-on).
B. Kesalahan Sistematis
Jenis kesalahan ini dapat dibagi dua bagian yakni :
1. Kesalahan instrumental (instrumental error) yaitu jenis kesalahan yang
tidak dapat dihindarkan dari instrumen karena akibat struktur
mekanisnya. Misalnya tarikan pegas yang tidak teratur, pembebanan
instrumen secara berlebihan. Atau kesalahan kalibrasi akibatnya
pembacaan yang tidak tepat.
Kesalahan instrumental dapat dihindari dengan cara :
a) ketepatan memilih instrumen yang sesuai peruntukannya,
b) menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya
banyaknya kesalahan instrumental,
c) Kalibrasi instrumen dengan instrumen standar (baku).
2. Kesalahan karena lingkungan (environmental errors) yakni jenis
kesalahan akibat dari keadaan luar yang berpengaruh terhadap
instrumen, seperti efek perubahan suhu, kelembaban udara, tekanan
udara luar, atau medan elektromagnetik.
C.Kesalahan-kesalahan acak (random errors)
Kesalahan-kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak
diketahui dan terjadi walaupun semua kesalahan-kesalahan sistematis
telah diperhitungkan. Kesalahan-kesalahan ini biasanya hanya kecil pada
pengukuran yang telah direncanakan secara baik; tetapi menjadi penting
pada pekerjaan-pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi, misalkan
suatu tegangan akan diukur oleh sebuah voltmeter yang dibaca setiap
setengah jam. Walaupun instrumen dioperasikan pada kondisi–kondisi
lingkungan yang sempurna dan telah dikalibrasikan secara tepat sebelum
pengukuran, akan diperoleh hasil-hasil pembacaan yang sedikit berbeda
selama periode pengamatan. Perubahan ini tidak dapat dikoreksi dengan
cara kalibrasi apapun dan juga oleh cara pengontrolan yang ada. Cara
satu-satunya untuk membetulkan kesalaha ini adalah dengan menambah
jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistik untuk
mendapatkan pendekatan paling baik terhadap harga yang sebenarnya.
Resistor adalah suatu komponen dasar elektronika yang dibuat
untuk menghambat aliran arus listrik. Sebuah resistor dapat didesain
sedemikian rupa sehingga mempunyai nilai hambatan tertentu. Oleh
Karena itu resistor dapat digunakan untuk mengatur arus yang melalui
suatu rangkaian liistrik.
Pada pengukuran tegangan rangkaian seri resistor, dimana harga
resistor jauh lebih besar dari hambatan dalam (Rd) alat ukur (terbebani),
maka akan terjadi kesalahan ukur. Hal ini disebabkan karena adanya
hambatan dalam (Rd) alat ukur yang mempengaruhi rangkaian yang
diukur. Besarnya hambatan adalah :
Salah ukur = R
Rd x 100 % (1)
Keterangan :
R = harga resistor
Rd = Tahanan dalam alat ukur voltmeter.
Persamaan lain yang menunjang dalam melihat kesalahan ukur
adalah sebagai berikut :
R total = Rd x RRd+R
(2)
Apabila diketahui ε menyatakan ggl sumber, sedangkan R
hambatan yang terbaca pada kotak hambatan,V merupakan potensial
pada voltmeter yang hambatan dalam (Rd), maka menurut hokum ohm
kuat arus dalam untaian adalah :
ε = I ( R + Rd) (3)
keterangan :
ε = ggl sumber tegangan
I = kuat arus listrik
R = hambatan luar
r = hambatan dalam
IR = V = tegangan jepit
Atau :
I = ε
R+Rd(4)
Dimana hambatan dalam sumber tegangan diabaikan, maka beda
potensial pada voltmeter adalah :
V = I x Rd = ε
R+Rd Rd (5)
Sehingga diperoleh
R = ε x Rd
V Rd (6)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut :
1. Alat
a. Power suplay 1 buah
b. Voltmeter digital 2 buah
c. Voltmeter manual 2 buah
d. Kabel Penghubung 8 buah
2.Bahan
a. Resistor 20Ω 2 buah
b. Resistor 220Ω 2 buah
c. Resistor 47Ω 2 buah
d. Resistor 47kΩ 2 buah
e. Resistor 100kΩ 2 buah
B. Prosedur Kerja1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan.
2. Membuat rangkaian seperti gambar berikut :
3. Memastikan nilai R1 dan R2 tepat sama.4. Menghubungkan power suplay dengan rangkaian.5. Menghubungkan dan mencatat tegangan pada R1 dan R2 dengan alat ukur
yang ada.6. Mengulangi percobaan dengan nilai tegangan yang berbeda.7. Menghitung masing-masing “%” kesalahan dengan terlebih dahulu
menentukan nilai Rd dari alat ukur.8. Mengulangi kegiatan pengukuran dengan mengganti alat ukur manual
dengan alat ukur digital membandingkan hasil yang diperoleh.9. Membuat analisis data dan kesimpulan percobaan
HASIL PengamatanTabel 4.1 : Kesalahan pada Pengukuran TeganganNST Voltmeter = 0,2 VoltBatas ukur Voltmeter = 20 Volt Rd = 280.000
N V(Volt) Resistor Tegangan
V
V
o R1(Ω) R2 (Ω) Voltmeter manual VoltmeterDigital
V1(V) V2(V) V1(V) V2(V)
1 3 2022047047 k100 k
2022047047 k100 k
1,201,601,601,601,60
1,201,601,601,601,60
1,221,461,511,541,54
1,181,451,481,531,53
2 6 2022047047 k100 k
2022047047 k100 k
2,603,003,003,003,00
2,603,003,003,003,00
2,522,943,023,063,07
2,482,322,373,053,04
3 9 2022047047 k100 k
20220470 47 k100 k
3,804,404,404,604,40
3,804,404,404,604,60
3,854,434,544,614,61
3,80,4,394,464,584,57
B. Analisis Data 1. Alat ukur Manual
a. Menentukan besar jumlah tegangan dengan voltmeter manualRumus Umum:
R1 dan R2 = 20
∑V 2=3 ,20 Volt
R1 dan R2 = 220
∑V 2=3 ,20 Volt
R1 dan R2 = 470
∑V 2=3 ,20 Volt
R1 dan R2 = 47 k
∑V 2=3 ,20 Volt
R1 dan R2 = 100 k
∑V 2=3 ,20 Volt
R1 dan R2 = 20
∑V =V 1+V 2
∑V 1=V 1+V 2
= 2,60 + 2,60
=5,20 volt
R1 dan R2 = 220
∑V 2=5 ,20 Volt
R1 dan R2 = 470
∑V 2=5 ,20 Volt
R1 dan R2 = 47 k
∑V 2=5 ,20 Volt
R1 dan R2 = 100 k
∑V 2=5 ,20 Volt
• R1 dan R2 = 20
• ∑V 1=V 1+V 2
= 2,60 + 2,60
=5,20 volt
• R1 dan R2 = 220
•
• R1 dan R2 = 470
•
• R1 dan R2 = 47 k
•
∑V 2=5 ,20 Volt
∑V 3=6 ,00 Volt
∑V 4=6 , 00Volt
• R1 dan R2 = 100 k
Menentukan % Kesalahan ukur bergantung pada tegangan
2. Alat ukur Volymeter Digitala. Menentukan besar jumlah
tegangan dengan voltmeter manual
Rumus Umum: 21 VVV
∑V 1=V 1+V 2
∑V 2=2, 91Volt
∑V 3=2 ,99 Volt
∑V 4=3 ,07 Volt
•
• R1 dan R2 = 20
•
= 2,52 + 2,48
=5,00 volt
• R1 dan R2 = 220
•
• R1 dan R2 = 470
•
• R1 dan R2 = 47 K
•
• R1 dan R2 = 100 K
• R1 dan R2 = 20
•
= 3,85 + 3,80
=7,65 volt
• R1 dan R2 = 220
•
• R1 dan R2 = 470
•
∑V 5=3 ,07Volt
∑V 1=V 1+V 2
∑V 2=5 ,26 Volt
∑V 3=5 ,39 Volt
∑V 4=6 ,11Volt
∑V 5=6 ,11Volt
∑V 1=V 1+V 2
∑V 2=8 ,82Volt
∑V 3=9 ,00 Volt
• R1 dan R2 = 47 K
•
• R1 dan R2 = 100 K
•
b. Menentukan Hambatan total ( R total)
• Rumus Umum:
Untuk R1 dan R2 = 20
Untuk R1 dan R2 = 220
Untuk R1 dan R2 = 470
Untuk R1 dan R2 = 47 K
Untuk R1 dan R2 = 100 K
c. Menentukan % kesalahan pada pengukuran tegangan
∑V 4=9 ,11Volt
∑V 5=9 ,15Volt
Rtot= R 1 . RdR 1+Rd
+ R 2. RdR 2+Rd
Rtot= R 1 . RdR 1+Rd
+ R 2. RdR 2+Rd
Rtot=20 x280 . 00020+280 .000
+20 x 280. 00020+280. 000
Rtot=39 ,98Ω
Rtot=439 ,66Ω
Rtot=938 , 42Ω
Rtot=80 .489 , 30Ω
Rtot=147 .368 , 42Ω
Rumus Umum:
Untuk Rtot=39,98Ω
Untuk Rtot = 439,66Ω
Untuk Rtot = 938,42Ω
Untuk Rtot = 80.489,30 Ω
Untuk Rtot = 147.368,42
d. Menentukan persen kesalahan ukur bergantung pada tegangan
SU= RtotRtot+Rd
x100 %
SU= RtotRtot+Rd
x100 %
SU=39 ,9839 ,98+280 .000
x100 %
SU=0 ,014 %
SU=0 ,014 %
SU=0 ,33 %
SU=32 , 33 %
SU=34 ,48 %
Rumus Umum:
Untuk R= 20
Untuk R= 220
% Kesalahan 2 = 3 %
Untuk R= 470
% Kesalahan 3 = 0,3 %
Untuk R= 47 k
% Kesalahan 4 = 2,33%
Untuk R= 100 k
% Kesalahan 5 = 2,33
Untuk R= 20
Untuk R= 220
% Kesalahan 2 = 12,33 %
Untuk R= 470
% Kesalahan=[Vs−∑V
Vs ] x100%
% Kesalahan 1=[Vs−∑ V 1
Vs ] x100%
=[3−2 , 403 ]x 100 %
=20 %
% Kesalahan 1=[Vs−∑ V 1
Vs ] x100%
=[6−5,06 ] x100 %
=16 ,67 %
% Kesalahan 3 = 10,17 %
Untuk R= 47 k
% Kesalahan 4 = 1,83%
Untuk R= 100 k
% Kesalahan 5 = 1,83
Untuk R= 20
Untuk R= 220
% Kesalahan 2 = 2 %
Untuk R= 470
% Kesalahan 3 = 0 %
Untuk R= 47 k
% Kesalahan 4 = 2,11%
Untuk R= 100 k
% Kesalahan 5 =0
% Kesalahan 1=[Vs−∑ V 1
Vs ] x100%=[9−7 ,65
9 ] x100 %
=15 %
C. Pembahasan1. Alat ukur Manual
Efek pembebabanan pada tegangan adalahdimana pada suatu rangkaian harga resistor jauh lebih besar daripada harga hambatan dalam pada suatu alat ukur. Sehingga alat ukur menjadi terbebani dan terjadi kesalahan pada pengukuran tegangan. Namun pada percobaan ini tidak terjadi pembebanan karena niilai hambtan dalam jauh lebih besar dari nilai resistansi resistor sehingga efek pembebanan disini tidak terjadi, yaitu nilai hmbatan dalam alat ukur yaitu 280 k ohm, sedangkan nilai resistor yang paling tinggi adalah 100 k ohm.
Pada percobaan ini kami menggunakan resistor 20Ω, 220 Ω, 470 Ω , 47 kΩ, dan 100 kΩ.Berdasarkan teori, jika resistansi R1 dan R2 sama, tegangannya akan tetap sama dan jika dijumlahkan hasilnya akan sama dengan jumlah tegangan sumber. Pada percobaan ini, tegangan yang diperoleh pada R1 dan R2 sama tetapi banyak banyak data yang diperoleh yang hasil jumlah R1 dan R2 tidak sama dengan jumlah tegangan sumber. Persen kesalahan yang diperoleh pada tegangan sumber 3 volt bertut-turut yaitu 20 %, 6,67%, 6,67%, 6,67% dan 6,67%. Pada sumber tegangan 6 volt yaitu 13,33 %, dan 0%, 0%, 0%,0%. Pada tegangan sumber 9 volt yaitu 15,56 %, 2,22%, 2,22 %, 2,22 %, dan 0 %.
2. Alat ukur Digital
Berdasarkan hasil pengamatan dengan menggunakan voltmeter digital dimana tegangan pada R1 dan R2 berbeda. Persen kesalahan yang diperoleh pada sumber tegangan 3 volt berturut-turut yaitu 20 %, 3%, 0,3 %, 2,33 %, dan 2,33%. Pada tegangan sumber 6 volt yaitu 16,67 %, 10,17 %, 1,83 %, 1,83 %, dan 1,83 %. Pada tegangan sumber 9 volt adalah 15 %, 2 %, 0 %, 2,11 % dan 1,67 %.
Pada prinsipnya voltmeter manual dan voltmeter digital sama karena nilai resistor yang digunakan nilainya sama sehingga nilai arus yang terukur pada alat ukur juga sama sesuai dengan karakteristik rangkaian seri.
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat kami tarik pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
1. Pembebanan pada tegangan terjadi apabila nilai resistansi lebih besar dari hambatan dalam pada voltmeter. Hal ini terjadi karena apabila resistansinya lebih besar padaripada hambatan dalam maka arus listrik akan cenderung mengalir akan cenderung mengalir ke voltmeter. Hal ini disebabkan karena arus akan mengalir pada hambatan yang lebih rendah pada hambatn yang lebih rendah daripada hambatan tinggi.
2. Untuk menghitung kesalahan ukur pada pengukuran tegangan dapat dilakukan dengan cara membagi harga resistor dengan jumlah dari harga resistor dengan tahanan dalam alat ukur.
3. Pada pengukuran tegangan V1 dan V2 pada resistor yang sama dengan sumber tegangan yang tetap maka hasil pengukuran pada V1 dijumlahkan dengan V2 harus sama dengan Vs, sesuai dengan hukum Kirchoff.
B. Saran
Adapun saran yang dapat kami berikan pada praktikum ini adalah sebagai berikut :
1. Sebaiknya menggunakan resistor yang nilai hambatannya lebih besar dari nilai hambatan dalam alat ukur.
2. Alat ukur yang digunakan pada percobaan sebaiknya sudah dapat dipastikan nilai alat ukur masih baik.
3. Sebainya praktikan lebih teliti dalam mengamati skala alat ukur agar hasil yang diperoleh lebih akurat.