Petunjuk Praktikum Fisika Dasar 2 Elin 2015

Praktikum Fisika Dasar 2

TFN - Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir 2015 1

TATA TERTIB

1. Praktikan harus sudah berada/hadir di laboratorium tempat praktikum paling lambat 15 menit

dari waktu yang sudah ditentukan. Bagi yang terlambat dari waktu yang telah ditentukan tidak

diperkenankan mengikuti praktikum dan tidak diperbolehkan mengikuti inhal/perbaikan

2. Laporan praktikum harus sudah diserahkan selambat-lambatnya 7 hari sesudah pelaksanaan

praktikum atau sebelum praktikum berikutnya. Bagi yang belum menyerahkan/

mengumpulkan laporan tidak diperkenankan mengikuti acara praktikum selanjutnya.

3. Praktikan baru diijinkan menghidupkan sistem, setelah memperoleh persetujuan dari

pembimbing praktikum. Jika tidak mentaati ketentuan ini, kerusakan peralatan menjadi

tanggungjawab praktikan.

4. Selama kegiatan praktikum di laboratorium, praktikan tidak diperkenankan makan, minum dan

merokok.

5. Semua praktikan diharuskan mengenakan seragam STTN sesuai ketentuan, untuk yang tidak

mengenakan seragam tidak diperkenankan melaksanakan praktikum.

6. Semua praktikan diharuskan memenuhi/mentaati ketentuan ini, dan ketentuan lain yang

ditentukan kemudian.

Yogyakarta, Februari 2015



1. RANGKAIAN KIRCHOFF DAN THEVENIN

Tujuan

Percobaan ini mempunyai tujuan agar mahasiswa dapat memahamai teori Khirchoff-

Thevenin, dapat mengidentifikasi persoalan-persoalan yang bersangkutan dengan kedua teori

tersebut, dan dapat menggunakan teori-teori tersebut.

Alat

Alat yang digunakan antara lain multimeter digital, milliammeter, sumber DC,

tahanan, kabel-kabel.

Teori

A. Hukum Kirchhoff

1. Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat

arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.

A

AA

E

i1

i2

i3

2

R

R

3

2. Hukum tegangan kirchoff : jumlah aljabar g.g.l dalam suatu untai tertutup sama dengan

jumlah aljabar hasil kali arus dengan tahanan.

A

B

C D

E

F

E

E2

1

R3

R2

R1

I1

I 2

I3



B. Teorema Thevenin

Suatu untai listrik yang terdiri dari sambungan sejumlah tahanan dan sumber-sumber

g.g.l dapat dianggap sebagai sumber tegangan murni (E) yang tersambung seri dengan suatu

tahanan. Pernyataan tersebut dapat dilukiskan dengan gambar 1 dibawah ini

untai komplekX

Yuntai komplek

X

Y

X

Y

Eth

thR

Gambar 1. Ekuivalen rangkaian thevenin

Pada gambar 2, rangkaian sebelah kanan merupakan rangkaian ekuivalen rangkaian sebelah

kiri. Besar V thevenin, yaitu tegangan antara A dan B untuk RL dilepas. R thevenin, yaitu

besar tahanan antara A dan B untuk RL dilepas dan sumber tegangan E dihubung singkat.

R L

R 2R 1

R 3

E

R L

R thevenin1

E the v e nin

R L R L R L R L R L R L RL RL RL RL RL RL RL RL

B

A

Gambar 2. Ekuivalen rangkaian kompleks dan rangkaian thevenin

IV. TATALAKSANA PERCOBAAN

A. Hukum arus Kirchoff

1. Buatlah untai listrik seperti gambar 3. Milliammeter pada posisi 1, saklar S dalam

posisi terbuka.

2. Setelah diperiksa asisten, S ditutup. Aturlah E pada penunjukkan tegangan 2, 4, 6, dan

9 volt. Amatilah penunjukkan milliammeter pada tiap tegangan tersebut. Catat dengan

teliti.

3. Saklar S dibuka, pindahkan ammeter pada posisi 2, ulangi langkah 2



6. Bandingkanlah hasil-hasil yang anda peroleh dengan hukum arus Kirchoff.

Ai

AAA

R1R2 R3

S

B. Hukum Tegangan Kirchoff

Gambar 3



1. Buatlah untai listrik seperti gambar 4. Saklar S dalam posisi terbuka.

2. Setelah diperiksa asisten, S ditutup. Amatilah dan catatlah penunjukkan milliammeter,

tegangan pada tiap ujung-ujung tahanan serta kutub-kutubnya, jangan lupa mengukur

tegangan pada ujung-ujung milliammeter. Kesemuanya ini dikerjakan pada tegangan ;

E = 4, 6, 9, 12 volt. Catat hasilnya.

3. Bandingkan hasil pengamatan Anda dengan teori. Berikan evaluasi terhadap

penyimpangan teori.

A

Sv

v

vE

220 ohm

330 ohm

470 ohm Gambar 4.

C. Teori Thevenin

1. Buatlah untai seperti gambar 5.

2. Tutup saklar S, catatlah besar arus yang lewat RL, untuk harga-harga RL : 470 Ω; 1000

Ω; 1,8 kΩ; dan 3 kΩ.

3. RL dihubung pendekkan, bacalah dan catatlah besar arus Io

4. Buka S dan lepaskan hubungan ke multimeter dan RL, sehingga untai menjadi seperti

gambar 6

5. Ukurlah tegangan VXY dengan multimeter. Catat hasilnya

A

RL

470 ohm3,3k ohm

1,2 k ohm

S

E

Gambar 5

6. Lepaskan semua hubungan-hubungan diatas

7. Atur sumber tegangan sebesar VXY (Vo) dan tentukan tahanan sebesar Vo/Io

8. Susunlah kembali untai baru seperti gambar 7

9. Catat besar arus yang terukur pada multimeter untuk beban RL = 470 Ω, 1000 Ω, 1,8

kΩ dan 3 kΩ.

10. Bandingkan hasil-hasil ini dengan hasil pengukuran arus pada langkah 2



11. Gambar 7 adalah untai thevenin dari untai gambar 5

470 ohm3,3k ohm

1,2 k ohm

S

E

X

Y Gambar 6

S

E

X

Y

A

RL

thevenin

R thevenin

Gambar 7.

Tugas Laporan :

1. Percobaan A : Hitung nilai arus pada posisi 1, 2, 3, dan 4. Bandingkan dengan hasil

pengukuran

2. Percobaan B : Hitung nilai tegangan masing-masing tahanan. Bandingkan dengan hasil

pengukuran.

3. Percobaan C : Hitung nilai tegangan thevenin dan tahanan thevenin berdasarkan teori.

Bandingkan dengan hasil pengukuran

4. Buatlah analisa untuk masing-masing data percobaan



3. PENGUKURAN KOMPONEN HORIZONTAL

MEDAN MAGNET BUMI

Tujuan :

1. Memahami azas magnetometer

2. Dapat menentukan komponen horizontal dari medan magnet bumi.

Alat :

1. Kumparan

2. Batang Magnet

3. Stopwatch.

4. Sumber tegangan DC dan ampermeter

Teori

Pada sebuah batang magnet dengan momen magnetis M yang berada di dalam suatu

medan magnet homogen berkekuatan H yang diganggu dari posisi setimbangnya, maka batang

magnet akan mengalami osilasi. Jika momen kelembaman magnetnya = J, maka batang

magnet akan berosilasi dengan periode (T), yaitu =

GHMH

J

D

JT

144 222 1)

dengan J

MG

24

1

2)

Kekuatan medan magnet yang timbul di dalam suatu kumparan dengan panjang L, lilitannya

sebanyak n, dan dialiri arus listrik i , dinyatakan oleh persamaan :

1-cm in

Oersted i

4,0 ALL

nH 3)

dari rumus 2), diperoleh bahwa satuan G adalah (A cm-1

)-1

dtk-2

.

Sekarang kita akan mencoba menggetarkan sebuah batang magnet kecil di dalam sebuah

medan magnet homogen, yang terdiri atas komponen horizontal He dari medan magnet bumi

dan medan H dari sebuah kumparan yang diberi arus, kuat medan bersama sebesar H + He.

He selalu kita anggap positif sedang H dianggap positif jika searah He dan dianggap negatif

jika berlawanan arah. Selanjutnya digunakan perjanjian bahwa i berharga positif jika H dan

He searah, dan berharga negatif jika berlawanan arah. Maka ada tiga kondisi sebagai berikut :

Kumparan tidak dialiri arus : i = 0 dan H = 0 . Medan bersama H + He searah

dengan medan He.

i >n

HeL dan 0 > H > -He, medan kumparan berlawanan arah dengan medan

magnet bumi. Jadi H + He searah dengan medan magnet bumi He. Untuk i

=n

HeL, maka H + He = 0. Jadi medan magnet bumi tepat senilai dan

berlawanan arah dengan medan kumparan, dan saat itu periode ayun batang

magnet adalah tak terhingga.



i <n

HeL , H < He sekarang medan kumparan berlawanan arah dan harga

mutlaknya lebih besar dari medan magnet bumi sehingga medan magnet

bersama juga berlawanan arah dengan medan magnet bumi.

Akibat adanya perubahan dari keadaan 2 ke 3, batang magnet berputar 1800. Jika kita tinjau

terhadap batang magnet, maka hal ini akan sesuai dengan ketika kita putar kedua medan

tersebut sebesar 1800, sesuai juga dengan pembalikan arah arus dalam kumparan. Oleh

karena itu pada persamaan (1) harus dimasukkan unsur kuat medan –(H+ He). Mengingat T2

harus lebih besar dari nol, dan H+He sekarang berharga negatif, sehingga persamaan (2) dapat

ditulis sebagai berikut :

a) Pada kondisi 1 dan 2 berlaku :

)(

12

HeHGT

4)

b) Kondisi 3 )(

12

HeHGT

5)

atau

X

XoGHe

aL

nG

T

2

1

)(

6)

disini Xo adalah harga dari X pada saat i = 0. Menurut persamaan (4), (5), dan (6) diperoleh

sebagai berikut :

Pada keadaan 1 dan 2 X = ai + Xo

Keadaan 3 X = - ai + Xo

Jadi pada semua keadaan X = 1/T2 adalah berbanding linier dengan harga i

Pekerjaan kita sekarang adalah menghitung tetapan-tetapan dan Xo , kemudian membuat

grafik X vs. i untuk menentukan x /i = tg = a, kemudian hitunglah harga G dengan

satuan 1/(A cm-1

) dan harga He nya.

Tatalaksana Percobaan:

1. Pasang untai percobaan, pindahkan benda-benda yang dapat mempengaruhi medan

magnet jauh-jauh dari kumparan.

2. Setelah rangkaian disetujui oleh Asisten, getarkanlah batang magnet dengan

mendekatkan secara hati-hati sebatang besi (sesudahnya harus diletakkan jauh-jauh

dari kumparan) tanpa menghubungkan untai dengan sumber tegangan. Ukurlah waktu

untuk 20 getaran.

3. Lakukan no. 2 dengan menghubungkan untai ke sumber tegangan DC dengan posisi

komutator sedemikian sehingga i > 0.



BAGAN UNTAI PERCOBAAN

4. Lakukan no. 3 dengan komutator dibalik.

5. Lakukan no. 3. dan no. 4 dengan mengubah-ubah arus dari nol kemudian naik dengan

menggeser Rg,. Perubahan arus sesuai dengan perintah Asisten.

6. Ukur panjang lilitan dan hitung jumlah lilitan.

Pertanyaan :

1. Uraikan hubungan antara periode dengan intensitas medan.!

2. Apa syaratnya agar no. 1 terpenuhi?

3. Mengapa penggetaran dilakukan dengan mendekatkan sebatang besi secara hati-hati

pada batang magnet (perlahan-lahan)?.

4. Uraikan mengapa benda yang mempengaruhi medan magnet harus dijauhkan, sebutkan

contoh benda yang berpengaruh.!

5. Bagaimana caranya mendapatkan intensitas medan magnet dengan metode grafis!

Tugas Laporan : Jelaskan prinsip magnetometer dan hitung nilai He dengan metode grafis.

Gambar Alat percobaan Pengukuran Medan Magnet Bumi STTN

KETERANGAN

S = kumparan berbentuk solenoid

K = Komutator

A = Ampermeter

Rg= Tahanan geser

E = Sumber tegangan searah

l = benang sutera sepanjang 20 cm



3. TRANSFORMATOR

Tujuan

1. Memahami azas kerja transformator

2. Menentukan nilai kerugian panas dalam lilitan, faktor lipat tegangan dan faktor

regulasi

Teori

Azas kerja transformator (trafo) dapat dijelaskan melalui gambar dibawah ini. Trafo

terdiri dari 2 jenis kumparan, yaitu kumparan primer dan sekunder yang dililitkan pada

susunan pelat besi lunak yang disebut inti trafo (transformer core). Kumparan primer yang

berjumlah Np lilitan adalah tempat daya listrik dimasukkan ke trafo, sedangkan lilitan

sekunder berjumlah Ns, merupakan tempat daya listrik diambil dari trafo oleh beban.

Jika kumparan primer dihubungkan ke sumber daya (sumber AC), maka pada inti trafo

dibangkitkan fluks magnetik. Berhubung kumparan sekunder juga meliliti inti ini, maka

kumparan sekunder juga meliliti fluks magnetik inti yang dibangkitkan oleh kumparan

primer. Fluks magnet selalu berubah-ubah sesuai dengan arus primer, sehingga pada

kumparan sekunder akan dibangkitkan ggl induksi (hukum Faraday).

Besarnya ggl sebanding dengan banyaknya lilitan, sehingga jika tegangan primer Vp

dan tegangan sekunder Vs, maka berlaku persamaan :

p

s

p

s

V

V

N

N = faktor lipat tegangan 1)

Pada umumnya kumparan sekunder trafo tidak hanya satu, tetapi terdiri dari beberapa

kumparan, namun besar tegangan tiap kumparan selalu sebanding dengan jumlah lilitan

dari masing-masing kumparan.

Trafo ideal adalah trafo yang hampir tidak mempunyai kerugian daya, ini berarti

bahwa daya yang diberikan pada kumparan primer senilai dengan daya yang diberikan

pada kumparan sekunder atau secara matematis dinyatakan :

sspp IVIV 2)

Persamaan tersebut biasa dinyatakan dalam bentuk :

Vp Ip cos (p) = Vs Is cos (s) 3)

dengan cos (p) = faktor daya primer

cos (s) = faktor daya sekunder

Pada persamaan (1), bila Ns < Np, sehingga Vs < Vp, maka trafo disebut step down dan jika

sebaliknya disebut step up.

Daya keluaran suatu transformator biasanya lebih kecil dari pada daya masukan, hal ini

disebabkan kehilangan daya dalam bentuk panas yang tidak dapat dihindarkan. Kehilangan

daya ini terdiri atas panas yang timbul pada lilitan primer dan sekunder yaitu I2R (kerugian

tembaga), pemanasan dalam inti akibat histerisis dan arus eddy.

Vp Vs



Secara teoritis kerugian tembaga dapat dituliskan :

ssppt rIrIK 22 4)

Mengacu persamaan (1), sehingga persamaan (4) dapat ditulis :

tpps

s

p

ppt RIrN

NrIK 222 ])([

5)

tssp

p

ssst RIr

N

NrIK 222 ])([

dengan Rtp dan Rts adalah tara primer dan tara sekunder ;

s

s

p

ptp rN

NrR 2)( 6)

p

p

ssts r

N

NrR 2)(

Besarnya Rtp dapat dihitung dengan membuat kumparan sekunder dihubung singkat dan

daya masuk (Rp) serta arus (Ip) diamati sehingga diperoleh :

2

p

p

tpI

RR 7)

Impedansi tara primernya adalah : p

p

pI

Vz

Sehingga : 22

tppp Rzx 8)

Daya guna (efisiensi) trafo secara teoritis dapat dihitung dengan η = daya yang dapat

dipakai dibagi daya yang tidak diberikan sumber .

Pada umumnya nilai Vs bergantung pada beban. Jika Vso = tegangan sekunder

tanpa beban, sedangkan Vsb = tegangan sekunder dengan beban, maka didefinisikan faktor

regulasi (R) sebagai :

sb

sbso

V

VVR

9)

Secara teoritis faktor regulasi dapat dihitung dengan mengukur tegangan kumparan

primer dan sekunder pada saat kumparan sekunder tanpa beban, maka r dapat dihitung dengan

rumus :

p

ps

s

sP

P

S

V

VV

V

VVN

N

r

10)



Metode Percobaan :

Alat yang diperlukan :

1. Trafo daya

2. Multi meter

3. Regulator

4. Lampu pijar (beban)

Gambar Bagan Percobaan

Tatalaksana Percobaan :

1. Buat rangkaian seperti gambar bagan percobaan

2. Berikan input pada sisi primer dengan variasi tegangan yang berbeda

3. Pada keadaan tanpa beban, ukurlah Vp, Ip dan Vs

4. Pada keadaan berbeban, ukurlah Vp, Ip, Vs dan Is

5. Pada keadaan hubung singkat, ukurlah Vp, Ip

6. Tentukan nilai kerugian panas dalam lilitan, faktor lipat tegangan dan faktor

regulasi

Analisa Data

Hitunglah hasil pengukuran akhir :

p

s

p

s

V

V

N

N =

Kt =

R =

r =

Bandingkan harga R dan r, apa kesimpulan sdr.

B. Soal-soal Latihan :

1. Jelaskan dengan hukum Faraday adanya hubungan antara adanya tegangan primer dan

munculnya tegangan sekunder?

2. Apa perbedaan antara rumusan faktor regulasi pada persamaan (9) dan (10)?

C. Referensi

1. Ohanian, H.C., 1989, Physics, Second Edition Expanded, W.W. Norton & Company

Inc, p.840-842.

~ Vp Vs

Ip Is

trafo

beban



2. Sears, F.W., 1951, Electricity and Magnetism, Eddison-Wesley, p.377-383.

3. Sutrisno, 1983, Fisika Dasar, Cetakan Kesembilan, Bagian Pertama Listrik dan

Magnet, Penerbit ITB.



4. DAYA HANTAR LARUTAN

Tujuan :

1. Memahami proses hantaran listrik dalam larutan

2. Menentukan daya hantar lsitrik larutan elektrolit

Alat yang digunakan

1. Bejana

2. Indikator

3. Untai jembatan wheatstone

4. Sumber bunyi / Oscilator

Teori

Suatu zat (asam, basa atau garam) bila dilarutkan kedalam suatu pelarut akan terpecah

menjadi ion positif dan ion negatif dinamakan elektrolit. Jika kedalam larutan elektrolit

dimasukkan dua elektrode yang dihubungkan dengan kutub-kutub sumber arus searah

(elemen), maka akan timbul medan listrik antara kedua elektrode tersebut. Akibatnya ion

positif akan bergerak kekutub negatif dan akan mengambil elektron dari elektrode ini.

Sedangkan ion negatif akan bergerak kekutub dan menyerahkan elektron kekutub kepada

elektrode ini. Ini berarti di dalam larutan elektrolyt tadi terjadi pengahantaran muatan dari

elektrode yang satu ke elektrode yang lain dengan jalan diangkut oleh ion-ion. Jadi didalam

larutan elektrolit ini mengalir aru sebesar :

Aqnqni

Dengan n = jumlah pembawa muatan positif persatuan volume (jumlah ion positif)

n = jumlah pembawa muatan negatif persatuan volume (jumlah ion negatif)

q = muatan dari ion (= ze, z = valensi ion, e = muatan keunsuran)

= kecepatan kesatu jurusan ( = drift velocity)

A = luas penampang bagian yang dilalui arus.

Besarnya dan tergantung pada besarnya medan listrik dan macamnya, yaitu E v

dan E , dimana dan adalah bilangan tetap yang dinamakan mobilitas ion positif

dan ion negatif dan E kuat medan. Jadi besarnya arus yang mengalir :

ZeEnnAi

Karena l

VE dan nnn ; V beda potensial; l panjang larutan elektrolit, maka

VZen

l

Ai

Untuk suatu larutan yang tertnetu dengan panjang dan luas penampang efektifnya tertentu

harga Zen adalah tetap. Harga yang tetap ini dinamakan daya hantar elektrolit.

YR

VZenl

A

1

Y adalah daya hantar; R = tahanan



Daya hantar jenis adalah

RA

lY

A

l 1

Zen

Jumlah n bergantung pada konsentrasi dan suhu; dan bergantung pada konsentrasi dan

suhu. Jadi Y dan bergantung pada konsentrasi dan suhu.

Dasar Percobaan

Untuk mengukur daya hantar larutan dgunakan azas kerja jembatan wheatstone. Dalam

hal ini sumber yang dipakai adalah oscilator atau sumber tegangan bolak balik. Sedang

sebagai indikator nol ( indikator kesetimbangan dipakai galvanometer atau headphone

R1 = tahanan elektrolit

R2 = tahanan Buzzer

R3 dan R4 = tahanan geser kawat

kanan dan kiri

Dalam keadaan setimbang arus sama

dengan nol atau suara headphone

sudah tidak terdengar lagi, berlaku

hubungan :

4

3

2

1

R

R

R

R atau

4

32

1R

RRR

Daya hantarnya :

32

4

1

1

RR

R

RY

untuk memperkecil ralat R2, diatur

agar R3 dan R4 atau hampir sama.Ralat

R2 terkecil jika R3 = R4

Tatalaksana Percobaan

1. Isi bejana dengan larutan CuSO4 dengan volume tertentu dan sebagian elektrode

tercelup dalam larutan

2. Buat rangkaian seperti gambar diatas

3. Hidupkan oscilator, hingga terdengar suara pada headphone. Atur kontak geser

sedemikian ru[a sehingga suar yang terdengar selemah-lemahnya. Catat kedudukan ini

sebagai R3 dan R4.

4. Ganti larutannya dengan konsentrasi berbeda berturut-turut 80 %; 60 %; 40 %; 20 %

dan 0 %



5. WATAK LAMPU PIJAR

Tujuan

1. Memahami hukum ohm

2. Memperagakan untai pengukuran arus dan tegangan lampu pijar

3. Menginterpretasi grafik hubungan antara :

a. Tegangan terpasang dengan arus yang mengalir

b. Tegangan terpasang dengan tahanannya

c. Tegangan terpasang dengan daya serap

Alat

1. Voltmeter

2. Amperemeter

3. Lampu pijar

4. Variac

Teori

Arus yang mengalir dalam suatu penghantar besarnya sebanding dengan tegangan

(beda potensial) antara ujung-ujung penghantar atau dinyatakan dengan persamaan :

R

Vi

dengan i = arus, V = tegangan, R tahanan penghantar. Penghantar yang mengkuti hukum ohm

dinamakan penghantar yang linier. Pada umumnya tahanan berubah dengan berubahnya suhu.

Untuk penghantar dari logam, besarnya tahanan bertambah besar jika suhunya makin tinggi.

Disipasi Tenaga dalam Suatu Penghantar

Jika dalam suatu penghantar mengalir arus listrik maka dalam penghantar ini ada

tenaga yang hilang dan berubah menjadi panas. Tenaga yang hilang berubah menjadi panas

dikatakan sebagai tenaga listrik yang terdisipasi. Besarnya tenaga yang terdisipasi tiap

detiknya adalah

)det/( ikjoulewattViP

Karena ada daya yang terdisipasi menjadi panas maka tahanan lampu pijar berubah dengan

berubahnya tegangan. Dalam percobaan watak lampu pijar diteliti hubungan antara I dengan

V; antara R dengan V dan antara P dengan V. Jadi yang dimaksud dengan watak lampu pijar

adalah hubungan antara :

a. Tegangan yang terpasang dengan arus listrik yang mengalir

b. Tegangan yang terpasang dengan tahanannya

c. Tegangan yang terpasang dengan daya yang diserap

Pemilihan Bagan Pengukuran V dan I

Untuk memperoleh watak lampu pijar diperlukan pengukuran V dan I secara simultan

dengan cara pemaangan voltmeter dan amperemeter seperti bagan I dan II



A L

V

Bagan I

A L

V

Bagan II

Bagan I

Dalam hal ini ada kesalahan pembacaan amperemeter, karena yang terukur adalah jumlah dari

arus yang lewat voltmeter. Arus yang terbaca berlebihan %100xR

r dimana r = tahanan lampu

dan R tahanan voltmeter. Jika kesalahan yang dikehendaki maksimal a % maka :

%%100 axR

r

Bagan II

Dalam hal ini ada kesalahan pembacaan voltmeter, karena yang terukur adalah tegangan pada

lampu dan amperemeter. Tegangan yang terbaca berlebihan : %100xr

dimana ρ = tahanan

amperemeter. Jika kesalahan yang dikehendakimaksimal a % maka

%100xr

< a %

Pemilihan Bagan

Jika rR

r maka dipilih bagan I, sebaliknya jika

rR

r maka menggunakan bagan II.

Untuk mengetahui besarnya r

danR

r dilakukan pengukuran-pengukuran.

Daya Listrik

Daya listrik adalah tenaga listrik per satuan waktu. Kalau tenaga dinyatakan dalam

joule dan satuan waktu dalam detik maka satuan daya tersebut adalah watt. Daya pada arus

bolak-balik merupakan fungsi waktu, karena itu apa yang sering disebut daya pada arus bolak-

balik pada hakekatnya adalah daya rata-rata selama satu periode. Secara matematis ditulis :



Daya rata-rata

T

VidtT

P0

1 , dengan T adalah periode; V harga tegangan sesaat dan i harga

arus sesaat.

Kalau dihitung, bila )sin(maxmax tiidantSinVV

cosVIP

dengan V dan I harga efektif dari tegangan dan arus, sedang φ adalah beda fase antara V dan I.

Pada percobaan ini, dianggap tidak ada perbedaan fase (φ=0). Dengan demikian hubungan P =

f(V) dapat dibuat berdasarkan pengamatan di atas.

D. TATA LAKSANA PERCOBAAN

A. Pemilihan Bagan

A L

Vvariac

Gambar 1.

1. Buatlah rangkaian seperti gambar 1

2. Variasi tegangan variac sehingga tegangan pada lampu 25 Volt, 50 Volt dan 75

volt. (kondisi amperemeter dilepas)

3. Ukur arus yang melewati lampu untuk masing-masing tegangan tersebut pada kondisi

voltmeter dilepas. Catat arus terukur sebagai I

4. Pasang bagan I, misalkan pembacaan voltmeter = V’ dan pembacaan amperemeter I’

5. Pasang bagan II, misalkan pembacaan voltmeter = V” dan pembacaan amperemeter I”

Catatan : dengan anggapan tahanan dari sumber dapat diabaikan maka dapat dibuktikan bahwa

:

Bandingkan harga r

terhadapR

r . Kemudian pilihlah bagan yang lebih baik untuk ketiga

contoh diatas.

B. Watak lampu pijar

Dengan bagan yang dipilih :

1. Aturlah variak sehingga tegangan yang ditunjukkan oleh voltmeter 10 Volt. Catat arus

yang mengalir.

1)(

'

'

''

''

'

'

IV

IV

IV

V

I

Vr

I

Ix

V

R

r



2. Ulangi langkah tersebut untuk tegangan-tegangan 20, 30,40, 50, 60, 70, 80, 90, dan

100 volt.

3. R dan P (daya) dapat dihitung dari hasil langkah1 dan 2

4. Dibuat grafik hubungan antara I = f(V); R = f(V) dan P=f(V)



6. CERMIN DAN LENSA

Tujuan Percobaan : 1. Dapat memahami sifat-sifat cahaya

2. Dapat menentukan jarak titik api cermin cekung dan cembung

3. Dapat menentukan jarak titik api lensa positif dan lensa negatif

4. Dapat menentukan daya lensa posistif

5. Dapat menentukan indeks bias

Teori

Sifat Cahaya

Seberkas cahaya yang merambat melalui medium yang sama maka arah rambatnya akan

berupa garis lurus. Jika melalui medium yang berbeda maka akan dibiaskan, yaitu pembelokan

cahaya karena merambat melalui dua jenis zat yang kerapatannya berbeda.

Apabila gelombang cahaya merambat dan menumbuk dinding penghalang, maka cahaya akan

dipantulkan atau dibiaskan.

Pembiasan Sinar

Seberkas sinar putih yang melalui sebuah prisma, maka sinar tersebut akan terurai

menjadi warna pelangi. Hal in dikarenakan sinar putih terdiri dari campuran warna dengan

panjang gelombang yang berbeda-beda, maka sinar tersebut akan terbiaskan sesuai dengan

panjang gelombang masing-masing warna.

Sedangkan apabila berkas sinar tersebut melalui dua medium yang berbeda maka sinar

tersebut akan dibiaskan tergantung pada kerapatan medium yang dilalui

Refleksi Sinar pada Cermin

Seberkas sinar yang datang pada cermin datar akan dipantulkan dengan sudut yang sama

besar terhadap garis normal. Sedangkan pada cermin cekung sinar yang datang akan dipantulkan

menuju titik fokus. Pada cermin cembung berkas sinar yang datang akan dipantulkan/dihamburkan

seolah-olah dari titik fokus cermin



Pembiasan pada Lensa Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari pada bagian pinggirnya. Lensa

cekung terdiri atas 3 macam bentuk, yaitu lensa bikonkaf (cekung rangkap), plan konkaf (cekung

datar), konveks konkaf (cekung-cembung).

Lensa cekung disebut juga lensa negative (-), yang memiliki sifat dapat menyebarkan cahaya

(divergen). Apabila seberkas cahaya sejajar sumbu utama mengenai permukaan lensa cekung,

maka berkas cahaya tersebut akan dibiaskan menyebar seolah-olah berasal dari satu titik, yaitu

titik fokus.

Untuk lebih mudah dalam melukiskan bayangan benda, maka lensa cekung dapat digambarkan

berupa garis tegak lurus terhadap sumbu utama dan diberi tanda negatip (-) di bagian atas garis.

Lensa Divergen

Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dari bagian pinggirnya. Lensa

cembung terdiri dari tiga macam bentuk, yaitu lensa bikonveks (cembung rangkap), plan konveks

(cembung datar), dan konkaf konveks (cembung-cekung). Lensa cembung memiliki dua

permukaan lengkung, sehingga terdapat dua titik pusat kelengkungan, yaitu P1 dan P2, dan dua titik

fokus, yaitu F1 dan F2.

Lensa cembung disebut juga lensa positip (+) yang memiliki sifat dapat mengumpulkan cahaya

(konvergen). Apabila ada seberkas cahaya sejajar sumbu utama mengenai permukaan lensa, maka

berkas cahaya tersebut akan dibiaskan melalui satu titik. Titik dimana cahaya mengumpul disebut

titik fokus.

Lensa Kovergen

Untuk lebih mempermudah dalam melukiskan bayangan benda, lensa cembung digambarkan

dengan garis tegak lurus terhadap sumbu utama dan diberi tanda positip (+) di bagian atas garis.

Jika jarak benda ke lensa adalah S0, jarak fokus ke lensa adalah f, dan jarak lensa ke bayangan

yang terbentuk adalah S1, maka diperoleh hubungan sebagai berikut :

Karena ; maka :

Dengan : f = jarak fokus R = radius (jari-jari) lensa

S1 = jarak lensa ke bayangan S0 = jarak lensa ke benda



Perbandingan antara jarak bayangan ke lensa (S1) dengan jarak benda ke lensa (S0) atau

perbandingan antara tinggi bayangan (h1) dengan tinggi benda (h0) disebut perbesaran bayangan

(M), yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan :

Daya atau kekuatan lensa adalah kemampuan lensa untuk mengumpulkan atau menyebarkan

berkas cahaya. Daya lensa dinyatakan dalam satuan dioptri yang dinyatakan dengan persamaan

berikut :

dengan : D = daya lensa (dioptri)

f = jarak fokus (m)

Indeks Bias Jika seberkas cahaya datang pada bidang batas diantara dua zantara yang transparan (bening),

dimana kecepatan cahaya dikedua zantara itu berbeda , maka berkas cahaya itu akan dipantulkan

(refleksi) dan dibiaskan (refraksi). Untuk kedua kejadian itu berlaku hukum Snell yaitu :

a. Seberkas cahaya yang dating pada bidang batas

dua zantara akan dipantulkan dimana berkas

cahay yang dipantulkan sebidang dengan berkas

cahaya datang dan sudut pantulnya sama dengan

sudut dating.

b. Seberkas cahaya yang terbias diantara dua

zantara, maka berkas cahaya yang terbias itu

sebidang dengan berkas cahaya yang datang

dan perbandingan sudut datang dan sudut bias adalah tetap (konstan) :

Jika berkas cahaya datang dari hampa ke suatu zat antara yang lain, maka :

n disebut koefisien indeks bias zat.

Pembiasan pada bidang batas antara dua zat antara yang mempunyai indeks bias berbeda n1

dan n2 akan memenuhi hukum Snell :

Perbandingan n1/n2 disebut indeks bias relatif dari zat antara kedua terhadap zat antara pertama.

Dari persamaan diatas diperoleh : '

Jika = 900, maka ; sehingga

Sudut kritis antara kedua zat antara diatas yang mempunyai arti bahwa pada saat

seluruh berkas cahaya yang datang pada bidang batas dua zantara diatas akan dipantulkan

semuanya.

Hollow Lens

Umumnya lensa dibuat dari bahan yang mempunyai indeks bias lebih besar dari medium

sekitarnya. Lensa terdiri dari sepasang gelas (eyeglasses) yang terbuat dari gelas atau plastik



dengan indeks bias 1,5 atau lebih besar, pada udara yang melingkungi dengan indeks bias 1,0.

Lensa dapat juga dibuat dengan indeks bias yang lebih kecil dari medium sekitarnya, hal ini

ketika hollow lens diisi udara dengan air yang melingkungnya. Hollow lens dalam percobaan

terdiri dari 3 bagian, sebuah plano-konkav dan dua buah plano-konvek, seperti pada gambar

dibawah ini.

Tatalaksana Percobaan :

Cermin Datar : 1. Letakan sumber cahaya pada selembar kertas putih, atur untuk sinar tunggal

2. Letakan cermin pada kertas, permukaan datar cermin dikenakan pada cahaya yang datang

dengan sudut tertentu sehingga tampak sinar datang dan sinar pergi/refleksi

3. Gambar sinar datang dan sinar refleksi pada kertas, tunjukan dengan tanda panah sinar datang

dan sinar pergi;

4. Gambar garis normal, ambil sumber cahaya dan cermin;

5. Ukur sudut datang dan sudut refleksi terhadap garis normal, catat sudut-sudut tersebut

6. Ulangi langkah 1 – 5, dengan sudut datang yang berbeda-beda

Cermin Cekung dan cembung : 1. Atur sumber cahaya untuk lima sinar pararel, Arahkan sinar ke cermin cekung. Gambar

permukaan cermin dan jalannya sinar datang dan refleksi. Beri tanda sinar datang dan refleksi

dengan tanda panah.

2. Kelima sinar refleksi akan saling berpotongan pada titik fokus, beri tanda pada titik tersebut.

3. Ukur panjang fokus dari tengah cermin cekung ke titik fokus.

4. Ulangi langkah 1-3 untuk cermin cembung ( Ingat: cermin cembung sinar refleksi akan

terhambur seolah-olah dari titik fokus)

Untuk cermin cekung dapat juga dengan menggunakan layar separo.

1. Letak cermin cekung pada dudukan, kemudian letakan layar separo dimuka cermin.

2. Arahkan cermin ke benda yang jauh, atur atau geser-geser layar separo hingga diperoleh

bayangan yang paling jelas. Tentukan jarak fokus cermin cekung

3. Kemudian arahkan cermin cekung ke sumber cahaya yang juga berlaku sebagai benda.

4. Atur jarak cermin cekung dengan sumber cahaya pada jarak 50 cm, geser-geserlah layar separo

hingga diperoleh bayangan nyat yang paling fokus, catat posisi benda; cermin dan layar.

Hitung fokus cermin dengan menggunakan rumus :

5. Ulangi langkah 4; untuk jarak yang berbeda-beda.



Menentukan Fokus Lensa Cembung (+)

1. Susunlah rangkaian lensa seperti gambar berikut :

2. Letakan layar pada jarak 100 cm, geser-geser lensa sehingga diperoleh bayangan yang paling

fokus, catat kedudukan sumber cahaya/benda; lensa dan layar. Catat juga besarnya benda dan

bayangan.

3. Ulangi langkah 2 untuk jarak antara sumber cahaya/benda dengan layar berbeda-beda, misal 90

cm, 80 cm; 70 cm; 60 dan 50 cm.

4. Hitung fokus lensa menggunakan rumus :

5. Hitung perbesaran dengan rumus : dan ; bandingkan kedua

hasilnya!

Cara lain menentukan titik fokus lensa cekung :

1. Letakan layar pada titik tertentu kemudian lensa diletakkan di depannya seperti gambar berikut

:

2. Arahkan susunan ke benda yang jauh, geser-geser lensa sehingga diperoleh bayangan yang

paling fokus.

3. Tentukan jarak fokus dari lensa.

4. Ganti lensa dengan yanglain, dengan cara yang sama tentukan besarnya jarak fokus lensa.

Menentukan perbesaran lensa cekung (-)

1. Letakan sumber cahaya/benda pada titik tertentu pada dudukan, misal 10 cm. Letakan lensa(-)

pada jarak 20 cm dari benda.

2. Melalui lensa cekung (-), lihatlah posisi benda (perhatikan bayangannya lebih besar atau lebih

kecil).

3. Letakan lensa (+) pada jarak antara (50 s.d 80) cm, kemudian letakkan layar pada jarak tertentu

dibelakang lensa (+).

4. Atur kedudukan layar hingga diperoleh bayangan nyata yang paling fokus.

5. Lepas lensa (-), atur letak benda sampai diperoleh bayangan nyata dilayar.Kedudukan benda

sekrang sama denganletak bayangan maya dari lensa (-).

6. Hitung perbesaran lensa negatif!



Menentukan Indeks Bias

1. Letakan lensa setengah lingkaran pada piringan,

2. Arahkan sinar tunggal ke titik pusat lensa pada bagian yang datar.

3. Putar piringan dengan sudut tertentu sehingga akan terlihat jalannya sinar, tentukan besar sudut

datang dan pergi.

4. Ulangi langkah 3 pada sudut yang berbeda-beda, tentukan besarnya indeks bias dari acrilik.

Anggap indeks bias udara adalah 1 (satu)

5. Dengan cara yang sama, tetapi sinar diarahkan ke pusat lensa melalui bagian yang

melengkung.

6. Amatilah besarnya sudut datang dan pergi pada beberapa sudut, tentukan besarnya indeks bias

acrilik.

Hoolow Lens

1. Mula-mula semua lensa dikosongkan; kemudian apabila pada lensa dikenakan seberkas cahaya

prediksi apa yang terjadi sesuai tabel berikut :

Lingkungan

Lensa Bagian 1 Bagian 2 Bagian 3

Prediksi

(perkiraan)

Hasil

pengamatan

Udara

Air Udara Udara

Udara Air Udara

Udara Udara Air

Air Udara Air

Air Udara Air Air

Air Udara Air

Air Air Udara

2. Letakan hollow lens pada sebuah kotak, mula-mula lingkungannya udara. Kemudian isilah

hollow lens dengan air seperti pada tabel diatas. Amati berkas sinarnya. Apakah berkas sinar

terkumpul atau tersebar (konvergen atau divergen)

3. Kemudian isilah kotak dengan air, lakukan seperti pada langkah 2 sesuai dengan tabel diatas.

Amati berkas sinar konvergen atau divergen.

4. Sesuaikah prediksi anda! Jelaskan mengapa terjadi hal tersebut!



7. PERCOBAAN MIKROSKOP

Tujuan

1. Dapat menggunakan mikroskop dengan benar

2. Dapat menentukan perbesaran mikroskop

3. Dapat mengukur panjang/tebal benda

4. Dapat menentukan beasrnya aperatur numeric.

Peralatan

1. Mikroskop

2. Mikrometer okuler dan mikrometer obyektif

3. Mistar

4. Cermin gambar

Teori

Mikroskop adalah alat untuk melihat benda kecil. Pada dasarnya terdiri dari susunan lensa

obyektif dan lensa okuler yang masing-masing terdiriatas lensa positif. Benda yang dilihat

diletakanpada jatrak yang lebih jauh sedikit dari titik api lensa pertama obyektif. Jika mata

pengamat tidak berakomodasi, mak letak benda harus sedemikian sehinga bayangan yang

dibentuk oleh lensa obeyektif jatuh tepat dititik api pertama lensa okuler.

Perbesaran total dari mikroskop adalah tgu

tguM

'

Dengan : u’ adalah sudut melalui mikroskop

u adalah sudut yang terbentang pada mata tanpa alat oleh benda pada jarak

terdekat, d = 25 cm, jadi

25.

Y

d

Yutg dan

2

''.

f

Yutg

Y = tinggi benda; Y’ = tinggi bayangan oleh lensa obyektif

f2 = jarak titik api lensa okuler, sehingga

m = y’/y adalah perbesaran lateral oleh lensa obyektif

adalah perbesaran sudut oleh lensa okuler



dengan persamaan untuk lensa obyektif 1

1

'

11

fss dan persamaan perbesarannya :

s

s

Y

Y '' diperoleh

21

25

ffM

dengan = s’ – f = jarak antara F’1 sampai F2

Sedang dalam percobaan ini dikembangkan rumus sebagai berikut :

aY

YM

25'

dengan 'Y adalah jarak yang terlihat pada mistar

Y adalah panjang benda yaitu skala pada micrometer yang dilihat

(ukurlah skalanya) dan

a adalah jarak dari mata ke mistar.

Panjang benda benda adalah micrometer obyektif dapat ditentukan langsung, tg u’ daopat

diukur dengan pertolongan satu mata melihat ke micrometer obyektif dan satu mata lagi

melihat mistar yang ada diluar mikroskop. Jika benda yang dipilih adalah 1/20 cm, maka

)(

25

05,0

)..(

cma

cm

cm

cmmistarskalamM

Mengukur diameter/jari-jari pipa kapiler dengan pertolongan mikrometer okuler. Lensa

okuler sesungguhnya adalah susunan lensa yang terdiri dari lensa positif, lensa yang ada

didepan disebut lensa medan (dekat dengan benda/obyek) dan lensa yang dibelakang

dinamakan lensa mata (dengan dengan mata). Jika menggunakan micrometer okuler,

micrometer harus diletaaakkan diantara kedua lensa tersebut tepat di titik api lensa mata

sehingga selalu tampak jelas untuk mata yang tak berakomodasi.

Dasarnya : Lebih dahulu mikrometer okuler ditera dengan micrometer obyektif, kemudian

digunakan untuk mengukur diameter pipa kapiler.

Harga skala micrometer okuler adalah :

cmokulerskalabagianjumlah

obyektifskalabagianjumlah05,0

...

...



DAYA PISAH DAN APERATUR NUMERIK

Daya pisah menurut Rayleigh, karena adanya difraksi oleh lubang(apertur) bayangan dari

sautu titik benda suatu lensa tidak berupa titik melainkan berupa bundaran cahaya

dikelilingi cincin-cincin gelap terang yang dinamakan pola difraksi.

Pola difraaaksi ini praktis dianggap bundaran karena 85 % cahaya terkumpul pada

bundaran ini. Dua titik cahaya yang sangat berdekatan bayangannya berupa dua budaran

yang berpotongan. Dua bundaran ini dianggap terpisah jika jarak minimalnya sama dengan

jari-jarinya. Al ini dipenuhi jika jarak dua benda ( titik cahaya) :

unZ

sin

61,0 0 Aperatur numerik unNA sin).(

Z = jarak dua benda yang mulai dapat dipisahkan oleh sebuah lensa (jarak minimal)

= panjang gelombang dalam cahayaaa lampu yang dipakai

n = indeks bias zantara dimana benda berada

u = setengah dari sudut puncak kerucut cayaha yang masuk

Suatu alat optik dikatakan mempunyaio daya pisah yang besar bila jarak dua benda yang

mulai dapat dipisahkan oleh alat tersebut sangat pendek. Atau daya pisah makin besar jika

Z makin kecil yang berarti pula apabila AN makin makin besar. Jika AN makin besar

tidak hanya menambha daya pisah saja, tetapi juga menambah cahaya yang masuk.

MENENTUKAN AN MIKROSKOP

Karena jarak bayangan oleh lensa obyektif jauh lebih besar dari jarak benda, maka letak

benda (meja obyek) dianggap dititik api. Jadi sudut u untuk suatu benda di meja obyek

dianggap sama dengan sudut u untuk benda dititik api. Jika lensa okuler dilepas maka

sinar yang masuk mata dapat dianggap sejajar karena pupil mata dan pupil lensa obyektif

sangat kecil dibandingkan dengan jarak lensa obyektif sampai mata. Sinar tersebur berasal

dari sinar datang yang dating memalului titik api pertama lensa obyektif. Jika dibawah

mikroskop diletakkan kertas maka yang terlihat oleh mata melalui mikroskop tanpa lensa

okuler adalah sebagian yang bertepi leingkaran. Dengan mengukur diameter lingkaran dan

jarak meja obyek sampai kertas dapat ditentukan nilai sin u.

unNA sin).( ; n untuk udara 1 dan 22)2/(

2/sin

aD

Du

maka 22)2/(

2/)(

aD

DAN

Tatalaksana Percobaan

Percobaan I.

Mula-mula letakkan sumber cahaya didekat mikroskop, dan aturlah arah cermin dibawah

mikroskop sehingga cahaya dapat masuk kedalam mikroskop.



1. Letakkan mikrometer diatas meja obyek. Dengan melihat dari luar (tidak melalui

mikroskop) turunkanlah kedudukan mikroskop sampai lensa obyektif hampir

menyinggung meja obyek.

2. Dengan mata melihat kedalam mikroskop, putarlah secara halus pengatur ke arah naik

agar kedudukan mikroskop menjauhi meja obyek. Lakukan secara hati-hati dan pelan-

pelan sampai bayangan mikrometer terlihat jelas dan tajam oleh mata.

3. Letak sebuah mistar diatas meja disamping mikroskop, dengan mata kanan melihat

kedalam mikroskop dan mata kiri melihat ke mistar. Geserlah letak mistar sehingga

skala mistar nampak berdampingan dengan bayangan skala mikrometer obyektif.

4. Hitunglah berapa bagian skala mistar (catat sebagai X) dan berapa jumlah bagian skala

mikrometer (catat sebagai Y) yang saling berimpitan. Ukurlah jarak mata sampai ke

mistar (catat sebagai a ).

Percobaan II

1. Lakukan seperti pada percobaan I langkah 1 dan 2.

2. Lepaskan susunan lensa okuler, pasang mikrometer okuler pada tempatnya diantara

lensa depan dan lensa belakang. Pasanglah lagi susunan lensa tadi.

3. Putarlah lensa okuler sehungga bayangan micrometer okuler sejajar dengan bayangan

mikrometer obyektif. Geserlah mikrometer obyektif sehingga skalanya berdampingan

dengan skala mikrometer okuler.

4. Hitunglah jumlah skala okuler dan jumlah skala mikrometer obyektif yang saling

berimpitan.

5. Gantilah mikrometer obyektif dengan sepotong pipa kapiler, putarlah lensa okuler

sehingga bayangan mikormeter okuler kelihatan bersilangan tegak lurus dengan

bayangan lubang kapiler. Hitunglah jumlah skala mikrometer okuler yang menyilang

lubang kapiler.

Percobaan III

1. Lepas lensa okuler

2. Ambilah bendanya, lepaskan cermin dan lensa kondesor yang ada dibawah meja

obyek.

3. Letakkan sehelai kertas putih dibawah meja obyek. Dengan pensil yang runcing

tariklah garis sepanjang keliling lingkaran. Ukurlah diameternya ( D )

4. Ukurlah jarak meja obyek sampai kertas putih (a).

Petunjuk Praktikum Fisika Dasar 2 Elin 2015

Documents