Arus Dan Tegangan Pada Filamen Tungsten

revisi laporan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten

Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

Disusun oleh :

Wulandhari

24040110120034

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

APRIL, 2013


Laporan Percobaan

Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten

I. Tujuan Percobaan

I.1 Menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten dan

potensial yang dipakai,

I.2 Mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu

filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui grafik,

I.3 Mencari besarnya temperature dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu

35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

I.4 Mencari nilai resistivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse

0.5 A dan 5 A,

I.5 Mencari energi terdisipasi yang dihasilkan dalam filament 1 dan filament 2 pada

lampu 35 watt fuse 0.5 A dan 5 A,

I.6 Mencari nilai konduktivitas dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt

fuse 0.5 A dan 5 A.

II. Dasar Teori

II.1 Arus

Arus melalui suatu daerah secara kuantitatif didefinisikan sebagai muatan

netto yang mengalir melalui daerah tersebut persatuan waktu. Jadi jika muatan

netto (dQ) mengalir melalui sebuah daerah dalam waktu (dt) maka persamaannya

dapat dituliskan menjadi :

I=dQdt

(2.1)

dimana I : arus (ampere atau C/s )

dQ : muatan yang mengalir ( C atau coulomb)

dt : waktu ( s atau sekon)


Arus merupakan besaran vector dengan satuan arus adalah ampere karena

menghormati ahli fisika Prancis Andre Marie Ampere (1775-1836). Arus yang

kecil biasanya dinyatakan dalam miliampere (Zemansky,1962).

Arus di dalam suatu penghalang dapat dinyatakan dengan kecepatan

muatan-muatan yang bergerak. Misalkan suatu penghantar dengan luas

penampang (A) dimana partikel-partikel yang bermuatan positif bergerak dari kiri

ke kanan. Misalkan ada n partikel persatuan volum, semua bergerak dengan

kecepatan (v), dalam suatu selang waktu (dt), tiap-tiap partikel menempuh jalan

(v dt). Jumlah pertikel yang melewati setiap bagian seperti yang diberi bayangan

dalam gambar 2.1 sama dengan jumlah di dalam suatu bagian penghantar yang

panjangnya vdt dan volumnya vAdt. Jumlah ini ialah nvAdt, dan jika setiap

partikel muatannya ialah e ,maka jumlah muatan yang melewati bagian itu ialah

dq=n e v A dt (2.2)

Gambar 2.1

Muatan positif mengalir (I) dalam luasan A

Jadi arusnya adalah persamaan berikut :

dqdt

=n ev A (2.3)

Dimana dq : muatan yang mengalir (C)

dt : waktu (s)

n : jumlahpartikel (partikel/m3)

e : muatanpartikel (C/partikel)

v : kecepatan (m/s)

A : luaspermukaan (m2)

Pada umumnya jika ada partikel-pertikel bermuatan yang berlainan, maka

persamaannya menjadi sebagai berikut :

dq=A dt (n1 e1 v1+n2e2 v2+……….+nnen vn) (2.4)


Berdasarkan arah alirannya , arus dapat dibedakan menjadi 2 diantaranya

sebagai berikut :

a. arus konvensional

b. arus elektron

Gambar 2.2

menunjukan

sebenarnya elektron

negatiflah yang

mengalir pada kawat.

Ketika kawat pertama

kali dihubungkan dengan beda potensial antara terminal-terminal

baterai akan mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan

paralel terhadapnya.

Gambar 2.2

Rangkaian Listrik Sederhana

Dengan demikian elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik

ke terminal positif, dan fasa satu ujung yang sama elektron meninggalkan

terminal negatif baterai dan memasuki kawat diujung lain. Arah arus

konvensional adalah aliran positif dimana mengalir dari positif ke negatif, arah

arus negatif adalah yang mengalir dari negatif ke positif (Giancoli,1998).

II.2 Tegangan

Tegangan atau beda potensial adalah energi potensial elektrostatik per

satuan muatan, satuan SI untuk potensial adalah joule persatuan coulomb (J/C),

sehingga didapatkan persamaan

1 V = 1 J/C (2.5)

V adalah volt, karena untuk menghormati seorang sarjana Italia yaitu

Alesandro Volta (1745-1827) yang merupakan penemu voltaic pile (sel listrik

yang pertama kalinya). Karena diukur dengan voltmeter, maka beda potensial

disebut juga voltase atau tegangan (Tripler,1991).


Jenis tegangan terbagi menjadi 2 yaitu teegangan yang menghantarkan

arus searah (DC) dan tegangan yang menghantarkan arus bolak balik (AC).

II.3 Lampu Filament Tungsten

Lampu filamen tungsten akan menyala bila terdapat beda potensial

(sebagai sumber tegangan contohnya baterai). Ketika lampu filamen tungsten

dihubungkan dengan beda potensial maka muatan dari beda potensial akan

mengalir melalui penghantar (kawat). Muatan tersebut adalah arus listrik yang

berfungsi sebagai energi listrik. Karena arus yang dibawa dalam jumlah yang

cukup besar maka akan banyak tumbukan antara elektron-elektron atom pada

kawat.

Pada setiap tumbukan sebagian energi elektron ditransfer ke atom lain

melalui tumbukan. Tumbukan tersebut terjadi di sekitar ruangan dari filamen

tungsten yang dibatasi oleh tabung kaca. Karena terjadi tumbukan secara terus

menerus sebagai akibatnya energi kinetik atom bertambah dan dengan begitu suhu

kawat filament tungsten akan bertambah.

Energi panas yang bertambah dari kawat tersebut dapat dikonduksi dan

konveksi ke udara sebagai kalor dan diradiasi sebagai cahaya sehingga lampu

dapat menyala.Filamen tungsten tidak bisa putus atau meleleh akibat panas

≤3371,10C karena titik leleh filamen tungsten sebesar 3371,10C .

II.4 Resistivitas (ρ)

Resistivitas atau hambatan jenis adalah perbandingan medan listrik E yang

dimiliki konduktor dan rapat arus listrik J . Secara matematis konduktansi dapat

dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

ρ=EJ

(2.6)

dimana: E : medan listrik (V/m)

ρ : resistivitas atau hambatan jenis ( Ω.m)

J : rapat arus ( A/m2 )


Berikut ini adalat table 2.1 yang menunjukan resistivitas bahan logam.

II.5 Konduktansi (k)

Konduktansi adalah besaran yang menyatakan kemampuan bahan untuk

mengalirkan muatan, besarnya nilai konduktansi menunjukan bahwa suatu bahan

mampu mengonduksikan arus dengan baik. Secara matematis konduktansi dapat

dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

k= 1R

(2.7)

dimana : k : konduktansi ( ʊ atau Ω-1 atau siemens )

R : hambatan ( Ω atau ohm )

Simbol ʊ disebut mho sehingga dapat dituliskan dengan 1 ʊ = 1 S. S

adalah satuan SI yang disebut dengan siemens.

II.6 Hubungan resistivitas () dengan suhu absolut (T)

Untuk bahan konduktor, resistivitasnya berbanding lurus dengan suhu.

Tetapi pada suhu mendekati titik nol absolut (0 K), resistivitas bahan konduktor

juga mendekati nol. Hambatan jenis suatu bahan () adalah hambatan dari bahan

tersebut sepanjang 1 meter dengan luas penampang 1 m2 , Pada temperatur 20 0C.

Hambatan jenis biasa juga disebut hambatan spesifik.

Bahan ρ ( Ω.m)

Aluminium 2.63 X 10-8

Tungsten 5.51 X 10-8

Tembaga 1.72 X 10-8

Perak 1.47 X 10-8


Koefisien suhu tahanan atau koefisien suhu hambatan adalah perubahan

hambatan untuk setiap ohm hambatan dalam setiap derajat celcius. Pada

kebanyakan bahan, hambatan akan naik apabila temperatur naik, dan hanya pada

beberapa macam bahan saja yang hambatannya menurun. Bahan – bahan yang di

sebut belakangan ini , yang dikatakan mempunyai koefisien temperatur negatif.

Berikut ini adalah hubungan resistivitas dengan suhu absolut T

ditunjukkan oleh persamaan sebagai berikut :

ρ=ρ0 1+α (T−T0) (2.8)

dimana :

: resistivitas pada suhu T (Ω)

0 : resistivitas pada suhu referensi (biasanya 200C (Ω))

T0 : suhu referensi (K /0C)

: koefisien suhu hambatan listrik (1/0C)

Berikut ini adalah tabel 2.2 menunjukan koefisien suhu hambatan listrik

(α) adalah sebagai berikut :

Bahan Koefisien Suhu (α) 1/0C

Aluminium 0.0046

Tungsten 0.0045

Tembaga 0.00393

Perak 0.0038

II.7 Konduktivitas dalam konduktor ()

Konduktivitas adalah daya hantar listrik dari suatu bahan atau dapat

didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik.

Konduktivitas disimbolkan dengan atau yang disebut dengan sigma dan

satuannya adalah ʊ.m-1. Secara matematis konduktivitas dalam konduktor dapat

dituliskan sebagai berikut :

σ=1ρ

(2.9)


dimana : : konduktivitas ( ʊ.m-1 )

ρ : hambatan jenis ( Ω.m)

Berikut ini adalah table 2.3 yang menjelaskan mengenai data hambatan

jenis pada temperature ruang (200C).

Logam Konduktivitas Listrik (ʊ.m-1)

Perak 6.8 x 107

Tembaga 6.0 x 107

Aluminium 3.8 x 107

Besi 1.0 x 107

Platinum 0.94 x 107

Tungsten 1.8 x 106

II.8 Hukum Ohm

Ketika kita menghubungkan sebuah lampu dengan suatu beda potensial

listrik, berarti kita menghubungkan filamen kawat dalam bola lampu ke suatu

beda potensial yang menyebabkan arus listrik mengalir pada kawat, seperti beda

tekanan dalam pipa air yang menyebabkan air mengalir melalui pipa. Semua alat

listrik termasuk lampu mempunyai hambatan listrik tertentu.

Kawat-kawat listrik yang membawa listrik ke lampu-lampu dan peralatan

listrik lainnya memiliki hambatan, walaupun biasanya sangat kecil. Resistor pada

suatu rangkaian, terutama alat-alat elektronik biasanya digunakan untuk

mengendalikan besar arus listrik yang mengalir.

Pada tahun 1927, Georg Simon Ohm, ahli fisika berkebangsaan Jerman

menentukan berdasarkan hasil eksperimennya bahwa arus listrik yang melalui

suatu penghantar sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada ujung-

ujung penghantar tersebut, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan matematik

berikut:

I=VR

(2.10 )

dimana : I : arus (ampere)


V : beda potensial (volt)

R : hambatan penghantar (ohm)

Hasil eksperimental ini dikenal sebagai hukum ohm. Banyak fisikawan

yang akan mengatakan bahwa ini bukan merupakan hukum, tetapi lebih berupa

definisi hambatan atau deskripsi empirik dari sifat yang dimiliki bahan

(konduktor logam) tertentu. Penghantar yang sifat hambatannya mengikuti hukum

Ohm disebut penghantar Ohmik, sedangkan penghantar yang tidak mengikuti

hukum Ohm disebut penghantar non Ohmik. Untuk memperoleh hasil pengukuran

yang tepat seharusnya amperemeter harus mempunyai hambatan dalam diabaikan

sedangkan voltmeter memiliki hambatan dalam ideal (lab. fisika FMIPA

UPI,2008).

II.9 Hubungan arus , tegangan , dan hambatan

Persamaan yang menyatakan hubungan antara arus dan tegangan pada

percobaan ini tidak berlaku hukum ohm atau yang disebut sebagai hukum non

ohmik. Berdasarkan ketidakberlakuannya percobaan ini pada hukum ohm maka

hubungan arus dengan tegangan pada percobaan Arus Dan Tegangan Pada

Lampu Filamen Tungsten dapat dinyatakan menjadi persamaan matematis

sebagai berikut:

I=k V n (2.11)

dimana:

I : arus yang mengalir pada lampu filament tungsten ( A )

k : konstanta hambatan dalam lampu ( ʊ )

V : tegangan yang dipakai (volt)

n : konstanta lampu


Berikut ini adalah persamaan hubungan hambatan dengan suhu saat

suhunya 273K adalah sebagi berikut :

R=R273( T273 )

1.2

(2.12)

dimana : T : suhu dalam filamen (K)

R273 : hambatan saat suhu 273 K (ohm)

R : hambatan pada filament (ohm)

Persamaan 2.12 dapat ditulis menjadi bentuk yang lain, dimana pada

persamaan ini menghubungkan hambtan dengan konduktansi, persamaan

matematisnya adalah sebagai berikut :

R=R273 . k (2.13)

dimana : R : hambatan dalam filament (ohm)

R273 : hambatan saat suhu 273 K (ohm)

k : konduktansi (Ω-1)

Berdasarkan persamaan 2.11 dapat dicari energi yang hilang atau energi

terdisipasi dari rangkaian ini. Persamaan mencari energi terdisipasi adalah sebagai

berikut :

energi terdisipasi=(1−n ) .100 % (2.14)

dimana n adalah konstanta lampu seperti yang ditunjukan pada persamaan

(2.11).


III. Metode Pengambilan Data

III.1 Alat

Pada percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten alat dan bahan

telah terangkai dan untuk pemasangan penghubungan antar alat dan bahan belum

terangkai (merangkai sendiri sesuai dengan rangkaian).

1. Amperemeter

Alat untuk mengukur besarnya arus yang mengalir melalui lampu filamen

tungsten.

2. Voltmeter

Alat untuk mengukur besarnya tegangan yang dipakai lampu filamen

tungsten.

III.2 Bahan

1. Lampu filamen tungsten

a. Digunakan sebagai obyek yang akan dihitung arus yang melewatinya dan

tegangan yang dipakai agar dapat menyala,

b. Sebagai obyek yang akan dicari nilai konstanta dari lampu (n) dan

konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten (k) melalui grafik.

2. Penghantar (kawat/kabel)

Digunakan sebagai penghantar arus pada rangkaian agar lampu filamen

tungsten dapat menyala.

3. Sumber tegangan

Digunakan sebagai sumber energi listrik, dimana energi listrik ini akan diubah

menjadi energi panas atau yang disebut sebagai energi terdisipasi dan energi

cahaya.

4. Reostat


Digunakan untuk mengubah-ubah nilai hambatan sehingga dapat

mempengaruhi arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian.

III.3 Skema Rangkaian Percobaan

Keterangan :

A : amperemeter

V : voltmeter

X : lampu filamen

tungsten

PQ : hambatan geser atau reostat

Gambar 3.1

Skema Rangkaian Percobaan Arus &

Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten

III.4 Gambar Peralatan Percobaan

Gambar 3.2 Gambar 3.3

Gambar Peralatan Percobaan Arus Gambar Peralatan Percobaan Arus


dan Tegangan pada Filament Tungsten 1 dan Tegangan pada Filament Tungsten 2

Fuse 0.5A Lampu 35 Watt Fuse 0.5A Lampu 35 Watt

Gambar 3.4 Gambar 3.5

Gambar Peralatan Percobaan Arus Gambar Peralatan Percobaan Arus

dan Tegangan pada Filament Tungsten 1 dan Tegangan pada Filament Tungsten 1

Fuse 5A Lampu 35 Watt Fuse 5A Lampu 35 Watt

Peralatan diatas antara lain sebagai berikut alat ukur arus atau yang

dikenal dengan amperemeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu

filament tungsten ini mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan

dengan satuan ampere, untuk skala maksimum sebesar 5 A. Spesifikasi alatnya

adalah Heles CR-45 Class 2.5 .Alat ukur tegangan atau yang dikenal dengan

voltmeter, pada percobaan arus dan tegangan pada lampu filament tungsten ini

mempunyai skala minimum sebesar 0 yang dinyatakan dengan satuan volt, untuk

skala maksimum sebesar 15V. Spesifikasi alatnya adalah Heles CR-45 Class 2.5

REG. 271.488.

III.5 Skema Kerja

Berikut ini adalah skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu

filamen tungsten

Mulai


Gambar 3.6

Skema Percobaan Arus dan Tegangan pada Lampu Filamen Tungsten

III.6 Diagram Fisis

Voltmeter,amperemeter, lampu , penghantar, sumber tegangan, dan

reostat

Rangkai sesuai skema kerja percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten

Potensial dan arus pada alat ukur

Analisis data dan tarik kesimpulan

Selesai


Gambar 3.7

Diagram fisis percobaan arus dan tegangan pada lampu filamen tungsten

IV. Pengolahan Data

Saat diberi sumber tegangan maka akan terjadi pergerakan muatan (aliran arus listrik) yang mengalir ke rangkaian

muatan yang bergerak tersebut mengalir melalui penghantar dalam jumlah besar mengakibatkan terjadi banyak tumbukan dalam penghantar

tumbukan yang terjadi mengakibatkan adanya transfer energi dari muatan yang menumbuk ke muatan yang ditumbuk

tumbukan yang terus menerus mengakibatkan energi kinetik atom dalam penghantar semakin meningkat, meningkatnya energi kinetik menyebabkan terjadinya peningkatan

pada suhu penghantar

tumbukan muatan tidak hanya terjadi pada penghantar tetapi juga terjadi pada filamen lampu tungsten yang bila terjadi tumbukan secara terus menerus mengakibatkan

terjadinya pelepasan muatan filamen tungsten

pelepasan muatan tersebut mengakibatkan muatan yang dilepaskan akan menumbuk muatan muatan dari atom gas pengisi lampu filamen tungsten

tumbukan tersebut akan menyebabkan pelepasan energi dengan panjang gelombang tertentu sehingga yang akan terlihat kasat mata adalah berupa cahaya dengan panjang

gelombang tertentu


IV.1 Data Percobaan

Percobaan ke-

Lampu 35 Watt Fuse 0.5 A Lampu 35 Watt Fuse 5 AJenis Filamen Jenis Filamen

Filamen 1 Filamen 2 Filamen 1 Filamen 2V (volt) I(A) V (volt) I(A) V (volt) I(A) V (volt) I(A)

1 2.50 1.90 2.50 1.90 2.50 1.30 2.50 1.002 3.00 2.00 3.00 2.10 3.00 1.50 3.00 1.103 3.50 2.20 3.50 2.20 3.50 1.60 3.50 1.204 4.00 2.40 4.00 2.40 4.00 1.80 4.00 1.305 4.50 2.50 4.50 2.50 4.50 1.90 4.50 1.406 5.00 2.60 5.00 2.60 5.00 2.00 5.00 1.507 5.50 2.80 5.50 2.80 5.50 2.10 5.50 1.608 6.00 2.90 6.00 2.90 6.00 2.20 6.00 1.709 6.50 3.00 6.50 3.00 6.50 2.30 6.50 1.8010 7.00 3.10 7.00 3.10 7.00 2.40 7.00 1.9011 7.50 3.20 7.50 3.20 7.50 2.50 7.50 2.0012 8.00 3.40 8.00 3.40 8.00 2.60 8.00 2.1013 8.50 3.40 8.50 3.40 8.50 2.70 8.50 2.2014 8.60 3.40 8.60 3.40 9.00 2.80 9.00 2.3015 …… ….. …… ….. 9.50 2.80 9.5 2.4016 …… ….. …… ….. 10.0 2.90 10.0 2.5017 …… ….. …… ….. 10.5 2.90 10.5 2.6018 …… ….. …… ….. …… ….. 11.0 2.60

Tabel 4.1

Data Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Filamen Tungsten


IV.2 Pengolahan Data Percobaan

V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I V (volt) ln V I(A) ln I1 2.50 0.92 1.90 0.64 2.50 0.92 1.90 0.64 2.50 0.92 1.30 0.26 2.50 0.92 1.00 0.00

2 3.00 1.10 2.00 0.69 3.00 1.10 2.10 0.74 3.00 1.10 1.50 0.41 3.00 1.10 1.10 0.10

3 3.50 1.25 2.20 0.79 3.50 1.25 2.20 0.79 3.50 1.25 1.60 0.47 3.50 1.25 1.20 0.18

4 4.00 1.39 2.40 0.88 4.00 1.39 2.40 0.88 4.00 1.39 1.80 0.59 4.00 1.39 1.30 0.26

5 4.50 1.50 2.50 0.92 4.50 1.50 2.50 0.92 4.50 1.50 1.90 0.64 4.50 1.50 1.40 0.34

6 5.00 1.61 2.60 0.96 5.00 1.61 2.60 0.96 5.00 1.61 2.00 0.69 5.00 1.61 1.50 0.41

7 5.50 1.70 2.80 1.03 5.50 1.70 2.80 1.03 5.50 1.70 2.10 0.74 5.50 1.70 1.60 0.47

8 6.00 1.79 2.90 1.06 6.00 1.79 2.90 1.06 6.00 1.79 2.20 0.79 6.00 1.79 1.70 0.53

9 6.50 1.87 3.00 1.10 6.50 1.87 3.00 1.10 6.50 1.87 2.30 0.83 6.50 1.87 1.80 0.59

10 7.00 1.95 3.10 1.13 7.00 1.95 3.10 1.13 7.00 1.95 2.40 0.88 7.00 1.95 1.90 0.64

11 7.50 2.01 3.20 1.16 7.50 2.01 3.20 1.16 7.50 2.01 2.50 0.92 7.50 2.01 2.00 0.69

12 8.00 2.08 3.40 1.22 8.00 2.08 3.40 1.22 8.00 2.08 2.60 0.96 8.00 2.08 2.10 0.74

13 8.50 2.14 3.40 1.22 8.50 2.14 3.40 1.22 8.50 2.14 2.70 0.99 8.50 2.14 2.20 0.79

14 8.60 2.15 3.40 1.22 8.60 2.15 3.40 1.22 9.00 2.20 2.80 1.03 9.00 2.20 2.30 0.83

15 …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. 9.50 2.25 2.80 1.03 9.5 2.25 2.40 0.88

16 …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. 10.0 2.30 2.90 1.06 10.0 2.30 2.50 0.92

17 …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. 10.5 2.35 2.90 1.06 10.5 2.35 2.60 0.96

18 …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. …… …… ….. ….. 11.0 2.40 2.60 0.96

Lampu 2 35 Watt fuse 5 AJenis Filamen

Filamen 1 Filamen 2Percobaan

ke- Filamen 1 Filamen 2

Lampu 1 35 Watt fuse 0.5 AJenis Filamen

Tabel 4.2

Pengolahan Data Percobaan Arus Dan Tegangan Pada Lampu Filamen Tungsten


4.3 Hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten 1 dan filament 2

pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A dengan potensial yang dipakai

a. lampu 35 watt fuse 0.5 A

filament 1

2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 8.60

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

V (volt)

I (am

pere

)

Gambar 4.1

Hubungan antara arus (sumbu Y) dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai

1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.60

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

I (ampere)

V (v

olt)

Gambar 4.2

Hubungan antara arus (sumbu X) dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai

filament 2


2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 8.60

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

V (volt)

I (am

pre)

Gambar 4.3


1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.60

1

2

3

4

5

6

7

8

9

I (ampere)

V (v

olt)

Gambar 4.4


b. lampu 35 watt fuse 5 A

filament 1


2.503.00

3.504.00

4.505.00

5.506.00

6.507.00

7.508.00

8.509.00

9.5010.00

10.500.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

V (volt)

I (am

pere

)

Gambar 4.5


1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

I (ampere)

V (v

olt)

Gambar 4.6


filament 2


2.503.00

3.504.00

4.505.00

5.506.00

6.507.00

7.508.00

8.509.00

9.5010.00

10.5011.00

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

V (volt)

I (am

pere

)

Gambar 4.7


0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.800.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

I (ampere)

V (v

olt)

Gambar 4.8


4.4 Nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta hambatan dalam lampu filament

tungsten atau konduktansi (k) melalui grafik



filament 1

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

f(x) = 0.492717090568021 x + 0.176180794510215R² = 0.995471011484654f(x) = 0.592608178677731 xR² = 0.99836440358754f(x) = 0.30911789136404 x + 0.5R² = 0.981375965037825

Ln V

Ln I

konstanta dari lampu (n)

n = 0.44 (slope terbaik)

∆ n=|nslope maksimum−nslope minimum

2 |=|0.37−0.312 |=0.03

n ± ∆ n=0.44 ± 0.03

konstanta hambatan dalam lampu filament tungsten atau

konduktansi (k)

ln k=−0.12 → k=0.89 (slope terbaik)

ln k=0.50 → k=1.65 (slope maksimum)

ln k=0 → k=1.00 (slope minimum)

∆ k=|k slopemaksimum−kslope minimum

2 |=|1.65−1.002 |=0.32

k ± ∆ k=(0.89 ± 0.32 )

filament 2


0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

f(x) = 0.478984212842232 x + 0.202685903969648R² = 0.996370448865698f(x) = 0.282063867098753 x + 0.55R² = 0.974707405781414

f(x) = 0.820695412994767 x − 0.4R² = 0.990976215038317

Ln V

Ln I




2 |=|0.59−0.282 |=0.15

n ± ∆ n=0.48 ± 0.15


konduktansi (k)

ln k=0.20 → k=1.22 (slope terbaik)

ln k=−0.40 → k=0.67 (slope maksimum)

ln k=0.55 → k=1.73 (slope minimum)


2 |=|0.67−1.732 |=0.53

k ± ∆ k=(1.22 ±0.53 )



filament 1

0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.600.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

f(x) = 0.559571751544754 x − 0.215780718290828R² = 0.995247567767231f(x) = 0.44539556254927 xR² = 0.99592235651531f(x) = 0.366025966947869 x + 0.15R² = 0.98395349149301

ln V

ln I




2 |=|0.44−0.372 |=0.04

n ± ∆ n=0.56 ± 0.04


konduktansi (k)


ln k=0.15 → k=1.16 (slope minimum)

ln k=0 → k=1.00 (slope maksimum)


2 |=|1.00−1.162 |=0.08

k ± ∆ k=(0.81 ± 0.08 )

filament 2


0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.600.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

f(x) = 0.676506916020671 x − 0.662729742500032R² = 0.996322700402628f(x) = 0.48827263692214 x − 0.3

R² = 0.991228074678211

f(x) = 0.799635489829381 x − 0.9R² = 0.998508926297799

ln V

ln I




2 |=|0.68−0.492 |=0.09

n ± ∆ n=0.80 ± 0.09


konduktansi (k)


ln k=−0.30 → k=0.74 (slope minimum)

ln k=−0.67 → k=0.51 (slope maksimum)


2 |=|0.51−0.742 |=0.12

k ± ∆ k=(0.41 ± 0.12 )

4.5 Temperature dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan

fuse 5 A



filament 1

k ± ∆ k=(0.89 ± 0.32 )

R=k R273→ k=( T273 )

−1.2

→ T=273 . k−11.2

T=273 . 0.89−11.2=300.8=301 K=280 C

filament 2

k ± ∆ k=(1.22 ±0.53 )

R=k R273→ k=( T273 )

−1.2

→ T=273 . k−11.2

T=273 . 1.22−11.2=231.3=231 K=420 C


filament 1

k ± ∆ k=(0.81 ± 0.08 )

R=k R273→ k=( T273 )

−1.2

→ T=273 . k−11.2

T=273 . 0.81−11.2=300.8=301 K=280 C

filament 2

k ± ∆ k=(0.41 ± 0.12 )

R=k R273→ k=( T273 )

−1.2

→ T=273 . k−11.2

T=273 . 0.41−11.2=573.9=574 K=3010 C


4.6 Nilai resistivitas filament pada percobaan lampu filament 1 dan lampu filament 2

pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A

Karena filament terbuat dari bahan tungsten maka diperlukan data-data sebagai berikut :

α=0.00450C−1

ρtembaga=5.5110−8 Ω. m

T 0=200 C


filament 1

T=273 . 0.89−11.2=300.8=301 K=280 C

ρ=ρ0 1+α (T−T 0 )

ρ=5.5110−8 1+0.0045(28−20) =5.7110−8 Ω .m

filament 2

T=273 . 1.22−11.2=231.3=231 K=420 C

ρ=ρ0 1+α (T−T 0 )

ρ=5.5110−8 1+0.0045(42−20)=6.0610−8 Ω.m


filament 1

T=273 . 0.81−11.2=300.8=301 K=280 C

ρ=ρ0 1+α (T−T 0 )

ρ=5.5110−8 1+0.0045(28−20) =5.7110−8 Ω .m


filament 2

T=273 . 0.41−11.2=573.9=574 K=3010 C

ρ=ρ0 1+α (T−T 0 )

ρ=5.5110−8 1+0.0045(301−20)=1.2510−7 Ω.m

4.7 Energi terdisipasi yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu filament 2

pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A


filament 1

n ± ∆ n=0.44 ± 0.03

energi terdisipasi=1−n=1−0.44=0.56=56 %dari energi awalnya

filament 2

n ± ∆ n=0.48 ± 0.15



filament 1

n ± ∆ n=0.56 ± 0.04


filament 2

n ± ∆ n=0.80 ± 0.09

energi terdisipasi=1−n=1−0.80=0.20=20 % dari energiawalnya


4.8 Konduktivitas dalam konduktor yang dihasilkan pada lampu filament 1 dan lampu

filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5 A


filament 1

ρ=5.7110−8 Ω. m

σ=1ρ= 1

5.71 10−8=17.5 106 . m−1

filament 2

ρ=6.0610−8 Ω . m

σ=1ρ= 1

6.06 10−8=16.5 106 .m−1


filament 1

ρ=5.7110−8 Ω. m

σ=1ρ= 1

5.71 10−8=17.5 106 . m−1

filament 2

ρ=1.2510−7 Ω. m

σ=1ρ= 1

1.25 10−7=8.00106 . m−1


V. Pembahasan

Pada percobaan yang berjudul arus dan tegangan lampu filament tungsten yang

bertujuan untuk menyelidiki hubungan antara arus yang melewati lampu filament

tungsten dan potensial yang dipakai, mencari nilai konstanta dari lampu (n) dan konstanta

hambatan dalam lampu filament tungsten atau konduktansi filament lampu (k) melalui

grafik, mencari besarnya temperature, nilai resistivitas, energi terdisipasi, dan nilai

konduktivitas dalam dalam filament 1 dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan

5 A.

Penghantar terdiri dari atom-atom, atom dari penghantar terdiri dari muatan

negative (electron) yang mengelilingi inti atom, dan inti atom yang terdiri dari muatan

positif dan muatan neutron. Sebelum diberi adanya beda potensial atau sumber tegangan

muatan-muatan dari penghantar dalam keadaan stabil, pemberian sumber tegangan (beda

potensial) mengakibatkan pergerakan muatan karena muatan positif yang ada dalam atom

akan bergerak menuju kutup yang negative dan muatan negative yang ada dalam atom

akan menuju kutub positif. Pergerakan muatan ini akan tidak teratur dan saling

menumbuk satu sama lain.

Tumbukan dari muatan satu ke muatan yang lain menyebabkan adanya transfer

energi, dimana semakin banyak tumbukan maka energi kinetik total muatan dalam

penghantar akan semakin besar. Besarnya energi kinetik menyebabkan kenaikan

temperature pada penghantar semakin naik peristiwa tersebut adalah pemanasan filament.

Pemanasan filament tidak akan putus selama kenaikan temperature pada filament tidak

melebihi titik leleh bahan tungsten tersebut yaitu 3371,10C. Karena peristiwa tumbukan

dari muatan ke atom lain yang stabil maka energi dari muatan tersebut akan ditransfer ke

atom lain yang stabil sehingga menyebabkan atom yang stabil menjadi kelebihan energi

dan menjadi tidak stabil, atom yang tidak stabil akibat mendapat energi dari muatan lain

kemudian menggunakan energinya untuk bereksitasi yaitu berpindahnya muatan negative

(dari atom) ke tingkat yang lebih tinggi untuk menstabilkannya. Namun demikian pada


keadaan muatan negative tereksitasi, atom tetap mengalami keadaan yang kurang stabil,

keadaan tersebut menjadikan muatan negative dari atom yang tereksitasi, berpindah lagi

ke tingkat yang lebih rendah disertai dengan pelepasan foton dengan energi tertentu

(dieksitasi) dimana yang dapat kita lihat dengan timbulnya warna kemerah-merahan pada

filament.

Pelepasan foton dengan energi tertentu ini dari ikatan atom pada filament akan

menumbuk atom pengisi lampu, tumbukan ini akan mengakibatkan proses eksitasi dan

dieksitasi kembali dan menghasilkan foton dengan panjang gelombang gelombang

tertentu yang dapat kita lihat dengan timbulnya nyalanya lampu.

Pada percobaan ini pengambilan data tegangan dan arus tergantung pada

rangkaiannya, data yang diambil bila dilihat dari rangkaiannya terdapat kesalahan pada

voltmeter karena beda potensial yang terukur adalah jumlah beda potensial dari lampu

dan amperemeter. Oleh sebab itu data yang diperoleh dalam percobaan masih terdapat

kesalahan. Bila menginginkan data yang benar maka saat mengukur arus dan beda

potensialnya harus dilakukan sendiri-sendiri.

Pada percobaan ini hubungan antara arus yang melewati lampu filament tungsten

dan potensial yang dipakai menghasilkan grafik analisa yang tidak dimulai dari sumbu

XY (0,0), grafik ini menunjukan bahwa terdapat faktor lain yaitu karena adanya faktor

konstanta hambatan dalam lampu atau yang disebut konduktansi.

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y)

dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan

filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat

setiap kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 8.0 volt , 8.5 volt dan seterusnya nilai

arus yang dihasilkan sebesar 3.4 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus

akan konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan

memiliki nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan

mengalami nilai arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥8.0 volt. Dari grafik yang

dihasilkan oleh lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 menunjukan bahwa

filament ini tidak berlaku hukum ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai


tegangan maka akan meningkatkan nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa

nilai arus yang konstan setelah mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan

inimenunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan filament 2 berlaku

hukum non-ohmik.

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu Y)

dengan tegangan (sumbu X) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 dan

menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan yang terus meningkat setiap

kenaikannya tetapi pada saat nilai tegangan 10.0 volt , 10.5 volt dan seterusnya nilai arus

yang dihasilkan sebesar 2.9 A. Dari data ini menunjukan bahwa besarnya nilai arus akan

konstan setelah tegangan mencapai ≥10 volt. Sehingga grafik yang dihasilkan memiliki

nilai tegangan yang terus meningkat seiring bertambahnya arus dan akan mengalami nilai

arus yang konstan setelah tegangan mencapai ≥10.0 volt. Dari grafik yang dihasilkan oleh

lampu 35 watt fuse 5 A filament 1 menunjukan bahwa filament ini tidak berlaku hukum

ohm (berdasarkan hukum ohm meningkatnya nilai tegangan maka akan meningkatkan

nilai arus) sebab pada percobaan ini terjadi peristiwa nilai arus yang konstan setelah

mencapai tegangan tertentu. Jadi pada percobaan ini menunjukan bahwa pada lampu 35

watt fuse 5 A filament 1 berlaku hukum non-ohmik.

Namun pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 menghasilkan grafik yang linier

dengan kondisi semakin meningkat tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus

meningkat. Filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A berlaku hukum ohm, jadi pada

percobaan ini menunjukan bahwa pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2 berlaku

hukum ohm.

Pada pengolahan data yang menghasilkan hubungan antara arus (sumbu X)

dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 0.5 A filament 1 dan

filament 2 menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk

peningkatan secara eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku

hukum ohm ( hukum non-ohmik). Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan

(n) pada hukum ohm n≠1. Dari grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan

ini disebut komponen non-ohmik.



dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 1

menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan berbentuk peningkatan secara

eksponensial. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini tidak berlaku hukum non-ohmik.

Hukum non-ohmik berlaku jika pangkat dari tegangan (n) pada hukum ohm n≠1. Dari

grafik ini menunjukan bahwa penghantar pada percobaan ini disebut komponen non-

ohmik.


dengan tegangan (sumbu Y) yang dipakai pada lampu 35 watt fuse 5 A filament 2

menghasilkan grafik yang nilai arus dan nilai tegangan menghasilkan bentuk linier

dimana semakin meningkat nilai tegangan maka nilai arus yang mengalir akan terus

meningkat. Hal ini menunjukan bahwa pada grafik ini berlaku hukum ohm .

Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi) ,

temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan konduktivita

sebagai berikut :

a. Lampu 35 watt fuse 0.5 A

Filament 1 →

n ± ∆ n=0.44 ± 0.03 , k ± ∆ k=(0.89±0.32 ) , T=280 C , ρ=5.71 10−8 Ω. m ,energi terdisipasi 56 %dari energiawalnya , dan σ=17.5 106 . m−1 .

Filament 2 →

n ± ∆ n=0.48± 0.15dank ± ∆ k= (1.22± 0.53 ) , T=420 C , ρ=6.0610−8 Ω. m , energi terdisipa si52% dari energiawalnya , danσ=16.5106 . m−1 .

b. Lampu 35 watt fuse 5 A

Filament 1 → n ± ∆ n=0.56 ± 0.04 dan

k ± ∆ k=(0.81 ± 0.08 ) ,T=280C , ρ=5.71 10−8 Ω .m , energi terdisipasi=44 %dari energi awalnya , dan σ=17.5106 . m−1 .

Filament 2 → n ± ∆ n=0.80 ± 0.09 dan

k ± ∆ k=(0.41 ± 0.12 ) ,T=3010 C , ρ=1.25 10−6 Ω. m , energi terdisipasi 20%darienergiawalnya ,danσ=8.00 106 . m−1 .

Berdasarkan hasil pengolahan data diatas dapat diidentifikasi filament yang paling

baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik, berikut ini analisisnya :


berdasarkan nilai k (konduktansinya) filament yang paling baik menghantarkan

arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament yang paling

buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A,

berdasarkan nilai resistivitas dari filament, filament yang paling baik

menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 0.5 A dan fuse 5

A dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada

lampu 35 watt fuse 0.5 A,

berdasarkan nilai konduktivitas dari filament, filament yang paling baik

menghantarkan arus adalah filament 1 pada lampu 35 watt fuse 5 A dan fuse 0.5A

dan filament yang paling buruk menghantarkan arus adalah filament 2 pada

lampu 35 watt fuse 5 A,

Dari analisis diatas terdapat anomali berdasarkan nilai k, untuk nilai resistivitas

dan nilai konduktivitas mempunyai kesimpulan yang sama. Namun berdasarkan nilai k

dengan nilai resistivitas dan konduktivitas mempunyai kesimpulan yang berbeda dalam

menentukan jenis filament yang paling baik dan paling buruk menghantarkan arus listrik.

Hal ini dapat disebabkan oleh adanya faktor kesalahan pada perhitungan dan kesalahan

pada nilai tegangan yang terukur pada voltmeter sebab beda potensial yang terukur

adalah jumlah beda potensial dari lampu dan amperemeter.

Dari hasil perhitungan temperature dapat menunjukan bahwa filament 1 pada

lampu 35 watt fuse 0.5 A dan filament 2 pada lampu 35 watt fuse 5 A mempunyai

temperature paling kecil karena filament 1 tidak mudah cepat panas.

Pada dasarnya dalam percobaan ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi

cahaya dan energi panas. Energi panas ini yang disebut dengan energi terdisipasi. Energi

terdisipasi yang paling besar dihasilkan oleh filament 1 pada lampu 35 watt fuse 5 A dan

fuse 0.5A.

VI. Penutup

6.1 Kesimpulan


Kesimpulan dari percobaan arus dan tegangan pada filament tungsten adalah :

a. Pada percobaan ini hasil grafik hubungan antara arus yang melewati lampu

filament tungsten dan potensial mempunyai faktor konstanta hambatan dalam

lampu dan tidak berlaku hukum ohm atau berlaku hukum non-ohmik.

b. Pada pengolahan data lampu 35 watt didapat hasil nilai n dan k (konduktansi),

temperature dalam filament, resitivitas filament, energi terdisipasi, dan

konduktivita sebagai berikut :

Lampu 35 watt fuse 0.5 A

Filament 1 →

n ± ∆ n=0.44 ± 0.03 , k ± ∆ k=(0.89±0.32 ) , T=280 C , ρ=5.71 10−8 Ω. m ,energi terdisipasi 56 %dari energiawalnya , dan σ=17.5 106 . m−1 .

Filament 2 →

n ± ∆ n=0.48± 0.15dank ± ∆ k= (1.22± 0.53 ) , T=420 C , ρ=6.0610−8 Ω. m , energi terdisipasi 52%dari energi awalnya ,danσ=16.5106 .m−1 .

Lampu 35 watt fuse 5 A

Filament 1 → n ± ∆ n=0.56 ± 0.04 dan

k ± ∆ k=(0.81 ± 0.08 ) ,T=280C , ρ=5.71 10−8 Ω .m , energi terdisipasi=44 %dari energi awalnya , dan σ=17.5106 . m−1 .

Filament 2 → n ± ∆ n=0.80 ± 0.09 dan

k ± ∆ k=(0.41 ± 0.12 ) ,T=3010 C , ρ=1.25 10−6 Ω. m , energi terdisipasi 20%darienergiawalnya ,danσ=8.00 106 . m−1 .

6.2 Saran

Sebelum percobaan ini dilakukan diharapkan mengerti tujuan dari

praktikum yang akan dilakukan.

VII. Daftar Pustaka

Giancoli.1998. Fisika Jilid 2. Erlangga : Jakarta.

Tripler. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Erlangga : Jakarta.


Sears dan Zemansky.1962.Fisika Untuk Universitas Magnet dan Listrik Erlangga.

Erlangga : Jakarta.

VIII. Lampiran

Penurunan persamaan adalah sebagai berikut :

P=α0 T N

berdasarkan persamaan ini : R=R273( T273 )

1.2

denganmemisalkan

α 1=R273

Rmakamenjadi persamaan berikut :

R=α1 T1.2

Rα1

=T 1.2

karena P=I 2 R makaP=α0 T N

I 2 R=α 0T N

I 2 R=( Rα 1 )

N /1.2

denganmemisalkanC=α0

α1N /1.2

I 2 R=C RN

1.2

I 2=C RN

1.2−1

IN1.2

+1=C V

N1.2

−1

( N1.2

+1) ln I=ln C+¿( N1.2

−1) ln V ¿

kemudian dibagi dengan( N1.2

+1) , makamenjadi persamaan:

ln I= lnC

( N1.2

+1)+( N1.2

−1)( N1.2

+1)lnV

bila dimisalkann=( N

1.2−1)

( N1.2

+1)dan k=C

( N1.2

+1)−1

maka menjadi sebagai berikut :

ln I=ln k+n ln VI=k V n

Documents

Arus Dan Tegangan Pada Filamen Tungsten