I. JUDUL
.
II. TUJUAN PERCOBAAN
III. LANDASAN TEORI
Rangkaian R-L merupakan Rangkaian yang berisi tahanan dan induktor, Karena seluruh rangkaian memiliki tahanan dan induktansi diri, analisis suatu rangkaian RL dapat diberlakukan untuk batas-batas tertentu pada seluruh rangkaian. Seluruh rangkaian juga memiliki kapasitansi di antara bagian rangkaian pada potensial yang berbeda. Induktansi diri rangkaian mencegah arus naik atau turun seketika. Rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan atau solenoida dengan banyak lilitan memiliki induktansi diri yang besar. Kumparan atau solenoida tersebut disebut dengan induktor. Induktansi diri pada rangkaian luar induktor sering diabaikan (Tipler, 2001 : 301).
Tegangan pada resistor VR sevase dengan arus I, tegangan pada indikator VL mendahului arus p/2 rad atau 900, dan tegangan pada kapasitor tertinggaldari arus p/2 rad atau 900. Dengan demikian dapat di tulis :
VR = ImR sin wt = VmR sin wt
VL = ImXL sin (wt + 900 ) = VmL sin (wt + 900 )
Jika kita pilih sudut wt pada sumbu x, maka diagaram fasor untuk arus I, tegangan, maka harus ada penambahan dari Vc untuk memperoleh grafik 900
VR, VL, dan VC akan tampak seperti pada gambar di bawah ini.
(Bob Foster,2003: 264-267)
Rangkaian seri resistor ( R ) pada sebuah resistor meupakan fungsi waktu pada sebuah gelombang sinusida, arus dan tegangannya memiliki fase yang sama
Gambar 26-26 menunjukkan suatu rangkaian R-L yang di dalamnya terdapat kumparan L dan hambatan R yang dihubungkan secara seri dengan baterai dengan ggl ε0 dan saklar S. Hambatan R meliputi hambatan kumparan inductor dan induktansi bagian lain rangkaian tersebut dapat diabaikan dibandingkan dengan induktansi induktor. Saklar mula-mula terbuka sehingga tidak ada arus dalam rangkaiannya. Setelah saklar ditutup, arus masih nol, tetapi arus tersebut berubah pada laju dI/dt, dan terdapat ggl induksi yang besarnya L dI/dt dalam inductor. Dalam diagram rangkaian ini, tanda plus dan minus telah diberikan pada inductor untuk memperlihatkan arah ggl ketika arusnya meningkat, atau ketika dI/dt positif. Sesaat setelah saklarnya ditutup, terdapat arus I dalam rangkaian dan potensial jatuh IR pada tahanan. Denngan menggunakan kaidah hukum Kirchoff pada rangkaian ini akan diperoleh
ε0 – IR – L = 0
Kita dapat memahami banyak variable arus dalam rangkaian ini dari persamaan di atas. Mula-mula (sesaat setelah saklar ditutup) arusnya nol dan ggl induksi L dI/dt sama dengan ggl baterai. Laju perubahan ini adalah
Begitu arusnya meningkat, potensial jatuh IR juga meningkat, dan laju perubahan arus menurun. Sesaat kemudian, arusnya telah mencapai nilai positif I, dan laju perubahan arusnya sama dengan
Semakin besar induktansi L, semakin lambat arus itu bertambah.
Sewaktu arus itu bertambah, suku (R/L) juga bertambah, dan kecepatan pertambahan arus semakin kecil. Ketika arus itu mencapai nilai tunak akhirnya I, maka kecepatan pertambahannya adalah nol. Maka:
dan
(Young dan Freedam, 2004: 415)
Untuk mengetahui konstanta waktu yang diperlukan, maka
dengan
Dari persamaan di atas, semakin besar kumparan L atau semakin kecil hambatan R, semakin lama waktu yang dibutuhkan arus untuk bertambah. Perkalian konstanta waktu L/R dan kemiringan awal sama dengan arus akhir . Jika laju peningkatan arus konstan pada laju semula, arus akan mencapai nilai maksimumnya dalam waktu t = τ. Jika laju peningkatan arus tidak onsatan, nilai arus akan menurun terhadap waktu.
Pertimbangan energi menawarkan kepada kita wawasan tambahan ke dalam perilaku sebuah rangkaian R-L. Kecepatan sesaat pada saat sumber itu mengantar energi ke rangkaian tersebut adalah P = εi. Kecepatan sesaat pada saat energi didisipasikan dalam hambatan itu adalah i2R, dan kecepatan pada saat energi disimpan dalam induktor itu adalah ivbc = Li di/dt. Jika kita mengalikan persamaan ε0 – IR – L = 0 dengan I, maka akan didapatkan persamaan
Sifat rangkaian RL dapat diselidiki secara eksperimental, dengan menggunakan sebuah osiloskop sinar katoda. Jika kontak penghubung (saklar) S dilemparkan secara periodic di antara titik a dan b, maka tegangan gerak elektrik baterai yang digunakan akan memiliki nilai yang berganti-ganti (tidak stabil) di antara dan nol. Jika terminal-terminal (titik-titik ujung) sebuah osiloskop dihubungkan melalui b dan c, maka osiloskop tersebut akan memperlihatkan bentuk gelombang (wave form) dari tegangan gerak elektrik yang dipakaikan pada layar.
Jika terminal-terminal osiloskop dihubungkan melalui hambatan R, maka bentuk gelombang yang ditunjukkan merupakan bentuk gelombang dari arus di dalam rangkaian, karena penurunan potensial melalui R, yang menentukan penyimpangan osiloskop, adalah diberikan oleh . Selama interval-interval yang diberi tanda inc, maka arus semakin besar dan bentuk gelombangnya adalah
Selama interval-interval yang diberi tanda dec, maka arus semakin kecil dan nilai VR adalah
Tegangan yang jatuh pada induktor berkurang dan impedansi terhadap arus yang mengalir pada induktor pun berkurang. Kemudian arus akan meningkat secara bertahap, seperti terlihat pada gambar 21-30a, dan mendekati nilai konstan Imaks = V/R jika seluruh tegangan jatuh pada hambatan. Bentuk kurva I merupakan fungsi waktu :
Jika baterai tiba-tiba dilepaskan dari rangkaian, arus akan jatuh seperti pada gambar 21-30b. Ini adalah kurva eksponensial turun yang rumusnya . Konstanta waktu τ adalah waktu yang diperlukan arus untuk turun hingga mencapai 37 % dari nilai awalnya, dan lagi-lagi sama dengan L/R.
Ke dua grafik tersebut menunjukkan bahwa selalu terdapat “waktu reaksi” pada saat sebuah electromagnet dihidupkan atau dimatikan. Kita juga dapat melihat bahwa rangkaian R-L memiliki sifat yang sama dengan rangkaian R-C. Namun, tidak seperti kapasitor, di sini konstanta waktu berbanding terbalik terhadap R.
(Giancoli, 2001: 196-195)
Sebuah rangkaian yang memasukkan sebuah resistor dan sebuah induktor, dan mungkin sebuah sumber tegangan dinamakan rangkaian R-L (R-L circuit).
(Young dan Freedam, 2004: 414)
IV. Alat dan Bahan
NO NAMA ALAT/BAHAN JUMLAH
1 Kumparan 1000 Lilitan 1
2 Hambatan Tetap 100 Ώ 1
3 Papan Rangkaian 1
4 Jembatan Penghubung 1
5 Saklar 1 Kutub 1
6 Kabel Penghubung Merah 2
7 Kabel Penghubung Hitam 2
8 Multimeter 1
9 Audio Generator 1
10 Inti Besi I 1
V. Langkah Percobaan
a. Dihidupkan audio generator.
b. Ditutup saklar S (posisi 1), kemudian dibaca VR (tegangan hambatan R) pada voltmeter, dicatat hasilnya pada tabel hasil pengamatan.
c. Dibuka saklar S (posisi 0), kemudian dipindahkan voltmeter ke titik B dan D untuk mengukur tegangan kumparan L.
d. Ditutup saklar S (posisi 1), kemudian dibaca VL (tegangan hambatan L) dan dicatat hasilnya pada tabel hasil pengamatan.
e. Dibuka saklar S (posisi 0) dan dipindahkan voltmeter ke titik A dan D untuk mengukur tegangan rangkaian.
f. Ditutup saklar S (posisi 1), kemudian dibaca VTot (tegangan seluruh rangkaian) dan dicatat hasilnya pada tabel hasil pengamatan.
g. Diulangi langkah b sampai f untuk frekuensi 500 dan 1000 HZ.
h. Diselesaikan seluruh isian tabel.
5. Gambar Rangkaian
VI. Hasil Pengamatan
a. Tabel hasil pengamatan
f
(Hz) Tegangan Resistor
VR Tegangan Kumparan
VL Tegangan Total
Vtot
200 0,2 0 0,2 0,2
500 1,4 0,2 1,8 1,41
1000 1,8 0,2 2 1,82
b. Perbandingan nilai Vtot dengan
Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, besarnya tegangan total untuk frekuensi 100 Hz adalah sebesar 1 volt, sedangkan
7. Pembahasan
a. Hasil Perhitungan
1. Untuk f = 200 Hz
Diket : VR = 0,2 Ώ
VL = 0H
Ditanya : Vtot = . . .?
Jawab :
2. Untuk f = 500 Hz
Diket : VR = 1,4 Ώ
VL = 0,2 H
Ditanya : Vtot = . . .?
Jawab :
3. Untuk f = 1000 Hz
Diket : VR = 10,8 Ώ
VL = 0,2 H
Ditanya : Vtot = . . .?
Jawab :
B. Pembahasan
Besarnya frekuensi yang dipakai pada percobaan ini adalah 200 Hz,
500 Hz dan 1000 Hz. Pada percobaan ini tidak digunakan frekuensi Pada frekuensi 100 Hz, tegangan resistor VR yang diperoleh sebesar 0,2 volt yang terbaca pada alat voltmeter.
Pada frekuensi 500 Hz, tegangan resistor VR yang diperoleh sebesar 1,4 Volt yang terbaca pada voltmeter.
Pada frekuensi 1000 Hz, tegangan resistor VR yang diperoleh sebesar 1,8
Volt yang terbaca pada voltmeter.
Hasil yang diperoleh tersebut tidak bias dibilang semakin besar atau semakin
kecil jika frekuensinya diperbesar. Hal ini disebabkan karena sifat dari
tegangan bolak balik adalah arusnya tidak tetap atau tidak menentu.
Begitu pula dengna hasil pada tegangan kumparan dan tegangan total yang
terbaca pada voltmeter.Tegangan kumparan VL yang terbaca pada voltmeter
adalah sebesar 0Volt pada frekuensi 200 Hz.
Pada frekuensi 500 Hz, tegangan kumparan VL yang terbaca pada voltmeter
adalah sebesar 0,2 Volt.
Pada frekuensi 1000 Hz, tegangan kumparan VL yang terbaca pada voltmeter
sebesar 0,2 Volt. Tegangan total yang terbaca pada voltmeter yaitu sebagai
berikut :
Pada frekuensi 200 Hz, tegangan total yang terbaca adalah sebesar 0,2 Volt.
Pada frekuensi 500 Hz, tegangan total yang terbaca adalah sebesar 1,8 Volt.
Pada frekuensi 1000 Hz, tegangan total yang terbaca adalah sebesar 2 Volt.
Sedangkan hasil Vtot yang diperoleh dengan menggunakan rumus hasilnya dalah sebagai berikut :
Pada frekuensi 100 Hz, tegangan total yang diperoleh sebesar 1,02 Volt.
Pada frekuensi 200 Hz, tegangan total yang diperoleh sebesar 0,41 Volt.
Pada frekuensi 300 Hz, tegangan total yang diperoleh sebesar 0,822 Volt.
Hasil ini menunjukkan bahwa nilai tegangan total Vtot yang diperoleh dengan
membaca tegangan yang terlihat pada alat voltmeter tidak begitu jauh
besarnya dengan tegangan total Vtot yang diperoleh dengan cara perhitungan
dengan menggunakan persamaan .
Pada percobaan ini, pengukuran tegangan hambatan (VR) dan tegangan
kumparan (VL) dengan menggunakan voltmeter pada frekuensi 100 Hz, 200
Hz dan 300 Hz semuanya tidak terbaca secara stabil pada jarum voltmeter,
terutama pada penggunaan frekuensi 100 Hz. Ketidakstabilan angka yang
terbaca pada voltmeter disebabkan oleh arus yang diberikan pada rangkaian
dalam percobaan ini. Pada percobaan tersebut arus yang diberikan adalah arus
bolak balik (ac), sedangkan sifat dari arus bolak balik atau arus ac adalah
tidak stabil. Itulah sebabnya tegangan yang terbaca pada voltmeter tidak
menunuk ke angka yang stabil dan tetap. Selain itu kita juga bias mengetahui
bahwa semakin besar frekuensi yang bekerja maka semakinjelas angka yang
terbaca pada voltmeter.
Percobaan tentang rangkaian R-L ini bertujuan untuk menyelidiki sifat-sifat
tegangan bolak balik pada rangkaian seri hambatan (R) dan kumparan (L).
Setelah dilakukan beberapa kali percobaan pada frekuensi yang berbeda-beda,
terbaca beberapa angka yang ditunjukkan oleh alatpengukur tegangan
(voltmeter).
VI. Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
1. Berdasarkan hasil percobaan, pengamatan dan data yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa :
Sifat dari tegangan bolak balik pada rangkaian seri hambatan (R) dan kumparan (L) adalah
Saran
Perlu kerja sama yang baik antara praktikan dengan asisten dosen maupun dosen.
Hendaknya praktikan berhati-hati dalam melakukan pengukuran
Diperlukan ketelitian dalam memperhatikan bayangan yang paling jelas dan tajam yang dihasilkan oleh lensa.
Praktikan perlu memahami dan mengerti tentang langkah-langkah percobaan agar tidak terdapat kesalahan dan praktikum dapat berjalan lancar.
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Foster, Bob. 2003. Fisika Terpadu 3. Jakarta : Erlangga
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2. Jakarta: Erlangga
Tipler, Paul A.2001. Fisika Untuk Sains dan teknik. Jakarta: Erlangga
Young dan Freedman. 2004. Fisika Universitas Edisi 10 Jilid 2. Jakarta: Erlangga
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
0 komentar:
Posting Komentar