HAMBATAN JENIS KAWAT (LM1)

Hambatan Jenis Kawat (LM1)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., Ika Sri Wahyuningsih. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basri Komplek Kayu Tangi Dua Jalur Utama Ujung Kost Diana, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

                Abstrak—Percobaan hambatan jenis kawat bertujuan untuk mengukur hambatan jenis kawat dari beberapa bahan dengan panjang yang berbeda. Metode yang digunakan mengukur kuat kuat arus dan tegangan pada kawat nikrom dan kawat tembaga. Hasil percobaan hambatan jenis kawat pada nikrom sebesar {(0,20±0,02)10^-1 Wm, (0,40±0,04)10^-1 Wm, dan (0,80±0,08)10^-1 Wm} dan pada tembaga sebesar {(0,27±0,02)10^-1 Wm, (0,39±0,04)10^-1 Wm, dan (0,79±0,08)10^-1 Wm}, hasil berbeda dengan nilai teoritisnya yaitu 100×^10-8 Wm dan 1,68×^10-6 Wm. Hal tersebut dikarenakan ketidaktelitian saat praktikum dan kondisi alat yang kurang baik.

                Kata Kunci—hambatan jenis, kuat arus, tegangan, nikrom, tembaga, Wm.

I.                    PENDAHULUAN

D

alam kehidupan sehari-hari, kita tidak pernah lepas dari benda-benda yang membutuhkan energi listrik. Pada arus listrik yang mengalir terdapat hambatan jenis yang menentukan besar kecilnya kuat arus listrik. Semakin besar hambatan listrik, maka semakin kecil kuat arus yang mengalir. Kecenderung suatu bahan untuk melawan aliran arus listrik disebut hambatan jenis. Apabila kita menerapkan beda potensial yang sama di antara ujung batang tembaga dan kaca yang sama secara geometris, perbedaan besar dari arus akan dihasilkan. Sifat konduktor yang masuk di sini adalah hambatan-nya. Hambatan jenis kawat dari beberapa bahan pada temperatur tertentu memiliki nilai yang berbeda.

Berdasarkan latar belakang diatas dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut. “Bagaimana mengukur hambatan jenis kawat dari beberapa bahan dengan panjang dan diameter berbeda?”.

Adapun tujuan dari percobaan kali ini adalah mengukur hambatan jenis kawat dari beberapa bahan dengan panjang dan diameter yang berbeda.

II.                  KAJIAN TEORI

Resistor atau hambatan adalah suatu benda yang menghasilkan resistansi atau nilai hambatan. Resistor dibuat dari suatu jenis bahan penghantar yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik. Resistor berfungsi sebagai penghntar kuat arus, pengatur tegangan atau pembagi potensial listrik. Resstansi ditentukan oleh resistansi jenis atau restivitas dan ukuran bahan resistor.^[1]

Kita menentukan hambatan antara dua titik sembarang dari sebuah konduktor dengan memberikan beda potensial V diantara titik-titik itu dan mengukur arus I yang dihasilkan hambatan R kemudian adalah

                 ...........................(1)

Satuan SI untuk hmbatan yang diperoleh dari persamaan 1 adalah volt per ampere. Satuan ini sering muncul sehingga kita memberinya suatu nama khusus, ohm W jadi, 1 ohm = 1 W = 1 volt per ampere

= V/A                 ...........................(1.2)                 

Sebuah konduktor yang fungsinya didalam suatu rangkaian menetpkan suatu hanbatan  khusus disebut resistor. Kita menyatakan sebuah resistor didalam suatu diagram rangkaian dengan simbol  . Apabila kita menulis persamaan 1 sebagai

                  ...........................(1.3)                                                       

Kita melihat bahwa “hambatan” adalah nama yang tepat untuk beda potensial yang diberikan, semakin besar hambatan (untuk arus), semakin kecil arus.

Hambatan sebuah konduktor bergantung pada cara menerapkan didalam beda potensial pada konduktor tersebut. Gambar 1.1 sebagai contoh, menunjukkan beda potebsial yang diaplikasikan didalam dua cara berbeda pada konduktor yang sama. Seperti yang dikesankan oleh garis alir rapat arus, arus didlam dua kasus-oleh karena itu hambatan yang terukur- akan berbeda. Kecuali dinyatakan lain, kita akanmenganggap bahwa sembarangbeda potensial yang diberikan diaplikasikan seperti dalam gambar 1.1 berikut.

Gambar 1.1 dua cara penerapan beda potensial untuk suatu batang konduksi. Konektor dianggap memiliki hambatan yang dapat diabaikan. Apabila disusun seperti gambar (a), hambaan terukur lebih besar dari pada ketika disusun seperti didalam (b).

Tabel 1. HAMBATAN JENIS DARI BEBERAPA BAHAN PADA SUHU RUANGAN (20⁰C)

BAHAN	HAMBATAN JENIS r (W.m)	KOEFISIEN SUHU DARI HAMBATAN JENIS a (K-1)
Logam Khusus
Perak	1,62 × 10-6	4,1 × 10-3
Tembaga	1,69 × 10-6	4,3 × 10-3
Alumunium	2,75 × 10-6	4,4 × 10-3
Tungsten	5,25 × 10-6	4,5 × 10-3
Besi	9,68 × 10-6	6,5 × 10-3
Platina	10,6 × 10-6	3,9 × 10-3
Mangana	48,2 × 10-6	0,002 × 10-3
Semikonduktor Khusus
Silikon murni	2,5 × 10-3	-          10 × 10-3
Silikon tipe nb	8,7 × 10-4
Silikon tipe pc	2,8 × 10-3
Isolator Khusus
Kaca	1010 - 1014
Kuarsa Lumer	~1016

^aSebuah aloy yang dirancang secara khusus untuk memiliki nilai a yang kecil.

^bSilikon murni dikotori dengan pengotor fosfor untuk suatu rapat pembawa muatan 10²³ m^-3.

^cSilikon murni dikotori dengan pengotor alumunium untuk suatu rapat pembawa sebesar 10²³m^-1.

Apabila kita mengetahui hambatan jenis dari sutu zat seperti temabga, kita dapat menghitung   hambatn dari kawat panjang yang dibuat dari  zat tersebut. Anggap A adalah luas penampang melintang dari kawat, L adalah panjangnya, dan beda potensial V berada diantara ujung-ujungnya (gambar 2). Apabila garis arus seragam disepanjang  kawat, medan listrik dan rapat arus akan konstan untuk semua  titik didalam kawat dan dari persamaan berikut ini.

                  ...........................(1.4)

Kemudian digabngkan dengan persamaan berikut.

                 ...........................(1.5)

Akan tetapi, V/I adalah hambatan R,yang memungkinkan kita untuk  memasukan kembali peramaan 1.5 sebagai.

                 ...........................(1.3)

Gambar 1.2 beda potensial V diapliasikan diantara ujng sebuah kawat sepanjang L dan penampang melintang A, menentukan arus I.^[2]

Beberapa jenis hambatan (resistance) yaitu:

-Hambatan dalam, yaitu hambatan dari sumber arus/tegangan listrik dengan simbol V. 

-Hambatan geser, yaitu merupakan resistor variabel. Hambatan yang dapat diatur dengan cara menggeser  skalar menurut kehendak.

Gambar 2. Hambatan Geser

-Hambatan jenis, yaitu kecenderungan suatu bahan untuk melawan aliran arus listrik, dengan simbol r (rho). Hambatan jenis adalah sifat dari suatu material pada suhu tertentu yang menunjukkan besar hambatan pada suatu penghantar tiap satuan waktu.^[3]

Hambatan bervariasi dengan temperatur : jika sebuah kawat memiliki hambatan R₀ pada temperatur T₀, maka hambatan R pada temperatur T adalah

)       ...........................(2.1)

Dimana a adalah koefisien temperatur hambatan dari bahan kawat. Biasanya a bervariasi dengan temperatur sehingga hubungan ini hanya berlaku rentang temperatur yang kecil. Satuan a adalah K^-1 atau ^oC. Hubungan yang sama berlaku untuk variasi hambatn jenis dengan temperatur. Jika r₀ dan r masing-masing adalah hambatan jenis pada T₀ dan T₁ maka^[4]

       ...........................(2.2)

Satuan SI dari hambatan jenis adalah Ohm, yang sama sengan satu volt per ampere (1 W = 1 V/A). Kilo Ohm ( 1 KW = 10³w) dan mega Ohm (1 mW = 10⁶w) juga lazim dipakai untuk sebuah reisitor yang memenuhi hukum Ohm, sebuah grafik arus sebagai fungsi dari sebuah potensial (tegangan) adalah garis lurus.^[5]

Gambar 2. Hubungan tegangan arus untuk, (a) sebuah resistor yang memenuhi hukum Ohm ; (b) sebuah dioda ruang hampa; (c) sebuah diaoda semi konduktor. I sebanding dengan V hanya untuk sebuah resisror yang memnuhi hukum Ohm.

III.               METODE PERCOBAAN

               

                Pada percobaan hambatan jenis kawat ini diperlukan bahan dan peralatan seperti 1 rol kawat nikrom dan kawat tembaga, 6 buah kabel penghubung, 2 buah papan rangkaian, 1 buah amperemeter, 1 buah volt meter, 1 buah micrometer sekrup, dan sebuah power supplay.

Gambar 3. Bahan dan peralatan percobaan

               

Adapun rumusan hipotesis percobaan kali ini yaitu nilai hambatan jenis kawat (r) adalah tetap, dan tidak dipengaruhi oleh panjang kawat, diameter kawat, tegangan dan kuat arusnya, namun hal itu bergantung pada jenis kawat yang digunakan.

                Pada percobaan kali ini menggunakan dua jenis kawat yaitu nikrom dan tembaga. Adapun identifikasi dan definisi operasional variabel pada percobaan ini yaitu Kegiatan I menggunakan kawat Nikrom, variabel manipulasi yang digunakan adalah panjang kawat (L) 44 cm, 28,5 cm, 14 cm. Variabel kontrolnya adalah jenis kawat (r), diameter kawat (d), amperemeter, voltmeter, sumber tegangan, dan luas penampang (A), yaitu dengan menetapkan jenis kawat (nikrom), diameter kawat, amperemeter, voltmeter, sumber tegangan sebesar 3 volt, dan luas penampang kawat. Dan variabel yang direspon adalah tegangan (V) dan kuat arus (I), yaitu dengan mengukur tegangan V menggunakan voltmeter dan kuat arus I dengan amperemeter. Sedangkan pada Kegiatan II menggunakan kawat tembaga, variabel manipulasi yang digunakan juga panjang kawat, yaitu mengubah-ubah panjang kawat sebesar 44 cm, 28,5 cm, 14 cm. Dengan variabel kontrol jenis kawat (r), diameter kawat (d), amperemeter, voltmeter, sumber tegangan, dan luas penampang (A), yaitu dengan menetapkan jenis kawat (nikrom), diameter kawat, amperemeter, voltmeter, sumber tegangan sebesar 3 volt, dan luas penampang kawat. Dan variabel yang direspon adalah tegangan (V) dan kuat arus (I), yaitu dengan mengukur tegangan V menggunakan voltmeter dan kuat arus I dengan amperemeter.

Glambar 4. Rangkaian percobaan

                Adapun prosedur kerja pada percobaan ini, pada kegiatan I yaitu menggunakan kawat nikrom, pertama-tama merangkai alat seperti pada gambar 4. Yang kemudian menghubungi pembimbing untuk memeriksa rangkaian tersebut. Jika sudah benar, selanjutnya menyalakan power supplay pada tegangan 3 volt, selanjutnya mengamati penunjuk arus pada amperemeter dan tegangan pada voltmeter untuk kawat dengan panjang tertentu (L tertentu ; L = jarak B-C). Kemudian menggeser letak C (mengubah panjang L), kemudian mengamati kembali kuat arus dan tengangan antara ujung kawat dengan panjang L tersebut sehingga diperoleh minimal 3 nilai L, I, dan V.  Selanjutnya mengukur diameter penampang kawat menggunakan micrometer sekrup untuk mencari  nilai luas penampangnya. Kemudian mencatat hasil pengukuran pada tabel 1. Setelah diperoleh data dengan tiga kali mengubah panjang kawat, selanjutnya melakukan langkah yang sama pada kegiatan II dengan menggunakan kawat tembaga. Kemudian mencatat hasil pengukuran pada tabel 2.

                Setelah diperoleh tabel data percobaan, selanjutnya menghitung hambatan jenis kawat menggunakan persamaan berikut.

             ...............................(3)

Dan dengan ketidakpastian

 ..............................(4)

IV.                 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Pada percobaan hambatan jenis kawat untuk mengukur hambatan jenis kawat dari beberapa bahan dengan panjang diameter      yang berbeda menggunakan kawat nikrom dan kawat tembaga. Diameter kawat diukur menggunakan micrometer sekrup dengan ketelitian 0,01×10^-3 meter. Mengukur kuat arus menggunakan amperemeter dengan ketelitian 0,05×10^-5 A dan mengukur tegangan menggunakan voltmeter dengan ketelitian 0,05 volt. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan telah diperoleh tabel data berikut ini.

Tabel 1. Menggunakan kawat nikrom

NO	(L±0,05) ×10-3 meter	(D±0,01)×10-3 meter	(V±0,05) volt	(I±0,05) ×10-5 ampere
1	44,00	0,31	2,80	2,00
2	28,50		2,80	2,00
3	14,00		2,80	2,00

Tabel 2. Menggunakan kawat Tembaga

NO	(L±0,05) ×10-3 meter	(D±0,01)×10-3 meter	(V±0,05) volt	(I±0,05) ×10-5 ampere
1	44,00	0,33	2,80	2,00
2	28,50		2,60	2,00
3	14,00		2,60	2,00

Bardasarkan data tersebut dapat diperoleh hambatan jenis kawat menggunakan persamaan 3 dan mengitung ketelitiannya menggunakan persamaan 4. Pada kegiatan I yaitu menggunakan kawat nikrom. Pada percobaan pertama telah diperoleh hambatan jenis kawat sebesar (0,20±0,02)10^-1 Wm dengan kesalahan relatif sebesar 10,85 % sehingga diperoleh 89,15 %. Pada percobaan kedua diperoleh hambatan jenis kawat sebesar (0,40±0,04)10^-1 Wm, dengan kesalahan relatif sebesar 10,91 % sehingga derajat keercayaannya sebesar 89,09 %. Dan pada percobaan ketiga diperoleh hambatan jenis sebesar (0,80±0,08)10^-1 Wm, dengan kesalahan relatif sebesar 11 % sehingga derajat kepercayaannya sebesar 89 %. Dan pada kegiatan II menggunakan kawat tembaga. Pada percobaan pertama telah diperoleh nilai hambatan jenis sebesar (0,27±0,02)10^-1 Wm, dengan kesalahan relatif sebesar 10,46 % sehingga derajat kepercayaannya sebesar 89,54 %. Pada percobaan kedua telah diperoleh hambatan jenis sebesar (0,39±0,04)10^-1 Wm, dengan kesalahan relatif 10,65 % sehingga derajat kepercayaannya sebesar 89,55 %. Dan pada percobaan ketiga diperoleh hambatan jenis kawat sebesar (0,79±0,08)10^-1 Wm, dengan kesalahan relatifnya sebesar 10,8 % sehingga derajat kepercayaannya sebesar 89,2 %.

Berdasarkan hasil percobaan tersebut nilai hambatan kawat nikrom dan hambatan jenis kawat tembaga masih belum sesuai dengan nilai teoritis. Seperti yang telah diketahui bahwa nilai teoritis hambatan jenis kawat nikrom adalah 100×10^-8 Wm dan hambatan jenis kawat tembaga sebesar 1,68×10^-6 Wm. Dapat dinyatakan bahwa percobaan kali ini masih belum berhasil, dan jika dilihat dari nilai rata-rata hambatan jenis kawat pada kegiatan I menggunakan kawat nikrom sebesar 0,046 Wm dan pada kegiatan II menggunakan kawat tembaga sebesar 0,048 Wm, hasil tersebut juga masih belum sesuai dengan nilai teoritis hambatan jenis kawat nikrom dan tembaga. Dalam hal ini dikarenakan kesalahan saat melakukan pratikum seperti kurang telitinya dalam membaca alat ukur dan kondisi alat seperti voltmeter dan amperemeter yang digunakan yang kurang baik, serta dipengaruhi oleh suhu ruangan yang tidak stabil sehingga mempengaruhi hasil pengukuran ataupun perhitungan.

V. SIMPULAN

                Hambatan jenis kawat dapat diperoleh menggunakan persamaan 3. Pada percobaan hambatan jenis kawat menggunakan nikrom pada tiga kali percobaan dengan panajang kawat yang berbeda, dari yang lebih panjang hingga terpendek, secara berurutan diperoleh sebesar (0,20±0,02)10^-1 Wm, (0,40±0,04)10^-1 Wm, dan (0,80±0,08)10^-1 Wm. Sedangkan pada kawat tembaga diperoleh nilai (0,27±0,02)10^-1 Wm, (0,39±0,04)10^-1 Wm, dan (0,79±0,08)10^-1 Wm. Berdasarkan hasil tersebut masih belum sesuai dengan nilai teoritis yaitu sebesar 100×^10-8 Wm dan 1,68×^10-6 Wm. Hal tersebut dikarenakan ketidaktelitian dalam membaca alat ukur  dan kondisi alat yang kurang baik, serta dipengaruhi suhu ruangan yang tidak stabil.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Hambatan Jenis Kawat yaitu Ika Sri Wahyuningsih yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]            Istiyono,edi.2007. Fisika kelas X untuk SMA dan MA. Klaten: PT.intan pariwara.

[2]   Halliday, Resnick. Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas Jilid 2. Tangerang : BINARUPA AKSARA Publisher

[3]   Setyawan, Lilik Hidayat. 2001. Kamus Fisika bergambar. Bandung : PT. Pakar Rakyat Gama

[4]   Bueche, J. Frederik. 2006. Fisika Universitas edisi Kesepuluh. Jakarta : Erlangga

[5]   Sears, Zemansky. 2008. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta : Erlangga