Laporan praktikum fisika B1 PDF

Preview

Summary

LAPORANPRAKTIKUM FISIKA DASAR 2Percobaan : B KEMAGNETANPelaksanaan PraktikumHari : Senin Tanggal : 5 April 2021 Jam : 1-Oleh : Sharfina Zahra Akbar NIM : 162012333059 Anggota Kelompok : Yonathan Suryo Ardian (162012333061) Dosen Pembimbing : Andi H. Zaidan, S., M., Ph Dr. Imam Sapuan, S., M. Asisten...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 2 Percobaan : B1 KEMAGNETAN

Pelaksanaan Praktikum Hari : Senin

Tanggal : 5 April 2021

Jam : 1-2

Oleh : Sharfina Zahra Akbar NIM : 162012333059 Anggota Kelompok : Yonathan Suryo Ardian

(162012333061)

Dosen Pembimbing : Andi H. Zaidan, S.Si., M.Si., Ph.D Dr. Imam Sapuan, S.Si., M.Si. Asisten Dosen :

Frazna Parastuti Suliyaningrum Ayu Lestari

LABORATORIUM FISIKA DASAR UNIVERSITAS AIRLANGGA 2021

A. TUJUAN PERCOBAAN Mengukur frekuensi arus lisrtik PLN dengan eksperimen Melde B. ALAT DAN BAHAN I. Pengukuran frekuensi dari arus listik PLN 1. Seperangkat papan eksperimen Melde yang tediri dari : a. Sebuah kawat listrik halus b. Sebuah penjepit kawat litrik c. Sebuah katrol d. Sebuat batang magnet U 2. Neraca dan sejumlah anak neraca 3. Catu daya yang dilengkapi transformator step-down untuk penurun tegangan PLN 4. Seperangkat kabel-kabel penghubung 5. Penggaris C. DASAR TEORI 1. Medan Magnet Medan magnet terbangkitkan oleh arus listrik. Misalnya pada sebuah kawat lurus yang dialiri arus I seperti pada Gambar 1. Medan magnet terbangkitkan sepanjang kawat berarus dengan arah sesuai dengan kaidah tangan kanan: Jika arus listrik adalah ibu jari pada sumbu-z positif, maka medan magnet yang terbangkitkan adalah pada bidang-xy dengan arah empat jari yang lain (berlawanan arah jarum jam). Perhatikan arah medan magnet pada titik P dan Q yang sama-sama berjarak r dari kawat berarus pada Gambar 1.

Gambar 1. Medan magnet dari sebuah kawat lurus berarus Gambar 2. Medan magnet dari sebuah kawat melingkar berarus Kekuatan medan magnet bergantung pada kuat arus yang mengalir dan posisi titik pengukuran. Pada titik P misalnya, kekuatan medan magnet diberikan oleh turunan dari hukum Biot-Savart, (1) |󰇍 | = dengan arah mengikuti kaidah tangan kanan. Faktor µ 0 adalah konstanta permeabilitas ruang vakum. Nilai µ 0/4π sendiri adalah 10-7 N/A2. Satuan kekuatan medan magnet adalah tesla (SI) dan gauss (cgs) (1 tesla=104 gauss). Jika kawat lurus tadi dibengkokkan sehingga menjadi lingkaran (loop) dengan jari-jari r, seperti pada Gambar 2, kekuatan medan magnet di pusat dapat dihitung dari

|󰇍 | =

(2)

Jika kawat melingkar berarusnya terdiri dari N buah lingkaran, maka kekuatan medan magnet di titik pusat adalah N kali Persamaan (2). Pada kawat melingkar, kaidah tangan kanan diubah. Pada kasus ini ibu jari adalah arah medan magnet dan empat jari adalah arah arus listrik (lihat Gambar 2). 2. Solenoid Kawat melingkar dapat diubah konfigurasinya menjadi serangkaian lilitan seperti pada Gambar 3. Konfigurasi lilitan kawat melingkar ini disebut solenoid. Medan magnet yang terbangkitkan mirip dengan apa yang dihasilkan oleh magnet batang seperti pada gambar 4.

Medan magnet yang dibangkitkan solenoid terkontrasi dan seragam di tengah-tengah solenoid. Kekuatan medan magnetnya, |Bs|, diberikan oleh (3) | 󰇍 | =N dengan N adalah jumlah lilitan solenoid dan L adalah panjang solenoid. Dalam praktiknya, terlalu rumit untuk mengetahui jumlah lilitan solenoid. Oleh sebab itu, digunakan besaran kerapatan lilitan ρ, yaitu jumlah lilitan setiap satuan panjang, sehingga Persamaan (3) menjadi |󰇍 | = ρI (4) Di luar solenoid, medan magnet melemah dan menyebar. Kekuatannya menjadi setengah dari kekuatan di tengah-tengahnya, yaitu |󰇍 | = ρI (5) Medan magnet solenoid dapat diperkuat dengan cara menambahkan inti besi ke dalam solenoid. Konfigurasi inti besi yang dililit oleh solenoid adalah dasar magnet-listrik-listrik atau elektromagnet. Fungsi solenoid dalam kemagnetan analog dengan kapasitor dalam kelistrikan. Kapasitor membangkitkan medan listrik dalam sebuah rangkaian, sementara solenoid membangkitkan medan magnet dalam sebuah rangkaian. Solenoid dapat difungsikan sebagai mekanik sakelar: medan magnet yang dibangkitkannya dapat menarik dan melepas batang besi. Solenoid juga dipakai dalam piranti transformator (trafo), motor dan dynamo yang prinsip kerjanya berdasarkan perubahan kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh solenoid.

3. Pengukuran kekuatan medan magnet Untuk mengukur kekuatan magnet, salah satu detector yang digunakan adalah magnetometer, teslameter, atau gaussmeter seperti pada Gambar 5. Prinsip kerja magnetometer pada umumnya berdasarkan efek Hall. Efek Hall adalah sebuah fenomena ketika sebuah pelat tipis yang dialiri arus dilewati oleh garis-garis medan magnet secara tegak lurus, maka beda potensial VH terbangkitkan antara dua sisi yang tegak lurus terhadap arah arus seperti diilustrasikan oleh Gambar 6. Oleh karena itu, dalam pengukuran kekuatan medan magnet, teslameter harus diposisikan sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet. 4. Gaya magnet Jika arus listrik dalam sebuah kawat membangkitkan medan magnet, maka arus listrik pada kawat yang lain akan merasakan medan magnet tersebut sebagai sebuah gaya. Eksperimen menunjukkan jika arus pada kedua kawat searah, maka kawat kedua akan tertarik oleh kawat pertama, begitu juga sebaliknya, seperti diilustrasikan oleh Gambar 7. Jika arus pada kedua kawat berlawanan arah, maka kawat kedua terdorong oleh kawat pertama, begitu juga sebaliknya, seperti diilustrasikan oleh Gambar 8. Gaya yang bekerja pada kawat I2 karena medan magnet yang dibangkitkan oleh kawat I1 disebut gaya magnet. Medan magnet |B1| dibangkitkan oleh kawat I1 sepanjang ΔL1, gaya magnet yang dirasakan oleh kawat I2 juga sepanjang ΔL2. Besar dan arah gaya magnet yang dirasakan oleh kawat I2 karena kawat I1 tersebut diberikan oleh =

Δ󰇍 x 󰇍

(6)

dengan besar dan arah |B1| dapat dihitung dari Persamaan (1). Persamaan (6) ini disebut juga gaya Lorentz.

Perhatikan bahwa Persamaan (6) adalah perkalian silang dari dua buah vektor: ΔL dan B. Arah vector ΔL adalah sama dengan arah arus yang mengalir pada kawat tersebut, sedangkan arah vector B ditentukan oleh kaidah tangan kanan (lihat Gambar 1). Perkalian silang dua buah vector menghasilkan vector dengan arah selalu tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh vector-vektor pengalinya, dalam hal ini arah vector F tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk vector ΔL dan B. Kaidah tangan kanan dapat dipakai lagi di sini, seperti diperagakan oleh Gambar 8.

5. Eksperimen Melde Jika arus yang mengalir pada kawat I1 adalah jenis bolak-balik (AC) sedangkan adalah arus searah (DC), maka kawat I2 akan merasakan gaya magnet bolak-balik antara tarikan dan dorongan. Hal yang sama juga terjadi jika I1 adalah DC sedangkan I2 adalah AC, maka kawat I2 juga merasakan gaya tarikan dan dorongan. Akibatnya, kawat I2 bergetar dan getaran tersebut dirambatkan ke sepanjang kawat. Pada akhirnya, terciptalah gelombang (getaran yang merambat) pada kawat I2. Pembangkit medan magnet dapat digantikan dengan sepasang magnet batang yang mengapit seutas kawat dengan kutub utara-selatan masing-masing magnet saling berhadapan. Sepasang magnet batang dapat

digantikan dengan sebuah magnet U. Gelombang akan teramati ketika kawat dialiri arus AC. Fenomena yang dibahas pada dua paragraph di atas adalah mimic dari eksperimen yang dilakukan oleh Franz Melde (Fisikawan Jerman) pada pertengahan Abad ke-19 atau lebih dikenal sebagai eksperimen Melde. Melde menyebutkan bahwa gelombang yang terbentuk adalah gelombang berdiri (standing wave). Eksperimen

Melde

orisinalnya

adalah

untuk

menciptakan

gelombang berdiri dari arus listrik dan memperlihatkan fenomena interferensi gelombang. James Clark Maxwell pada akhir abad ke-19, menunjukkan secara matematis bahwa medan yang dibangkitkan oleh arus listrik

itu

sendiri

adalah

gelombang,

yang

disebut

gelombang

elektromagnetik. 6. Gelombang mekanik dan frekuensi listrik Gelombang yang membutuhkan media untuk merambat disebut gelombang mekanik. Kelajuan rambat gelombang mekanik ditentukan oleh mediumnya, pada kasus gelombang satu dimensi seperti pada kawat, diberikan oleh V=√

(7)

dengan T adalah tegangan tali (SI: newton) dan ρ adalah masa jenis kawat (SI: kg/m). Panjang gelombang sendiri

dapat langsung dihitung dari

pengamatan, yaitu (8) λ= dengan L adalah panjang kawat yang dilewati gelombang dan n adalah jumlah siklus gelombang yang ada di sepanjang kawat. Satu siklus gelombang didefinisikan sebagai satu puncak dan satu lembah. Jika kelajuan perambatan dan panjang gelombang telah diketahui, maka frekuensi gelombang, f (SI: 1/sekon = hertz) dapat dihitung dari relasi fλ=v

(9)

karena gelombang adalah getaran yang merambat, frekuensi gelombang identik dengan frekuensi getaran. Dengan kata lain, frekuensi gelombang yang tercipta pada tali adalah sama dengan frekuensi sumber getar, yaitu arus listrik. D. PROSEDUR PERCOBAAN Pengukuran frekuensi dari arus listrik PLN 1. Mengukur panjang dan massa kawat listrik yang digunakan. Melakukan pengukuran setidaknya tiga kali dengan orang yang berbeda. Mencatat hasil pengukuran sesuai dengan kaidah ketidakpastian. 2. Memilih sebuah anak neraca, beri nama N1. Mencatat nilai anak neraca tersebut. Berat anak neraca adalah sama dengan tegangan kawat pada Persamaan 7. 3. Merangkai perangkat eksperimen seperti pada Gambar 10, dengan A adalah catu daya, B adalah penjepit kawat, C adalah katrol, kawat dibentang antara B dan C, D adalah anak neraca, E adalah magnet U yang diletakkan pada posisi sembarangan, dan F adalah pemutar pada papan eksperimen 4. Menyalakan catu daya jika rangkaian telah siap dan benar.

Gambar 9. Rancangan eksperimen Melde 5. Mengatur tegangan tali dengan cara memutar-mutar F sedemikian rupa sehingga gelombang berdiri yang terbentuk dapat diamati dengan jelas. Teramati jelas yaitu jika amplitude gelombang yang tercipta cukup besar untuk dilihat.

6. Mengukur panjang antara B dan C, yaitu besaran L pada Persamaan 8. Melakukan pengukuran setidaknya tiga kali dengan orang yang berbeda. Mencatat hasil pengukuran sesuai dengan kaidah ketidak pastian. 7. Menghitung dan mencatat jumlah gelombang, yaitu besaran n pada Persamaan 8, yang terbentuk di sepanjang BC. 8. Melakukan prosedur 2-7 untuk dua buah anak neraca dengan massa berbeda-beda (jadi anda punya semua data untuk tiga jenis anak neraca yang massanya berbeda). Beri nama anak neraca N2 dan N3....