PERCOBAAN IVKARAKTERISTIK PIRANTI CAHAYA

LAPORAN EKSPERIMENFISIKA OPTIK

ZULFIKARG 101 14 057

JURUSAN FISIKAPROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS TADULAKO

DESEMBER, 2016

HALAMAN PENGESAHAN

JUDUL : KARAKTERISTIK PIRANTI CAHAYA

NAMA : ZULFIKAR

STAMBUK : G 101 14 057

Laporan ini telah diperiksa dan disahkan.

Palu, Desember 2016

Mengetahui

Koordinator asisten Asisten

Fazri Mangendre Fazri Mangendre Nim. G 101 12 001 Nim. G 101 12 001

ii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas segala limpahan

rahmat dan karunia yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan

praktikum Eksperimen Fisika Optik ini yang berjudul “Karakteristik Piranti

Cahaya” sebagai salah satu syarat untuk dapat lulus pada mata kuliah eksperimen

Fisika Optik.

Dalam penulisan laporan ini banyak hambatan dan masalah yang dihadapi, namun

berkat petunjuk dan saran dari asisten, sehingga Laporan ini dapat terselesaikan

dengan baik. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Fazri Mangendre

selaku asisten pada Praktikum Karakteristik Piranti Cahaya atas bantuannya dalam

penyusunan laporan ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan ini masih jauh dari

kesempurnaan, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang

membangun dari segenap pembaca. Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih

dan besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Palu, Desember 2016

Penulis

iii

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan “Karakteristik Piranti Cahaya” yang bertujuan untuk memahami karakteristik piranti cahaya. Pada percobaan ini digunakan sensor cahaya yaitu LDR sebagai piranti cahayanya dan menggunakan beberapa Plastik Warna yang bertindak sebagai prisma, diantaranya yaitu warna biru, merah, orange, dan hijau. Percobaan dilakukan dengan dua metode yaitu dengan mengukur variasi kuat penerangan (intensitas) dan variasi warna (panjang gelombang sinar). Dari percobaan yang dilakukan pada pengukuran variasi kuat penerangan (intensitas) antara tegangan dan kuat arus saling berbanding lurus yang dapat dilihat pada grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus. Pada pengukuran variasi warna (panjang gelombang sinar) warna merah memiliki intensitas cahaya lebih besar dan warna biru memiliki intensitas cahaya yang paling kecil hal ini dapat dilihat dari kuat arus dan tegangan yang terukur.

Kata Kunci : Karakteristik Piranti Cahaya, Intensitas, Panjang Gelombang

Sinar

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL

HALAMAN PENGESAHAN.............……………………………………….ii

KATA PENGANTAR.........................…………………………………….....iii

ABSTRAK...........................................…………………………………….....iv

DAFTAR ISI........................................……………………………………….v

DAFTAR TABEL...............................……………………………………….vii

DAFTAR GAMBAR...........................……………………………………….viii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.......................……………………………………….1

1.2 Rumusan Masalah..................……………………………………….2

1.3 Tujuan Percobaan...................……………………………………….2

1.4 Manfaat Percobaan.................……………………………………….2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Light Dependent Resitor (LDR)...………………………………….3

2.2 Efek Fotolistrik.....................……………………………………….4

2.3 Efek Fotovoltaik (Photovoltaic / PV)……………………………....5

2.4 Karakteristik Sel Fotovoltaik……………………………………….5

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat...............……………………………………….7

3.2 Alat dan Bahan.....................……………………………………….7

3.3 Prosedur Kerja......................……………………………………….8

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan.................……………………………………….10

4.2 Pembahasan..........................……………………………………….12

v

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan...........................…………………………………….....14

5.2 Saran.....................................……………………………………….14

DAFTAR PUSTAKA..........................……………………………………….15

LAMPIRAN

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Pengamatan variasi kuat penerangan atau intensitas cahaya........10

Tabel 4.2 Hasil Pengamatan variasi Warna (Biru)............................................…10

Tabel 4.3 Hasil pengamatan variasi warna (Merah)..............................................11

Tabel 4.4 Hasil pengamatan variasi warna (Orange).........................................…11

Tabel 4.5 Hasil pengamatan variasi warna (Hijau)............................................…12

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sensor Cahaya (LDR)....................................................................4

Gambar 2.2 Karakteristik Arus Tegangan (I-V) Terhadap Daya (P)................6

Gambar 3.1 Rangkaian Karakteristik Piranti Cahaya........................................8

viii

ix

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sensor cahaya merupakan sebuah piranti yang mampu mengubah secara langsung

energi cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan energi ini terjadi

melalui efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalah peristiwa terpentalnya sejumlah

elektron pada permukaan sebuah logam ketika disinari seberkas cahaya

(Krane,1992). Gejala efek fotolistrik dapat diterangkan melalui teori kuantum

Einstein. Menurut teori kuantum Einstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paket

energi (foton) yang besar energinya bergantung pada frekuensi cahaya. Pada

Sensor cahaya, foton akan diserap oleh elektron sehingga elektron akan terpental

keluar menghasilkan arus dan tegangan listrik. Arus(I) dan tegangan (V) yang

dihasilkan ketika sensor memperoleh penyinaran, merupakan karakteristik setiap

piranti cahaya. Karakteristik ini dapat dilihat dalam bentuk kurva hubungan I

dan V.

Pada percobaan ini dilakukan pengukuran terhadap variasi kuat penerangan

(intensitas cahaya) dan variasi warna (panjang gelombang sinar) dengan LDR

sebagai sensor cahaya untuk menentukan karakteristik piranti cahayanya. Untuk

membuktikan hal tersebut maka dilakukanlah percobaan Karakteristik Piranti

Cahaya.

1

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang adapun rumusan masalah pada percobaan kali ini yaitu

bagaimana memahami karakteristik piranti cahaya ?

1.3 Tujuan Percobaan

Adapun Tujuan pada percobaan kali ini yaitu memahami karakteristik piranti

cahaya

1.4 Manfaat Percobaan

Adapun manfaat pada percobaan kali ini yaitu mahasiswa dapat memahami

karakteristik piranti cahaya.

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Light Dependent Resistor (LDR)

Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui magnitude

tertentu. Sensor merupakan jenis transduser yang digunakan untuk mengubah

variasi mekanis, magnetis,panas,sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus

listrik. Sensor memegang peranan penting dalam mengendalikan proses pabrikasi

modern. (Petruzella, 2001).

Sensor yang sering digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik salah satunya

adalah sensor cahaya (LDR). Sensor cahaya adalah alat yang digunakan dalam

bidang elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran cahaya menjadi

besaran listrik. Sensor cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

merupakan suatu jenis resistor yang peka terhadap cahaya. Nilai resistansi LDR

akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. Jika LDR

tidak terkena cahaya maka nilai tahanan akan menjadi besar (sekitar 10MΩ) dan

jika terkena cahaya nilai tahanan akan menjadi kecil (sekitar 1kΩ) (Novianty

dkk,2012).

Cara kerja dari sensor ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron,

umumnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor ini mempunyai

3

kegunaan yang sangat luas salah satu yaitu sebagai pendeteksi cahaya pada tirai

otomatis. Beberapa komponen yang biasanya digunakan dalam rangkaian

sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent Resistor), Photodiode, dan

Photo Transistor. (Novianty dkk, 2012).

Gambar 2.1 Sensor Cahaya (LDR)

2.2 Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari

cahaya atau gelombang elektromagnetik pada umumnya. Elektron yang terlepas

pada efek fotolistrik disebut elektron foto (Photoelektron). Fenomena ini pertama

kali diamati oleh Heinrich Hertz (1886-1887) melalui percobaan tabung lucutan.

Hertz melihat bahwa lucutan elektrik akan menjadi lebih muda jika cahaya

ultraviolet dijatuhkan pada elektroda tabung lucutan (sebagai bahan elektroda

digunakan logam natrium). Ini menunjukkan bahwa cahaya ultraviolet dapat

melepaskan elektron dari permukaan logam atau sekurang-kurangnya

memudahkan elektron terlepas dari logam. Pengamatan Hertz ini kemudian

diselidiki lebih lanjut oleh P. Lenard sekitar 18 tahun. Kemudian pada tahun 1905

secara teoritis, Einstein berhasil menjelaskan fenomena ini. (Syakbaniah dan

hasra, 2014).

4

2.3 Efek Fotovoltaik (Photovoltaic / PV)

Sistem fotovoltaik adalah suatu sistem mengubah energi cahaya menjadi

energi listrik. Konversi ini didasarkan pada fenomena efek fotovoltaik. Efek ini

ditemukan oleh fisikawan asal Perancis bernama Antoine Cesar Becquerel pada

tahun 1839. Fenomena efek fotovoltaik adalah suatu fenomena dimana

timbulnya tegangan listrik akibat adanya loncatan elektron antara dua

elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan/cairan ketika sinar

matahari menyinari permukaan bahan PV.

Radiasi cahaya matahari terdiri dari biasan foton dengan tingkat energi yang

berbeda – beda sesuai dengan panjang gelombang dari spektrum cahaya. Ketika

sinar matahari menyinari permukaan bahan fotovoltaik, foton –foton dari cahaya

matahari akan dibiaskan, diserap, ataupun diteruskan menembus sel fotovoltaik.

Foton yang terserap oleh sel PV akan menyebabkan electron menyembur keluar

yang memicu timbulnya energi listrik (Papadopoulou, 2011).

2.4 Karakteristik Sel Fotovoltaik

Sifat elektrik dari sel fotovoltaik dalam menghasilkan energi listrik dapat diamati

dari karakteristik listrik sel tersebut, yaitu berdasarkan arus dan tegangan yang

dihasilkan sel fotovoltaik pada kondisi cahaya dan beban yang berbeda-beda.

Kurva I-V menggambarkan sifat dari sel surya secara lengkap yang dapat dilihat

pada Gambar 2.2.

5

Gambar 2.2 Karakteristik Arus Tegangan (I-V) Terhadap Daya (P)

Pada Gambar 2.2 menunjukan bahwa ketika sel dihubungkan dengan beban (R).

Beban kemudian memberi hambatan sebagai garis linear dengan garis I/V = I/R.

Hal tersebut menunjukan daya yang didapat bergantung pada nilai resistensi.

Jika resistensi kecil maka sel beroperasi pada daerah kurva MN, dimana sel

beroperasi sebagai sumber arus yang konstan atau short circuit. Pada keadaan

lain, jika resistensi besar, sel akan beroperasi pada kurva PS, dimana sel

beroperasi sebagai tegangan yang konstan atau open-circuit. Jika dihubungkan

dengan hambatan optimal atau Ropt berarti sel surya menghasilkan daya dengan

tegangan maksimal dan arus maksimal. Daya maksimum (Pmax) pada Gambar

5 dapat dilihat padatitik merah (Pmax) saat Vmax dan Imax (Hansen dkk,

2000).

6

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 waktu dan Tempat

Adapun waktu dan tempat yang digunakan pada percobaan kali ini yaitu :

Hari/ Tanggal : Senin, 28 November 2016

Pukul : 13:30 – Selesai Wita

Tempat : Laboratorim Fisika Dasar, Jurusan Fisika, Fakultas

Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas

Tadulako.

3.2 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang digunakaan pad percobaan kali ini yaitu :

1. Piranti Cahaya

2. Lampu

3. Multimeter 2 Buah

4. Power Suplay 1 Buah

5. Kabel Penghubung

6. Potensiometer (10 KΩ)

7. Prisma (Plastik Warna)

7

3.3 Prosedur Kerja

Adapun Prosedur kerja pada percobaan kali ini yaitu :

A. Variasi kuat penerangan (intensitas)

1. Membuat rangkaian seperti Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Rangkaian Karakteristik Piranti Cahaya

2. Memasang piranti pada tempat yang disediakan

3. Memasang lampu yang dapat diubah inensitasnya.

4. Menyalakan lampu dengan memutar potensiometer dari nyala yang cukup

kecil.

5. Mengukur intensitasnya, melihat amperemeter untuk nilai arus yang keluar

dari piranti.

6. Mengubah intensitas lampu dan mlekukan seperti no 3. Mengulangi

dengan intensitas yang lain.

7. Membuat karakteristiknya.

8

B. Variasi warna (panjang gelombang sinar)

1. Memasang lampu dengan intensitas yang cukup besar dan piranti pada

tempat yang tersedia.

2. Memasang prisma (plastic warna) diantara lampu dan piranti, sehingga

yang keluar merupakan berkas yang cukup kecil

3. Mengganti prisma (plastik warna) piranti sehingga yang terukur adalah

warna yang dikehendaki.

4. Membuat karakteristiknya

9

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

A. Variasi kuat penerangan atau intensitas cahaya

Tabel 4.1 Hasil Pengamatan variasi kuat penerangan atau intensitas cahaya

No Tegangan (V) Kuat Arus (I) Keterangan

1 0.005 V 1.0 mA Gelap2 0.006 V 1.2 mA Gelap3 0.008 V 1.4 mA Gelap4 0.011 V 2.0 mA Gelap5 0.024 V 4.3 mA Gelap6 0.126 V 22.5 mA Gelap7 0.209 V 37.1 mA Redup8 0.244 V 43.3 mA Redup9 0.433 V 76.6 mA Terang10 0.446 V 78.7 mA Terang Sekali

B. Variasi Warna (Biru)

Tabel 4.2 Hasil Pengamatan variasi Warna (Biru)

No Tegangan (V) Kuat Arus (I) Keterangan

1 0.005 V 0.9 mA Gelap2 0.005 V 1.0 mA Gelap3 0.006 V 1.2 mA Gelap4 0.007 V 1.3 mA Gelap5 0.008 V 1.5 mA Gelap6 0.009 V 1.6 mA Gelap7 0.010 V 1.9 mA Gelap8 0.284 V 50.5 mA Redup9 0.430 V 76.3 mA Terang

10

10 0.443 V 78.3 mA Terang Sekali

C. Variasi Warna (Merah)

Tabel 4.3 Hasil pengamatan variasi warna (Merah)

No Tegangan (V) Kuat Arus (I) Keterangan

1 0.005 V 1.0 mA Gelap2 0.006 V 1.0 mA Gelap3 0.006 V 1.1 mA Gelap4 0.007 V 1.3 mA Gelap5 0.008 V 1.4 mA Gelap6 0.009 V 1.6 mA Gelap7 0.009 V 1.7 mA Gelap8 0.012 V 2.2 mA Gelap9 0.019 V 3.4 mA Redup10 0.446 V 78.8 mA Terang

D. Variasi Warna (Orange)

Tabel 4.4 Hasil pengamatan variasi warna (Orange)

No Tegangan (V) Kuat Arus (I) Keterangan

1 0.005 V 1.0 mA Gelap2 0.006 V 1.2 mA Gelap3 0.007 V 1.4 mA Gelap4 0.009 V 1.7 mA Gelap5 0.011 V 2.1 mA Gelap6 0.015 V 2.8 mA Gelap7 0.024 V 4.3 mA Gelap8 0.263 V 46.6 mA Redup9 0.433 V 76.4 mA Terang10 0.445 V 78.5 mA Terang Sekali

11

E. Variasi Warna (Hijau)

Tabel 4.5 Hasil pengamatan variasi warna (Hijau)

No Tegangan (V) Kuat Arus (I) Keterangan

1 0.006 V 1.0 mA Gelap2 0.007 V 1.3 mA Gelap3 0.009 V 1.6 mA Gelap4 0.011 V 2.1 mA Gelap5 0.016 V 2.9 mA Gelap6 0.024 V 4.4 mA Gelap7 0.053 V 9.6 mA Gelap8 0.428 V 75.7 mA Redup9 0.448 V 79.1 mA Terang10 0.447 V 78.7 mA Terang

4.2 Pembahasan

Efek fotolistrik adalah fenomena terlepasnya elektron logam akibat disinari

cahaya atau gelombang elektromagnetik. Pada umumnya, Elektron yang terlepas

pada efek fotolistrik disebut elektron foto (Photoelektron) Sedangkan efek

fotovoltaik adalah proses mengubah energi (foton atau partikel) cahaya menjadi

energi listrik.

Pada percobaan karakteristik piranti cahaya digunakan LDR sebagai piranti

cahaya. Percobaan dilakukan dengan dua metode yaitu mengukur variasi kuat

penerangan (intensitas) dan variasi warna (panjang gelombang sinar). Pada

pengukuran intensitas cahaya, pengukuran dilakukan dengan cara mengubah

intensitas cahaya lampu dari gelap ke terang dengan mengatur potensiometer,

kemudian mengukur kuat arus dan tegangan yang dihasilkan. Hal yang sama

dilakukan pada pengukuran variasi warna, hanya saja antara lampu dan piranti

12

dipasang sebuh plastik warna (prisma) yang terdiri dari warna biru, merah,

orange, dan hijau yang dilakukan secara bergantian.

Dari percobaan yang dilakukan pada pengukuran variasi kuat penerangan

(intensitas) antara tegangan dan kuat arus saling berbanding lurus yang dapat

dilihat pada grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus . Hal ini juga dapat

dibuktikan dari hasil intensitas cahaya pada lampu, dimana pada tegangan dan

kuat arus yang besar lampu menyala lebih terang. Sedangkan pada pengukuran

variasi warna (panjang gelombang sinar) warna merah memiliki intensitas cahaya

lebih besar dan warna biru memiliki intensitas cahaya yang paling kecil hal ini

dapat dilihat dari kuat arus dan tegangan yang terukur. Hasil percobaan ini sesuai

dengan literatur yang dikemukakan (Novianty dkk, 2012), dimana Nilai resistansi

LDR akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima. LDR

yang tidak terkena cahaya maka nilai tahanan akan menjadi besar (sekitar 10MΩ)

dan jika terkena cahaya nilai tahanan akan menjadi kecil (sekitar 1kΩ), yang

dapat dilihat dari tabel hasil pengamatan dan grafik, makin terang intensitas

cahayanya maka arus dan tegangan yang dihasilkan makin besar.

13

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan pada percobaan kali ini yaitu :

1. Piranti cahaya memiliki karakteristik sebagai pengubah besaran cahaya

menjadi besaran listrik, dimana semakin besar intensitas cahaya yang

diterima oleh sebuah piranti cahaya maka arus dan tegangan yang dihasilkan

akan semakin besar pula

5.2 Saran

Sebaiknya sebelum melakukan percobaan praktikan lebih memahami percobaan

yang akan dilakukan sehingga pada saat praktek lebih menguasai percobaan.

14

DAFTAR PUSTAKA

Frank D. Petruzella. 2001. Elektronika Industri, Penerbit Andi, Penerjemah Suminto, Drs. MA., Yogyakarta.

Hansen dkk. 2000. Penentuan Parameter-Paremeter Karakteristik Sel Surya untuk Kondisi Gelap dan Kondisi Penyinaran dari Kurva Karakteristik Arus Teganga (IV). Jurnal Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI.

Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : UI Press.

Novianty,Lubis,& Tony. 2012. Perancangan Prototipe Sistem Penerangan Otomatis Ruangan Berjendela Berdasarkan Intensitas Cahaya. Jurnal Fakultas Teknologi Informasi UNTAR.

Papadopoulou, Elena V.M. 2011. Photovoltaic Industrial Systems. Berlin: Springer.

Syakbaniah dan hasra. 2014. Eksperimen fisika petunjuk kegiatan dan lembar kerja. Padang: UNP.

15

16

LAMPIRAN

A. Variasi kuat penerangan atau intensitas cahaya

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan (V)

Arus

(I)

Gambar 1. Grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I)

B. Variasi Warna

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan (V)

Arus

(I)

Gambar 1. Grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I) warna biru

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan (V)

Arus

(I)

Gambar 1. Grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I) warna merah

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan (V)

Arus

(I)

Gambar 1. Grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I) warna orange

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tegangan (V)

Arus

(I)

Gambar 1. Grafik hubungan antara tegangan (V) dan kuat arus (I) warna hijau

BIOGRAFI

Penulis bernama Zulfikar lahir di Kota Palu pada

tanggal 30 juli 1996, merupakan anak pertama dari

3 orang bersaudara. Ia memulai pendidikan

dasarnya pada tahun 2002 di SDN Inpres 1 Talise

dan lulus pada tahun 2008. Kemudian ia

melanjutkan pendidikannya di SMPN 1 Palu dan

lulus pada tahun 2011. Setelah itu ia melanjutkan

pendidikannya di SMAN 2 Palu dan lulus pada tahun 2014. Sekarang ia sedang

menjalani pendidikan S1 Fisika MIPA semester 5 di Universitas Tadulako dengan

mengambil Kelompok Bidang Keahlian (KBK) Elektronika.