Panduan Praktikum Virtual Medan Magnet kawat Lurus panjang Berarus Listrik

Praktikum Virtual Medan Magnet Kawat Lurus Bearus Listrik

Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD)

Praktikum Fisika Virtual: Medan Magnet Kawat Lurus

Nama Anggota	:	1. ...........................................................	Kelas	:	.......................
		2. ...........................................................	Kelompok	:	.......................
		3. ...........................................................	Tanggal	:	.......................

A. Judul

Pengukuran Kuat Arus dan Induksi Medan Magnet pada Kawat Lurus Berarus Listrik

B. Tujuan

1. Menentukan nilai kuat arus listrik (\(I\)) dan induksi medan magnet (\(B\)) pada kawat lurus secara eksperimental.
2. Menghitung nilai kesalahan mutlak (\(\Delta x\)) dan kesalahan relatif (\(KR\)) dari hasil pengukuran medan magnet.
3. Menyajikan penulisan hasil pengukuran fisik sesuai dengan aturan penulisan hasil pengukuran ilmiah.

C. Alat dan Bahan

• Aplikasi Simulasi Virtual Interactive (Komponen Virtual: Catu Daya, Kawat Lurus, Amperemeter, Hambatan Geser, Sensor Magnet, Mistar Skala, dan Kabel Penghubung).

D. Langkah Kerja

1. Buka aplikasi simulasi di perangkat Anda.
2. Susun rangkaian tertutup dengan menghubungkan terminal kabel secara berurutan: Catu Daya \((+) \rightarrow\) Hambatan Geser \(\rightarrow\) Amperemeter \((+) \rightarrow\) Amperemeter \((-) \rightarrow\) Kawat Lurus (Bawah) \(\rightarrow\) Kawat Lurus (Atas) \(\rightarrow\) Catu Daya \((-)\).
3. Letakkan Sensor Magnet pada jarak tetap \(r = 2\text{ cm}\) (\(0{,}02\text{ m}\)) di samping kawat lurus menggunakan Mistar Skala.
4. Nyalakan saklar catu daya (SAKLAR: ON) dengan tegangan awal \(6\text{ V}\).
5. Geser posisi slider Hambatan Geser untuk mendapatkan variasi arus listrik. Lakukan pengukuran sebanyak 5 kali percobaan dengan posisi hambatan yang berbeda.
6. Catat nilai Kuat Arus Listrik (\(I\)) dari Amperemeter dan nilai Induksi Magnetik (\(B\)) dari Sensor Magnet pada Tabel Hasil Praktikum.
7. Matikan saklar (SAKLAR: OFF) setelah selesai melakukan seluruh percobaan.

E. Hasil Praktikum

Tabel Hasil Pengukuran Induksi Magnetik pada Jarak \(r = 2\text{ cm}\) (\(0{,}02\text{ m}\))

Percobaan ke-	Tegangan / Hambatan	Kuat Arus \(I\) (\(\text{A}\))	Induksi Magnet Terukur \(B\) (\(\mu\text{T}\))
1	Variasi 1	1,0	10,0
2	Variasi 2	2,0	20,0
3	Variasi 3	3,0	30,0
4	Variasi 4	4,0	40,0
5	Variasi 5	5,0	50,0

F. Perhitungan dan Pembahasan

1. Contoh Perhitungan Data Per Percobaan

Rumus teoritis induksi magnetik kawat lurus berarus panjang tak hingga:

$$B = \frac{\mu_0 \cdot I}{2 \pi \cdot r}$$

Dengan \(\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\text{ T}\cdot\text{m/A}\) dan \(r = 0{,}02\text{ m}\):

$$B = \frac{(4\pi \times 10^{-7}) \cdot I}{2\pi \cdot (0{,}02)} = \frac{2 \times 10^{-7} \cdot I}{0{,}02} = 10^{-5} \cdot I \text{ Tesla} = (10 \cdot I) \ \mu\text{T}$$

• Percobaan 1 (\(I = 1{,}0\text{ A}\)): \(B_1 = 10 \times 1{,}0 = 10{,}0\ \mu\text{T}\)
• Percobaan 2 (\(I = 2{,}0\text{ A}\)): \(B_2 = 10 \times 2{,}0 = 20{,}0\ \mu\text{T}\)
• Percobaan 3 (\(I = 3{,}0\text{ A}\)): \(B_3 = 10 \times 3{,}0 = 30{,}0\ \mu\text{T}\)
• Percobaan 4 (\(I = 4{,}0\text{ A}\)): \(B_4 = 10 \times 4{,}0 = 40{,}0\ \mu\text{T}\)
• Percobaan 5 (\(I = 5{,}0\text{ A}\)): \(B_5 = 10 \times 5{,}0 = 50{,}0\ \mu\text{T}\)

2. Evaluasi Ketidakpastian dan Analisis Kesalahan (Pengukuran Berulang pada Arus \(I = 3{,}0\text{ A}\))

Data pengamatan 5 kali pengukuran pada nilai variabel arus konstan (\(I = 3{,}0\text{ A}\)):

\(n\)	\(B_i\ (\mu\text{T})\)	\(B_i^2\)
1	30,0	900,00
2	30,2	912,04
3	29,8	888,04
4	30,1	906,01
5	29,9	894,01
\(\sum\)	150,0	4500,10

• Nilai Rata-rata (\(\bar{B}\)): $$\bar{B} = \frac{\sum B_i}{N} = \frac{150{,}0}{5} = 30{,}0\ \mu\text{T}$$
• Kesalahan Mutlak / Ketidakpastian (\(\Delta B\)): $$\Delta B = \frac{1}{N} \sqrt{\frac{N \sum B_i^2 - (\sum B_i)^2}{N - 1}}$$ $$\Delta B = \frac{1}{5} \sqrt{\frac{5(4500{,}10) - (150{,}0)^2}{5 - 1}} = \frac{1}{5} \sqrt{\frac{22500{,}5 - 22500}{4}} = \frac{1}{5} \sqrt{0{,}125} \approx 0{,}07\ \mu\text{T}$$
• Kesalahan Relatif (\(KR\)): $$KR = \left( \frac{\Delta B}{\bar{B}} \right) \times 100\% = \left( \frac{0{,}07}{30{,}0} \right) \times 100\% \approx 0{,}23\%$$
• Aturan Penulisan Hasil Pengukuran:
  Karena kesalahan relatif \(0{,}23\%\) (sekitar \(0{,}1\%\)), penulisan menggunakan 4 Angka Penting:

  \(B = (\bar{B} \pm \Delta B) = (30{,}00 \pm 0{,}07)\ \mu\text{T}\)

3. Penyebab Adanya Kesalahan Pengukuran

1. Kesalahan Paralaks: Ketidaktepatan sudut pandang mata saat membaca jarum analog pada Amperemeter atau skala penggaris.
2. Keterbatasan Resolusi Alat: Batas nilai skala terkecil (NST) pada alat ukur analog.
3. Fluktuasi Tegangan Listrik: Perubahan hambatan dalam komponen atau fluktuasi daya yang memicu pergeseran nilai arus.
4. Kesalahan Penempatan Sensor: Toleransi posisi penggaris yang mengakibatkan pergeseran tegak lurus sensor magnet terhadap kawat.

G. Kesimpulan

1. Nilai induksi medan magnet (\(B\)) berbanding lurus dengan kuat arus listrik (\(I\)); semakin besar arus listrik yang mengalir pada kawat lurus, semakin besar medan magnet yang dihasilkan.
2. Hasil pengukuran induksi magnetik dari percobaan berulang diperoleh sebesar \(B = (30{,}00 \pm 0{,}07)\ \mu\text{T}\) dengan kesalahan relatif \(0{,}23\%\) dan tingkat ketelitian \(99{,}77\%\). Penulisan telah disesuaikan dengan kaidah angka penting ilmiah.