16
DASAR-DASAR INSTRUMENTASI FISIKA Oleh: DRS.SUTRISNO,M.T. NIP. 131760400 PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MALANG SEPTEMBER 2008 Dasar-dasar Instrumentasi Fisika 1

Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

Citation preview

Page 1: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

DASAR-DASAR INSTRUMENTASI FISIKA

Oleh: DRS.SUTRISNO,M.T.

NIP. 131760400

PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG SEPTEMBER 2008

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

1

Page 2: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadlirat Alloh swt. atas limpahan

rahmadNya, sehingga buku bahan ajar sebagai pegangan mengajar matakuliah Dasar-

dasar Instrumentasi Fisika selesai ditulis sebelum kuliah dimulai.

Sesuai dengan deskripsi matakuliah pada buku katalog MIPA untuk Jurusan

Fisika, matakuliah ini diberikan pada semester ganjil guna memahami Dasar-dasar

instrumentasi Fisika, dan cara melakukan pengukuran besaran Fisika sebagai dasar

instrumentasi, serta analisa sistem fisis dari alat ukur itu sendiri. Yang lebih penting

adalah alat ukur listrik diantaranya : multimeter, Jembatan Wheatstone, Wattmeter,

dan oskiloskop serta penggunaan oskiloscop. Oleh sebab itu dalam kuliah ini

penguasaan konsep perlu dilakukan dengan jalan memberikan tugas terstruktur dan

tugas tersebut diseminarkan dalam kelas.

Demikian Bahan ajar matakuliah Dasar-dasar instrumentasi Fisika ini disusun,

dan demi perbaikan disemester berikutnya penyusun menerima kritik maupun saran-

saran dari mahasiswa maupun pembaca lain yang tertarik pada matakuliah ini.

September 2008

Penyusun

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

2

Page 3: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

DAFTAR ISI

halaman

KATA PENGANTAR ................................................................................... 2

DAFTAR ISI ................................................................................................. 3

PENDAHULUAN ......................................................................................... 4

B A B I : KONSEP DASAR INSTRUMENTASI ................................ 8

Pendahuluan .......................................................................... 8

A. Konsep dasar ................................................................... 10

B. Teori Pengukuran ............................................................. 11

RINGKASAN ...................................................................... 15

LATIHAN ............................................................................ 16

B A B II: TEORI KETIDAKPASTIAN (RALAT) ............................... 17

Pendahuluan .......................................................................... 17

A. Jenis ralat ........................................................................ 19

B. Sumber-sumber ralat ....................................................... 21

C. Klasifikasi ralat ............................................................... 24

D. Pencocokan Data ............................................................. 24

RINGKASAN ...................................................................... 36

LATIHAN ............................................................................ 37

B A B III : ANALISA SISTEM FISIS ................................................... 39

Pendahuluan .......................................................................... 39

A. Pengukuran Dinamik ........................................................

41 Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

3

Page 4: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

B. Pengukuran Statis ............................................................. 41

C. Sistem Orde Satu ............................................................. 42

D. Sistem Orde Dua ............................................................. 43

E. Fungsi Pindah ................................................................... 44

F. Tanggapan daris sistem orde satu terhadap fungsi undak..

45

RINGKASAN ..................................................................... 52

LATIHAN ........................................................................... 53

B A B IV: ALAT UKUR LISTRIK DASAR ........................................ 57

Pendahuluan ........................................................................ 57

I. Multimeter ....................................................................... 59

II. Jembatan Wheatstone ..................................................... 66

III. Wattmeter ..................................................................... 72

IV. Osciloskop ................................................................... 81

V. Penggunaan Osciloskop ................................................. 87

RINGKASAN ................................................................... 95

LATIHAN ......................................................................... 96

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 98

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

4

Page 5: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

P E N D A H U L U A N

Matakuliah Dasar-dasar Instrumentasi Fisika ini merupakan

matakuliah dasar dalam memahami Instrumentasi Fisika, akan tetapi untuk

memahami instrumen sebagai alat ukur terlebih dahulu dipahami cara-cara mengukur

yang dijelaskan dalam teori pengukuran, ketidakpastian (ralat) pengukuran, dan

sistem fisis dari alat ukur itu sendiri yang dijelaskan dalam analisa sistem fisis serta

tentang alat ukur listrik dasar. Sesuai dengan deskripsi matakuliah yaitu, ada 4 Bab

dalam Instrumentasi Fisika, diantaranya adalah:

Bab I. Konsep dasar Instrumentasi Fisika

Bab II. Teori Ketidakpastian (Ralat)

Bab III. Analisa Sistem Fisis

Bab IV. Piranti Pengukuran Listrik dasar yang meliputi:

A. Multimeter

B. Jembatan Wheatstone

C. Wattmeter

D. Osciloskop

E. Penggunaan osciloskop.

Hubungan antar Bab/pokok bahasan

Bab I Bab II Bab III Bab IV

EDCBA

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

5

Page 6: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

SATUAN ACARA PENGAJARAN (SAP)

Program Studi:Pendidikan Fisika

Semester : GANJIL A. Matakuliah

1. Nama : Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

2. Sandi : FBU 414

3. sks/js : 3/3

4. Prasyarat : ……………….

5. Disajikan pada jenjang : Strata satu (S1)

6. Dosen Pembina : Drs. Sutrisno,M.T.

B. Tujuan Pengajaran

⇒ Agar mahasiswa memahami dasar-dasar instrumentasi Fisika: Konsep dasar,

Teori Pengukuran, Analisa sistem Fisis, Piranti pengukuran listrik dasar :

Multimeter, Jembatan Wheatstone, Wattmeter, Cara kerja oskiloscop dan

Penggunaan oskiloskop.

C. Pelaksana Proses Belajar Mengajar

1. Metode yang digunakan:

a. Tatap muka

b. Demonstrasi

2. Media yang digunakan :

a. Alat-alat ukur listrik

3. Kegiatan belajar mengajar:

a. Tatap muka ,16 X 150 menit

b. Terstruktur

4. Pelaksana Evaluasi :

a. Tugas terstruktur bobot:1

b. Tes tengah semester bobot :1

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

6

Page 7: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

c. Tes final bobot : 2

NA = Na + Nb + 2 Nc4

; NA = Nilai akhir.

D. Kepustakaan Wajib : 1. Sutrisno, 2006, DASAR-DASAR INSTRUMENTASI FISIKA, Malang, Universitas Negeri Malang Fakultas MIPA Jurusan Fisika. Anjuran: 2. Soedjana Sapiie,Dr & Osamu Nishino,Dr. 1982, PENGUKURAN DAN ALAT- ALAT UKUR LISTRIK, PT. Pradnya Paramita,Jakarta. 3. GH.Dulfer & Fadeli A,1975, METODA PENGUKURAN FISIS DAN INSTRUMENTASI, Yogyakarta, FPMIPA UGM 4. E. Zijp, 1974, ANALISA PENGUKURAN FISIKA,Yogyakarta FPMIPA UGM 5. J.P Holman (E.Jasjfi), 1984, METODE PENGUKURAN TEKNIK, Jakarta, Penerbit Erlangga.

E. Rencana Kegiatan Pengajaran Pertemuan ke Pokok / sub pokok bahasan Rujukan

(nomor,hal) Tugas Terstruktur

1 dan 2 Pendahuluan:

1.Konsep dasar instrumentasi

1. hal. 4 - 9

Tugas 1

3, 4 & 5 2.Teori Pengukuran

3.Analisa sistem Fisis

1. hal. 10 - 30

1. hal. 32 - 40

6 & 7 4. Piranti alat ukur listrik:

I. Multimeter

1. hal. 41 - 62 Tugas 2

8 & 9 II. Jembatan Wheatstone 1. hal. 41 - 62 Tugas 3

10 Tes tengah semester I

11 & 12 III. Wattmeter 1. hal. 41 - 62 Tugas 6

13 & 14 IV. Cara kerja Oskiloskop 1. hal. 41 - 62

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

7

Page 8: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

B A B I

KONSEP DASAR INSTRUMENTASI

PENDAHULUAN

KERANGKA ISI

Dalam pembahasan konsep dasar instrumentasi pertama-tama diperkenalkan

terlebih dahulu beberapa hal, antara lain:

a. Difinisi istilah dalam alat ukur

b. Teori Pengukuran:

b.1 Alat Ukur Fisika

b.2. Peranan Alat ukur

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mahasiswa memahami istilah-istilah dalam alat ukur

2. Mahasiswa memahami dan mengerti melakukan pengukuran

besaran Fisika

3. Mahasiswa memahami konsep - konsep dan istilah - istlah dalam

teori pengukuran

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

8

Page 9: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

DESKRIPSI

Konsep dasar instrumentasi ini sebagai dasar dalam mempelajari alat ukur dan

mempelajari teori pengukuran serta pengukuran dalam besaran Fisika. Untuk itu

langkah awal adalah memahami konsep - konsep dan istilah-istilah yang ada dalam

alat ukur serta teori pengukuran. Diharapkan mahasiswa yang telah memahami

konsep dasar instrumentasi ini, untuk mempelajari lebih lanjut tentang sistem fisis

alat ukur besaran Fisika maupun teori ketidakpastian pada bab berikutnya akan lebih

mudah mengerti.

KATA-KATA KUNCI

Alat ukur/instrumentasi, alat ukur fisika, obyek ukur.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

9

Page 10: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

KO P DA

nstrumentasi dari kata instrument (alat) merupakan cabang ilmu Fisika

yang mengalami perkembangan sangat pesat. Hal ini disebabkan kemajuan

teknologi dewasa ini yang demikian pesat berkembang. Sehingga bidang

instrumentasi secara langsung maupun tidak langsung ikut berkembang juga.

Instrumentasi didalam Fisika sangat penting sekali, karena dalam melakukan

pengukuran maupun melaksanakan percobaan didalam laboratorium seorang

Fisikawan harus faham betul menggunakan peralatan maupun cara melakukan

pengukuran. Sehingga dalam percobaan tersebut data yang diperoleh dapat dianalisa

dengan benar serta kesimpulannya tidak bias. Oleh sebab dapat didifinisikan

Instrumentasi dalam Fisika adalah ilmu yang mempelajari alat ukur yang digunakan

dalam mengukur besaran Fisika. Untuk mempelajari instrumentasi Fisika

diperkenalkan terlebih dahulu dasar-dasar intrumentasi Fisika yang meliputi istilah

dalam alat ukur, teori pengukuran.

NSE SAR

I

A. Istilah dalam Alat ukur

Dalam mempelajari suatu alat ukur sering dijumpai beberapa istilah yang

digunakan dalam pengukuran, diantaranya adalah:

a) Kepekaan (sensitivity) instrumen adalah perbandingan antara gerakan linear jarum

penunjuk pada instrumen itu dengan perubahan variabel yang diukur yang

menyebabkan gerakan itu.

b) Ketelitian (accuracy) instrumen adalah penyimpangan terhadap masukan yang

diketahui. Ketelitian biasanya dinyatakan dalam persentase.

c) Ketepatan atau presisi (precision) instrumen adalah kemampuan instrumen

menghasilkan kembali bacaan tertentu dengan ketelitian yang diketahui.

d) Ketakpastian (uncertainty) instrumen adalah daerah deviasi dari nilai pengukuran

alat (instrumen).

e) Kalibrasi (calibration) instrumen adalah membandingkan nilai ukuran instrumen

dengan nilai ukuran standar.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

10

Page 11: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

f) Standar ukuran adalah nilai ukuran yang sudah disepakati sebagai patokan dalam

melakukan pengukuran.

B. Teori Pengukuran

Mengukur adalah membandingkan besaran keadaan suatu zat dengan sesuatu

besaran zat standard atau yang telah disepakati sebagai ukurannya. Contoh mengukur

panjang kain, mengukur berat badan dan lain-lain Berdasarkan obyek yang diukur,

maka mengukur dibedakan menjadi 2, yaitu :

a. Secara kwalitatif.

b. Secara kwantitatif.

Untuk mengukur secara “kwantitatif / kwantita” atau besaran dalam fisika

dikelompokan menjadi:

a. Besaran dasar/pokok.

b. Besaran turunan.

Secara umum dapat digambarkan sebagai berikut:

PENGUKURAN

KWALITATIF KWANTITATIF

Obyek

DASAR TURUNAN

PENGUKURAN DALAM FISIKA

Mengukur secara kwalitatif, yaitu menandai keadaan obyek secara

kwalitataif (kata/verbal), seperti keras, padat, panas, dingin, atau bau mawar, bau

durian, rasa manis, rasa asin dan lain-lain.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

11

Page 12: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

Hasil ukur secara kwalitatif bersifat subyektif, artinya tergantung pada

suasana saat pengukuran, seperti perasaan mengukur, situasi tempat mengukur,

keadaan obyek ukur itu sendiri dan lain sebagainya.

Agar lebih jelas, misalnya Pak Paijan seorang Pegawai Negeri Sipil pada saat

tanggal muda minum wedang kopi dengan gula 3 sendok dan 1 sendok kopi cap kapal

api, dan pada tanggal tua sama minum wedang kopi dengan gula 3 sendok dan 1

sendok kopi, pada tanggal muda rasa kopi yang diminum Pak Paijan terasa enak

akan tetapi pada saat tanggal tua rasa kopi tersebut tidak enak. Hal ini disebabkan

suasana yang berbeda dan perasaan pengukurnya juga berbeda maka hasil

pengukurannya subyektif.

Mengukur secara kwntitatif, yaitu menandai obyek ukur secara bilangan

(numerical) atau secara angka (digital). Misalnya mengukur panjang papan tulis 3 m,

mengukur berat badan 60 Kg dan sebagainya. Hasil ukur secara kwantitatif bersifat

obyektif, artinya hasil ukur itu menunjukan keadaan obyek sebagaimana adanya,

tidak dipengaruhi oleh perasaan pengukur atau suasana sekitar tempat mengukur pada

saat itu.

B.1. Alat Ukur Fisika

Alat ukur Fisika adalah alat atau seperangkat alat/instrumen yang digunakan

untuk mengukur besaran Fisika. Misalnya mistar, termometer dan lain-lain.

Suatu alat ukur dikatakan layak digunakan untuk mengukur harus

mememnuhi syarat, yaitu alat ukur itu harus baku/standar ialah sahih (valid), dan

mantap ( reliabel ) atau ajeg. Alat ukur dikatan sahih ( valid ) apabila dapat mengukur

apa yang mau diukur, misalnya neraca digunakan untuk menimbang cicin emas, kalau

timbangan duduk tidak sahih bila digunakan untuk menimbang cicncin emas. Alat

ukur dikatakan ajeg adalah apabila alat ukur tersebut sesuai dan selalu sesuai dengan

besar yang ada. Misalnya mistar gulung menunjukan hasil ukur 1 meter dan selalu 1

meter pada sepotong tongkat yang terukur oleh meter standar memang 1 meter.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

12

Page 13: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

Didalam Fisika alat ukur yang digunakan dikelompokan sesuai dengan

bidang-bidng fisika yang ada. Berdasarkan sub-sub bidang studi Fisika, alat-alat ukur

fisika dikelompokan atas:

a) Alat ukur Mekanika, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan pengukuran

mekanika. Misalnya mistar, stop-watch, neraca, pegas, barometer dan lain-lain.

b) Alat ukur Kalor, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan pengukuran kalor.

Misalnya termometer, kalorimeter, hygrometer dan lain-lain.

c) Alat ukur Getar / bunyi, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan

pengukuran getaran atau bunyi. Misalnya dB-meter (sound level meter), frekuensi

meter, osciloskop, sosnometer dan lain-lain.

d) Alat ukur listrik, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan pengukuran

listrik. Misalnya Ohmeter, watmeter, jembatan Wheatstone, voltmeter,

amperemeter, multimeter dan lain-lain.

e) Alat ukur optik, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan pengukuran optik.

Misalnya luxmeter dan lain-lain.

f) Alat ukur radiasi, yaitu alat ukur yang digunakan untuk kegiatan pengukuran

radiasi. Misalnya Geiger muller Counter, detektor α, detektor β, detektor γ dan

lain-lain.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

13

Page 14: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

Alat ukur Fisika

Alat ukurMekanika

Alat ukurKalor

Alat ukurBunyi/Getar

Alat ukurListrik

Alat ukurOptik

Alat ukurRadiasi

BerdasarkanSub bidang Fisika

Alat ukur Fisika berdasarkan sub bidang Fisika

B.2. Fungsi dan Peranan Alat Ukur

Fungsi alat ukur adalah sebagai alat pengumpul data besaran fisika yang ingin

dipelajari. Disamping itu alat ukur juga berfungsi sebagai pembatas kecenderungan

subyektifitas pengukurannya. dan sebagai perintis jalan dalam mendekati besar

sebenarnya dari besaran fisika. Alat ukur selain disebutkan diatas juga berfungsi

sebagai alat penduga adanya gejala, atau sebagai pengubah gejala menjadi besaran,

atau sebagai penyetara atau pembanding besaran fisika.

Kegiatan ukur mengukur senantiasa memerlukan alat ukur. Ini berarti tanpa

adanya alat ukur, kegiatan itu akan berjalan tidak sebagaimana mestinya. jadi alat

ukur itu menduduki peranan penting dalam kegiatan ekperimentasi/penelitian fisika.

Lebih dari peran pentingnya, alat bahkan menentukan hasil percobaaan: artinya alat

ukur yang baik dan memenuhi persyaratan mengukur akan menghasilkan data yang

baik dan memenuhi persyaratan mengukur akan menghasilkan data yang baik, dan

sebaliknya alat ukur yang kuran/tidak baik dan tidak memenuhi persyaratan

mengukur akan memberikan data yang kurang baik/tidak baik pula.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

14

Page 15: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

RINGKASAN

• Instrumentasi dalam Fisika adalah ilmu yang mempelajari alat ukur yang

digunakan dalam mengukur besaran Fisika.

• Mengukur adalah membandingkan besaran keadaan suatu zat dengan sesuatu

besaran zat standard atau yang telah disepakati sebagai ukurannya.

• Berdasarkan obyek yang diukur, maka mengukur dibedakan menjadi 2, yaitu :

• Secara kwalitatif.

• Secara kwantitatif.

• Besaran dalam fisika dikelompokan menjadi:

• Besaran dasar/pokok.

• Besaran turunan.

• Alat ukur menduduki peranan penting dalam kegiatan ekperimentasi / penelitian

fisika.

Contoh Soal

1. Persyaratan apakah yang harus dipenuhi oleh suatu alat ukur? Berikan penjelasan!

Jawab.

Alat ukur dikatakan baik apabila alat ukur itu harus memenuhi persyaratan yaitu 1.

alat ukur itu harus sahih (valid), 2 alatukur itu harus reliabel (ajeg)

2. Mengecap rasa the manis apakah termasuk mengukur ? jelaskan jawabanmu!

Jawab

Ya termasuk megukur walaupun ukuran yang diperoleh masih dalam bentuk

verbal karena mengecap rasa merupakan mengukur secara kwalitatif.

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

15

Page 16: Hand Out Dasar Intrumentasi Ke1

LATIHAN

1. Pernahkah anda melakukan pengukuran? (sebutkan mengukur apa dan

menggunakan alat apa?)

2. Bagaimana alat ukur dikatakan baik?

3. Apakah ada besaran Fisika yang tidak dapat diukur?

4. Apa yang dimaksud dengan mengukur secara kwalitatif?

5. Sebutkan contoh mengukur secara kwalitatif?

6. Termasuk dalam klasifikasi alat ukur yang mana masing-masing alat ukur berikut

ini?

a. Gelas ukur

b. Osciloskop

c. Timbangan duduk

d. Hygrometer

7. Seberapa jauh peranan alat ukur dalam kegiatan dilaboratorium

(percobaan/eksperimen) ?

8. Ketika mistar digunakan untuk mengukur panjang papan tulis, apakah yang

menjadi obyek ukur?

Dasar-dasar Instrumentasi Fisika

16