1.
Latar
Belakang
Pada
kehidupan sehari-hari kita tidak pernah lepas dihadapkan dengan yang namanya
arus listrik. Arus listrik searah adalah arus listrik yang nilainya hanya
positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif ke negatif atau sebaliknya).
Arus listrik searah dikenal dengan singkatan DC (Direct Current). Sesuai dengan
namanya, listrik arus searah ini mengalir ke satu jurusan saja dalam kawat
penghantar, yaitu dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-). Penerapan arus
listrik searah dapat dilihat di dalam rangkaian seri, rangkaian paralel dan
juga pada jembatan weatstone. Pada suatu rangkaian juga terdapat arus listrik
searah. Dalam listrik sendiri terdapat beberapa hal yang mempengaruhi listrik
itu sendiri, yaitu seperti tahanan, arus, tegangan dan lain lain. Dalam
kehidupan sehari hari pun kita juga sering didengarkan dengan yang namanya
hambatan, arus dan tegangan, namun kita sering tidak pernah mengerti apakah
yang sebenarnya dimaksud dengan hambatan, arus dan tegangan. Hambatan listrik
merupakan suatu hambatan pada rangkaian yang nantinya dapat menghambat arus
listrik yang mengalir. Semakin besar hambatan yang mengalir pada suatu
rangkaian dan pada suatu variable V (tegangan yang tetap), maka arus yang
mengalir pada rangkaian pun juga makin kecil.
Dalam rangkaian listrik
terdapat banyak sekali konfigurasi rangkaian komponen-komponen elektronika,
bukan sekedar rangkaian sederhana yang hanya terdiri dari sumber tegangan dan
beban, tetapi lebih dari itu.
Dalam praktikum ini
kami melakukan praktikum tentang jembatan weatstone, dalam praktikum ini kami
menggunakan arus DC dimana rangkaian listriknya memiliki empat hambatan. Untuk
lebih jelasnya agar kita dapat memahami konsep maupun teori serta aplikasinya
dalam kehidupan sehari-hari marilah kita lakukan praktikum mengenai rangkaian
pembuatan jembatan wheatstone. Jembatan wheatstone menggunakan rangkaian hambatan
standar dan hambatan geser, dimana hambatan standarnya menggunakan 56 ohm dan
tegangannya menggunakan 3 volt.
2.
Tujuan
Praktikum
Adapun tujuan dari
praktikum jembatan weatstone adalah : agar mahasiswa memahami konsep dari
rangkaian jembatan Wheatstone.
3.
Tinjauan
Pustaka
Jembatan
Wheatstone adalah rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan. Jembatan
Wheatstone digunakan secara luas untuk pengukuran presisi tahanan dari sekitar
1 Ω sampai rangkuman mega ohm ( MΩ ) rendah. R1 , R2 dan
R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan Rx adalah
hambatan yang akan di cari besarnya. Pada keadaan setimbang, galvanometer akan
menunjukkan angka nol. Karena tidak ada arus yang mengalir melalui galvanometer
tersebut. Dalam keadaan ini berlaku hubungan :
=
L adalah kawat
homogen sehingga panjang kawat sebanding dengan nilai hambatannya. Rs adalah
hambatan standar yang nilainya dapat kita tentukan dengan mengatur variabel
yang ada. Untuk harga Rs tertentu dan dengan mencatat kedudukan kontak geser K
yaitu panjang l1 dan l2, maka pada saat galvanometer menunjukan harga nol hubungan
menjadi :
Pada
umumnya nilai hambatan suatu bahan berubah terhadap temperatur. Untuk kenaikan temperatur
yang sama, dua bahan yang berbeda jenis akan mengalami perubahan nilai
hambatan
yang berbeda pula. Hal ini dipengaruhi oleh suatu besaran yang disebut
koefisien temperatur. Hubungan antara besar
hambatan dengan temperatur suatu bahan semikonduktor
didekati
dengan persamaan:
dengan :
RT = besar hambatan pada
suatu temperatur tertentu
B = konstanta temperatur
b = koefisien temperatur
T = temperatur dalam kelvin
Untuk keadaan tertentu dapat diubah menjadi:
dengan :
RT = hambatan semikonduktor
pada temperatur awal T
T = perbedaan temperatur terhadap
temperatur awal ( http://xsact.script&cmd.ac.id/default/2011/12/jembatan_wheatstone.pdf).
Pada
jembatan weatstone Besar arus yang melalui galvanometer tergantung pada beda
potensial ( tegangan ). Jembatan dikatakan setimbang, jika beda potensial pada
galvanometer adalah nol, artinya tidak ada arus yang mengalir melalui
galvanometer. ( kondisi ini terjadi, jika Vca = Vda atau
Vcb =
Vdb ).
Jadi jembatan dikatakan setimbang, jika
: I1 R1 = I2 R2.
Jika arus galvanometer adalah nol, maka besaran-besaran I1, I2, I3 dan I4 dapat
diketahui, yaitu :
E
I1 = I3 =
------------
R1 + R3
E
I2 = I4 =
------------
R2 + R4
Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan :
R2 R3
Rx =
---------
R1
Pengukuran tahanan Rx tidak
bergantung pada karakteristik atau kalibrasi galvanometer defleksi nol, asalkan
detektor nol tersebut mempunyai sensitivitas yang cukup, untuk menghasilkan
posisi setimbang jembatan pada tingkat presisi yang diperlukan (http://script.ac.id/default/2010/10/Rangkaian_Jembatan_Wheatstone.pdf).
Jembatan Wheatstone
juga digunakan untuk mengubah variasi – variasi kecil dalam perlawanan menjadi variasi -
variasi tegangan. Variasi tegangan ( V) kepada penguat instrumentasi.
Tegangan
( V) adalah :
V
=
Contoh
penerapannya sebagai thermometer, penguat intensitas cahaya, indikator desakan,
dan lain sebagainya. Sebagai thermometer, salah satu pelawan di dalam jembatan
ditukar dengan thermistor. Thermistor ini akan mengindera perubahan-perubahan
suhu. (Perubahan suhu akan mengubah harga perlawanan thermistor dan perubahan
perlawanan ini berakibat perubahan tegangan ( V). Perubahan tegangan V dapat
ditampilkan oleh alat ukur yang ditera dalam derajat celcius.
Jembatan
Wheatstone digunakan untuk mengukur perlawaanan :
·
R1 dan R2 diketahui harganya dengan
cermat
·
R4 yang variabel memiliki skala untuk
dengan langsung membaca harga Rx yang sedang diukur.
·
P mengatur kuat arus dalam jembatan
·
Sumber arus dapat AC atau DC.
·
Minimkan dulu arus dengan p sebelum Rx
yang tidak diketahui harganya ditaruh diantara terminal-terminalnya untuk
mencegah arus yang terlampau besar merusakkan Galvanometer ( indikator).
·
Dalam kondisi bersetimbang itu berlaku,
Rx =
·
Jembatan Wheatstone akan dapat digunakan
untuk mengukur induktansi, kapasitas, impedensi, dan frekuensi resonansi. Jika
terlebih dahulu diadakan perubahan kecil dalam lengan-lengannya dan sumber
arusnya adalah AC ( Wasito, 1984).
Jembatan
Wheatstone dengan pengaman digunakan untuk pengukuran tahanan yang sangat
tinggi, seperti : tahanan isolasi kabel atau tahanan kebocoran kapasitor (
umumnya dalam orde beberapa ribu mega ohm ). Salah satu masalah utama dalam
pengukuran tahanan tinggi, terjadinya kebocoran arus, yaitu :
- disekitar dan sekeliling komponen atau bahan
yang diukur.
-
sekeliling jepitan kutub pada titik mana komponen dihubungkan ke instrumen.
- di dalam instrumen sendiri.
Arus kebocoran ini
tentu tidak diinginkan, karena dapat memasuki rangkaian pengukuran dan
mempengaruhi ketelitian pengukuran yang sangat besar sekali. Arus kebocoran
ini, jelas kelihatan pada pengukuran tahanan tinggi, karena tegangan tinggi
diperlukan untuk memperoleh sensitivitas defleksi yang cukup. Dalam pengukuran,
pengaruh dari arus bocor ini, umumnya dihilangkan dengan suatu rangkaian
pengaman (http://script.ac.id/default/2010/10/Rangkaian_Jembatan_Wheatstone.pdf).
a.
Galvanometer
Komponen dasar
kebanyakan alat ukur, termasuk ammeter, voltmeter, dan ohmmeter, adalah
Galvanometer. Galvanoneter terdiri dari satu kumparan kawat ( dengan jarum
penunjuk yang terpasang) yang digantung pada medan magnet oleh magnet permanen.
Bila arus mengalir melalui loop kawat, yang biasanya terbentuk persegi panjang,
medan magnet memberikan torsi pada loop, sebagaimana dinyatakan oleh persamaan
. Torsi ini dilawan oleh pegas yang
memberikan torsi
yang hampir sebanding dengan sudut
melalui mana ia dibelokkan ( hukum Hooke).
Sehingga :
Dimana k adalah konstanta ketegangan pegas. Berarti kumparan dan jarum
yang terpasang akan hanya berotasi sampai titik dimana torsi pegas mengimbangi
torsi yang disebabkan oleh medan magnet. Dari persamaan tersebut dapat
disimpulkan :
(
Giancolli, 2001).
b.
Asas-asas
Superposisi
Kegunaan Superposisi adalah untuk menemukan
tegangan dan arus yang ada pada sebuah pelawan, R adalah untuk apabila dalam
kalangan ada lebih dari satu sumber arus. Berlaku hanya untuk jaringan linier,
jaringan linier adalah jaringan yang mengandung perlawanan ohm bukan reaktansi,
dan dimana sumber mengeluarkan tegangan yang konstan dan perlawanan dalam sumber
itu pun konstan ( Wasito, 1984).
4.
Alat
dan Fungsinya
Alat dan fungsinya yang
digunakan pada saat praktikum adalah sebagai berikut :
1. Hambatan
standar dan hambatan geser. Hambatan standar berfungsi sebagai hambatan yang
nilainya tetap digunakan untuk menetapkan hambatan yang digunakan pada saat praktikum,
sedangkan hambatan geser digunakan untuk menggeser-geser besarnya hambatan yang
akan dimainkan pada saat praktikum.
2. Galvanometer
berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk mengukur arus pada suatu hambatan.
3. Catu
daya berfungsi untuk memberi energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan
daya pada listrik utama.
4. Kabel-kabel
penghubung berfungsi untuk menghubungkan antara catu daya dengan hambatan
geser, serta hambatan geser dengan kontak geser maupun antara kontak geser
dengan hambatan standar.
5. Kontak
geser berfungsi sebagai sesuatu yang dapat digeser-geser untuk menentukan arus
itu telah berhenti atau belum yang ditunjuk oleh Galvanometer.
5.
Prosedur
Praktikum
Adapun prosedur kerja
yang harus dilakukan pada saat praktikum rangkaian jembatan Wheatstone adalah
sebagai berikut :
1. Persiapkan
semua peralatan yang akan digunakan pada saat praktikum rangkaian jembatan
Wheatstone ( konsultasi kepada dosen pengasuh atau asisten).
2. Susun
rangkaian.
3. Hidupkan
catu daya dengan masukkan tegangan 3 volt DC ( minta petunjuk dosen pengasuh
atau asisten).
4. Tentukan
harga Rs. Atur kontak geser sehingga Galvanometer menunjukkan angka
nol.
5. Catat
panjang I1 dan I2.
6. Ulangi
langkah 3, 4, dan 5 untuk 10 kali perulangan. Tanyakan kepada asisten besarnya
Rs tersebut.
7. Ulangi
langkah diatas untuk harga Rs yang lain.
6.
Hasil
dan Pembahasan
6.1
Hasil
Tabel hasil praktikum :
|
No.
|
|
|
|
|
1
|
78,5 cm
|
21,5 cm
|
204,4 ohm
|
|
2
|
84 cm
|
16 cm
|
294 ohm
|
|
3
|
71,3 cm
|
28,7 cm
|
138,88 ohm
|
|
4
|
62 cm
|
38 cm
|
91,28
ohm
|
|
5
|
54,5 cm
|
45,5 cm
|
66,64
ohm
|
|
6
|
45 cm
|
55 cm
|
45,92
ohm
|
|
7
|
39 cm
|
61 cm
|
35,28
ohm
|
|
8
|
36 cm
|
64 cm
|
31,36 ohm
|
|
9
|
25 cm
|
75 cm
|
19,04
ohm
|
|
10
|
20 cm
|
80 cm
|
14
ohm
|
Mencari
nilai
menggunakan rumus :
Dimana Rs
nya adalah 56 ohm.
Untuk
=
78,5 cm, dan
=
21,5 cm
=
= 204,4 ohm
=
x
56 ohm
= 294 ohm
=
x
56 ohm
= 138,88 ohm
=
x
56 ohm
= 91,28 ohm
=
x
56 ohm
= 66,64 ohm
=
x
56 ohm
= 45,92 ohm
=
x
56 ohm
= 35,28 ohm
=
x
56 ohm
= 31,36 ohm
=
x
56 ohm
= 19,04 ohm
=
x
56 ohm
= 14 ohm
6.2
Pembahasan
Jembatan
Wheatstone adalah rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan. Jembatan
Wheatstone digunakan secara luas untuk pengukuran presisi tahanan dari sekitar
1 Ω sampai rangkuman mega ohm ( MΩ ) rendah, pengukuran nilai-nilai elemen, seperti tahanan,
induktansi, dan kapasitansi, dan parameter rangkaian lainnya yang diturunkan
secara langsung dari nilai-nilai elemen antara lain adalah sudut fase,
frekuensi dan temperatur. Jembatan Wheatstone hanya mengukur elemen yang tidak
diketahui dengan elemen lain yang telah diketahui besarnya secara tepat (
elemen standar) dan ketelitiannya tentu besar.
Empat
lengan pada jembatan Wheatstone adalah R1 dan R2
merupakan lengan pembanding, sedangkan R3 adalah lengan Standar dan
R4 adalah tahanan yang tidak diketahui besarnya. Besar arus yang
melalui Galvanometer tergantung pada beda potensial antara titik c dan titik d.
Jembatan dikatakan setimbang apabila beda potensial pada Galvanometer adalah
nol (0), artinya tidak ada arus yang mengalir pada Galvanometer. Kondisi ini
terjadi jika :
Vca
= Vda atau Vcb = Vdb
Jadi,
kesetimbangan akan terbentuk jika :
R1
R4 = R2 R3
Dari
hasil praktikum yang telah dilakukan kita akan mengaitkan antara konsep dengan
hasil praktikum dimana dalam konsep terdapat Rs yang merupakan
hambatan standar yang nilainya telah ditentukan sebelumnya sama seperti halnya
dalam teori. Di dalam praktikum kita juga mempunyai Rx yang akan
dicari nilainya dengan menggunakan hambatan yang akan dicari nilainya.
Galvanometer akan menyatakan setimbang apabila beda potensialnya nol dan
berlaku persamaan :
Dalam
praktikum ini biasanya kesalahan yang terjadi terdapat pada kabel-kabel
penghubung yang goyang serta kesalahan praktikan dalam menggunakan galvanometer.
Tapi yang lebih utama sumber kesalahannya terdapat pada pengukuran, misalnya :
Ø
Sensitivitas
detektor nol yang tidak cukup ( dibahas lebih lanjut pada pembahasan rangkaian
pengganti Thevenin ).
Ø
Pengaruh
pemanasan ( I2 R ) dari arus-arus lengan jembatan, mengakibatkan
perubahan tahanan lengan-lengan jembatan, sehingga dapat mengubah tahanan yang
diukur.
Ø
Arus
yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan permanen pada tahanan, kondisi
ini tidak boleh terjadi, karena akan terjadi kesalahan pada
pengukuran-pengukuran selanjutnya, dan karena itu untuk mengatasi masalah ini,
maka disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya,
sehingga nilai arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.
Ø
Dalam
pengukuran tahanan-tahanan rendah, ggl termal pada rangkaian jembatan atau
rangkaian galvanometer dapat menyebabkan masalah. Untuk mengatasinya diperlukan
galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi dengan sistem suspensi tembaga,
sehingga kontak antara logam-logam yang tidak sama dan ggl termal dapat
dicegah.
Ø
Kesalahan-kesalahan
tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar memegang peranan dalam pengukuran
nilai tahanan yang sangat rendah, dan kesalahan ini dapat dikurangi dengan
menggunakan jembatan Kelvin.
7.
Kesimpulan
Jembatan Wheatstone adalah rangkaian yang
terdiri dari empat buah hambatan. Jembatan Wheatstone digunakan secara luas
untuk pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1 Ω sampai rangkuman mega ohm (
MΩ ) rendah, untuk pengukuran nilai-nilai
elemen, seperti tahanan, induktansi, kapasitansi, dan parameter rangkaian
lainnya yang diturunkan secara langsung dari nilai-nilai elemen antara lain
adalah sudut fase, frekuensi dan temperatur.
R1 ,
R2 dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui,
sedangkan Rx adalah hambatan yang akan di cari besarnya. Pada keadaan
setimbang, galvanometer akan menunjukkan angka nol, maka berlaku hubungan :
=
Rs adalah
hambatan standar yang nilainya dapat kita tentukan dengan mengatur variabel
yang ada. Untuk harga Rs tertentu maka pada saat galvanometer menunjukan harga
nol , maka berlaku :
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Rangkaian Jembatan Wheatstone
Dosen Pembimbing : Jumingin S.Si
Dosen Pengasuh : Jumingin, S. Si
Disusun Oleh :
Asia Astuti
12222013
Jurusan Tadris Biologi
Fakultas Tarbiyah
Institut Agama Islam Negeri Raden Fatah Palembang
2013
Tidak ada komentar:
Posting Komentar