Laporan Praktikum Jembatan Wheatstone
www.hajarfisika.com
JEMBATAN WHEATSTONE
I. Latar belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita selalu dihadapkan dengan hal-hal yang berkaitan dengan arus listrik. Contohnya yaitu kipas angin, televisi, mesin cuci, lemari es(kulkas), pendingin ruangan/AC (Air Conditioning), handphone, laptop, senter listrik, kalkulator, dan lain-lain. Jenis arus listrik terbagi menjadi dua yaitu arus listrik bolak-balik/AC(alternating current) dan arus listrik searah/DC(direct current). Arus searah(DC) mengalir secara searah dari titik yang mempunyai potensial tinggi ke titik yang mempunyai potensial lebih rendah dan arus listrik ini nilainya hanya positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif ke negatif atau sebaliknya), sedangkan arus bolak balik(AC) mempunyai fatwa arus yang berubah-ubah arahnya.
Ada beberapa hal yang mempengaruhi kinerja dari arus listrik, yaitu menyerupai tahanan, arus, tegangan dan lain lain. Dalam rangkaian listrik terdapat berbagai konfigurasi rangkaian komponen-komponen elektronika, bukan sekadar rangkaian sederhana yang hanya terdiri dari sumber tegangan dan beban, tetapi lebih dari itu. Seperti pada praktikum kali ini kami melaksanakan praktikum perihal rangkaian kendala jembatan wheatstone.
Prinsip jembatan wheatstone ini dipakai pada bidang perikanan yaitu dipakai untuk membuat suatu alat yang sanggup menggantikan kiprah insan ketika menghitung jumlah ikan ketika peternakan ikan tersebut panen dan massa jualnya dalam jumlah lebih banyak dan dengan waktu yang efisien. Alat penghitung ikan itu terdiri dari mikrokontruter dalam stara(Petra,2010).
Praktikum ini menggunakan arus searah(DC) dimana rangkaian listriknya mempunyai empat hambatan. Untuk lebih terperinci biar kita sanggup memahami konsep maupun teori serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari maka dilakukanlah praktikum perihal rangkaian kendala jembatan wheatstone ini.
II. Tujuan Percobaan
2.1 Memahami prinsip kerja Jembatan Wheatstone
2.2 Menyusun sendiri rangkaian Jembatan Wheatstone
2.3 Menentukan besarnya kendala yang belum diketahui dengan Jembatan Wheatstone
III. Dasar Teori
Jembatan Wheatstone yaitu alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini dipakai untuk mengukur suatu yang tidak diketahui kendala listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang meliputi komponen diketahui kerjanya menyerupai dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone yaitu suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/kartsluiting dan sebagainya(Dedy, 2012).
Jembatan DC bertipe NOL dikenal dengan nama Jembatan Wheatstone, dengan empat lengan yang terdiri dari sebuah kendala yang belum diketahui nilainya (RX), dua kendala yang bernilai sama (R2dan R3) serta kendala variabel (RV). Tegangan DC ditempatkan diantara titik AC serta kendala variabel diatur sedemikian rupa sehingga tegangan yang terukur pada titik BD sama dengan nol. Titik nol ini biasanya diukur dengan galvanometer yang mempunyai sensitivitas tinggi(Pramono,2014).
Jembatan Wheatstone yaitu alat yang paling umum dipakai untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam tempat 1 hingga 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1,R2 ,R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan sanggup diatur Jika konduktor pengalir arus ditempatkan dalam medan magnet dihasilkan gaya pada konduktor yang cenderung menggerakkan konduktor itu dalam arah tegak lurus medan. Prinsip ini dipakai dalam instrument pendeteksi arus. Instrument pendeteksi arus yang peka disebut galvanometer(Lister,1993).
Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarnya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone yaitu untuk mengukur pada suatu kendala dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujungnya sama besar). Sehingga sanggup dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerja dari Jembatan Wheatstone yaitu sirkuit listrik empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua titik diagonal yang lain dimana galvonemeter ditempatkan menyerupai yang diperlihatkan pada Jembatan Wheatstone(Pratama,2009).
Jembatan Wheatstone merupakan sebuah metode yang dipakai untuk mengukur kendala yang belum diketahui. Selain itu, jembatan wheatsone dipakai untuk mengoreksi kesalahan yang sanggup terjadi dalam pengukuran kendala memakai Hukum Ohm. Susunan rangkaian jembatan wheatstone ditunjukkan pada gambar :
jika jarum galvanometer G memperlihatkan angka nol(setimbang), berarti pada galvanometer tidak ada arus listrik yang mengalir. Akibatnya, pada keadaan ini tegangan di R1(VPQ) sama dengan tegangan di R4 (VPS) dan tegangan di R2 (VQR) sama dengan di R3 (VSR) sehingga kalau G = nol, berlaku :
R1 x R3 = R2 x R4.........(1)
persamaan di atas dikenal dengan prinsip Jembatan Wheatstone(Dudi,2007).
Rangkaian Jembatan Wheatstone merupakan suatu rangkaian yang terdiri dari 4 buah hambatan, sebuah meter nol(galvanometer) yang sensitif dan dihubungkan pada suatu sumber DC, menyerupai tampak pada gambar :
R1 , R2, R3, merupakan kendala tertentu (akurat), dimana R3 adalah kendala variabel dan terkalibrasi untuk nilai maksimum hambatannya (hambatan standar). R4 merupakan kendala yang tidak diketahui nilai hambatannya yang besarnya diukur selama pengukuran, R3 diatur hingga tidak ada arus yang melalui rangkaian galvanometer. Dimana pada kondisi ini, jembatan dikatakan dalam keadaan setimbang atau “kesetimbangan nol”(Hikam,2005).
Salah satunya yaitu dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan dipakai strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan kendala penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan berpengaruh pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge. Jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat-sifat elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan mengakibatkan perubahan kendala listrik, ingat persamaan : R = ρ.L/A ........(2)
perubahan kendala ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapat hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstone-nya sudah ada di dalam strain gauge(Hough,2003).
Hukum ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar,maka kekuatan arus tersebut yaitu sebanding-lurus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Di pertengahan kurun 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk memilih arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan aturan Kirchoff. Hukum Kirchoff berbunyi “Jumlah berpengaruh arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah berpengaruh arus yang keluar dari titik percabangan.” Kemudian Hukum Kirchoff II berbunyi, “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.” Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol yaitu tidak adanya energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi sanggup dipakai atau diserap(Damali,2007). Hasil eksperimen Hukum Ohm, menyatakan “Arus dalam suatu segmen kawat sebanding dengan beda potensial yang melintasi segmen”. Kesebandingannya di tulis 1/R, dimana R disebut resistansi :
persamaan di atas memperlihatkan definisi umum dari resistansi antara dua titik. Satuan SI untuk resisitansi yaitu volt per ampere, disebut ohm(Ω). Resistansi suatu material bergantung pada panjang, luas penampang lintang, tipe material, dan temperatur(Tipler,2001).
Bila arus mengalir melalui kawat tembaga, arus tadi akan mendapat tahanan. Ilmuwan fisika ohm telah menemukan bahwa pada suhu konstan maka besarnya arus bertambah sehingga terdapat tegangan yang disampai dengan rumus :
perbandingan yang konstan ini berdasarkan ohm disebut tahanan dari penghantar dengan simbol R, jadi
satuan tahanan yaitu ohm(Ω), ini merupakan tahanan untuk artus sebesar 1 Ampere melalui tahanan dengan tegangan 1 Volt. Hukum ohm ditulis dengan v ; besar tegangan dan I ; arus(Vander,1985).
Hubungan R= V/I tetap sebagai definisi umum dari kendala sebuah penghantar, tak peduli apakah kendala itu mengikuti aturan ohm atau tidak. Ekivalen mikroskopik dari hubungan V = I.R yaitu E = τ.ρ . Sebuah penghantar dikatakan memenuhi aturan ohm kalau garis E terhadap j. Hukum ohm yaitu sebuah sifat spesifik dari materi –bahan tertentu dan bukan merupakan sebuah aturan umum mengenai keelektromagnetan(Halliday,1996).
Galvanometer yaitu suatu alat yang sanggup mengukur arus yang sangat kecil. Galvanometer dalam proses pengerjaannya memakai arus gulungan putar yang terdiri dari sebuah magnet yang tidak bergerak dan sebuah potongan kawat yang merupakan satubagian yang gampang bergerak dan dilalui arus yang hendak diukur. Pada kapal motor dilengkapi dengan lapis-lapis kutub. Lapis-lapis kutub ini ditempatkan pada sebuah inti dengan lilitan kawat yang sanggup diputar dengan bebas melalui sebuah poros. Jika gulungan ini dialiri arus listrik maka akan timbul suatu kekuatan yang berakibat akan memutar gulungan itu srhingga akan membentuk sudut 90º terhadap arah kawat. Kuat arus yang berbeda dalam penghantar itu mempunyai arah mendekati dan menjadi positif. Dengan memakai peraturan daya jadi sanggup kita ketahui bahwa gulungan tadi berputar berdasarkan arah panah, sehingga jarum penunjuk akan menyimpang ke kanan dari angka nol(Suryanto,1999).
Galvanometer merupakan instrument sangat peka dan sanggup mengukur arus yang sangat lemah. Galvanometer terdiri atas sebuah komponen kecil berlilitan banyak yang ditempatkan dalam sebuah medan magnet begitu rupa sehingga garis-garis medan akan menimbulkan kopel pada kumparan apabila melalui kumparan ini ada arus(Flink,1984).IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
a. Power supply (1 buah)
b. Galvanometer (1 buah)
c. Hambatan yang diukur (1 buah)
d. Hambatan pembanding (5 buah)
4.2 Gambar Alat dan Bahan
-
4.3 Langkah Kerja
a. Susun rangkaian menyerupai gambar 3. Setelah rangkaian yang anda susun di setujui asisten, hubungkan catu daya ke jaringan PLN
b. Tempatkan probe Galvanometer di tengah-tengah kawat penghantar
c. ON kan posisi saklar catu daya
d. Letakkan probe Galvanometer diujung kiri kawat penghantar
e. Sentuhan probe pada kawat penghantar sambil digeser pelan-pelan ke arah kanan dan selalu memperhatikan Galvanometer
f. Geser probe sehingga arus yang melalui Galvanometer menjadi Nol
g. Catat harga L1 dan L2 (sertakan ketidakpastiannya)
h. Ulangi langkah d-e sehingga didapat pasangan L1 dan L2 lainnya (5-10 data)
i. Plot menjadi persamaan linier dan tentukan nilai kendala yang belum diketahui secara grafik
j. Ulangi langkah a-I untuk harga Ra yang lain
k. Ulangi langkah a-I untuk harga Ra yang dihubungkan seri (gunakan kendala di atas)
l. Ulangi langkah a-I untuk harga Ra yang dihubungkan paralel (gunakan kendala di atas)
4.4 Metode Grafik
V. Data dan Analisa
5.1 Data percobaan
4.4 Metode Grafik
V. Data dan Analisa
5.1 Data percobaan
5.2 Analisa Data
Prinsip kerja dari percobaan ini dengan memanfaatkan Hukum Kirchoff 1 perihal arus masuk sama dengan arus keluar, sehingga sanggup diketahui nilai RX(hambatan yang belum diketahui) sebab ini sama saja bahwa arus pada kedua ujung kumparan itu sama besar dan seimbang, sehingga menimbulkan nilai nol pada alat tersebut. Prinsip ini sanggup dilakukan dengan cara menggeserkan kontak logam pada kawat. Hukum Kirchoff 2, aturan ini menjelaskan jembatan dalam keadaan seimbang sebab besar arus pada ke 2 ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan.
Cara kerja dari percobaan ini yaitu dengan merangkai rangkaian sesuai dengan rangkaian jembatan wheatstone. Kemudian nilai RX(hambatan yang mau ditentukan) dipasang pada rangkaian bersama dengan nilai Ra yang akan divariasikan sehingga menjadi variabel bebas pada percobaan ini. Catu daya dihubungkan pada rangkaian kemudian dinyalakan. Galvanometer dipasang atau dicolokkan pada rangkaian dan probe pada galvanometer dilakukan kontak dengan kawatt penghantar kemudian dihitung nilai L1 dan L2(jarak kawat penghantar pada rangkaian) selnajutnya nilai kendala RX ditentukan melalui metode grafik, dengan variabel bebasnya yaitu 1/Ra, variabel terikatnya yaitu rasio antara L2/L1 dengan gradien(m) nya yaitu RX. Grafik pada percobaan ini linier sesuai dengan persamaan garis y = mx.
Hubungan antara L1, L2, Ra, dan RX pada percobaan ini yaitu dengan melaksanakan perkalian saling berasa antara RX. L1 = Ra. L2 karena 2 titik cabang pertemuan dalam rangkaian tidak mempunyai beda potensial antara 2 titik cabang tersebut, hal ini sanggup dilakukan dengan mengatur besarnya Ra dan Rb juga kendala geser Rs maka akan sanggup dicapai Galvanometer tak teraliri arus, sehingga persamaan tersebut sanggup digunakan.
Berikut ini yaitu gambar grafik penentuan nilai RX yang tertera bernilai sebesar 470 Ω :
pada gambar grafik 1 diatas didapatkan gradien sebesar m = 0,4536, sehingga nilai RX didapatkan sebesar 415,56 Ω. Hal ini berbeda sedikit dari nilai yang tertera(470 Ω) sebab kesalahan-kesalahan dalam percobaan, yaitu : kesalahan dalam perhitungan, adanya hamabtan dalam dalam galvanometer, kesalahan paralaks, suhu ruangan yang menimbulkan penambahan massa jenis, dan lain-lain.
Tabel 1 hingga dengan tabel 7 sanggup diamati bahwa besar resistor mempengaruhi nilai dari L1 dan L2. Semakin tinggi nilai dari resistor maka L2 akan semakin mengecil dan L1 semakin membesar hal ini sesuai dengan persamaan pada percobaan ini :
Pada tabel 3 kendala 1 kΩ dan 220 Ω dipasang secara paralel dan pada tabel 7 dipasang secara seri. Pada perhitungan manual didapatkan nilai Ra = 180 Ω pada tabel 3 dan Ra = 1220 Ω pada tabel 7. Saat diukur memakai multimeter kendala 1 kΩ dan 220 Ω hasil pengukuran ini sesuai dengan hasil perhitungan.
VI. Kesimpulan
6.1 Prinsip dasar Jembatan Wheatstone adalah dengan memanfaatkan Hukum Kirchoff 1 perihal arus masuk sama dengan arus keluar, sehingga sanggup diketahui nilai RX(hambatan yang belum diketahui) sebab ini sama saja bahwa arus pada kedua ujung kumparan itu sama besar dan seimbang, sehingga menimbulkan nilai nol pada alat tersebut. Prinsip ini sanggup dilakukan dengan cara menggeserkan kontak logam pada kawat. Hukum Kirchoff 2, aturan ini menjelaskan jembatan dalam keadaan seimbang sebab besar arus pada ke 2 ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan.VI. Kesimpulan
6.2 Jembatan Wheatstone yang disederhanakan sanggup disusun dengan cara :
6.3 Besarnya kendala yang belum diketahui(RX) :
a. nilai kendala dengan metode grafik = 415,56 Ω
b. nilai kendala yang tertera = 470 Ω
VII. Daftar Pustaka
Darmali, Ari.2007. Panduan Lengkap Eksperimen Fisika. Jakarta : Wahya Media.VII. Daftar Pustaka
Dedy.2012. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.
Flink, R.J dan O.G Brink.1984. Dasar-dasar Ilmu Instrumen. Jakarta : Binacipta.
Halliday, David.1996. Fisika Jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Hikam.2005. Eksperimen Fisika Dasar untuk Perguruan Tinggi. Jakarta : Kencana.
Hough, D Young.2003. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga.
Indrajit, Dudi.2007. Mudah dan Aktif Belajar Fisika. Bandung : PT Setya Purna.
Lister, Eugene C.1993. Mesin dan Rangkaian Listrik. Jakarta : Erlangga.
Pramono, Hadi.2014. Panduan Praktikum Semester 2. Cirebon: Pusat Labolatorium IAIN.
Pratama, Zulfi.2009. Jembatan Wheatstone . http://sebuahnamauntukcinta.blogspot. com/2009/12/jembatan-wheatstone.html diakses pada 25 November 2010 pukul 17:00.
Petra.2010. Jembatan Wheatstone. http://christiano23.blogspot.com/ diakses tanggal 25 November 2010, pukul 16.54.
Suryanto.1999. Pengetahuan Alat Ukur dan Elektronik. Jakarta : Erlangga.
Tipler, Paul A.2001. Fisika jilid 2. Jakarta : Erlangga.
Vander, G.1985. Rangkaian Eletro Teknik. Jakarta : Erlangga.
VIII. Bagian pengesahan
-
IX. Lampiran
Belum ada Komentar untuk "Laporan Praktikum Jembatan Wheatstone"
Posting Komentar