Jembatan Wheatstone

kali ini saya share praktikum pas kuliah dulu mengenai jembatan wheatstone. oke langsung saja. cekidot :)

A. Latar Belakang

      Rangkaian-rangkaian jembatan dipakai secara luas untuk pengukuran nilai-nilai komponen seperti tahanan, induktansi atau kapasitansi, dan parameter rangkaian lainnya yang diturunkan secara langsung dari nilai-nilai komponen, seperti frekuensi, sudut fasa dan temperatur. Karena rangkaian jembatan hanya membandingkan nilai komponen yang tidak diketahui dengan komponen yang besarnya diketahui secara tepat, ketelitian pengukurannya tentu saja bisa tinggi sekali. Pada percobaan kali ini, kita akan membahas salah satu rangkaian jembatan tersebut.

Pada rangkaian dasar arus searah, kita menggenal rangkaian jembatan Wheatstone.  Jembatan wheatstone adalah sebuah rangkaian untuk menentukan nilai hambatan yang belum diketahui, Hambatan dapat diukur apabila galvanometer menunjukkan nilai 0 atau kosong. Metode jembatan Wheatstone dapat di gunakan untuk mengukur hambatan listrik dengan teliti.

B. Tujuan

       Menentukan nilai hambatan sebuah resistor dengan rangkaian jembatan wheatstone.

C. Landasan Teori

     Jembatan  Wheatstone  merupakan   salah   satu   cara   yang   dapat   digunakan   untuk menentukan  hambatan   suatu penghantar  dengan  teliti.  Percobaan   ini  dilakukan dengan mengacu pada hukum Ohm dan hukum 1 Kirchoff .

"HUKUM   OHM   :   KUAT   ARUS   (I)   DALAM   SEBATANG   KAWAT  BERBANDING   LURUS   DENGAN   TEGANGAN   (V)   DAN   BERBANDING  TEBALIK DENGAN HAMBATAN (R)"

Persamaan hukum Ohm diatas dapat ditulis :

I = V.R      
 

"HUKUM KIRCHOFF I: JIKA PADA SUATU TITIK BERTEMU BEBERAPA PENGHANTAR BERARUS, MAKA JUMLAH KUAT ARUS YANG  MASUK SAMA DENGAN JUMLAH ARUS YANG KELUAR"

I = 0 dimana arus masuk ditandai positif dan arus keluar ditandai negatif. Adapun  rangkaian Jembatan Wheatstone dapat  dijelaskan dengan gambar  sebagai berikut :

Gambar. 1.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Dengan   mengatur   besar   dari   R4   sedemikian   rupa   sehingga   yang   lewat galvanometer  menjadi   nol   (jarum  galvanometer  menjadi   nol),  maka   dalam  keadaan  demikian  ini  dikatakan  rangkaian Jembatan Wheatstone dalam keadaan setimbang,   jadi  pada cabang BC tidak ada arus. Apabila keadaan itu telah tercapai, menurut hukum Ohm  beda tegangan antara titik – titik B dan C = nol. Selanjutnya dapat dikatakan :

Karena i1 = i2 dan i3 = i4 maka :

Atau :

Andai kata R2 itu adalah tahanan yang diukur maka menurut persamaan di atas Apabila R3 dan R4 diganti kawat lurus dengan panjang  L1 dan L2 yang homogen, maka :

Rp : Rx = l2 : l1 sehingga Rx = R1 R2 R3

Keterangan :

G   =  Galvanometer.

L2 dan  L1  =  Panjang kawat besi yang mempunyai penampang pada sepanjang kawat.

Rx  =  Hambatan Standart.

Rp   =  hambatan yang diukur besarnya.

BAB II

METODOLOGI PRAKTIKUM

A. Alat dan Bahan

Alat dan dahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah :

•  Galvano meter
•  Mistar
•  Jumper
•  Resistor
•  Nikelin
•  Catu daya
•  Gamabar Rangkaian

Gambar. 2.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone

B. Prosedur Kerja

 Langkah – langkah yang digunakan saat praktikum adalah :

 Hubungkan   rangkaian   seperti   tersebut   di   atas.  Sumber   daya   dalam  keadaan   off.

 Beritahu dahulu asisten atau pembimbing yang bertugas sebelum saklar dipindahkan

 ke posisi on.

 Geserkan kontak geser sepanjang kawat geser sedemikian rupa, sehingga saklar pada

 galvanometer menunjukkan angka nol.

 Catat tempat kedudukan kontak geser tersebut untuk menentukan l1 dan l2.

 Ulangi percobaan tersebut di atas sebanyak empat kali lagi dengan merubah besar l1

 sesuai dengan petunjuk asisten atau pembimbing yang bertugas.

C. Metode Analisa Data

Rumusan nilai Rx dapat diketahui dengan persamaan berikut sebagai berikut :

Rp x l2 = l1 x Rx

Rx= Rp x L1 / L2

Keterangan:

Rx = hambatan geser

Rp = hambatan yang diketahui nilainya

L1 = panjang penghantar 1

L2 = panjang penghantar 2

BAB III

ANALISA HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

 Data Hasil Percobaan

No V Sumber           R1 (Ω)    L1 (Cm)   L2 (Cm)   Rp pengukuran (Ω)     Rp Teori ( Ω )    Error( % )

1           10               1K5        75             5              20060                        22500              12.16

2           10               1k5         60             20            4310                          4500                4.4

3           10               1k5         50             30            2430                          2500                2.88

4           10               1k5         40             40            1525                          1500                1.63

5           10               1k5         15             65            323                            346.15             7.16

3.3 Pembahasan

Masih mengenaipenentuan besarnya tahanan suatu rangkaian. Kali ini kita jakan menghitung nilai hambatan sebuah resistor yang belum diketahui besarnya nilai dari hambatan resistortersebut. Untuk percobaan kita kali ini kita menggunakan jembatan wheatstone untuk menentukan besarnya hambatan. Jembatan wheatstone itu   sendiri   adalah   suatu susunan rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarnya).

Untuk Rp atau dibaca dengan Resistor potensio merupakan tahanan (resistor) yang   nilainya dapat diubah-ubah. Dengan mengatur besarnya potensio makakita dapat   menyetimbangkan  rangkaian jembatan wheatstone tersebut.

Dengan menggunakan  rangkaian ini kami dapat menentukan besarnya hambatan  pada resistor potensio. Pada saat rangkaian tersebut mempunyai beda potensial sama dengan nol volt atau bisa dikatakan rangkaian tersebut dalam keadaan setimbang,  artinya  tidak ada arus yang melalui galvanometer. Kondisi ini terjadi bila tegangan dari titik C ke  A sama dengan  tegangan dari titik D ke A; atau dengan mendasarkan  terminalnya,   jika tegangan dari titik C ke B sama dengan tegangan dari titik D ke B. jadi jembatan adalah  setimbang jika :

I1 Rp =  I2 L1.....................     (1)

Jika arus galvanometer adalah nol, kondisi-kondisi berikut juga dipenuhi :

I1 = I3  = VRp+Rx............       (2)

danI2 = I4 = VL1+L2 ..............(3)

Dengan menhubungkan persamaan  (1),   (2),   (3)  dan menyederhanakannya,  maka

diperoleh

RpRp+Rx  =  L1.L1 + L2............(4)

atau

Rp x L2 = L1 x RX

Dalam pengukuran,  cara mengetahui  kapan arus  itu sama dengan nol,  kita  tidak  perlu lagi menggunakan alat yang berlebihan (voltmeter dan amperemeter), cukup dengan  satu galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik yang melalui rangkaian. Setelah  melihat pengukuran galvanometer barulah kita bisa memasukkan persamaan Rp x l2 = L1 x RX  yang   kemudian   dengan   perbandingan   tersebut   kita   dapat  menentukan   besarnya  Rp dengan aljabar sederhana

Rp = Rx × L1/ L2

Perhatikan   percobaan   kami.  Dalam   percobaan   kami,   kami   mencoba   untuk mengukur kesesuaian antara teori (persamaan di atas) dengan praktek aslinya. Apakah teori dengan praktek itu sesuai atau tadak? Untuk l sendiri kita menggunakan kawat berbahan  nikelin pada data percobaan pertama untuk L1 = 75 cm dan L2 = 5 cm didapatkan Rp sebesar 20,096kΩ, namun bagaimana dengan hasil Rp teori? Rp teori kita hitung dangamn  persamaan di atas. Rx sebesar 1,5 kΩ kita kali dengan L1  sebesar 75 cm kemudian kita bagi  dengan L2 yaitu sebesar 5 cm. Dan hasilnya menunjukkan Rp teori sebesar 22,5 kΩ. Untuk  mengetahui  apakah Rp  teori  dengan Rp  praktek sesuai  atau  tidak maka kita coba untuk  menghitung   Error   persennya   (E%)   jika  melebihi   30% maka   dapat   dikatakan   bahwa

praktikum ini gagal. E% ini dapat kita hitung dengan persamaan :

Error( % )  = (Rp perhitungan-Rp pengukuran)/(R pengukuran) X 100

Error( % )  = (22.5-20.06)/20.06 X 100

                  = 12.16 %

Untuk percobaan di  atas  kita  hitung dan hasilnya  adalah  12.16% artinya  praktek. Praktek ini sedikit menyimpang dengan teori yang sebenarnya.Hal ini dipengaruhi  oleh beberapa   sebab  seperti  waktu kami  menghitung R potensio masih ada arus yangmengalir pada galvanometer, penyebab lainnya adalah Rx yang tidak dapat mengimbangi  beban dari R potensio yang menyebabkan hasil Rp praktek berbeda jauh hasil Rp teori.Jika kita kaji lebih dalam  lagi  kita  ketahui  bahwa R potensio berbanding  lurus dengan Rx dan L1, berbanding terbalik dengan L2. Hal ini membuktikan bahwa kita dapat menyimpulkan kalau semakin panjang L1 semakin besar pula nilai R potensio, begitu jugadengan sebaliknya semakin besar L2 maka semakin kecil Rp.