JEMBATAN WHEATSTONE
I.
TUJUAN
Menentukan besarnya suatu hambatan dengan metode jembatan Wheatstone.
I.
DASAR TEORI I.1 Arus Arus List Listri rik k
-
Arus Arus listri listrik k adalah adalah aliran aliran partik partikelel-par parti tikel kel bermua bermuatan tan listr listrik ik
-
Arah Arah arus arus listr listrik ik (arah (arah arus arus konven konvensio sional nal)) berlaw berlawana anan n dengan dengan arah arus arus elektron
-
Arus Arus listri listrik k mengali mengalirr dari titik titik berpo berpoten tensia siall tinggi tinggi ke titik titik berpoten berpotensia siall rendah (Reff : Marten Kanginan Kelas 2)
I.2 Su Sumb mber er Aru Aruss
1. Sumber Sumber arus arus terdir terdirii atas atas 2 maca macam, m, yait yaitu u a. AC yaitu yaitu sumber sumber arus arus bolak-bal bolak-balik ik b. DC yaitu sumber arus searah 2. Maca Macamm-ma maca cam m sum sumber ber arus arus a. Generator - Gene Genera rato torr
dibe dibeda daka kan n
atas atas gene genera rato torr
bola bolakk-ba bali lik k
(AC) (AC) dan dan
generator arus searah (DC) b. Power Suply - Bias Biasan anya ya
digu diguna naka kan n
dida didala lam m
seko sekola lahh-se seko kola lah h
seba sebaga gaii
praktikum c. Baterai - Biasanya Biasanya digunakan digunakan untuk untuk alat alat dengan dengan tegangan tegangan kecil
alat alat
d. Aki - Digunakan untuk kendaraan bermotor contoh : mobil, kendaraan roda dua
I.3 Jembatan Wheatstone
Pada tahun 1843, Sir Chones Wheatstone membuat suatu rangkaian yang dinamakan rangkaian Jembatan Wheatstone rangkaian ini dapat digunakan untuk menyederhanakan rangkaian, sehingga susunan komponen yang semula tidak dapat disederhanakan secara seri – paralel. Rangkaian disamping adalah rangkaian C
jembatan Wheatstone sehingga berlaku prinsip jembatan wheatstone yaitu hasil kali
dua
hambatan
yang
saling
R3 A
R4 B
G R1 D
R2
berhadapan sama besarnya sehingga R 1 x R 2 = R 3 x R 4 (Reff : Fisika 2 SMU, Marten K) dalam praktikum R 1 dan R 2 dapat merupakan sebuah kawat panjang AB seperti pada gambar dibawah ini : E
C G A
L1 D L2
Jika Galvanometer
B
(G) menunjukkan nol berarti tidak ada arus yang
melewati (G) artinya tidak ada beda potensial antara titik C dan titik 0, jadi Vc = Vd Jika arus yang melewati AD, DB dan CD berturut-turut misalkan Iq = I1 =I2 = I3 maka : VA - Vc = I3 x R 3 dan VA – VD = I1 x R 1
Maka didapat I3 x R b = I1 x R 1 dengan jalan yang sama didapat I4 x R x =I1 x R 2 sehingga I1 = I2 dan I3 = I 4= dari persamaan siatas didapat Rx
Rx
=
R 2
xRb
R1
atau
= L 2 xRb L1
(Reff : Petunjuk Praktikum)
I.4 Galvanometer
Galvanometer adalah komponen dasar amperemeter dan voltmeter digital. Dalam mengukur kuat arus listrik, galvanometer bekerja bedasar prinsip bahwa komponen yang dialiri arus listrik dapat berputar ketika diletakan dalam sebuah /suatu daerah medan magnetic. Pada dasarnya, kumparan terdiri dari beberapa gulung yang tiap gulungan terdiri dari beberapa lilitan kawat. Gambar disamping ditunjukkan sebuah galvanometer yang digantung diantara Utara-Selatan sebuah magnet U dan berputar bebas terhadap poros Vertikal. Pada poros terpasang sebuah jarum penunjuk dan sebuah pegas Ketika arus listrik dialirkan pada kumparan kopel magnetic akan memutar kumparan. Kumparan hanya dapat berputar maksimum ¼ putaran, sampai kedudukan kumparan tegak lurus terhadap induksi magnetic. Oleh karena itu, skala penuh galvanometer didesain pada kedudukan ini. Ketika kumparan
berputar, jarum penunjuk ikut berputar ketika kopel megnetik seimbang dengan kopel pegas. Pada saat itu jarum berhenti berputar dan menunjukkan angka tertentu pada skala (Reff : Fisika SMU, Marten K)
I.5 Susunan Seri pada Resistor
Yang dimaksud dengan susunan seri komponen-komponen listrik adalah komponen tersebut disusun sedemikian sehingga kuat arus yang melalui tiap-tiap komponen sama besar. Tegangan pada ujung-ujung R1 dan R2 adalah VAB = I x R1 dan VBC = I x R2 sehingga tegangan antara A dan C diberikan V = VAB + VBC
V = I x R1 + I x R2
A
R1
B
I
R2
C I
= I (R1 + R2) (seperti pada gambar )
kita dapat mengganti kedua hambatan seri ini dengan sebuah hambatan pengganti Rx sehingga antara A dan C adalah V = I x Rx ruas kiri persamaan diatas adalah sama, sehingga kita peroleh I (R1 + R2) = I x Rx R1 + R2 = Rx Tampak bahwa
hambatan seri sama dengan jumlah hambatan tiap-tiap
komponen. Untuk tiga atau lebih komponen disusun seri maka hambatan pengganti seri dirumuskan Rs = R1 + R2 + R3 + …..) (Reff: Fisika SMU, Marten K)
I.6 Susunan Paralel
Yang dimaksud parallel komponen-komponen listrik adalah komponenkomponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga pada tiap-tiap komponen sama besar R1 I
I1
a
R2 b
I V
I
Kuat arus melalui R1 dan I1 dan melaui R2 adalah I2. sedangkan kuat arus yang keluar dari sumber adalah I. Pada cabang a, kuat arus yang masuk adalah I dan kuat arus yang keluar adalah I1 + I2, sehingga sesuai hukum I Kirchoff : I = I1 + I2. oleh karena tegangan pada tiap komponen adalah sama maka : I
=
V R1
+
1 1 = V + R2 R1 R2
V
kita dapat mengganti susunan parallel kedua lampu ini dengan sebuah hambatan pengganti paralel Rp I
=
V Rp
ruas kiri persamaan adalah sama, sehingga kita peroleh V Rp 1
Rp 1
Rp Rp
1 1 = V + R1 R2
= = =
1
R1
+
1
R 2
R1 + R 2 R1 xR2 R1 xR2
R1 + R 2
untuk tiga komponen /lebih yang disusun parallel, maka hambatan penganti paralel Rp dirumuskan secara umum
1
Rp
=
1
R1
+
1
R 2
1
+
+ .......
R3
(Reff : Fisika SMU, Erlangga, Marten K)
II.
ALAT DAN BAHAN
1. Sumber arus 2. Tahanan geser pengatur (Rp) 3. Bangku hambatan (Rp) 4. Galvanometer 5. Penghubung arus 6. Kabel-kabel penghubung 7. Dua hambatan yang akan ditentukan besarnya 8. Hambatan berbentuk kawat lurus pada mistar dengan penghubung penghubung arus
GAMBAR RANGKAIAN
Cara teoritis C R3 A
R4 B
G R1 D
R2
Dalam praktek R1 dan R2 merupakan sebuah kawat panjang AB E
C G A
L1 D L2
Gambar secara skema
B
Keterangan : 1. Sumber arus 2. Tombol on/off pada sumber arus 3. Bangku hambatan 4. Galvanometer 5. Kawat hambatan lurus 6. Mistar 7. Resistor 8. Komulator
III. CARA KERJA I.7 Merangkai Alat
a. Menghubungkan tombol merah pada sumber arus dengan sisi kiri mistar/ papan yang berwarna merah b. Menghubungkan tombol hitam pada sumber arus dengan tombol sisi kanan papan yang berwarna merah c. Menghubungkan 2 kabel pada bangku hambatan dengan 2 tombol sebelah kiri papan (boleh secara acak)
d. Menghubungkan tombol hitam galvanometer dengan tombol hitam yng berada ditengah-tengah papan e. Menghubungkan kedua kaki resistor (hambatan) dengan 2 tombol sebelah kanan papan (boleh secara acak)
I.8 Menjalankan Alat
a. Manghubungkan kabel yang berada dibelakang sumber arus dengan stop kontaks b. Menghidupkan tombol on/off pada sisi depan sumber arus c. Meletakan komulator pada salah satu titik pada kawat lurus dan membuat apakah jarum galvanometer bergerak d. Jika jarum galvanometer bergerak berarti ada arus yang mengalir, jika tidak bergerak coba diperiksa lagi rangkaian tadi apakah \sudah benar e. Jika sudah bergerak letakkan komulator pada sisi paling kiri kawat dan geserlah. Kekanan sampai jarum galvanometer menunjukkan angka nol kemudian catat jarak L1 pada mistar dibawah kawat f. Ulangi dengan meletakkan komulator pada sisi paling kanan dan geserlah kekiri sampai jarum galvanometer menunjukkan angka nol kemudian catat jarak L2 pada mistar dibawah kawat. g. Melakukan percobaan untuk posisi Rx2, Rx seri dan parallel
IV. HASIL PENGAMATAN Sisi 3 I
Sisi 4
Kedudukan nol
Rata-rata harga
Panjang sisi
Perhitungan
II
Pjg sisi 1 (L1) III IV
III & IV L1 V
2(L2) L2=L-L1 VI
Rx’ dan Rx” VII
Rb Rb
Rx Rx1
A 54,5
B 53,8
C=0,5(A+B) 54,15
L-C 45,85
Rx1
Rb
43,5
45
44,25
55,75
Rb
Rx2
40,2
44
42,1
57,9
Rx2
Rb
57
55,5
56,25
43,75
Rb
Rxseri
24
30
27
73
Rxseri
Rb
68,5
68
68,25
31,75
Rb
Rx para
57
66
61,5
38,5
Rx para
llel
34
47
40,5
59,5
lel
Rb
Rb
= coklat, merah, merah, emas
Coklat
=1
Merah
=2
Merah
=
Emas
= 5% x 1200 = 60Ω
Rx1
= coklat, hitam, merah, emas
Coklat
=1
Hitam
=0
Merah
=
Emas
=5% x 1000 = 50Ω
Rx2
= coklat, hijau, merah, emas
Coklat
=1
Hijau
=5
00 1200 Ω
00 1000Ω
= 1, 2 k Ω
= 1k Ω
00
= 1,5k Ω
Merah
=
Emas
=5% x 1500 = 75Ω
R seri
= 1000Ω + 1500Ω
1500 Ω
= 2500Ω = 2,5k Ω
1
Rp
R parallel
1
= Rp Rp
=
1 1000
=
+
3 +2 3000
1 1500
=
5 3000
=
1 600
= 600Ω
= 0,6k Ω
V.
PERHITUNGAN
1) Rb-Rx1 Rx1 = =
kolomVI kolomV 45,85 54,15
xRb
x1, 2k
= 1,016 k Ω
Rx1 – Rb Rx2 = =
kolomVI kolomV 44,25 55,75
xRb
x1,2k
= 0,952 k Ω
Percobaan
Rx1 (Ω)
Selisih rata-rata (x- x)
Penyimpangan
1
1,016
0,032
0,032
2
0,952
-0,032
0,032
x
0,984 Ralat nisbi
=
0,032 0,984
x100%
= 3,25% % keseksamaan
= (100 – 3,25)% = 96,75 %
% kesalahan
=
1 − 0,984 1
2) R b – R x2 Rx1 =
x100%
= 1,6%
Rx2 - Rb
57,9 42,1
x1,2k Ω
Rx2 =
= 1,650 k Ω
56,25 43,25
x1,2k
= 1,542k Ω
Percobaan 1
Rx2 (Ω) 1,650
(x- x) 0,054
Penyimpangan 0,054
2
1,542
-0,054
0,054
x
1,596 % Ralat nisbi
=
0,054 1,596
x100%
= 3,3 % % keseksamaan
= (100 – 3,25)% = 96,75 %
% kesalahan
=
3) R b – R xseri Rx1 =
73 27
1,5 −1,596 1,5
x100 %
= 6, 4 %
Rxseri - Rb x1,2k Ω
= 3,244 k Ω
Rx2 =
68,25 31,75
x1, 2k
= 2,579 k Ω
Percobaan 1
Rxseri (Ω) 3,244
(x- x) 0,33
Penyimpangan 0,33
2
2,579
-0,33
0,33
x
2,9115 Ralat nisbi
=
0,33 2,9115
x100%
= 11,3 % % keseksamaan
= (100 – 11,3)% = 88,7 %
% kesalahan
=
2,5 − 2,9115 2,5
4) R b – R xparalel Rx1 =
38,5 61,5
x100 %
= 16, 4%
Rx paralel - Rb x1, 2k
Rx2 =
=0,751 k Ω
40,5 59,5
x1,2k
= 0,816 k Ω
Percobaan 1
Rx paralel (Ω) 0,751
(x- x) 0,032
Penyimpangan 0,032
2
0,816
-0,032
0,032
x
0,783 Ralat nisbi
=
0,032 0,783
x100%
= 3,25 % % keseksamaan
= (100 – 3,25)% = 96,75 %
% kesalahan
=
0,6 − 0,783 0,6
x100 %
= 30,5%
VI. PEMBAHASAN
Setelah dilakukan percobaan dan pengamatan ternyata didapatkan hasil sebagai berikut :
1. Harga Rx1 sebesar 1000Ω (dalam teoru), sedangkan dalam praktikum besar Rx1 rata-rata adalah 98Ω. Dari sini dapat dihitung (%) ketelitian yaitu sebesar 96,75% dengan demikian didapat (%) kesalahan yaitu 1,6% 2. Harga Rx2 sebesar 1500Ω (dalam teori), sedangkan dalam praktikum besar Rx2 rata-rata adalah 1596Ω. Dari sini dapat dihitung (%) ketelitian yaitu sebesar 96,7% dengan demikian didapat (%) kesalahan yaitu 6,4% 3. Harga Rxseri sebesar 1200Ω (dalam teori), sedangkan dalam praktikum besar Rxseri rata-rata adalah 2,9115Ω. Dari sini dapat dihitung (%) ketelitian yaitu sebesar 88,7% dengan demikian didapat (%) kesalahan yaitu 16,4% 4. Harga Rxparalel sebesar 600Ω (dalam teori), sedangkan dalam praktikum besar Rxparalel rata-rata adalah 783Ω. Dari sini dapat dihitung (%) ketelitian yaitu sebesar 96,7% dengan demikian didapat (%) kesalahan yaitu 30,5% Adanya penyimpangan antara besar Rx dalam teori dengan besar Rx yang didapat dari praktikum mengakibatkan timbulnya (%) ketelitian dan (%) kesalahan. Hal-hal yang mempengaruhi (%) kesalahan tersebut antara lain.
a. Sensitivitas Galvanometer yang tidak cukup Untuk menentukan apakah galvanometer mempunyai sensitivitas yang diperlukan
untuk
mendeteksi
kondisi
tidak
seimbang,
arus
Galvanometer perlu diperhatikan galvanometer yang akan membuat rangkaian jembatan Wheatstone lebih sensitive terhadap kondisi seimbang. Sensitivitas ini dapat ditentukan dengan memecahkan persoalan rangkain jembatan wheatstone pada ketidakseimbangan yang kecil. Pemecahan ini ditandai dengan mmengubah jembatan wheatstone pada saat praktikum berlangsung, Galvanometer harus = 0 dan I = 0. jika hal ini tidak terpenuhi maka harga yang didapat tidak akan sesuai
dengan sebenarnya dalam teori, maka persen kesalahan menjadi semakin besar. b. Pembacaan skala pada mistar yang kurang tepat Seperti telah diketahui untuk memastikan Galvanometer pada posisi nol sangatlah sulit. Hal tersebut juga dipengaruhi oleh ketelitian praktikum dalam membaca mistar, selain itu posisi praktikum dan alatpraktikum juga menentukan. Dalam hal ini praktikum harus berdiri didepan mistar. Komutator yang digerakkan digeser dan posisi praktikum mengikuti gerak komutator. Hal ini penting untuk menghindari kesalahan, karena terdapat perbedaan pembacaan pada posisi yang berbeda. Semakin besar perbedaan semakin besar (%) kesalahan. c. Kondisi alat praktikum Berfungsi dengan baik atau tidaknya alat praktikum akan berpengaruh pada hasil yang akan diperoleh. Hal ini berhubungan dengan sensitifitas alat. Jika sensitifitas alat kurang baik data yang didapat
untuk
menghitung.
VII. KESIMPULAN
a. Jembatan Wheatstone adalah suatu metode yang digunakan untuk mengukur suatu hambatan yang belum diketahui b. Besarnya nilai hambatan (Rx) dapat ditentukan apabila pada Galvanometer menunjukkan nol pada Galvanometer yang tidak ada arus yang mengalir, berlaku Rx x L1 = Rb x L2 dan Rx x L2 = Rb x L1 c. Dari hasil data praktikum didapat harga Rx 1. Rx1 rata-rata = 0,984 k Ω sedang Rx1 teori 1 k Ω sehingga % kesalahan 1,6 %
2. Rx2 rata-rata = 1,596 k Ω sedang Rx2 teori 1,5 k Ω sehingga % kesalahan 6,4 % 3. Rxseri rata-rata = 2,9115 k Ω sedang Rxseri teori 2,5 k Ω sehingga % kesalahan 16,4 % 4. Rxparalel rata-rata = 0,783 k Ω sedang Rxparalel teori 0,6 k Ω sehingga % kesalahan 30,5 % 5. Hal-hal yang mempengaruhi % kesalahan a. Ketelitian pembacaan skala mistar b. Sensitifitas detector nol yang terjadi cukup c. Penetapan harga nol pada galvanometer d. Kondisi alat praktikum
HALAMAN PENGESAHAN
Praktikum
: Fisika Terapan
Materi
: Jembatan Wheatstone
Hari/tanggal
: Kamis, 14 Oktober 2004
Kelompok/ Kelas
: AV/C
Praktikan
: 1. Salida L LOC 004 307 2. Septiana Wati LOC 004 308 3. Setya P. H LOC 004 309
Dosen Pembimbing
:
Asisten
:
Fakultas /Jurusan
: Teknik / PSD III Teknik Kimia
Universitas
: Diponegoro
Laporan praktikum Fisika Terapan dengan materi “Jembatan Wheatstone” ini telah diperiksa dan disahkan pada tanggal
November 2004
Semarang,
Dosen Pembimbing
Asisten
November 2004
3.
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA TERAPAN
MATERI JEMBATAN WHEATSTONE
DISUSUN OLEH: NAMA : 1. SALIDA. L
(LOC 004 307)
2. SEPTIANA WATI
(LOC 004 308)
3. SETYA P.H
(LOC 004 309)
PROGRAM STUDY DIPLOMA III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2004
DAFTAR PUSTAKA
Anonim . “ Buku Petunjuk Praktikum Fisika Terapan” PSD III TEKNIK UNDIP Semarang . Kanginan, Martin. 1994, “ Fisika SMU”, Erlangga : Jakarta
LAPORAN HASIL PENGAMATAN PRAKTIKUM
: FISIKA TERPADU
NAMA
: 1. SALIDA L LOC 004 307 2. SEPTIANA WATI LOC 004 308 3. SETYA P.H LOC 004 309
KELOMPOK /KELAS
: VA/C
MATERI
: JEMBATAN WHEATSTONE
HARI/TGL
: KAMIS / 14 OKTOBER 2004
DATA HASIL PERCOBAAN Sisi 3
Sisi 4
Kedudukan nol
Rata-rata harga
Panjang sisi
I Rb Rb
II Rx Rx1
Pjg sisi 1 (L1) III IV A B 54,5 53,8
III & IV L1 V C=0,5(A+B) 54,15
2(L2) L2=L-L1 VI L-C 45,85
Rx1
Rb
43,5
45
44,25
55,75
Rb
Rx2
40,2
44
42,1
57,9
Rx2
Rb
57
55,5
56,25
43,75
Rb
Rxseri
24
30
27
73
Rxseri
Rb
68,5
68
68,25
31,75
Rb
Rx parallel
57
66
61,5
38,5
Rx paralel
Rb
34
47
40,5
59,5
Semarang, 14 Oktober 2004 Asisten
Praktikan
Novi Heryono, A.Md
Kelompok AV/C