Modul Praktikum Fisika (FI-1911& FI1921) FI1921)
1. Memahami berlakunya Hukum Ohm dalam rangkaian 2. Memahami prinsip kerja Jembatan Weatstone 3. Menentukan hambatan resistor dengan menggunakan Jembatan Wheatstone 4. Menguji kebenaran rumus hambatan ekivalen hubungan seri dan hubungan paralel.
1.
Catu daya 0 – 5 Volt dc
2.
Galvanometer
3.
Jembatan Wheat stone
4.
Bangku resistor dc
5.
Tiga resistor x , y da z yang hambatannya belum diketahui
6.
Kabel-kabel penghubung
Hukum Ohm mengatakan bahwa tegangan jepit suatu komponen berbanding lurus dengan arus yang melaluinya. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan berikut : V=IR
(1)
dengan R adalah hambatan atau resistansi komponen. Secara umum untuk mengetahui hambatan suatu komponen kita tidak dapat mengukurnya secara langsung, umumnya dengan cara mengukur secara serentak tegangan jepit dan arus yang melalui komponen. komponen. Ada dua macam cara yang biasanya dilakukan, seperti tercantum pada gambar (1) di bawah ini. v
v
I A = IR +Iv
I A = IR
A
Q
R
b
(a)
A
a
R
b
C
Gambar (1)
(b)
Pada kedua gambar di atas, arus atau tegangan jepit yang terukur bukan yang melalui komponen sehingga perlu dilakukan koreksi. Kesulitan terbesar dalam melakukan koreksi adalah hambatan dalam amperemeter dan voltmeter harus diketahui.
Salah satu cara untuk mengatasi ketergantungan terhadap hambatan amperemeter dan voltmeter dikenal dengan jembatan Wheatstone, seperti gambar berikut ini.
1
Departemen Sains STT Telkom
Modul Praktikum Fisika (FI-1911& FI1921)
D
E. Sumber tegangan dc;
I2 Rx
I2
Rb
A
B
G
G. Galvanometer yang sensitif; R1,R2 : Resistor yanghambatannya dapat
R1
R2
I1
C
berubah-ubah; Rx : Resistor yang akan ditentukan hambatannya.
E Gambar (2)
Arus I yang datang di A sebagian melalui R 1 dan sebagian lainnya melaui R b. Jika antara C dan D terdapat beda potensial, galvanometer
G akan di lalui arus, dan jarum
galvanometer akan menyimpang. Dengan mengubah-ubah hambatan R 1 dan R2 (dan juga R b apabila perlu) , dapat diusahakan agar potensial C dan D menjadi sama. Apabila ini tercapai tidak ada arus yang melalui G dan jarum galvanometer tidak mengalami simpangan, sehingga dikatakan jembatan berada dalam keadaan seimbang . Jika tidak ada arus melalui G, arus yang melalui R 1 dan R2 sama, misalnya I1. Karena potensial titik C dan D sama , maka V AC = V AD dan VCB = VDB. Dengan menggunakan hukum ohm dapat diturunkan hubungan : R X =
R2
Rb
R1
(2)
Dalam percobaan jembatan Wheatstone, hambatan R 1 dan R2 diganti dengan sebuah batang konduktor dengan hambatan jenis ( ρ ) seragam (uniform ) batang ini dikenal dengan hambatan geser . Hambatan konduktor dinyatakan oleh persamaan di bawah ini R = ρ
L A
(3)
Di mana L adalah panjang konduktor dan A adalah penampang lintang konduktor. Jadi besar hambatan R1 dan R2 sebanding dengan panjangnya, L 1 dan L2. D I2
I2
Rb
A
I1
Sebagai sumber tegangan digunakan catu
G C
I1 L2 = L - L 1
L1
B
daya 0 – 5 VDC . Resistor
R1 dan R2
digunakan arus homogen sepanjang L
E Gambar 3
Pada hambatan geser terdapat kontak geser C yang digunakan untuk mengubah-ubah besar hambatan RAC dan RAB. Dengan menggeser kontak C sepanjang kawat dapat ditentukan kedudukan C di mana jembatan dalam keadaan seimbang . Jika hal ini dicapai dengan AC = L, dan CB = L2 (= L - L1) maka Rx dapat ditulis sebagai : R X
2
=
L − L1 L1
Rb
(4)
Departemen Sains STT Telkom
Modul Praktikum Fisika (FI-1911& FI1921)
Dengan mengukur panjang L 1 dan mengetahui L serta R b, maka Rx dapat dihitung.
. 1.
Susunlah rangkaian seperti tampak pada gambart 4. E
A
C
B
G R b
R X
Gambar 4 Sebagai Rx gunakan resistor yang telah diberi tanda X. Perhatikan : catu daya mula –mula masih dalam keadaan ‘off' dan tombol pengatur tegangannya pada posisi nol. Setelah rangkaian yang anda susun telah disetujui asisten hubungkan catu daya kejaringan listrik ‘PLN ‘ ‘ON‘ –kan catu daya. 2.
Untuk mengukur hambatan yang belum diketahui, mulailah selalu dengan posisi kontak geser C di tengah-tengah kawat hambatan. Putar tombol pengatur tegangan catu daya sekitar 1 Volt. Ubah-ubahlah nilai hambatan R b hingga arus melalui G menjadi nol . Jika dengan cara ini arus belum / hampir menjadi nol , geser-geserkan kontak C hingga akhirnya keadaan ini tercapai. Akan tetapi usahakan agar titik keseimbangan diperoleh dengan C kira-kira di tengah-tengah. Ini menjamin ketidakpastian pada Rx adalah sekecil-kecilnya.
3.
Untuk memperbesar ketepatan pengukuran , naikkan tegangan catu daya menjadi 2 – 3 volt . Jika dengan demikian G menunjukkan masih adanya arus litrik yang melaluinya, ubah-ubah lagi nilai R b ( dan /atau kontak C ) hinga arus melalui G menjadi nol kembali.
4.
Catatlah panjang = AC dan juga nilai hambatan Rb.
5.
Ulangilah langkah 2 , 3 dan 4 di atas .
6.
Gantilah resistor X dengan yang bertanda Y, dan kemudian lakukan pengukuran seperti pada langkah 2 , 3 dan 4 diatas.
7.
Gantilah resistor Y dengan resistor bertanda Z , dan ulangi percobaan
8.
Gunakan rangkaian seri resistor X, Y dan Z , ukurlah hambatan ekivalennya dengan cara diatas. Akhirnya ukurlah nilai ekivalen rangkaian paralel hambatan X , Y dan Z
9.
Gunakan rangkaian paralel resistor X, Y dan Z , ukurlah hambatan ekivalennya dengan cara diatas
3
Departemen Sains STT Telkom
Modul Praktikum Fisika (FI-1911& FI1921)
1)
.
Tulis kembali data hasil Pengamatan nilai hambatan tersebut
Berdasarkan persamaan 2 dimana R = dapatkan nilai
∆ R
R
Tentukan nilai ( R
L2 L1
Rb , dengan teori ketidakpastian,
sesuai persamaan Tersebut ± ∆R
) untuk masing- masing nilai hambatan yang diukur
berdasarkan data dan persamaan yang anda dapatkan.
2)
.
Tulis kembali data hasil pengamatan nilai hambatan seri dan paralel yang didapatkan
Tentukan nilai R S dan RP berdasarkan hasil pengukuran nilai R X , RY dan RZ pada pengolahan data (1) (secara teoritis)
Tentukan nilai ( RS
± ∆RS
) dan ( RP
± ∆RP
) berdasarkan tabel hasil
pengamatan dengan metode Jembatan Wheatstone
1. Analisa Khusus •
Berdasarkan gambar 1 (a) , tentukan nilai R dalam V XZ , I A dan r A
•
Berdasarkan gambar 1 (b) , tentukan nilai R dalam V XY , I A dan r V
•
elaskan mengapa mengukur hambatan dengan jembatan Wheatstone dikatakan lebih baik daripada menggunakan ampermeter dan Voltmeter
•
Jelaskan yang dimaksud dengan titik seimbang pada rangkaian pengamatan anda dan apa artinya
•
Uraikan cara – cara yang dapat dilakukan guna mendapatkan titik seimbang
•
Bagaiamana jika Galvanometer yang digunakan pada percobaan diganti dengan alat ukur yang lain seperti ampermeter, voltmeter dan basicmeter ? jelaskan jawaban anda
•
Berdasarkan hasil pengujian nilai ekivalensi seri dan paralel, apakah teruji atau tidak ? jelaskan jawaban anda.
•
Pertanyaan Tambahan Dari Assisten (2 – 4 Soal)
2. Analisa Umum
Sebutkan 3 kelemahan kurangan Jembatan Wheatstone!
Sebutkan
3
cara
lainnya
untuk
melakukan
pengukuran tahanan
selain
menggunakan Jembatan Wheatsote!
Jelaskan aplikasi Jembatan Wheatstone dalam kehidupan sehari-hari atau dunia pertelekomunikasian!
4
Departemen Sains STT Telkom