LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR LANJUTAN JEMBATAN WHEATSTONE
Oleh Kelompok 4: 1. Camilia Nur Laily
171810201026
2. Lutfiatus Sa’adah Sa’adah
171810201031
3. Latifah Rahmawati
171810201033
4. Muhammad Taukhid
171810201034
Nama Asisten : Cita Dewi Nindi Tara Sakti
LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2018
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada tahun 1833 dan kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil. Sekali seumpamanya saja yaitu, suatu kebocoran dari kabel tanah/kartslulting dan sebagainya. Selain itu Jembatan Wheatstone memiliki fungsi untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listriknya, maka dengan menyimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya akan mirip dengan aslinya potensiometer (Dedy,2012). Ada beberapa hal yang mempengaruhi kinerja dari arus listrik yaitu seperti, tahanan, arus, tegangan dan lain-lain. Dalam suatu rangkaian listrik terdapat banyak sekali konfigurasi rangkaian sederhana yang terdiri dari sumber tegangan dan beban, tetapi lebih dari itu. Praktikum Jembatan wheatstone kali ini dilakukan dengan menggunakan sumber daya DC, yang kemudian dihubungkan pada rangkaian Jembatan Wheatstone. Selain itu terdapat, hambatan standart yang berfungsi sebagai hambatan yang memiliki nilai/hambatan yang sudah diketahui (R 1). Rangkain Jembatan Wheatstone ini juga dihubungkan pada Galvanometer sebagai alat indikator nol pada kesetimbangan jembatan. R x merupakan tahanan yang akan dicari nilainya. Prinsip kerja Jembatan Wheatstone cukup sederhana yaitu dengan menggeserkan kontak geser ke kawat geser sehingga jarum galvanometer menunjukkan angka nol. Jembatan Wheatstone tentunya dapat dimanfaatkan pada kehidupan sehari-hari, selain sebagai alat ukur pada suatu tahanan. Apabila Jembatan Wheatstone dapat digunakan dengan amplifier operasional, maka sirkuit Jembatan Wheatstone dapat digunakan untuk mengukur dan memperkuat perubahan kecil pada resistansi R x. Selain
itu, Jembatan Wheatstone berguna pada pendekteksi suatu kebocoran dari kabel tahah/kartsulting dan masih banyajk lagi aplikasinya pada kehidupan sehari-hari.
1.2 Rumusan masalah Rumusan masalah pada praktikum Jembatan Wheatsone adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana hubungan panjang L1 dan L2 terhadap besar hambatan R x? 2. Bagaimana hubungan variasi R 1 terhadap panjang L1 dan L2? 3. Bagaimana perbandingan R x dari hasil percobaan dengan refrensi?
1.3 Tujuan Tujuan dari praktikum Jembatan Wheatsone adalah sebagai berikut: 1. Mahasiswa dapat mengetahui hubungan panjang L1 dan L2 terhadap besar hambatan R x 2. Mahasiswa dapat mengetahui hubungan variasi R 1 terhadap panjang L1 dan L2 3. Mahasiswa dapat mengetahui perbandingan R x dari hasil percobaan dengan refrensi.
1.4 Manfaat Manfaat Jembatan Wheatstone pada kehidupan sehari-hari adalah sebagai al at ukur pada suatu tahanan yang tidak diketahui nilainya dengan tahanan yang nilainya sudah diketahui. Pada pengaplikasian Jembatan Wheatstone dapat dilakukan pada percobaan mengukur regangan pada beban uji berupa beton atau baja. Selain itu Jembatan Wheatstone dapat dimanfaatkan dalam bidang elektronika, dimana berfungsi sebagai alat ukur keteltian resistansi dengan menggunkan indikator nol seba gai kesetimbangan. Jembatan Wheatstone dapat juga digunakan dalam pengujian pada sutau kebocoran kawat tanah/kartsulting dan sebagainya.
BAB 2. DASAR TEORI
Jembatan wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada tahun 1833 dan kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Jembatan Wheatstone tidak diciptakan oleh Sir Charles Wheatstone (1802-1875) tetapi diciptakan oleh Samuel Hunter Christie. Namun Charles Wheatstone bertanggungjawab untuk mempopulerkan empat resistor, baterai dan galvanometer dan memberikan kredit pada Christe penuh pada tahun 1843 yang disebut bakterian kuliah. Wheastone merupakan sebuah “Pengukur Deveriensial Perlawan”. Hal ini digunakan untuk mengukur hambatan yang diketahui dengan menyambungkan dua kaki dan rangkaian jembatan. Satu kaki merupakan komponen yang tidak diketahui (Kanginan,1992). Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil. Sekali umpamanya saja yaitu, suatu kebocoran kabel tanah/kartsulting dan sebagainya. Selain itu Jembatan Wheatstone memiliki fungsi untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listriknya, maka dengan menyimbangkan dua kaki dari rangkaian Jembatan dimana satu kakinya mencakup komponen diketahui kerjanya akan mirip dengan potensiometernya (Dedy,2012). Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100,000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R 1, R 2, R 3 dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. Jika konduktor pengalir arus ditempatkan dalam medan magnet dihasilkan gaya pada konduktor yang cenderung menggerakan konduktor itu dalam arah tegak lurus pada medan. Prinsip ini digunakan dalam instrument pendekteksi arus. Instrument pendekteksi arus yang peka disebut galvanometer (Lister,1993).
Jembatan Wheatstone merupakan metode untuk mengukur hambatan secara tidak langsung dan lebih teliti bila dibandingkan dengan ohmmeter. Jika pada rangkaian Jembatan Wheatstone galvanometernya menunjukkan angka nol, maka perkalian hambatan yang saling berhadapannya sama besar. Jika galvanometer dalam keadaan setimbang dimana G=0 (Cunayah,2006). Jembatan Wheatsone mengacu pada hukum ohm dan hukum Kirchhoff I & II. Hukum ohm sendiri menyatakan, “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-lurus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi.” Pada pertengahan abad 19, Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchhoff (Darmali,2007). Menurut Halliday (1997), karakteristik (sifat) penghantar yang disebabkan hal ini adalah hambatan. Sebagaimana bunyi hukum Ohm dapat dirumuskan sebagai berikut:
= = Dimana: R = Besar nilai hambatan (Ω) V = Tegangan listrik (volt) I = Kuat arus listrik (A)
(2.1)
a R 2 R 1
R s R x b
R 0 Gambar 2.1
ԑ
Jembatan Wheatsone (Sumber: Halliday,1997) Menurut Daryanto (2016), hukum Kirchhoff I berbunyi, “Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut”. Hukum Kirchhoff I tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik. Hukum Kirchhoff I secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
∑ = ∑
(2.2)
Dimana: I = kuat arus listrik (A) Pemakaian hukum Kirchhoff II pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel, dimana terdapat dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit. Jadi hukum Kirchhoff II berbunyi, “Pada sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ԑ) dengan penurunan tegangan (IR) sama dengan nol”. Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
∑ +∑=0 Dimana: ԑ =
ggl (volt)
(2.3)
I = Kuat arus listrik (A) R = Hambatan (Ω) I3
R 3 A
B
R 4
R 5 I5
I4 2
1
D I6
I2 R 2
3 I1
R 6
C
I1 V1 R 1
Gambar 2.2 Sebuah Jaringan Listrik (Sumber: Alonso,1994)
Menurut Alonso (1994), penggunaan praktis hukum Kirchhoff bisa diilustrasikan dengan memakai jaringan yang ditunjukkan dalam gambar 2.2. Menurut hukum Kirchhoff II untuk lintasan-lintasan 1,2, dan 3 memberikan:
1: + 33 + 44 = 0 2: 55 66 +44 = 0 1: + + 66 + = 0
(2.4) (2.5) (2.6)
Maka dapat dikatakan hukum Kirchhoff II terpenuhi. Aplikasi dari Jembatan Wheatstone dapat digunakan pada kehidupan sehari-hari kita. Salah satunya pada percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan m aka akan terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai sifat-sifat elastisitas benda. Perubahan hambatan ini sedemikian kecinya sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukan kedalam rangkaian Jembatan Wheatstone (Young,2003).
BAB 3. METODE PERCOBAAN
3.1 Alat dan bahan Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut: 1. Sumber daya listrik DC, berfungsi sebagai sumber arus listrik yang mengalir pada rangkaian 2. Galvanometer, berfungsi sebagai alat untuk mengukur arus listrik yang mengalir pada rangkaian 3. Multitester, berfungsi sebagai alat untuk mengukur besar hambatan standart 4. Hambatan standard, berfungsi sebagai hambatan yang nilai hambatannya sudah diketahui dan berfungsi sebagai pembanding dalam percobaan 5. Kawat geser dengan kontak geser, berfungsi sebagai penghubung kontak geser dengan
galvanometer
dan
kontak
geser
berfungsi
sebagai
penyambung/memutuskan arus dari kawat geser ke galvanometer 6. Tahanan yang akan diukur, berfungsi sebagai hambatan R x yang dicari dengan metode Jembatan Wheatstone 7. Kabel-kabel, berfungsi sebagai penghubung rangkaian menjadi rangkaian tertutup.
3.2 Desain Percobaan Desain percobaan yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut: R 1
R x B
G C
L1
i
L2
E
S Gambar 3.1
Rangkaian Jembatan Wheatstone dengan mensubstitusikan kawat sepanjang L untuk menggantikan tahanan variable R 3&R 4 (Sumber: Tim Penyusun,2018) 3.3 Langakah Kerja Langkah kerja yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebegai berikut: 1. Rangkaian dihubungkan seperti pada Gambar 3.1. Sumber daya dalam ke adaan off dan Asisten atau pembimbing yang bertugas diberitahu sebelum skalar dipindah ke posisi on. 2. Konntak geser digeserkan sepanjang kawat geser sedemikian rupa sehingga skala pada galvanometer menunjukkan angka nol. 3. Tempat kedudukan kontak geser tersebut dicatat untuk menentukan panjan g L1 dan L2. 4. Besar hambatan R x diukur dengan menggunakan multitester.
5. Percobaan tersebut diatas diulangi 4 kali lagi dengan merubah besar R 1 sesuai dengan pentunjuk asisten atau pembimbing yang bertugas.
3.4 Analisisi Data Analisis Data yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut: 1. Tabel Tabel hasil perhitungan hambatan R x dengan metode Jembatan Wheatstone. No.
R 1(Ω)
L1 (cm)
L2 (cm)
R x(Ω)
̅ ()
∆R x(Ω)
̅ ±∆
I (%)
K
2. Ralat Ralat yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut:
= −̅ ) ∆ = √ ∑((−) = ∆̅ ×100% =100% = 1 log ∆̅ 3. Grafik Grafik yang digunakan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah:
(3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5)
AP
1. Grafik Hubungan R 1 terhadap panjang L1 Y
L1 (cm)
X R 1 (Ω) 2. Grafik Hubungan R 1 terhadap panjang L2 Y
L2 (cm)
X R 1 (Ω) 3. Grafik Hubungan panjang L1 terhadap R x Y
Rx (Ω)
X L1 (cm)
4. Grafik Hubungan panjang L2 terhadap R x Y
Rx (Ω)
X L2 (cm)
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Hasil yang didapat dari praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut: 4.1.1 Tabel Hasil Tabel 4.1 Hasil perhitungan hambatan R x dengan metode Jembatan Wheatstone: No.
R 1(Ω)
1 2 3 4 5
0.003 0.004 0.005 0.0055 0.0016
L1 L2 (cm) (cm) 1 3 2 7 4.5
99 97 98 93 95.5
R x(Ω)
̅ ()
∆R x(Ω)
̅ ±∆
I (%)
K
AP
0.297 0.129 0.245 0.073 0.034
0.16
0.050
0.16±0.050
0.32
99.68
2
4.1.2 Grafik Grafik hasil yang didapatkan dari Praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut:
Grafik Hubungan R1 terhadap panjang L1 8 7 6 ) 5 m c 4 ( 1 L 3
y = 390.94x + 2.0066 R² = 0.0684
2 1 0 0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
Ri (Ω)
Gambar 4.1 Grafik hubungan R 1 terhadap panjang L1
0.006
Grafik Hubungan R1 terhadap panjang L2 100 99 98 ) 97 m c 96 ( 2 95 L 94 93 92 0.000
y = -390.94x + 97.993 R² = 0.0684
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
R1 (Ω)
Gambar 4.2 Grafik hubungan R 1 terhadap panjang L2
Grafik Hubungan Panjang L1 terhadap Rx 0.350 0.300 0.250 ) 0.200 Ω ( x R 0.150
0.100 y = -0.0402x + 0.2964 R² = 0.7077
0.050 0.000 0
1
2
3
4
5
6
7
L1 (cm)
Gambar 4.3 Grafik Hubungan panjang panjang L1 terhadap R x
8
Grafik Hubungan Panjang L2 Terhadap Rx 0.350 0.300 y = 0.0402x - 3.7263 R² = 0.7077
0.250 ) Ω0.200 ( x R 0.150
0.100 0.050 0.000 92
93
94
95
96
97
98
99
100
L2 (cm)
Gambar 4.4 Grafik hubungan panjang panjang L2 terhadap R x
4.2 Pembahasan Praktikum Jembatan Wheatstone kali ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan nilai hambatan sebuah resistor dengan menggunakan metode Jembatan Wheatstone. Sebagaimnaa kita ketahui, Jembatan Wheatstone merupakan sebuah metode pengukuran sebuah tahanan yang tidak diketahui nilainya dengan membandingkan tahanan yang sudah diketahui nilainya. Percobaan ini menggunakan galvanometer sebagai indikator yang menunjukkan kesetimbangan pada saat menentukan nilai hambatan R x dimana G adalah nol. Selain itu pada perobaan ini juga dilakukan pengukuran R x dengan multitester untuk mendapatkan hasil yang setara pada metode Jembatan Wheatstone. Variable-variable yang dicari pada percobaan ini adalah panjang L1 dan panjang L2 serta nilai hambatan R x dengan R 1 sudah diketahui nilainya. Pengambilan data dilakukan sebanyak lima kali pengulangan untuk masingmasing variable. Praktikum ini dilakukan untuk memahami bagaimana kerja dari suatu metode yang menggunakan kawat geser dan kontak geser untuk menentukan nilai hambatan R x. Pada percobaan ini, panjang L1 dan L2 berpengaruh terhadap penentuan besar nilai
hambatan R x. Namun panjang L1 dan L2 tidak memiliki hubungan terhadap besar hambatan R x. Panjang L1 dan L2 merupakan variable-variable dalam penentuan nilai hambatan R x dimana saat itu galvanometer menunjukkan skala pada nol yaitu dapat dinyatakan sebagai keadaan setimbang. Percobaan Jembatan Wheastone juga menggunakan variasi R 1 dimana R 1 merupakan hambatan standart yang sudah diketahui nilai hambatannya. Selain itu juga R 1 juga merupakan sebagai pembanding dala menentukan nilai hambatan R x. Besar hambatan R 1 dapat diukur dengan menggunakan multitester. Pada besar hambatan R 1 data yang didapat memiliki nilai yang tinggi begitu juga pada panjang L1 dan L2, juga akan memiliki nilai yang tinggi. Namun pada nilai hambatan R 1 yang memiliki nilai yang lebih kecil akan memiliki nilai panjang L1 dan L2 yang sama kecilnya. Dapat dilihat, bahwa R 1 dan panjang L1 dan L2 tidak saling memiliki hubungan untuk keduanya. Hal ini disebabkan R 1 dan panjang L1 dan L2 memiliki peran hanya sebagai variable-variable untuk menentuka n nilai hambatan R x pada percobaan ini. Dimana panjang L1 dan L2 merupakan kedudukan setimbang pada saat galvanometer menunjukkan skala nol, dan juga variasi R 1 hanya merupakan pembanding nilai dimana R 1 memiliki nilai hambatan yang sudah diketahui. Jika mengacu pada teori yang ada besar hambatan standar dengan besar hambatan R x akan memiliki nilai selisih yang tidak terlalu jauh. Pada praktikum ini didapatkan hasil R 1 dengan R x memiliki nilai selisih yang tidak jauh, sehingga perolehan nilai hambatan R x tidak menyimpang dengan refrensi yang ada. Dalam menentukan nilai hambatan R x terdapat banyak hal yang akan mempengaruhi perolehan hasil nilai hambatan R x. Pada percobaan ini terdapat beberapa hal yang menghambat untuk memperoleh nilai R x. Awalnya rangkaian Jembatan Wheatstone berulang kali diatur dan dipasang agar skala pad a galvanometer menunjukkan skala nol (pada keadaan setimbang), tetapi untuk beberapa lama galvanometer juga tidak menunjukkan skala nol dan tidak bergerak atau tidak menunjukkan perubahan skala. Sehingga, tidak mendapatkan data penunjukk an skala,
maka pada rangkaian diatur ulang kembali agar galvanometer dapat menunjukkan skala nol yaitu dalam keadaan setimbang.
BAB 5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut: 1. Hubungan panjang L1 dan L2 terhadap besar hambatan R x adalah keduanya tidak saling berhubungan, dimana panjang L1 dan L2 hanya sebagai variable dalam menentukan besar hambatan R x dimana panjang L1 dan L2 merupakan kedudukan setimbang pada galvanometer yaitu pada saat G=0. 2. Hubungan variasi R 1 terhadap panjang L1 dan L2 adalah keduanya tidak saling berhubungan, dimana panjang L1 dan L2 hanya sebagai kedudukan setimbang pada galvanometer yaitu pada saat G=0. Namun nilai R 1 dan panjang L1 dengan L2 berpengaruh untuk nilai hambatan R x. 3. Perbandingan R x dari hasil percobaan dengan refrensi adalah tidak terlalu menyimpang dengan teori yang sudah ada, dimana dari hasil data yang didapat menunjukkan nilai R 1 dan R x tidak memiliki selisih yang besar.
5.2 Saran Saran yang dapat diberikan pada praktikum Jembatan Wheatstone adalah praktikan diharuskan memahami rangkaian pada Jembatan Wheatstone agar pada saat praktikum dapat mengerjakan dengan mudah. Praktikan diharuskan lebih teliti dalam melakukan praktikum agar tidak terjadi kesalahan. Pemahaman teori sebelum praktikum juga diperlukan agar praktikan dapat memahami sistem ke rja Jembatan Wheatstone.
DAFTAR PUSTAKA
Alonso, Marcelo.1994. Dasar-Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua Jilid II . Jakarta: Erlangga Cunayah, Cucun.2006. Fisika. Jakarta: Erlangga Darmali, Ali.2007. Panduan Lengkap Eksperimen Fisika. Jakarta: Wahya Media Daryanto.2016. Konsep Dasar Teknik Elektronika Kelistrikan. Bandung: Alfabeta Dedy.2012. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga Halliday, David.1997. Fisika Edisi Ketiga Jilid II . Jakarta: Erlangga Kanginan, Marthen.2012. Fisika. Jakarta: Erlangga Lister, Eugene C.1993. Mesin dan Rangkaian Listrik. Jakarta: Erlangga Tim Penyusun.2018. Modul Praktikum Fisika Dasar Lanjutan. Jember: FMIPA UNEJ Young, D.Hugh.2003. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga