JEMBATAN WHEATSTONE. I. TUJUAN Menentukan besarnya suatu hambatan dengan metode jembatan Wheatstone.

Transkripsi

1 JEMBATAN WHEATSTONE I. TUJUAN Menentukan besarnya suatu hambatan dengan metode jembatan Wheatstone. I. DASAR TEORI I.1 Arus Listrik - Arus listrik adalah aliran partikel-partikel bermuatan listrik - Arah arus listrik (arah arus konvensional) berlawanan dengan arah arus elektron - Arus listrik mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah (Reff : Marten Kanginan Kelas 2) I.2 Sumber Arus 1. Sumber arus terdiri atas 2 macam, yaitu a. AC yaitu sumber arus bolak-balik b. DC yaitu sumber arus searah 2. Macam-macam sumber arus a. Generator - Generator dibedakan atas generator bolak-balik (AC) dan generator arus searah (DC) b. Power Suply - Biasanya digunakan didalam sekolah-sekolah sebagai alat praktikum c. Baterai - Biasanya digunakan untuk alat dengan tegangan kecil

2 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 jembatan Wheatstone sehingga berlaku prinsip jembatan wheatstone yaitu hasil kali dua hambatan yang saling berhadapan sama besarnya sehingga R 1 x R 2 = R 3 x R 4 C R3 R4 A B G R1 D R2 (Reff : Fisika 2 SMU, Marten K) dalam praktikum R 1 dan R 2 dapat merupakan sebuah kawat panjang AB seperti pada gambar dibawah ini : C G E A L1 D L2 B Jika Galvanometer (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 = I 1 =I 2 = I 3 maka : V A - Vc = I 3 x R 3 dan V A V D = I 1 x R 1

3 Maka didapat I 3 x R b = I 1 x R 1 dengan jalan yang sama didapat I 4 x R x =I 1 x R 2 sehingga I 1 = I 2 dan I 3 = I 4 = dari persamaan siatas didapat R2 Rx = xrb atau R1 L2 Rx = 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

4 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 V AB = I x R1 dan V BC = I x R2 sehingga tegangan antara A dan C diberikan V = V AB + V BC V = I x R1 + I x R2 = I (R1 + R2) (seperti pada gambar ) I A R1 B R2 C I 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

5 Yang dimaksud parallel komponen-komponen listrik adalah komponenkomponen tersebut dihubungkan sedemikian sehingga pada tiap-tiap komponen sama besar I a I1 R1 R2 b I I V 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 R V 1 + = V + 1 R2 R1 R 1 2 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 1 = V Rp R1 1 1 = + Rp R1 1 R2 1 R1 + R2 = Rp R1xR2 R1xR2 Rp = R1 + R2 1 + R2 untuk tiga komponen /lebih yang disusun parallel, maka hambatan penganti paralel Rp dirumuskan secara umum

6 1 Rp = 1 R1 + 1 R2 + 1 R (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 penghubungpenghubung arus GAMBAR RANGKAIAN Cara teoritis A R3 C G R4 B R1 D R2 Dalam praktek R1 dan R2 merupakan sebuah kawat panjang AB C E A G L1 D L2 B Gambar secara skema

7 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)

8 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 Sisi 4 Kedudukan nol Pjg sisi 1 (L1) Rata-rata harga III & IV L1 Panjang sisi 2(L2) L2=L-L1 Perhitungan Rx dan Rx I II III IV V VI VII

9 Rb Rx A B C=0,5(A+B) L-C Rb Rx1 54,5 53,8 54,15 45,85 Rx1 Rb Rx2 Rb Rx seri Rb Rx para lel Rb 43, ,25 55,75 Rx2 40, ,1 57,9 Rb 57 55,5 56,25 43,75 Rx seri Rb 68, ,25 31,75 Rx para llel Rb ,5 38, ,5 59,5 Rb = coklat, merah, merah, emas Coklat = 1 Merah = 2 Merah 00 = = 1,2kΩ 1200Ω Emas = 5% x 1200 = 60Ω Rx1 = coklat, hitam, merah, emas Coklat = 1 Hitam = 0 Merah 00 = = Ω 1000Ω 1k Emas =5% x 1000 = 50Ω Rx2 = coklat, hijau, merah, emas Coklat = 1 Hijau = 5

10 Merah 00 = = 1,5kΩ 1500Ω Emas =5% x 1500 = 75Ω R seri = 1000Ω Ω = 2500Ω = 2,5kΩ R parallel = 1 1 = Rp = = Rp 3000 Rp = 600Ω = = 0,6kΩ V. PERHITUNGAN 1) Rb-Rx1 kolomvi Rx1 = xrb kolomv 45,85 = x1, 2kΩ 54,15 = 1,016 kω Rx1 Rb kolomvi Rx2 = xrb kolomv 44,25 = x1, 2kΩ 55,75 = 0,952 kω Percobaan Rx1 (Ω) Selisih rata-rata (x- x) Penyimpangan

11 1 2 x 1,016 0,952 0,032-0,032 0,032 0,032 0,984 Ralat nisbi 0,032 = x100% 0,984 = 3,25% % keseksamaan = (100 3,25)% = 96,75 % % kesalahan 1 0,984 = x100% = 1,6% 1 2) R b R x2 Rx 2 - Rb Rx 1 = 57,9 x1, 2kΩ 42,1 Rx 2 = = 1,650 kω = 1,542kΩ 56,25 x1, 2kΩ 43,25 Percobaan Rx2 (Ω) (x- x) Penyimpangan 1 1,650 0,054 0,054 2 x 1,542-0,054 1,596 0,054 % Ralat nisbi = x100% 1,596 = 3,3 % 0,054 % keseksamaan = (100 3,25)% = 96,75 % 1,5 1,596 1,5 % kesalahan = x100% = 6,4% 3) R b R xseri Rx seri - Rb Rx 1 = 73 x1, 2kΩ 27 Rx 2 = 68,25 x1, 2kΩ 31,75 = 3,244 kω = 2,579 kω

12 Percobaan Rx seri (Ω) (x- x) Penyimpangan 1 3,244 0,33 0,33 2 x 2,579-0,33 2,9115 0,33 Ralat nisbi = x100% 2,9115 = 11,3 % 0,33 % keseksamaan = (100 11,3)% = 88,7 % 2,5 2,9115 2,5 % kesalahan = x100% = 16,4% 4) R b R xparalel Rx paralel - Rb Rx 1 = 38,5 x1, 2kΩ 61,5 Rx 2 = 40,5 x1, 2kΩ 59,5 =0,751 kω = 0,816 kω Percobaan Rx paralel (Ω) (x- x) Penyimpangan 1 2 x 0,751 0,816 0,783 0,032-0,032 0,032 0,032 Ralat nisbi 0,032 = x100% 0,783 = 3,25 % % keseksamaan = (100 3,25)% = 96,75 % 0,6 0,783 0,6 % kesalahan = x100% = 30,5% VI. PEMBAHASAN Setelah dilakukan percobaan dan pengamatan ternyata didapatkan hasil sebagai berikut :

13 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

14 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 kω sedang Rx1 teori 1 kω sehingga % kesalahan 1,6 %

15 2. Rx2 rata-rata = 1,596 kω sedang Rx2 teori 1,5 kω sehingga % kesalahan 6,4 % 3. Rxseri rata-rata = 2,9115 kω sedang Rxseri teori 2,5 kω sehingga % kesalahan 16,4 % 4. Rxparalel rata-rata = 0,783 kω sedang Rxparalel teori 0,6 kω 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

16 HALAMAN PENGESAHAN Praktikum : Fisika Terapan Materi : Jembatan Wheatstone Hari/tanggal : Kamis, 14 Oktober 2004 Kelompok/ Kelas : AV/C Praktikan : 1. Salida L LOC Septiana Wati LOC Setya P. H LOC 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, November 2004 Dosen Pembimbing Asisten

17 3. LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA TERAPAN MATERI JEMBATAN WHEATSTONE DISUSUN OLEH: NAMA : 1. SALIDA. L (LOC ) 2. SEPTIANA WATI (LOC ) 3. SETYA P.H (LOC ) PROGRAM STUDY DIPLOMA III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2004

18 DAFTAR PUSTAKA Anonim. Buku Petunjuk Praktikum Fisika Terapan PSD III TEKNIK UNDIP Semarang. Kanginan, Martin. 1994, Fisika SMU, Erlangga : Jakarta

19 LAPORAN HASIL PENGAMATAN PRAKTIKUM : FISIKA TERPADU NAMA : 1. SALIDA L LOC SEPTIANA WATI LOC SETYA P.H LOC KELOMPOK /KELAS : VA/C MATERI : JEMBATAN WHEATSTONE HARI/TGL : KAMIS / 14 OKTOBER 2004 DATA HASIL PERCOBAAN Sisi 3 Sisi 4 Kedudukan nol Pjg sisi 1 (L1) Rata-rata harga III & IV L1 Panjang sisi 2(L2) L2=L-L1 I II III IV V VI Rb Rx A B C=0,5(A+B) L-C Rb Rx1 54,5 53,8 54,15 45,85 Rx1 Rb Rx2 Rb Rx seri Rb Rx paralel Rb 43, ,25 55,75 Rx2 40, ,1 57,9 Rb 57 55,5 56,25 43,75 Rx seri Rb 68, ,25 31,75 Rx parallel ,5 38,5 Rb ,5 59,5 Semarang, 14 Oktober 2004 Asisten Praktikan Novi Heryono, A.Md Kelompok AV/C