JEMBATAN WHEATSTONE PDF

Preview

Summary

JEMBATAN WHEATSTONE ( BRIDGE WHEATSTONE) A. Pendahuluan 1. Tujuan • Dapat mengetahui jembatan wheatstone • Dapat mengetahui nilai hambatan sebuah rangkaian metode jembatan wheatstone 2. Landasan Teori i. Jembatan Wheatstone Jembatan wheatstone adalah susunan komponen komponen elektronika yang berupa...

Description

JEMBATAN WHEATSTONE ( BRIDGE WHEATSTONE) A. Pendahuluan 1. Tujuan • Dapat mengetahui jembatan wheatstone • Dapat mengetahui nilai hambatan sebuah rangkaian metode jembatan wheatstone 2. Landasan Teori i. Jembatan Wheatstone Jembatan wheatstone adalah susunan komponen komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya seperti tampak pada gambar berikut

Hasil kali antara hambatan hambatan berhadapan yang satu akan sama dengan hasil kai hambatan hambatan berhadapan lainnya jika beda potensial antara c dan d bernilai nol. Persamaan R1 . R3 = R2 . R4 dapat diturunkan dengan menerapkan Hukum Kirchoff dalam rangkaian tersebut. Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan Jembatan Wheatstone:

1|Politeknik Negeri Jakarta

1. Hukum Ohm Hukum Ohm 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”. Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The GalvanicCircuit Investigated Mathematically pada tahun 1827. Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan V = I.R atau I= V/R Dimana I : arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)V : tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (Volt) R : hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (Ohm) 2. Hukum Kirchoff I Di pertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (18241887) menemukan carauntuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenaldengan hukum Kirchoff.Hukum Kirchoff berbunyi:“ Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.” I masuk = I keluar 3. Hukum Kirchoff II Hukum Kirchoff II berbunyi:“ Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.” Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak adanya energilistrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisadigunakan atau diserap.Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan dari 4 buah hambatan, yangmana dua dari hambatan tersebut adalah hambatan variabel dan hambatan yang belumdiketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikansumber tegangan. 2|Politeknik Negeri Jakarta

Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variabelsehingga arus yang mengalir pada Galvanometer = 0, dalam keadaan ini jembatandisebut seimbang, sehingga sesuai dengan hukum Ohm berlaku persamaan R1 X R2 = R3 X Rx Persamaan tersebut bila dijabarkan akan menjadi sebagai berikut: R1 X R2 = R3 X Rx Rx =

𝑹𝟐 𝑹𝟑

X R1

Bila nilai R 1 dan R 3 diganti dengan panjang kawat L 1 dan L 2 maka rumus di atas dapatditulis sebagai berikut: 𝑳𝟏

RX = 𝑳𝟐 X R2 •

Konsep Jembatan Wheatstone Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol. Rangkaian Jembatan Wheatstone tersebut memiliki susunan dari 4 buah hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah hambatan variable dan hambatan yang belum diketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah Galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan. Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat ini kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam magnet. R1, R2, dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan R4 adalah hambatan yang akan dicari besarnya. Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer sama dengan nol, dalam keadaan ini jembatan tersebut disebut seimbang sehingga sesuai dengan hukum Ohm. Rangkaian Jembatan Wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser apabila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar.

3|Politeknik Negeri Jakarta

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 R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993). •

Aplikasi Jembatan Wheatstone Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam strain gauge.

•

Kelebihan Jembatan Wheatstone Dapat mengukur perubahan hambatan yang sangat kecil pada penghantar. Contoh aplikasi : strain gauge, yang digunakan untuk mengukur regangan material (baja atau beton) didasarkan pada perubahan kecil penghantar yang berdeformasi akibat gaya eksperimen. Perubahan kecil dimensi penampang dihitung dari peribahan hambatan pada rangkaian jembatan wheatstone yang dihubungkan sensor ke alat pencatat data logger untuk setiap transducer.

•

Kesalahan Pada Jembatan Wheatston Jembatan Wheatstone dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah. Sumber kesalahan utama terletak pada kesalahan batas dari ketiga tahanan yang diketahui. Kesalahan-kesalahan lain bisa mencakup: 1. Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup 2. Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I2R) dari arus-arus lengan jembatan dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya mempengaruhi tahanan selama pegukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal ini tidak

4|Politeknik Negeri Jakarta

boleh terjadi, karena pengukuran-pengukuran selanjutnya akan menjadi salah karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman. 3. GGL termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal. 4. Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontakkontak luar memegang peranan dalam pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah. Untuk menentukan apakah galvanometer mempunyai sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi kondisi setimbang atau tidak, arus galvanometer perlu ditentukan. Galvanometer-galvanometer yang berbeda bukan hanya memerlukan arus satu per satuan defleksi yang berbeda (sensivitas arus), tetapi juga dapat mempunyai tahanan dalam yang berbeda. Adalah tidak mungkin mengatakan tanpa menghitung sebelumnya, galvanometer mana yang akan membuat rangkaian jembatan lebih sensitif terhadap suatu kondisi tidak setimbang. Sensitivitas ini dapat ditentukan dengan memecahkan “persoalan” rangkaian jembatan pada ketidaksetimbangan yang kecil. Pendekatan ini didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone menjadi rangkaian Thevenin. ii.

Galvanometer

Galvanometer adalah alat ukur listrik komponen putar untuk mengukur kuat arus dalam orde µA. Galvanometer juga merupakan salah satu alat ukur yang biasanya yang digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relative kecil. Galvanometer bekerja berdasarkan gaya Lorentz, gaya dimana gerak akan menyimpang searah dengan gaya 5|Politeknik Negeri Jakarta

Lorentz yang mempengaruhinya. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan dan gaya Lorentz akibat dari arus listrik I dalam suatu medan magnet B. · Ibu jari menunjukkan arah gaya Lorentz · Jari telunjuk menunjukkan arah gaya Lorentz · Jari tengah menunjukkan arah arus Untuk muatan positif arah gerak dan dibawah kumparan, sisi kumparan yang dekat dengan kutub utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorentz yang sama besar, tetapi berlawanan arah. Yang menyebabkan kumparan akan terputus yaitu kumparan ditahan oleh kedua pegas spiral. Sehinggan kumparan akan berputar dengan sudut tertentu. Putaran dari kumparan akan diteruskan oleh sebuah jarum untuk menunjukkan pada skala tertentu. Angka yang ditunjukkan oleh skala menyebabkan arus listrik yang di ukur. 1.

Gaya Lorentz pada kawah konduktor.

F= B I L Dengan : F= gaya Lorentz (Ṋ) B = induksi magnet (I) I = kuat arus (A) L= Panjang (m) Ө= sudut apit terkecil I dengan B 2. a) b)

Gaya Lorentz pada dua keping sejajar (kawat induktor) Arus searah maka tarik menarik Arah arus berlawanan maka tolak menolak

• Sensitifitas galvanometer Untuk menyatakan sensitifitas galvanometer, umumnya dipakai 3 definisi, yaitu sensitifitas arus(current sensitivitas), sensitifitas tegangan (voltage sensitivitas), dan sensitivitas mega ohm (mega ohm sensitivitas). a) Sensitifas arus (current sensitivitas) Sensitifitas arus didefinisikan sebagai pembanding penyimpangan galvanometer terhadap arus yang menghasilkan defleksi tersebut biasanya arus dinyatakan dalam mikro amper dan defleksinya dalam milimeter. Bagi galvanometer yang setelannya tidak dikalibrasi dalam multimeter.

6|Politeknik Negeri Jakarta

b) Sensitifitas tegangan (voltage current) Dideefinisikan sebagai pembanding diferensi galvanometer terhadaptegangan yang dihasilkan. c) Sensitivitas mega ohm (mega ohm sensitivtas) Sensitivitas mega ohm dideefinisikan sebagai tahanan (mega ohm) yang dihubungkan secara seri dengan galvanometer agar menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bila menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bila tegangan IV dimasukkan kedalam rangkaian tersebut(william,1994:6061). • Galvanometer balistik Untuk mengukur listrik magnet digunakan galvanometer balistik, dimana galvanometer ini bekerja menggunakan prinsip dirancang dan dirancang. Khusus unutk pemakaian 20-30 sekon dengan kumparan tinggi pada penggunaan balistik ini menerima suatu impuls arus sesaat, mengakibatkan kumparan berayun kesatu sisi dan kemudian berhenti dalam gerakan terisolasi. Jika impuls arus belangsung singkat, maka defleksi mulamula dari positif berhenti berbanding lurus dengan kuantitas pengosongan muatan listrik melalui kumparan. Nilai relatif impuls yang di ukur dengan atau dalam difraksi sudut mula-mula yang diukur dalam defleksi sudut mula-mula yang diukur dalam defleksi sudut mula-mula dan komponen adalah: Q=K Q= muatan listrik K= Kepekaan galvanometer Harga kepekaan galvanometer ini dipengaruhi oleh redaman dan besarnya diperoleh secara ekaparimental melalui pemeriksaan kalibrasi pada kondisi pemakaian yang nyata. Untuk mengkalibrasi galvanometer digunakan beberapa metode yaitu: a. Metode kompasiter b. Metode selenoida c. Metode indektansi bersama (halliday,1985:725-727) • Induksi elektromagnetik Terjadi induksi elektromagnetik ketika kutub utara magnet digerakkan memasuki komponen, jarum galvanometer akan menyimpang ke salah satu arah dan jarum akan segera kembali ketika magnet tersebut didiamkan sejenak didalam kumparan 7|Politeknik Negeri Jakarta

ketika magnet batang dikeluarkan maka jarum galvanometer akan menyimpang dengan arah yang berlawanan. Ketika magnet batang digerakkan masuk, terjadi perubahan jumlah garis gaya memotong kumparan (galvanometer menyimpang atau ada arus yang mengalir) ketika magnet diam sejenak maka jarum galvanometer akan kembali ke nol (tidak ada arus yang mengalir). Ketika magnet dikeluarkan, jari pengurungan garis gaya magnetik yang memotong kumparan (galvanometer menyimpang dengan arah berlawanan). Jadi akibat perubahan gravis gaya magnetik yang memotong kumparan, maka kedua ujung kumparan timbul beda potensial. Arus listrik yang memotong kumpyaran disebut arus induksi (Wahyudinanto.2014). Ketika kita mengubah fluks megnet yang melalui kumparan dengan lilitan N, ggl induksi muncul setiap lilitan dalam kumparan adalah jumlah dari masing-masing ggl induksi (halliday,2010:259). Jika dalm suatu ruang terdapat medan magnet garis gaya yang menembus permukaan dengan luas tertentu bisa berbeda tergantung pada kuat medan magnet dan sudut antara medan magnet dengan vektor permukaan (mihrajuddin,2006:244). Menurut fatimah(2014), dalam penelitiannya pada percobaan virtual reaksi reakto-reaktor yang mempengaruhi besar ggl yang dilakukan dengan menggeseruntuk mengalihkan air yang berdampak pada terjadinya penggeseran pada magnet. Kemudian mmengalir kekuatan magnet dan kemudian besar arus induksi akan terlihat pada penyimpangan jarum galvanometer.

B. Rangkaian Percobaan 1. Daftar Alat • Inatrumen Power Supply 0-30V/3A

8|Politeknik Negeri Jakarta

Multimeter non elektronik

Multimeter digital ( sebagai pengganti galvanometer)

•

Komponen Satu buah resistor 5kΩ ≈ 4k7Ω

9|Politeknik Negeri Jakarta

dua buah resistor 10kΩ

Decade resistor

Protoboard

Banana crocodile merah

10 | P o l i t e k n i k N e g e r i J a k a r t a

banana crocodile hitam

2. Gambar Rangkaian

C. Langkah Kerja 1. Merakit rangkaian percobaan • Seting power supply 12V • Siapkan protoboard dan rangkaian resistor seperti gambar rangkaian berikut :

• Siapkan multimeter digital ( multimeter digital digunakan sebagai pengganti galvanometer ). • Ubah Rv dengan resistor 10kΩ dan decade resistor dengan nilai 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 15kΩ dan 20kΩ. • Sambungkan dengan menggukan crocodile cable 1 meter merah dan hitam supaya terjadi aliran arus listrik. • Saat mengganti dengan decade resistor, ubah rangkaian menjadi seperti gambar.

11 | P o l i t e k n i k N e g e r i J a k a r t a

2. Isi hasil percobaan pada table hasil pengukuran 3. Ulangi percobaan untuk nilai resistor dan decade resistor lainnya.

12 | P o l i t e k n i k N e g e r i J a k a r t a...