fisika dasar

HIMPUNAN MAHASISWASISTEM KOMPUTER

FAKULTAS ILMU KOMPUTERUNIVERSITAS SRIWIJAYA

Nama : Fenti Tri LestariNIM : 09081001008

Jembatan Wheatstone

Hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/

konduktor, yang dapat digunakan untuk mengatur besarnya arus listrik yang melewati

suatu rangkaian. Hambatan sebuah konduktor di antara dua titik diukur dengan

memasang sebuah beda potensial diantara titik-titik tersebut dan membandingkannya

dengan arus listrik yang terukur.

R=V/ I

Metode jembatan Wheatstone dapat di gunakan untuk mengukur hambatan

listrik. Cara ini tidak memerlukan alat ukur voltmeter dan amperemater,cukup satu

Galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik yang melalui suatu rangkaian. .

Prinsip dari rangkaian jembatan Wheatstone di perlihatkan pada gambar (1).

Keterangan :

S: Saklar penghubung

G:Galvanometer

E: Sumber tegangan arus

Rs:Hambatan geser

Ra dan Rb:Hambatan yang sudah di ketahui nilainya.

Rx: Hambatan yang akan di tentukan nilainya.

Saat saklar S di tutup,maka arus akan melewati rangkaian.Jika jarum Galvanometer

menyimpang artinya ada arus yang melewatinya,yaitu antara titik C dan D ada beda

potensial.Dengan mengatur besarnya Ra dan Rb juga hambatan geser Rs akan dapat

di capai galvanometer G tak teraliri arus,artinya tak ada beda potensial antara titik C

dan D. Dengan demikian akan berlaku persamaan :




Untuk menyederhanakan rangkaian dan untuk menghubungkan besarnya R

bergantung pada panjang penghantar, maka rangkaian jembatan Wheatstone dapat di

ubah menggunakan kawat penghantar seperti gambar (2).

Pada kawat penghantar AB di berikan suatu kontak geser yang berasl dari

ujung Galvanometer. Gunanya untuk mengatur agar tercapai pengukuran panjang

L1dan L2 yang akan menghasilkan arus di Galvanometer sama dengan NOL. Oleh

karena itu pada kawat AB perlu di lengkapi skala ukuran panjang.

Dengan menghubungkan persamaan tersebut diperoleh hasil sebagai berikut:

Jembatan Schering

Jembatan Schering, salah satu jembatan arus bolak-balik yang paling penting,

di pakai secara luas untuk pengukuran kapasitor. Dia memberikan beberapa

keuntungan nyata atas jembatan pembanding kapasitansi. Walaupun jembatan

Schering digunakan untuk pengukuran kapasitansi dalam pengertian yang umum, dia

terutama sangat bermanfaat guna mengukur sifat-sifat isolasi yakni pada sudut-sudut

fasa yang sangat mendekati 90◦.

Susunan rangkaian dasar ditunjukkan pada gambar diatas, dan pemeriksaan

rangkaian menunjukkan suatu kemiripan yang kuat terhadap jembatan pembanding.

Perhatikan bahwa lengan 1 sekarang mengandung suatu kombinasi parallel dari

sebuah tahanan dan sebuah kapasitor, dan lengan standar hanya berisi sebuah

kapasitor. Biasanya kapasitor standar adalah sebuah kapasitor mika bermutu tinggi

dalam pemakaian pengukuran yang umum, atau sebuah kapasitor udara guna

pengukuran isolasi. Sebuah kapsitor mika bermutu tinggi mempunyai kerugian yang

sangat rendah (tidak ada tahanan) dank arena itu mempunyai sudut fasa yang

mendekati 90◦. Sebuah kapasitor udara yang dirancang secara cermat memiliki nilai




yang sangat stabil dan medan listrik yang sangat kecil; bahan isolasi yang akan diuji

dapat dengan mudah dihindari dari setiap medan yang kuat.

Jembatan Maxwell

Jembatan Maxwell, yang diagram skemanya ditunjukkan pada Gambar 5-1,

mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam kapasitansi yang

diketahui. Salah satu lengan perbandingan mempunyai sebuah tahanan dan sebuah

kapasitansi dalam hubungan paralel, dan untuk hal ini adalah lebih mudah untuk

menuliskan persamaan kesetimbangan dengan menggunakan admitansi lengan 1

sebagai pengganti impedansi.

Jembatan Maxwell terbatas pada pengukuran kumparan dengan Q menengah

(1 < Q < 10). Ini dapat ditunjukkan dengan memperhatikan syarat setimbang

keduayangme-nyatakan bahwa jumlah sudut fasa satu pasang lengan yang

berhadapan hams sama de-ngan jumlah sudut-sudut fasa pasangan lainnya. Karena

sudut fasa dari elemen-elemen resistif dalam lengan 2 dan lengan 3 berjumlah 0°,

jumlah sudut-sudut lengan 1 dan le-ngan 4 juga hams berjumlah 0°.

Sudut fasa sebuah komponen dengan Q tinggi akan sangat mendekati 90°

(positif), yang menghendaki bahwa sudut fasa lengan kapasitif juga harus sangat

mendekati 90° (negatif). Ini selanjutnya berarti bahwa tahanan R i harus sungguh-

sungguh sangat tinggi, yang bisa sangat tidak praktis. Dengan demikian kumparan-

kumparan Q tinggi umumnya diukur dalam jembatan Hay.

Jembatan Maxwell juga tidak sesuai untuk pengukuran kumparan dengan nilai

Q yang sangat rendah (Q < 1) karena masalah pemusatan kesetimbangan. Sebagai

contoh nilai Q yang sangat rendah terdapat dalam tahanan induktif atau dalam

kumparan frekuensi radio (RF) jika diukur pada frekuensi rendah. Sebagaimana dapat

dilihat dari persamaan Rx dan Lx, pengaturan kesetimbangan induktif oleh R3 akan

mengganggu kesetimbangan resistif sebesar R1 dan menghasilkan efek yang disebut




setimbang bergeser (sliding balance). Setimbang bergeser menjelaskan interaksi

antara pengontrolan-pengon-trolan, sehingga bila kita menyetimbangkan dengan R1

dan kemudian dengan R3 dan kembali lagi ke R1, kita mendapatkan titik setimbang

yang baru. Titik setimbang nam-paknya bergerak atau bergeser menuju titik akhirnya

melalui banyak pengaturan. Interaksi tidak terjadi dengan menggunakan R1 dan C1

sebagai pengatur kesetimbangan, tetapi sebuah kapasitor variabel tidak selalu

memenuhi.

Prosedur yang biasa untuk menyetimbangkan jembatan Maxwell adalah

dengan pertama-tama mengatur R3 untuk kesetimbangan induktif dan kemudian

mengatur R1 untuk kesetimbangan resistif. Kembali kepengaturan R3 ternyata bahwa

kesetimbangan resistif telah terganggu dan berpindah ke suatu nilai baru. Proses ini

diulangi dan mem-berikan pemusatan yang lambat ke kesetimbangan akhir. Untuk

kumparan-kumparan Q menengah, efek tahanan tidak dinyatakan, dan kesetimbangan

tercapai melalui beberapa pengaturan.

Jembatan Wheatstone

Hambatan Jembatan Wheatstone adalah susunan hambatan-hambatan yang

disusun sedemikian rupa sehingga tidak dapat dijumlahkan secara seri maupun secara

paralel tetapi harus diselesaikan secara khusus.

Jembatan Wheatstone ini dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone.

Percobaan yang ia lakukan adalah dengan cara membuat suatu rangkaian Jembatan

Wheatstone untuk mengukur hambatan-hambatan kawat pada telegraph serta melihat

perbedaan kuantitas listriknya.

Adapun kegunaan dari Jembatan Wheatstone ini yaitu salah satunya adalah

untuk mengatur tahanan dengan tingkat ketelitian yang tinggi dan termasuk dalam

salah satu metode nol.




Ketika arus atau tegangan sama dengan nol, maka jarum penunjuk akan

berada pada pusat skala. Meteran jenis ini disebut Galvanometer. Dalam banyak hal,

ketelitian dinyatakan dalam proporsi dari kesalahan pengukuran dengan tingkat

kesalahan yang sangat kecil disebut sebagai pengukuran yang teliti, sedangkan

pengukuran yang memperlihatkan hasil pengukuran yang tidak jauh berbeda satu

sama lainnya disebut dengan pengukuran yang presisi.

Dalam pengukuran presisi, diperlihatkan tingkat daripada sebuh kesalahan

yang terjadi selama proses pengukuran tersebut. Besaran minimal yang masih dapat

dideteksi oleh alat ukur dinyatakan sebagai kepekaan alat.

Galvanometer memiliki tingkat kepekaan yang lebih tinggi dibandingkan

dengan alat ukur lainnya. Galvanometer ini dapat juga mengukur arus listrik yang

paling kecil serta prioritas dari sebuah tegangan.

Alat ukur yang mempunyai tingkat kepekaan lebih tinggi akan lebih mudah

dipengaruhi oleh keadaan luar, sebagai contohnya adalah getaran dan induksi

elektromagnetik. Rangkaian jembatan akan seimbang ketika jembatan seimbang tidak

arus yang mengalir melalui galvanometer.

Oleh karena itu, tidak akan ada beda potensial tegangan di antara titik a dan

titik b. Tegangan yang melalui R1 haruslah sama dengan nilai tegangan yang melalui

R2 dan tentu pula R3 harus sama dengan R4.

Dapat disimpulkan bahwa :

I . R1 = I . R4

dan

I . R3 = I . R2

Ketika jembatan seimbang karena ada tegangan dan arus berhubungan, maka

ada suatu defenisi yang berhubungan diantara tahanan dan rangkaian. Jika R1, R2,

dan R3 yang diketahui, tetapi tidak R2 adjustable, perbedaan tegangan yang melintasi




untuk mengalir melalui meteran sekarang dapat digunakan untuk menghitung

perbandingan atau rasio.

Rasio R1 dan R4 haruslah sama dengan R2 dan R3, oleh karena itu dapat juga

ditulis :

R1 R2— = —R4 R3

Rumus diatas dapat digunakan dalam pengukuran suatu tahanan yang belum

diketahui (Rx) :

R1Rx = — . R3 R2

Ketika jembatan digunakan dalam sebuah tahanan, diukur (Rx) terhubung ke

dalam rangkaian dan daya terpakai. Kemudian R3 diatur mencapai nilai

keseimbangan (arus nol melalui meter).

Resistor R3 adalah nilai presisi, kalibrasi reostat. Dan nilainya dapat kita baca

dari arah jarumnya, dengan melihat kemiringan angka. Resistor R1 dan resistor R3

adalah presisi yang nilainya diketahui. Harga Rx bisa kita dapatkan dengan cara

mengalikan harga R1 yang terbaca dengan rasio (perbandingan) R1 atau R2 presisi

dari tiga resistor lainnya.

Resistor Jembatan Wheatstone ini merupakan rangkaian yang terdiri dari

beberapa hambatan yang tidak dapat digunakan secara seri maupun secara paralel.

Rangkaian ini biasanya terdiri dari rangkaian tersebut untuk menentukan nilai suatu

hambatan.

Cara untuk mendapatkan nilai resistansi dari suatu pengukuran, dapat

menggunakan alat ukur resistansi dengan pembacaan langsung, menggunakan metode




voltmeter atau dengan cara menggunakan rasio terhadap nilai resistance yang

diketahui, yang dikenal sebagai metode jembatan. Perolehan resistansi dengan

metode jembatan, menggunakan sumber tegangan DC oleh karena itu disebut sebagai

jembatan DC. Dalam bab ini yang dibicarakan melalui Jembatan Wheatstone dan

jembatan ganda kelvin. Sedang untuk mendapatkan nilai induktansi dan kapasitansi,

menggunakan sumber tegangan AC karena itu disebut sebagai jembatan AC. Dalam

hal ini yang dibahas adalah jembatan Maxwell dan jembatan Schering (telah dibahas

pada halaman sebelumnya).

Rangkaian Jembatan Wheatstone diperlihatkan pada gambar yang terdiri dari

sebuah baterai dan empat resistansi yang dihubungkan melalui dua titik diagonal.

Pada dua titik lainnya atau diagonal lainnya ditempatkan galvanometer. Rangkaian

Jembatan Wheatstone untuk pengukuran resistansi rendah atau medium.

Berdasarkan gambar, jika saklar “s” posisi terbuka maka tegangan yang

melalui terminal a-b disebut Vab dan tegangan yang melalui c-b ataupun tegangan

yang melalui d-b masing-masing dapat dinyatakan oleh persamaan :

SVab = ——— . Vab

P + S

RxVdb = ——— . Vab

Q + Rx

Pada posisi saklar “s” ditutup, untuk membuat rangkaian jembatan dalam

keadaan seimbang atau tidak ada arus yang mengalir pada galvanometer “G” adalah

mengatur saklar “s”, sehingga diperoleh Vab = Vdb. Dengan demikian dalam

keadaan seimbang diperoleh persyaratan :




s Rx———— = ———— P + s Q + Rx

Atau

QRx = —— . s

P

Jadi, nilai resistansi yang tidak diketahui dapat diperoleh dengan

menyeimbangkan jembatan dan nilai Q / P serta nilai resistansi s diketahui. Resistansi

s disebut resistansi rasio dan nilai dari masing-masing tidak perlu diteliti, justru yang

harus diperoleh seteliti mungkin adalah nilai rasio antara keduanya.

Jika rangkaian jembatan wheatstone keadaannya tidak seimbang, ada arus

listrik mengalir melalui galvanometer dapat diketahui dengan rangkaian ekivalen

Thevenin.

Hukum Kirchoff

Aturan Kirchoff yang pertama digunakan untuk mencari arus junction B dan

D yaitu :

I3 – Ix + I4 = 0

Dan

I1 - I2 – Iy = 0

Kemudian, aturan Kirchoff yang kedua digunakan untuk mencari tegangan di

loops ABD dan BCD :

(I3 . R3) – (I4 . R4) – (I1 . R1) = 0




Berikut adalah hal yang terpenting dalam kesetimbangan jembatan

wheatstone, yaitu :

a. Keadaan setimbang tidak dipengaruhi oleh penggantian posisi dari sumber

tegangan dan galvanometer.

b. Kondisi kesetimbangan tidak dipengaruhi bila tegangannya berubah-ubah.

c. Galvanometer hanya diperlukan untuk melihat apakah ada arus yang mengalir

melalui sirkuitnya, jadi tidak perlu untuk membaca harga arus pada skala.

Kepekaan dari jembatan wheatstone ini berada pada keadaan tidak setimbang

arus melalui atau mengalir dalam galvanometer. Jembatan wheatstone yang

menggambarkan konsep perbedaan pengukuran yang dapat sangat akurat. Variasi di

jembatan wheatstone dapat digunakan untuk mengukur kapasitansi, induktansi,

impedansi kuantitas dan lainnya seperti jumlah gas mudah dalam contoh dengan

explosimeter kelvin dua jembatan yang secara khusus diadaptasi dari jembatan

wheatstone untuk mengukur sangat rendah resistansi.

Konsep dilanjutkan ke alternating current (AC) atau arus bolak-balik.

Pengukuran pertama kali dilakukan oleh James Alert Maxwell pada tahun 1865 dan

dilanjutkan oleh Alan Blumlein sekitar tahun 1926. Hal ini menyebabkan terjadinya

pembelokan-pembelokan yang mana itu dalah fungsi dari kepekaan pada

galvanometer agar kita bisa membelokkan arus atau unit. Hal ini berarti besarnya

kepekaan galvanometer membelokkan sejumlah pembesaran unit ukur kepekaan (s)

dapat dijelaskan adalah : s = milimeter atau radian

Dari penjelasan diatas, maka pembelokan dapat ditentukan dengan rumus

berikut :

D = s . I

Dimana : D = pembelokan

s = kepekaan

I = arus dalam lilitan mikroampere




Lampiran Gambar :

Gambar 1. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Gambar 2. Rangkaian Jembatan Wheatstone menggunakan kontak geser di atas

kawat penghantar

RS

Ra

G

RX

S

RXRa

G

E




Gambar 3. Jembatan Schering

Gambar 4. Jembatan Maxwell

fisika dasar

Documents

Transcript of fisika dasar