Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui. kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer .

Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone :

1. Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-larus 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 Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.

Rumus Hukum Ohm

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

Dipertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff berbunyi “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.”

Jumlah 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 energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa digunakan atau diserap.

I. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan mampu :

1. Memahami prinsip kerja Jembatan Wheatstone.2. Menyusun sendiri rangkaian Jembatan Wheatstone.3. Menentukan besarnya hambatan yang belum diketahui dengan Jembatan Weatstone.4. Menghitung hambatan pengganti untuk rangkaian seri dan paralel.

II. Dasar Teori

hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/ konduktor,yang dapat di gunakan untukmengatur 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 ). Cara pengukuran hambatan listrik dengan voltmeter dan ampermeter dapat menggunakan

rangkain sperti gambar (1) dan gambar (2).

Gambar 1. Pengukuran Hambatan cara pertama

1. Buktikan pengukuran gambar 1 menghasilkan harga R dalam persamaan (1)

(1)

Gambar 2. Pengukuran hambatan cara kedua

2. Buktikan pengukuran gambar 2 menghasilkan harga R dalam persamaan (2) !

(2)

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 (3).

Gambar 3. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Keterangan Gambar :

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 :

(3)

Untuk menyederhanakan rangkaian dan untuk menghubungkan besarnya R bergantung pada panjang penghantar, maka rangkaian jembatan Wheatstone dapat di ubah menggunakan kawat penghantar seperti gambar (4 ) di bawah ini:

Gambar 4. Rangkaian Jembatan Wheatstone menggunakan kontak geser di atas kawat penghantar

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 (3) dengan persamaan (4) diperoleh hasil sebagai berikut:

………………………………………………………… (5)

Peralatan yang diperlukan :

a. Satu set Rangakaian Jembatan Wheatstone, yang terdiri dari :

1. DC Power Supply

2. Galvanometer

3. 2 Hambatan Pembanding ( Ra )

4. Hambatan yang akan diukur ( tertutup gelangnya )

III. Metode Percobaan

Prosedur Percobaan

1. Susun rangkaian seperti pada gambar (4). Setelah rangkaian yang anda susun di setujui assisten, hubungkan catu daya ke jaringan PLN.

2. Tempatkan kotak geser di tengah-tengah kawat hambatan.

3. ON kan posisi saklar catu daya.

4. Geser kotak gesernya sehingga arus yang melalui Galvanometer menjadi Nol.

5. Catat harga L1 dan L2 (sertakan ketidakpastiannya).

6. Ulangi langkah nomor 3-5 untuk harga Rx yang lain.

7. Ulangi langkah nomor 1-5 untuk Rx yang di hubungkan seri (gunakan hambatan di atas ).

8. Ulangi langkah nomor 1-5 untuk hambatan Rx yang di hubungkan paralel ( gunakan hambatan di atas).

IV. Buku Acuan

Serway, R. “Physics for scientist & Engineers With Modern Physics” , James Madison University Harrison burg, Virginia, 1989 Bab 28.

Resnick & Haliday, “ Fisika Jilid 2 ” (terjemahan) Bab 32.

Teori dasar jembatan wheatstoneFiled in Article 2 comments

Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang secara matematis dapat dituliskan:

r=p. (L/A)

Dimana:

R : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)

ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)

L : Panjang penghantar (m)

A : Luas penghantar ( m²)

Menurut hukum Ohm, hambatan listrik juga merupakan hasil perbandingan dari besarnya beda potensial pada ke-2 ujung penghantar terhadap besarnya arus listrik yang mengalir melalui hambatan tersebut.

Secara matematis dapat dituliskan: R=V/I

Dimana:

R : Hambatan (Ω)

V : Beda potensial (V)

I : Arus Listrik (A)

Cara menentukan besar suatu hambatan biasanya dapat dilakukan dengan cara:

1. 1. Menggunakan teori hubungan antara resitivitas terhadap besar hambatan ( jika hambatan berupa suatu penghantar), yang mana harus diketahui luas dari lebar penghantar dan panjang penghantar serta harus diketahui juga hambatan jenis dari bahan penghantar. Namun bila besar hambatan merupakan suatu komponen listrik ( R ), dapat diketahui dengan cara mengukur besar arus yang mengalir dan besar beda potensial pada ke-2 ujung penghantar, lalu gunakan hukum Ohm yang mana didapat besar hambatan berbanding lurus dengan besar beda potensial dan berbanding terbalik terhadap besar arus listrik yang mengalir.

Dapat juga dengan menggunakan metode jembatan Wheatstone, yaitu 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 ( G=0 ).

Rangkaian jembatan wheatstone adalah 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.

Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer = 0, dalam keadaan ini jembatan disebut seimbang, sehingga sesuai dengan hukum Ohm berlaku persamaan :

Rangkaian jembatan wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser bila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar.

Pengertian Hukum OhmDidalam logam pada keadaan suhu tetap, rapat arus I berbanding lurus dengan medan listrik. Hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan disebut “Hukum Ohm”. Ditemukan oleh George Simon Ohm dan dipublikasikan pada sebuah paper pada tahun 1827. the galvanic Circuit Investigated Mathematically, prinsip ohm adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, Ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antar tegangan, arus dan hambatan yang salaing berhubungan.Hukum Ohm :

- Tegangan dinyatakan dengan nilai volt, disimbolkan E dan V.- Arus dinyatakan dengan Ampere, disimbolkan I- Hambatan dinyatakan dengan Ohm, disimbolkan R.

Jika luas penampang A yang diperhatikan cukup kecil dan tegak lurus kearah J (misalnya panjang konduktor besar sekali dibanding dengan luas penampangnya), maka J dapat dianggap sama pada seluruh bagian penampang hingga I = J . A maka untuk beda potensial berlaku ΔV = ∫E . dl dan juga integrasi diambil sepanjang suatu garis gaya ΔV = ∫E . dlTerlihat bahwa faKtor yang berupa integrasi hanya tergantung dari konduktornya dan merupakan sifat khusus konduktornya dan biasa disebut sebagai tahanan (R) atau resistansinya. Dapat dituliskan V = I . R

resistansinya. Dapat dituliskan V = I . RPengertian Hukum KirchoffHukum kirchoff terbagi menjadi dua, yaitu:Hukum Kirchoff IDipertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff berbunyi “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.”

Jumlah I masuk = I keluar

Hukum Kirchoff IIHukum 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 energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa digunakan atau diserap.

Pengertian GalvanometerGalvanometer adalah alat yang digunakan untuk deteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat itu kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam medan magnet.Bentuk mula-mula dari galvanometer adalah seperti alat yang dipakai Oersted yaitu jarum kompas yang diletakkan dibawah kawat yang dialiri arus yang akan diukur. Kawat dan jarum diantara keduanya mengarah utara-selatan apabila tidak ada arus di dalam kawat. Kepekaan galvanometer semacam ini bertambah apabila kawat itu dililitkan menjadi kumparan dalam bidang vertical dengan jarum kompas ditengahnya. Dan instrument semacam ini dibuat oleh

Lord Kelvin pada tahun 1890, yang tingkat kepekaanya jarang sekali dilampaui oleh alat-alat yang ada pada waktu ini.

Prinsip dari metode jembatan wheatstone adalah

1. Hubungan antara resitivitas dan hambatan, yang berarti setiap penghantar memiliki besar hambatan tertentu. Dan juga menentukan hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu

2. Hukum Ohm yang menjelaskan tentang hubungan antara hambatan, tegangan dan arus listrik. Yang mana besar arus yang mengalir pada galvanometer diakibatkan oleh adanya suatu hambatan.

3. Hukum Kirchoff 1 dan 2, yang mana sesuai dari hukum ini menjelaskan jembatan dalam keadaan seimbang karena besar arus pada ke-2 ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan.