MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

PERCOBAAN JEMBATAN WHEATSTONE

I. Tujuan PercobaanSetelah 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 Teorihambatan 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).

b

IR

R c

a

V

A

IR

IRR

IV

a b

V

IA

A

C

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

Gambar 3. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Keterangan Gambar :S: Saklar penghubungG:GalvanometerE: Sumber tegangan arusRs:Hambatan geserRa 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)

S

RXRa

G

E

E

S

RS

Ra

G

RX

R

D

A B

L1 L2

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

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

1. DC Power Supply2. Galvanometer3. 2 Hambatan Pembanding ( Ra )4. Hambatan yang akan diukur ( tertutup gelangnya )

III. Metode PercobaanProsedur 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.

   Landasan Teori

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

      Jika empat buah hambatan dirangkai seperti terlihat pada GB. 1, maka rangkaian tersebut

disebut sebagai rangkaian jembatan. Jembatan  Wheatstone adalah sebuah rangkaian jembatan

dengan nilai R, R1, dan R2 yang sudah diketahui, sedangkan Rx adalah hambatan yang nilainya

tidak diketahui.

            Pada rangkaian jembatan Wheatstone seperti pada gambar 1akan diperoleh hubungan:

                                              (1)

Sebuah konduktor homogen dengan panjang ℓ [m] dan luas penampang A [m²] dan

hambatan jenis kawat panghantar ρ [Ωm] akan memiliki besar hambatan sebesar

                                          [Ω]                                      (2)

 Sedangkan berdasarkan hukum Ohm, hambatan total untuk rangkaian hambatan yang

terhubung  seri adalah

                                         (3)

Sedangkan untuk rangkaian hambatan yang terhubung parallel adalah:

                                          (4)

Jembatan Wheatstone

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

Prinsip dasar dari jembatan wheatstone adalah

keseimbangan. Sifat umum dari arus listrik adalah arus akan mengalir

menuju polaritas yang lebih rendah. Jika terdapat persamaan polaritas

antara kedua titik maka arus tidak akan mengalir dari kedua titik tersebut.

Dalam rangkaian dasar jembatan wheatstone penghubung kedua titik

tadi disebut sebagai jembatan wheatstone.

Perhatikan gambar diatas, jembatan wheatstone terhubung dari

dua buah rangakaian pembagi tegangan. Masing-masing menggunakan

satu buah potensio sebagai pengatur pembagian tegangan. Besar

tegangan pada titik jembatan pertama (titik A) adalah (75K / (75K + 10K))

* 9 volt = (75/85) 9 volt = 7.94 volt. Kemudian besar tegangan pada titik B

adalah ((65K / (65K+10K)) * 9 volt = (65/75) * 9 volt = 7.8 volt. Maka

dapat dari perhitungan tersebut dapat dipastikan bahwa arus mengalir dari

titik A pada rangkaian pertama ke titik B pada jembatan rangkaian kedua,

dikarenakan tegangan pada titik A lebih besar dari tegangan pada titik B.

Jika kita pasang sebuah beban pada jembatan wheatstone maka untuk

menentukan besar tegangan yang jatuh pada beban tersebut adalah

selisih tegangan antara kedua titik jembatan tersebut ( 7.94 – 7.8 = 0.14

volt). Arus yang mengalir pada beban tersebut = 0.14 volt / Rbeban.

Analisa dari rangkaian diatas adalah :

VAB = VA-VB = 7.94 – 7.8 = 0.14 volt

VBA = VB-VA = 7.8 – 7.94 = - 0.14 volt

VA = VAB + VB (dikarenakan terhubung seri) = 0.14 + 7.8 = 7.94 volt

VB = VBA + VA (dikarenakan terhubung seri) = - 0.14 + 7.94 = 7.8 volt

Keterangan :

VAB : Tegangan yang diukur pada titik A dan B

VBA : Tegangan yang diukur pada titik B dan A

VA : Tegangan yang diukur pada titik A dan Ground

VB : Tegangan yang diukur pada titik B dan Ground.

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

Kesimpulan yang bisa kita tarik dari teori jembatan wheatstone adalah :

1. Tegangan yang diukur pada dua titik yang mempunyai polaritas yang

sama adalah 0 volt.

2. Tegangan pada jembatan adalah selisih tegangan antara kedua

polaritas tersebut.

3. Arus akan mengalir dari titik jembatan yang berpolaritas tinggi ke titik

yang berpolaritas rendah.

4. Arus yang mengalir pada dua titik yang mempunyai polaritasyang sama

adalah 0 ampere.

http://www.electronicandlife.blogspot.com

1. Hambatan listrik digunakan untuk mengatur besarnya arus listrik dalam suatu rangkaian. Jika hambatan listrik dilalui arus listrik akan terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor, dan hal ini merupakan prinsip kerja, misalkan kompor dan setrika listrik.

Hambatan listrik dari suatu pengantar (konduktor) adalah perbandingan dari beda potensial antara ujung konduktor dengan arus listrik yang melaluinya. Oleh karena itu salah satu cara untuk mengukur besar hambatan listrik dari konduktor adalah mengukur beda potensial dari ujung-ujungnya dengan voltmeter dan juga mengukur arus listrik yang melaluinya dengan amperemeter.

Untuk pengukuran hambatan listrik dengan voltmeter dan amperemeter dapat digunakan rangkaian- rangkaian seperti pada gambar 1a atau gambar 1b.

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

Pada gambar 1a amperemeter A mengukur arus iR yang melalui hambatan R, tetapi voltmeter V menunjukkan pembacaan beda potensial Vac dan bukan beda potensial Vbc yaitu beda potensial yang sebenarnya dari ujung-ujung hambatan R.

Cara pengukuran hambatan R dengan rangkaian gambar 1a hanya akan memberikan nilai R yang sebenarnya yaitu perbandingan dari Vac dan iR jika hambatan dalam dari amperemeter RA sama dengan nol.

Jika, RA 0 yang diperoleh dari hasil bagi Vac dan iR harus dikoreksi.

Pada rangkaian gambar 1b voltmeter V menunjukkan pembacaan beda potensial Vab dari ujung-ujung R, tetapi amperemeter A menunjukkan pembacaan arus i dimana i = iR

+ iV yaitu ir arus yang melalui R dan iV arus yang melalui voltmeter V. Nilai R yang sebenarnya adalah Vab dibagi dengan iR tetapi karena yang ditunjukkan oleh amperemeter ialah i, nilai R yang diperoleh dari pembacaan pada voltmeter V dan amperemeter A harus dikoreksi untuk memperoleh nilai R yang sebenarnya.

2. Cara lain untuk mengukur besar hambatan listrik yang belum diketahui ialah metoda "Jembatan Wheatstone". Mengukur besarnya hambatan listrik yang belum diketahui dengan metoda "Jembatan Wheatstone" pada dasarnya ialah membandingkan besar hambatan yang belum diketahui dengan besar hambatan listrik yang sudah diketahui nilainya. Gambar 2 menunjukkan prinsip dari rangkaian listrik Jembatan Wheatstone.

Keterangan :E : sumber tegangan listrik searah.S : penghubung arus.G : galvanometer.RG : hambatan geser (rheo stat).R1 dan R2 : hambatan listrik yang diketahui nilainya.Rb : bangku hambatan.X : hambatan yang akan ditentukan nilainya.

Setelah S ditutup, dalam rangkaian akan ada arus listrik. Jika jarum dari galvanometer G mengalami penyimpangan berarti ada arus listrik yang melalui galvanometer G, berarti juga antara titik C dan titik D ada beda potensial.

Dengan mengubah-ubah besarnya hambatanRb, R1 dan juga R2, dapat diusahakan sehingga galvanometer G tidak dilalui arus lagi, yang berarti potensial titik C dan titik D sama. Karena itu arus yang melalui R1 dan R2 sama, misalnya i1. Demikian juga arus yang melalui Rb dan X sama misalnya i2.

Dengan menggunakan hukum Ohm, dapat diperoleh nilai dari X yang dinyatakan dengan R1, R2 dan Rb sebagai berikut :

MODUL PRAKTIKUM FISIKA DASAR Ii©2007, LAB. FISIKA DASAR FMIPA UNS

JEMBATAN WHEATSTONE

Untuk menyederhanakan rangkaian dan mempermudah pengukuran hambatan R1 dan hambatan R2 antara A dan B dapat digantikan dengan kawat lurus yang serba sama dan panjangnya L.

Untuk menambah ketelitian pengukuran pada rangkaian dapat ditambahkan komutator K yang dapat digunakan untuk membalikkan arah arus dalam rangkaian. Pada kawat hambatan dapat digeser-geserkan kontak geser C untuk mengubah-ubah besarnya hambatan RAC dan RCB.

Dengan mengeser-geserkan kontak geser C pada kawat hambatan AB atau dengan mengubah-ubah Rb, dapat dicapai keadaan hingga potensial titik C sama dengan potensial titik D, yang dalam hal ini ditunjukkan oleh tidak menyimpangnya jarum dari galvanometer G. Jika hal ini telah dicapai, maka X dapat dinyatakan dengan persamaan :

Dengan mengukur panjang L1 (panjang kawat AC) dan L2 = L - L1 (panjang kawat CB) maka jika R telah diketahui besarnya hambatan X dapat dihitung dengan persamaan (2)

http://lfd.fmipa.itb.ac.id/artikel/modul_interaktif/modul_2_f/teori.html