Laboratorium Fisika Dasar

Laboratorium Fisika DasarBAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangDalam suatu rangkaian listrik pasti terdapat hambatan. Hambatan listrik suatu penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik. Untuk mengukur hambatan tersebut, maka dilakukan praktikum yang berjudul Jembatan Wheatstone ini.Rangkaian jembatan wheatstone adalah susunan dari 4 buah hambatan, yang mana dua dari hambatan tersebut belum diketahui besarnya yang disusun secara seri. Setelah dilakukannya praktikum ini, diharapkan praktikan dapat menghitung besar hambatan pada setiap resistor pada rangkaian listrik.

1.2 Tujuan Praktikum1. Mempelajari rangkaian jembatan wheatstone sebagai pengukur hambatan.2. Mengukur besar hambatan dan membuktikan hukum hubungan seri dan parallel.3. Menentukan hambatan jenis suatu kawat penghantar

1.3 Manfaat PraktikumSetelah mengikuti praktikum ini, diharapkan praktikan dapat merangkai rangakaian jembatan wheatstone. Selain itu praktikan juga mampu dalam menghitung besarnya hambatan pada setiap resistor yang digunakan dalam rangakaian listrik yang digunakan.BAB IILANDASAN TEORI2.1Teori Dasar ObjekBerikut ini akan diuraikan mengenai teori dasar yang digunakan dalam percobaan mengenai Jembatan Wheatstone.

2.1.1 Sejarah Jembatan wheatstonePada tahun 1834 seseorang bernama Charles Wheatstone menemukan sebuah alat yang dinamakan circuit jembatan wheatstone yang telah banyak digunakan untuk melakukan pengukuran tahanan atau hambatan dengan tepat.Hambatan listrik merupakan sesuatu karakteristik suatu bahan penghantar konduktor, yang dapat digunakan untuk mengatur besarnya arus listrik pada suatu rangakaian.Secara matematis, hamata dapat ditulis dengan :R = V/IDimana : R = Besar nilai hambatan (Ohm)V = Beda Potensial (Volt)I = Kuat Arus (Ampere)

Prinsip dasar dari jembatan Wheatstone adalah kesetimbangan. Sifat umum listrik yaitu arus mengalir menuju poliritis paling rendah. Jika sama, maka arus listriknya tidak akan mengalir dari kedua titik.Jembatan Wheatstone adalah alat pengukur besarnya suatu hambatan. Alat ini biasanya digunakan pada era zaman Charles. Dan seiring berjalannya waktu, pada saat sekarang ini kita dapat mengukurnya dengan multimeter. Dan juga, jembatan wheatstone ini biasanya menghitung rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan.Jembatan Wheatstone lebih ditunjukkan untuk proses pengukuran hambatan suatu listrik. Cara ini tidak membutuhkan voltmeter atau amperemeter. Untuk menggunakan jembatan Wheatstone ini, saklar harus ditutup agar dapat menunjukkan angka nol. Makanya dengan cara demikian hal ini terbilang kuno (konvensional). Tapi buka karna atau lainnya kenapa dibilang demikian melainkan waktu yang kita gunakan untuk medapatkan besarnya hambatan untuk mendapatkan besasrnya hambatan suatu rangkaian sangatlah lama.Suatu tahanan atau hambatan yang melebihi tahanan galvanometer, secara permanen dihubungkan dengan ujung galvanometer. Apabila kotak tergelincir kecepatan galvanometer tidak maksimal, karena terletak disebelah kiri.Agar kecepatan galvanometer penuh, maka kontok diletakkan disebelah kanan dan kiri tahanan. Jika ada tahanan yang konduktif, maka harga akhirnya dalam waktu yang berlainan, apabila I ditutup oleh galvanometer.Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi arus. Kebanyakan alat itu kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan dalam medan magnet. Berikut gambar 2.1 menggambarkan rangkaian pemasangan galvanometer Gambar 2.1 jembatan wheatstone Keterangan Gambar : R1,R2,R3 = Resistor yang hambatannya bisa berubah Rx = Resistor yang akan ditentukan hambatannya G = Galvanometer E = Sumber tegangan Arus

Saat galvanometer menunjukkan angka nol, maka berlaku hubungan berikut ini:R1.R3 = R2.Rx..(1)Dalam percobaan ini, R1 dan R2 sebanding dengan Ii dan I2. Sehingga persamaan I dapat ditulis

Untuk kawat konduktor, dengan panjang l dan luas penampang A, harga R dapat ditentukan dengan : R = I/AKeterangan : R = Hambatan (Ohm) I = Panjang kawat (meter) A = Luas Penampang (m2)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 2.2 atau gambar 2.3 :

Gambar 2.2 Rangkaian VoltmeterGambar 2.3 Rangkaian AmpermetervPada gambar 2.2 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 2.2 rangkaian voltmeter 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 2.3 rangkaian ampermeter 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. 2.1.2 Hukum-hukum yang digunakan pada jembatan Wheatsone :1. Hukum OhmBunyinya : Hambatan penghantar adalah sama, tak peduli berapapun tegangannya yang dipakai, untuk mengatur atau mengukur arus tersebut.2. Hukum Khircoff IBunyinya : Jumlah arus masuk, pada percobaan yang sama dengan jumlah arus keluar dari titik percabangan.3. Hukum Khircoff IIBunyinya : Jumlah aljabat dari suatu rangakaian tertutup, adalah sama dengan nol.

Tiga hal penting dalam menjaga keseimbangan jembatan wheatstone adalah :a. Kondisi keseimbangan tidak dipengaruhi oleh perubahan tegangan listrik.b. Kondisi keseimbangan tidak dipengaruh oleh penggantian posisi dari sumber tegangan dan galvanometer.c. Galvanometer hanya digunakan untuk melihat ada atau tidaknya arus yang melalui sirkuit.

Jika hambatan dalam amperemeter sama dengan nol, maka perbandingan dari Vac dan IR akan menghasilkan nilai apabila Ra tidak sama dengan nol maka perbandingan yang diperoleh antara Vac dan IR harus dilakukan koreksi kembali karena kemungkinan telah terjadi kesalahan.

2.1.3 Manfaat Jembatan WheatstonePerancangan dan pembuatan perhitungan ikan secara otomatis diciptakan alat-alat yang bertujuan untuk mempermudah tugas manusia dalam pekerjaan sehari-hari. Dalam bidang perikanan perlu diciptakan suatu alat yang dapat menggantikan tugas manusia untuk menghitung jumlah ikan beri-beri saat beri makanannya, akan menjaga jumlah ikan dalam jumlah banyak sehingga tugas manusia dapat digantikan oleh alat ini juga dapat mempercepat proses perhitungan ikan secara otomatis ini dapat menghemat waktu.

2.1.4 Prinsip Kerja GalvanometerPengukuran arus searah pada mulanya menggunakan galvanometer suspense dengan system gantungan, instrument ini merupakan pelopor instrumen kumparan putar yang merupakan dasar dari alat penunjuk arus searah.Menurut hukum dasar gaya elektro, magnetic kumparan akan berputar di dalam medan magnet bila dialiri arus listrik. Gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan, keelastisan serabut tersebut akan membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. Kumparan ini akan terus berdefleksi sampai gaya elektro magnetik mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian penyimpangan kumparan merupakan hukuran bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. Sebuah cermin yang dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan gintik yang telah diperkuat bergerak diatas skala pada suatu jarak dari instrumen. Efek optiknya adalah suatu arus penunjuk yang panjang tetapi massanya nol. Walaupun galvanometer suspense portable, namun prinsip yang mengatur kerjanya diterapkan secara sama terhadap jenis yang relatif lebih baru, yaitu: PMMC (Permanent Magnet Moving-coil Mechanism).

2.2 Teori Dasar Alat UkurJembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. (Suryatmo, 1974).Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 . Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993). Berikut gambar yang memperlihatkan gambar jembatan wheatstone :

Gambar 2.2 Jembatan Wheatstone

Galvanometer merupakan instrument sangat peka dan dapat mengukur arus yang sangat lemah. Galvanometer terdiri atas sebuah komponen kecil berlilitan banyak yang ditempatkan dalam sebuah medan magnet begitu rupa sehingga garis-garis medan akan menimbulkan kopel pada kumparan apabila melalui kumparan ini ada arus. (Flink, 1985). Berikut gambar alat galvanometer :

Gambar 2.3 Galvanometer

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN3.1 Peralatan dan Fungsinyaa. Kawat geser Kawat geser berfungsi sebagai penghubung tunggal galvanometer dengan rangkaian.b. Resistor 100 ohm dan 1 kilo ohmResistor berfungsi sebagai hambatan dalam rangkaian.c. Kawat penghantarKawat penghantar berfungsi untuk menghantarkan arus listrik.d. GalvanometerGalvanometer digunakan untuk mengukur kuat arus dan tegangan dalam rangkaian.e. Power supply DCPower supply sebagai sumber arus searah dalam rangkaian.f. Hambatan standarHambatan standar digunakan sebagai penghubah variabel hambatan pada rangkaian.g. Kabel PenghubungKabel penghubung digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen pada rangkaian.

3.2 Prosedur PercobaanA. Mengukur besar hambata Seri dan Paralel1. Rangkaian disusun seperti gambar 3.1 skema alat2. Nilai Rs diatur pada 100 ohm, kemudian kontak geser K diatur sehingga galvanometer menunjukkan angka nol.3. Panjang L1 dan L2 dicatat.4. Percobaan diulangi dengan mengubah nilai Rs.5. Rx diganti dengan Ry dan langkah nomor 2 dan 3 dilakukan.

B. Menentukan hambatan jenis kawat penghantar1. Dari gambar 1, Rx diganti dengan kawat penghantar .2. Panjang dan diameter kawat dicatat.3. Cara kerja A.2 dan A.3 dilakukan.4. Langkah diatas diulangi untuk panjang kawat yang berbeda.

3.3 Skema AlatBerikut gambar pemasangan rangkaian pada percobaan jembatan wheatstone :

21

543Gambar 3.1 Skema alatKeterangan gambar :1 = Power Supply2 = Rs (Hambatan Standard)3 = Kabel Penghubung4 = Galvanometer5 = Resistor

BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data PercobaanA. Menghitung Besar Hambatan Rangkaian TunggalTabel 4.1 Data percobaan hambatan rangkaian tunggalNORx1 = 55,6 Rx2 = 55,1

Rs ()L1 (cm)L2 (cm)Rs ()L1 (cm)L2 (cm)

15060402002377

210027733001585

330018825001288

B. Mengukur besar hambatan rangkaian seriTabel 4.2 Data percobaan hambatan rangkaian seriNoRs ()L1 (cm)L2 (cm)

14008713

25008515

36008218

4.2 PerhitunganA. Hambatan Tunggal L1 = 0.6 mL2 = 0.4 mRs = 50 ohmRx = = x 50 ohm = 75 ohm

Tabel 4.3 Tabel hasil hambatan tunggalNoL1 (cm)L2 (cm)Rs (ohm)Rx(ohm)

160405075

2277310036.99

3188230065.85

4237720059.74

5158530052.94

6128850068.18

B. Hambatan SeriL1 = 85 cmL2 = 15 cmRs = 400 ohmRx = = = 2266.67 ohm

Tabel 4.4 Tabel Hasil Hambatan SeriNoL1L2RsRx

187134002666.67

285155002833.33

382186002700

4.3 AnalisisBerdasarkan percobaan yang berjudul Jembatan Wheatstone, praktikan melakukan dua buah langkah kerja. Pertama percobaan yang bertujuan menentukan besar hambatan pada rangkaian tunggal. Dan pada percobaan yang kedua adalah percobaan yang bertujuan mengukur besar hambatan rangkaian seri.Saat menentukan besar hambatan rangkaian tunggal, praktikan menggunakan dua buah nilai Rx yang besarnya berbeda. Pada setiap Rx nya dilakukan 3 kali percobaan dengan Rs yang berbeda-beda. Kemudian setelah semua data didapatkan, maka dihitunglah Rx dengan menggunakan rumus berikut :RsPada percobaan pertama, nilai Rx pada rangkaian tunggal sebesar 75 ohm yang didapat dari nilai L1=0,60 m dan L2=0,40 m. Nilai ini didapatkan dengan memasukkan nilai dari L1.L2 dan Rs sebagai R yang sudah ditetapkan sebelumnya. L1 dan L2 ditentukan dari galvanometer yang menunjukkan angka nol. Sedangkan nilai Rx pada saat menggunakan rangkaian seri, didapatlah sebesar 2676,9 ohm dengan L1 = 0,87 m dan L2 = 0,13 m, dengan Rs sebesar 400 ohm.Dari contoh persamaan diatas, kita dapat menyimpulkan bahwa yang sangat mempengaruhi nilai Rx adalah nilai Rs. Semakin besar nilai Rs, maka nilai Rx yang didapatkan pada setiap percobaan juga akan semakin besar. Begitu pula sebaliknya, semakin kecil nilai Rs maka nilai Rx yang didapatkan juga semakin kecil. Rs berpengaruh dalam menentukan nilai Rx, karena Rs dijadikan sebagai pembanding. Sesuai dengan penjelasan sebelumnya yaitu L1dan L2 sebanding dengan R1, dan R2 dalam posisi jarum galvanometer menunjukkan angka nol.Lalu dalam percobaan jembatan wheatstone ini, kita juga dapat menentukan hambat jenis kawat penghantar yang kita gunakan. Rumus yang digunakan adalah :Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa Luas penampang (A) dan panjang kawat (L) berpengaruh terhadap hambat jenis kawat. Luas penampang berbanding lurus, sedangkan panjang kawat berbanding terbalik terhadap hambat jenis kawat ().Nilai hambat jenis dari kawat timah adalah 4,3 x 10-8 ohm. Berikut adalah table hambat jenis dari beberapa bahan :KonduktorOhmmeter

Aluminium2,63 x 10-8

Karbon3,5 x 10-8

Tembaga1,77 x 10-8

Perak5,51 x 10-8

IsolatorOhmmeter

Gelas1010 - 1014

Mika1011 - 1015

Kwarsa1019

Kayu108 - 1011

Biasanya nilai hambat jenis kawat ini adalah yang berbeda antara percobaan dengan literaturnya. Percobaan nilai tersebut mungkin dikarenakan terjadi kesalahan-kesalahan, baik kesalahan dalam perhitungan maupun kesalahan dari menentukan panjang L1dan L2 yang dalam menetapkan jarum galvanometer sebagai nol. Karena seharusnya perbandingan antara L1dan L2 dengan R1 dan R2 adalah perbandingan yang sama karena V1 = V2 pada galvanometer menunjukkan angka nol.

BAB VPENUTUP

5.1 KesimpulanSetelah melakukan praktikum mengenai jembatan jembatan wheatstone dapat praktikan simpulkan beberapa point : Sebuah resistor yang dipasang secara seri lebih besar hambatannya dibanding resistor yang dipasang secara parallel Semakin besar penampang (A) benda, semakin kecil hambatannya Semakin panjang suatu benda, semakin besar hambatanya

5.2 SaranAdapun beberapa saran yang ingin praktikan sampaikan, setelah melakukan praktikum ini antara lain sebaiknya praktikan ; memahami materi atau bahan mengenai praktikum sebelum praktikum dimulai mengetahui dan memahami mengenai alat dan fungsinya Teliti dalam melakukan praktikum Meningkatkan kerjasama team dalam kelompok Bekerja dengan pemanfaatan waktu yang baik

JEMBATAN WHEATSTONEJAWABAN PERTANYAAN1. Cara lain untuk mengukur hambatan Dengan menggunakan ohm meter, kabel penghubung ohm meter disambungkan pada keddua ujung kaki resistor yang akan diukur2. Bukti persamaan 2 daan 3Vab = Vac , maka I 1 . R3 = I2 . R2Vbd = Vcd, maka I2 . Rx = I2 . R2Jika persamaan diatas diselesaikan, akan diperoleh :R1 . R3 = Rx . R2Sehingga ; Rx = 3. Syarat agar R1 dan R2 sebandingSyaratnya kawat harus homogen4. Pengaruh pengukuran jika kawat geser tidak homogenAkan menghasilkan harga hambatan yang berbeda dan harga hambatan tidakn akan seimbang dengan kawat.5. Mengapa dalam pengukuran kapasitas, galvanometer diganti dengan HeadphoneDengan menggunakan headphone kita mendapatkan nilai impedansi secara murni. Dan baterai handphone merupoakan sel sekunder mati yang prinsip kerjanya sama dengan kapasitor yang baik

6. Apakah satuan hambatan jenis (dalam SI)Satuannya adalah Ohm7. Buat bagan data pengamatan

DeskripsiRsALL1L2

HanbatanRsL1L2

Tunggal

Seri

Parallel

DAFTAR PUSTAKA

Giancolli, DC. 1991. Fisika Jilid I. Jakarta : ErlanggaHalliday, Resnick . 1993. Fisika Jilid II. Jakarta : ErlanggaHidayat, Lilik. 2004. Kamus Fisika Bergambar. Bandung : Pekan RayaSutrisno, 1997 . Fisika Dasar II. Bandung : ITB

Jembatan Wheatstone 16Teknik Mesin