Jembatan wheatstone

Jembatan Wheatstone Oleh : Siti Novia (14030184013 / PFA 2014) , Leila Rosidha A. (14030184016 / PFA 2014), Adi Cahyono (14030184040 / PFA 2014), Erlina Nurlaili M. (14030184047 / PFA 2014) Abstrak Percobaan yang berjudul Jembatan Wheatstone dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh tahanan geser terhadap kesetimbangan jembatan wheatstone serta membandingkan nilai hambatan yang dihitung secara langsung dan yang ditentukan dengan prinsip Jembatan Wheatstone. Pada percobaan ini digunakan tahanan geser sebagai variabel manipulasi, jenis resistor dan tegangan sebagai variabel kontrol dan panjang kawat l1 dan l2 sebagai variabel respon. Berdasarkan percobaan didapatkan nilai hambatan yang diukur dengan metode jembatan wheatstone sebesar (57,75 ± 1,44) Ω dengan taraf ketelitian sebesar 97,5%. Nilai tersebut berbeda dengan yang diukur secara langsung melalui kode warna yaitu sebesar (50 ± 5%) Ω. Perbedaan nilai tersebut disebabkan oleh faktor suhu dari kawat dan adanya hambatan yang berasal dari kabel penghubung yang digunakan dalam faktor tersebut. Kedua faktor tersebut dapat memperbesar nilai hambatan secara keseluruhan pada rangkaian jembatan wheatstone. Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa semakin besar niai hambatan pada tahanan geser maka perbandingan panjang kawat pertama dan kedua semakin kecil dan nilai hambatan yang diukur dengan metode jembatan wheatstone lebih besar dari yang diukur secara langsung dengan membaca kode warna resistor. Kata Kunci : jembatan wheatstone, kesetimbangan jembatan wheatstone, kode warna resistor PENDAHULUAN Latar Belakang Di era modern ini dalam kehidupan sehari hari manusia tidak pernah lepas dari kebutuhan energi listrik. Alat-alat yang membantu kehidupan manusia pada masa kini sebagian besar difungsikan dengan energi listrik seperti lampu, TV, radio, setrika dan sebagainya. Sumber listrik yang terhubung dengan alat-alat tersebut akan mengalirkan arus listrik sehingga alat tersebut dapat digunakan. Setiap bahan yang dilewati arus listrik memiliki besaran yang dapat menghambat laju arus listrik, besaran tersebut ialah hambatan. Nilai hambatan setiap bahan akan mempengaruhi kuat arus yang mengalir pada rangkaian. Semakin besar hambatan pada suatu rangkaian dengan tegangan yang tetap maka arus yang mengalir semakin kecil. Dalam rangkaian listrik yang terdapat dalam berbagai macam alat elektronik sebenarnya terdapat banyak sekali konfigurasi rangkaian komponen-komponen elektonika. Bukan sekedar rangkaian sederhana yang hanya terdiri dari sumber tegangan dan beban tetapi lebih dari itu. Salah satu konfigurasi dalam elektronika yaitu jembatan wheatstone, yang merupakan rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan yang dihubungkan dengan sumber tegangan. Jembatan Wheatstone juga dapat digunakan untuk menentukan nilai hambatan suatu resistor. Untuk menyelidiki dan lebih memahami hal tersebut maka dilakukanlah percobaan dengan judul “Jembatan Wheatstone”. Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh perubahan nilai hambatan tahanan geser terhadap kesetimbangan Jembatan Wheatstone? Bagaimana perbandingan antara nilai hambatan yangdihitung secara langsungdan yang diukur dengan metode Jembatan Wheatstone? Tujuan Percobaan Mengetahui pengaruh perubahan nilai hambatan tahanan geser terhadap kesetimbangan Jembatan Wheatstone. Membandingkan nilai hambatan yang dihitung secara langsung dan yang diukur menggunakan metode Jembatan Wheatstone. Hipotesis Perubahan nilai hambatan tahanan geser mempengaruhi kesetimbangan Jembatan Wheatstone Nilai hambatan yang diukur dengan metode Jembatan Wheatstone lebih besar dari nilai hambatan resistor yang dihitung secara langsung. DASAR TEORI Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone : 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”. 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 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 ada energy listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bias digunakan atau diserap. Pada gambar 2 terdapat rangkaian seri dan rangkaian parallel. Untuk rangkaian seri akan berlaku : Vcb = I2 . Q Vac = I2 . Rx Vseri 1 = Vcb + Vac = I1 . S + I1 . R2 . . . . (1) Vab = I2 . Q Vad = I2 . P Vseri 2 = Vdc + Vad = I2 . Q + I2 . P = I2 (Q + P) . . . . (2) Selanjutnya karena Vseri ! dan Vseri 2 tersusun parallel, maka Vseri 1 : Vseri 2 = Vab => Vab = I1 ( S + Rx ) I1 = => Vab = I2 ( Q + P ) I2 = Kembali ke persamaan pada rangkaian seri => Vab = I1 ( S + Rx ) I1 = => Vab = I2 ( Q + P ) I2 = Ketika galvanometer berada pada skala nol atau jembatan wheatstone berada dalam keadaan setimbang berlaku Vcb = Vdb. Sehingga dapat diuraikan sebagai berikut : Vcb = Vdb = = = = = Q . Rx = P.S Rx = Pada rangkaian seri yan kedua hambatan P dan Q nilai hambatan berasal dari bahan yang sama yaitu kawat konstanta, hanya saja oanjangnya berbeda. Sebelumya telah diketahui bahwa hambatan yang ditimbulkan suatu bahan dipengaruhi oleh hambatan jenis bahan, panjang dan luas penampang bahan secara matematis berlaku yang mana menjadi R = = Karena bahan dan luas penampang sama, maka Dalam percobaan, untuk resistor yang telah diketahui nilai hambatannya pada umumnya digunakan resistor gelang. Dalam menentukan nilai hambatan dari resistor dapat dilakukan dengan cara melihat susunan warna pada resistor sesuai dengan urutannya. Tiga urutan warna menyatakan nilai hambatan resistor sedangkan warna keempat digunakan dalam sebuah menentukan toleran. Berikut adalah table yang digunakan dalam membaca nilai resistor dengan menggunakan kode warna sebagai berikut : Warna I II III IV Hitam 0 0 100 - Coklat 1 1 101 +- 1% Merah 2 2 102 +- 2% Oranye 3 3 103 - Kuning 4 4 104 - Hijau 5 5 105 - Biru 6 6 106 - Ungu 7 7 - - Abu-abu 8 8 - - Putih 9 9 - - Emas - - 10-1 ± 5% Perak - - 10-2 ± 10% - - - - METODE PECOBAAN Alat dan Bahan Galvanometer 1 buah Multimeter 1 buah Kabel Penghubung secukupnya Tahanan Geser 1 buah Baterai 1 buah Tahanan Bangku 1 buah Resistor Gelang 1 buah Papan Mistar 1 buah Tempat Baterai 1 buah Kawat Konstanta secukupnya Rangkaian Percobaan Variabel Percobaan Variabel Manipulasi : Nilai hambatan pada tahanan geser Variabel Kontrol : Resistor dan tegangan Variabel Respon : Panjang kawat Langkah Percobaan Pertama kali yang harus dilakukan adalah merangkai alat dan bahan seperti pada gambar rangkaian percobaan. Setelah itu memilih nilai tertentu pada tahanan bangku dan memposisikan tahanan geser pada keadaan resistansi mendekati maksimal. Lalu menutup sakelar dan menggeser-geser silinder secara perlahan sehingga galvanometer menunjukkan angka nol. Kemudian mengukur panjang L1 dan L2 serta mengulangi langkah-langkah tersebut dengan mengubah nilai hambatan bangku untuk jenis resistor yang sama. DATA DAN ANALISIS Data Dengan menggunakan jenis resistor yang sama diperoleh data sebagai berikut: Analisis Percobaan Pada percobaan untuk setiap nilai hambatan pada tahanan geser dilakukan lima kali pengulangan percobaan. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan data yang lebih akurat. Pada percobaan dengan nilai hambatan tahanan geser sebesar 20,00Ω dari lima kali pengulangan setelah dilakukan perhitungan didapatkan nilai hambatan resistor sebesar (58,40 ± 2,10)Ω dengan taraf ketelitian sebesar 96,4%. Angka persentase ketelitian yang besar tersebut menunjukkan bahwa pada lima kali pengulangan, nilai data yang diperoleh stabil atau cenderung tetap. Pada percobaan dengan nilai hambatan tahanan geser sebesar 30,00Ω dari lima kali pengulangan setelah dilakukan perhitungan didapatkan nilai hambatan resistor sebesar (57,64 ± 1,44)Ω dengan taraf ketelitian sebesar 97,5%. Jika dibandingkan dengan nilai hambatan yang sebelumnya, maka kedua nilai tidak terpaut jauh bahkan jika dilihat dari angka ketidak pastian keduanya maka kedua hasil pengukuran dapat dikatakan sama. Penambahan nilai hambatan pada tahanan geser mempengaruhi kesetimbangan Jembatan Wheatstone. Ini terlihat dari panjang kawat pertama dan kedua yang berubah cukup signifikan. Perubahan panjang kawat tersebut dari percobaan sebelumnya merupakan respon dari perubahan nilai hambatan pada tahanan geser. Selanjutnya pada percobaan dengan nilai hambatan tahanan geser sebesar 40,00Ω setelah dilakukan perhitungan didapatkan nilai hambatan resistor sebesar (56,76 ± 0,67)Ω dengan taraf ketelitian sebesar 98,8%. Sama seperti sebelumnya, perubahan nilai hambatan pada tahanan geser tidak mempengaruhi nilai hambatan dari resistor yang diuji. Hanya saja yang mengalami perubahan adalah panjang kawat pertama dan kedua. Pada percobaan yang terakhir digunakan nilai hambatan tahanan geser sebesar 50,00Ω dan dari lima kali pengulangan percobaan didapatkan nilai hambatan resistor yang diuji sebesar (57,62 ± 0,48)Ω dengan taraf ketelitian sebesar 99,17%. Untuk mengetahui pengaruh perubahan nilai hambatan tahanan geser terhadap kesetimbangan Jembatan Wheatstone maka harus dibandingkan panjang kawat pertama dan kedua antara nilai hambatan tahanan gesar yang satu dengan lainnya. Jika diamati pada setiap perubahan nilai hambatan tahanan geser maka panjang kawat pertama (L1) dan panjang kawat kedua (L2) juga berubah. Perubahan panjang kawat tersebut menunjukkan bahwa kesetimbangan Jembatan Wheatstone dipengaruhi oleh nilai hambatan pada tahanan geser. Jembatan Wheatstone berada dalam keadaan setimbang ketika jarum galvanometer menunjuk angka nol, artinya diantara dua titik yang dihubungkan oleh galvanometer tersebut tidak ada arus yang mengalir. Pada gambar rangkaian percobaan Jembatan Wheatstone berada dalam kesetimbangan ketika perbandingan nilai hambatan resistor (Rx) dengan nilai hambatan tahanan geser (Rb) sama dengan perbandingan nilai hambatan antara kawat dengan panjang L1 dan kawat dengan panjang L2. Karena kawat L1 dan kawat L2 terbuat dari jenis bahan dan luas penampang yang sama maka perbandingan nilai perbandingan nilai hambatan tahanan geser diubah maka panjang kawat pertama dan kedua juga berubah. Nilai hambatan resistor yang ditentukan melalui kode warna sebesar (50 ± 5%) Ω artinya nilai hambatan resistor berada diantara 52,5Ω dan 47,5Ω. Sedangkan nilai hambatan resistor yang diukur dengan metode Jembatan Wheatstone sebesar (57,75 ± 1,44)Ω dengan taraf ketelitian sebesar 97,5%. Seharusnya kedua nilai hambatan tersebut sama karena resistor yang diuji adalah sama. Tetapi sesuai hasil percobaan, nilai hambatan resistor yang diukur dengan metode Jembatan Wheatstone lebih besar dari nilai hambatan yang ditentukan secara langsung melalui kode warna. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya yakni faktor suhu dan adanya hambatan pada kabel-kabel penghubung yang digunakan dalam percobaan. Suhu dari kawat penghantar yang digunakan dalam percobaan ketika dialiri arus listrik dalam waktu yang cukup lama akan meningkat. Dengan meningkatnya suhu kawat tersebut maka atom-atom penyusun kawat akan bergerak lebih cepat dan tidak beraturan. Hal ini menyebabkan laju arus yang mengalir menjadi terganggu dan berkurang sehingga dapat dikatakan nilai hambatan dari kawat meningkat. Kenaikan nilai hambatan tersebut juga akan berpengaruh terhadap hasil perhitungan hambatan resistor. Selain itu faktor adanya hambatan pada kabel penghubung juga mempengaruhi karena pada percobaan menggunakan beberapa kabel penghubung untuk menghubungkan suatu alat dengan alat lainnya. Kabel penghubung tersebut terbuat dari bahan konduktor yang mempunyai hambatan jenis, dengan panjang tertentu maka kabel tersebut dapat memperbesar hambatan secara keseluruhan dalam rangkaian Jembatan Wheatstone. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : Perubahan nilai hambatan tahanan geser berpengaruh terhadap kesetimbangan Jembatan Wheatstone. Semakin besar nilai hambatan pada tahanan geser maka semakin kecil perbandingan antara panjang kawat pertama (L1) dan panjang kawat kedua (L2). Nilai hambatan yang dihitung secara langsung sebesar (50 ± 5%) dan yang diukur dengan etode Jembatan Wheatstone sebesar (57,75 ± 1,44) Ω dengan taraf ketelitian sebesar 97,5%. Nilai hambatan yang diukur dengan metode Jembatan Wheatstone lebih besar dari yang dihitung secara langsung (melalui kode warna). Hal ini disebabkan oleh faktor suhu kawat dan adanya hambatan yang berasal dari kabel penghubung yang digunakan dalam percobaan. Kedua faktor tesebut dapat memperbesar nilai hambatan pada rangkaian. Saran Saat melakukan percobaan agar lebih teliti dalam menentukan kesetimbangan Jembatan Wheatstone dan apabila menjadikan nilai hambatan pada tahanan geser sebagai variabel manipulasi. Sebaiknya rentang nilai hambatan tahanan geser dibuat besar agar pengaruh perubahan nilai hambatan tahanan geser terhadap kesetimbangan Jembatan Wheatstone terlihat lebih jelas. . DAFTAR PUSTAKA Abdullah, Mikrajudin. 2006. Diktat Kuliah Fisika Dasar 2. Bandung: FMIPA ITB Tim Dosen Fisika Dasar. 2015. Panduan Praktikum Fisika Dasar 2. Surabaya: Unipress Tipler, Paul A. 1998. Physics for Scientist and Engineers Third Edition. Jakarta: Erlangga Zemanzky, Sears. 1962. Fisika Untuk Universitas Jilid 2. Jakarta. Erlangga