Laporan Fisika Dasar Lanjutan [PDF]

Citation preview

JEMBATAN WHEATSTONE



LAPORAN PRAKTIKUM MATA KULIAH FISIKA DASAR LANJUTAN



Oleh : Nama /NIM



: Nurul Wahidatis Sya’bania



Kelompok



: IIIB



Asisten



: Oki Firmansyah



Tanggan Praktikum/Jam



: 09 April 2020 / 09.40 – 12.20



LABORATORIUM FISIKA DASAR JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2020



DAFTAR ISI BAB 1 PENDAHULUAN..............................................................................3 1.1 Latar Belakang....................................................................................3 1.2 Rumusan Masalah...............................................................................4 1.3 Tujuan.................................................................................................4 1.4 Manfaat...............................................................................................4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................5 BAB 3 METODE EKSPERIMEN.................................................................9 3.1 Alat dan Bahan................................................................................9 3.2 Desain Eksperimen........................................................................10 3.2.1 Variabel Eksperimen..................................................................10 3.2.2 Prosedur Percobaan....................................................................11 3.3 Metode Analisis Data....................................................................12 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN........................................................13 4.1 Hasil...............................................................................................13 4.2 Pembahasan...................................................................................14 BAB 5 PENUTUP........................................................................................15 5.1 Kesimpulan....................................................................................15 5.2 Saran..............................................................................................15 DAFTAR PUSTAKA...................................................................................16 LAMPIRAN



2



BAB 1 PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Jembatan wheatstone merupakan suatu metode yang dilakukan untuk memperoleh ketelitian dalam pengukuran terhadap suatu tahanan yang memiliki nilai relatif sangat kecil. Jembatan wheatstone adalah suatu rangkaian listrik yang dapat mengukur hambatan yang belum diketahui serta untuk mengoreksi kesalahan yang dapat terjadi dalam pengukuran hambatan dengan menggunakan Hukum Ohm. Prinsip Jembatan Wheatstone berhubungan dengan Hukum Kirchoff I dan Hukum Hirchoff II (Dedy, 2012). Kehidupan sehari-hari kita selalu bersanding dengan benda-benda yang memiliki arus listrik. Ada beberapa hal yang mempengaruhi kinerja dari arus listrik seperti tahanan, arus, tegangan dan lain-lain. Jembatan Wheatstone ini merupakan rangkaian hambatan, sehingga dengan melakukan praktikum ini kita dapat mengetahui hambatan yang nilainya belum diketahui dalam suatu rangkaian listrik. Prinsip Jembatan Wheatstone ini dalam kehidupan sehari-hari digunakan pada bidang perikanan. Praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan ini menggunakan arus DC. Rangkaian ini terdiri dari hambatan standar, dan hambatan yang belum diketahui nilainya. Tegangan DC ditempatkan diantara dua titik diagonal dengan hambatan variabel (diganti dengan kawat lurus sepanjang L1 dan L2 yang homogen) diatur sedemikian rupa sehingga tegangan yang terukur pada titik kawat sama dengan atau mendekati nol. Titik nol ini diukur dengan menggunakan Galvanometer karena memiliki sensitivitas tinggi.



3



1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah pada praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan ini, yaitu bagaimana menentukan nilai hambatan sebuah resitor dengan menggunakan metode Jembatan Wheatstone? 1.3 Tujuan Tujuan dilakukannya praktikum Jembatan Wheatstone ini yaitu untuk mengetahui cara menentukan nilai hambatan sebuah resitor dengan menggunakan metode Jembatan Wheatstone. 1.4 Manfaat Prinsip Jembatan Wheatstone dalam kehidupan sehari-hari diterapkan pada bidang perikanan. selain itu, aplikasi jembatan wheatstone juga dipakai dalam perobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Perubahan hambatannya sedemikian kecilnya sehingga untuk emndapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan dalam rangkaian jembatan wheatstone. Dalam percobaannya digunakan strain gauge yang didalamnya telah terdapat rangkaian listrik beserta jembatan wheatstone.



4



BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA



2.1 Sejarah Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada tahun 1883 yang kemudian ditingkatkan dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Sir Charles Wheatstone adalah seorang ilmuan Inggris dan merupakan penemu banyak terobosan ilmiah di era Ratu Victoria. Sir Charles Wheatstone lahir pada tanggal 6 Februari 1802 di Barnwood, Gloucester Inggris. Ayahnya adalah penjual musik di koa tersebut, yang kemudian berpindah ke 128 Pall Mall, London. Sir Charles Wheatstone terkenal dengan kontribusinya dalam pengembangan jembatan wheatstone ini. Sir Charles Wheatstone akhirnya meninggal pada 19 Oktober 1875 pada umur 73 tahun dan meninggal di Paris, Perancis (Indrajit, 2007) 2.2 Definisi Jembatan Wheatstone merupakan metode untuk mengukur hambatan secara tidak langsung dan memiliki ketelitian yang lebih jika dibandingkan dengan ohmmeter. Jembatan Wheatstone digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui nilai hambatan listriknya. Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur yang dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam pengukuran suatu tahanan yang memiliki nilai relatif kecil sekali. Penggunaan rangkaian Jembatan Wheatstone yaitu dengan membandingkan hasil dari pengukuran besaran komponen resistor pada kondisi keseimbangan titik nol galvanometer. Jika galvanometernya menunjukkan angka nol, maka perkalian hambatan yang saling berhadapannya sama besar (Cunayah, 2006). Galvanometer adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk mengukur arus yang sangat kecil. Proses pengerjaan galvanometer menggunakan arus gulungan putar yang terdiri dari sebuah magnet yang diam dan sebuah potongan



5



kawat yang merupakan satu bagian yang mudah bergerak dan dialalui arus yang hendak diukur. Pada kapal motor terdapatlapis-lapis kutub yang ditempatkan pada sebuah inti dengan lilitan kawat yang diputar secara bebas melalui satu poros. Jika lilitan ini diberi arus listrik, akan timbul kekuatan yang mengakibatkan gulungan memutar hingga membentuk sudut 90 terhadap arah kawat. Dengan menggunakan peraturan daya, dapat kita ketahui jika gulungan kawat akan berputar menurut arah panah, sehingga jarum penunjuknya menyimpang kekanan dari angka nol (Suryanto, 1999). Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan dalam pengukuran ketelitian tahanan dalam daerah 1Ω-100.000Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari empat lengan yang terdiri dari tiga tahanan (R1, R2, R3) yang diketahui nilainya serta dapat diatur dan terdiri dari sebuah hambatan yang tidak diketahui nilainya (RX). Jika konduktor pengalir arus ditempatkan dalam medan magnet maka dihasilkan gaya pada konduktor yang cenderung menggerakkan konduktor dengan arah yang tegak lurus medan (Lister, 1993). Kegunaan Jembatan Wheatstone yaitu mengukur suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada Galvanometer sama dengan nol. Cara kerja Jembatan Wheatstone yaitu sirkuit listrik empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan dengan dua titik diagonal. Galvanometer ditempatkan pada kedua titik diagonal yang berbeda dari titik diagonal yang menghubungkan dengan tegangan (Pramono, 2014) Jembatan Wheatstone telah dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah. Sumber kesalahan utama pada kesalahan batas dari ketiga tahanan yang dilalui terdiri dari : -



Sensitivitas detektor yang tidak cukup.



-



Perubahan tahanan lengan



-



Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan adanya kontakkontak luar (Cooper, 1994).



2.3 Gambar



6



Prinsip Jembatan Wheatstone dipakai untuk mengukur besarnya tahanan suatu penghantar dengan teliti. Selain itu, Jembatan Wheatstone digunakan untuk mengoreksi kesalahan yang dapat terjadi dalam pengukuran hambatan menggunakan Hukum Ohm. Jembatan Wheatstone terdiri dari 4 tahanan yang disusun segi empat dan Galvanometer (Hikam, 2005). Jembatan Wheatstone dirancang seperti berikut ::



Gambar 2.1. Rangkaian Jembatan Wheatstone (Sumber : Hikam, 2005) 2.4 Rumus Prinsip kerja Jembatan Wheatstone mengupayakan agar saat dioprasikan, Galvanometer berada pada titik nol. Jika jarum Galvanometer menunjukkan angka nol mengarikan bahawa tidak ada arus yang mengalir. Pada keadaan ini, berlaku prinsip Jembatan Wheatstone yang diformulasikan seperti : R1 × R3=R 2 × R 4



(2.1)



Hasil eksperimen Hukum Ohm menyatakan jika, arus dalam segmen kawat sebanding dengan beda potensial yang melintasinya. Kesebandingannya ditulis 1/R, diformulasikan sebagai berikut : 1 V R



I=



7



(2.2)



R=



V I



(2.3)



Persamaan diatas memberikan definisi umum dari resistansi antara dua titik. Jika arus mengalir melalui kawat tembaga, maka arus akan mendapatkan hambatan atau tahanan. Ohm telah menemukan bahwa pada suhu konstan arusnya bertambah sehingga terdapat tegangan yang diformulasikan : V =konstan I



(2.4)



Perbandingan konstan ini menurut Ohm disebut tahanan dari penghantar dengan simbol R, sehingga menjadi seperi persaman 2.3. Hubungan pasa persamaan 2.3 tetap sebagai definisi umum dari hambatan sebuah penghantar, tidak peduli apakah hambatan tersebut mengikuti Hukum Ohm atau tidak (Halliday, 1996). 2.5 Literatur Menurut (Hough, 2003), ada tiga hukum dasar mengenai rangkaian jembatan wheatstone. Hukum yang pertama yaitu Hukum Ohm. Hukum yang dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang fisikawan Jerman pada tahun 1825. Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu oenghanar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding lurus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Hukum kedua yaitu Hukum Kirchoff 1 yang dicetuskan oleh Gustav Robert Kirchoff. Ia menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang. Hukum ini berbunyi “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan. Hukum yang ketiga yaitu Hukum Kirchoff II yang berbunyi “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL(E) dan jumlah penurunn potensial sama dengan nol”. Maksudnya, tidak adanya energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa digunakan atau diserap.



8



BAB 3 METODE EKSPERIMEN



3.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan diantaranya : 1. Resistor 100Ω, merupakan hambatan standar yang berfungsi sebagai hambatan tetap yang digunakan untuk menetapkan hambatan yang digunakan. 2. Resistor 56Ω, merupakan hambatan standar yang berfungsi sebagai hambatan tetap yang digunakan untuk menetapkan hambatan yang digunakan. 3. Resistor 47Ω merupakan hambatan standar yang berfungsi sebagai hambatan tetap yang digunakan untuk menetapkan hambatan yang digunakan. 4. Capit buaya, berfungsi untuk mencapit kawat nikel pada papan. 5. Kabel cait buaya, berfungsi untuk menghubungkan kawat nikel dengan resistor. 6. Galvanometer, yaitu alat yang berfungsi untuk mengukur arus pada suatu hambatan. 7. Catu daya dan kabel penghubung, berfungsi untuk memberi energi listrik dengan kabel penghubung sebagai perantaranya. 8. Multimeter, digunakan untuk menghitung hambatan yang awalnya tidak diketahui, 9. Saklar, berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik.



9



10. Kawat nikel dan papan, merupakan pengganti dari tahanan variabel yang berfungsi untuk membuat arus pada galvanometer menjadi nol sehingga jembatan wheatstone dikatakan dalam keadaan setimbang. 11. Meteran, untuk menentukan



letak L yang menyebabkan jarum



galvanometer menjadi nol. 12. Papan sirkuit, sebagai wadah atau tempat untuk menyusun rangkaian listrik. 3.2 Desain Eksperimen Desain eksperimen yang dipakai pada praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan adalah sebagai berikut :



Gambar 3.1. Rangkaian Jembatan Wheatstone (Sumber : Tim Penyusun, 2020) Keterangan : G



= Galvanometer



L1 dan L2 = Panjang kawat nikelin mempunyai penampang lintang pada sepanjang kawat (pengganti R2 dan R3). B



= Kontak geser



R1



= Hambatan Standart



Rx



= Hambatan yang akan diukur besarnya



E



= Sumber daya DC



10



S



= Saklar.



3.2.1 Variabel Eksperimen Variabel eksperimen yang ada pada praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan, diantaranya : 1. Variabel bebas dalam praktikum Jembatan Wheatstone ini adalah besarnya hambatan standar dan tegangan yang diberikan catu daya. 2. Variabel terikat dalam praktikum Jembatan Wheatstone ini adalah posisi pada kawat L yang menunjukkan arus 0 pada galvanometer dan nilai Rx. 3. Variabel kontrol pada praktikum Jembatan Wheatstone ini adalah kontak geser yang dilakukan. 3.2.2 Prosedur Eksperimen Prosedur eksperimen yang dilakukan pada praktikum Jembatan Wheatstone ini, seperti dibawah ini : Mulai



Rangkaian dihubungkan seperti gambar 3.1



Pilih catu daya dengan output 3V



Pilih catu daya dengan output 3V



Kontak geser disentuhkan pada salah satu kawat hingga jarus Galvanometer menunjukkan angka nol.



Catat tempat kedudukan kontak geser



Rx diukur dengan multimeter



Ulangi hingga 3-4 kali percobaan dengan merubah besar R1 11



Hasil 3.3 Metode Analisis Data Metode analisis data dalam praktikum jembatan wheatstone adalah sebagai berikut : 3.3.1. Pengukuran besar Rx dengan substitusi kawat sepanjang L sebagai variabel pengganti 𝑹𝟑 dan 𝑹𝟒 Hasil yang akan dianalisis adalah perbandingan antara nilai tahanan hasil



perhitungan



dengan



nilai



bila



diukur



denagn



Ohm



moeter



(Multimeter).Faktor penyebab selisih yang besar antara nilai Rx perhitungan dengan rx pengukuran yang di jelaskan.Data lain yang perlu dianalisis adalah hubungan antara lamanya pengukuran dengan besarnya kesalahan relatif. 3.3.2. Ralat Ralat yang di gunakan dalammenentukan nilai dari praktikum Jembatan Wheatstone adalah sebagai berikut : 1 ∆ R1 = nst …………………………………………………………………..3.1 2 1 ∆ L1=∆ L2= nst ………………………………………………………….3.2 2 ∆ R x =¿………………………...………………………….3.3 R x=



I=



R 1 L2 ……………………………………………………………………..3.4 L1



∆ Rx x 100 %……………………………………………………………..3.5 Rx



12



K=100 %−I ……………………………………………………………….3.6



Ap=1−log log



∆ Rx …………………….……………………………………3.7 Rx



BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN



4.1 Hasil Hasil dari praktikum jembatan wheatstone yang telah kami lakukan sebagai berikut : 4.1.1



Tabel hasil perbandingan perhitungan Rx dengan Referensi



Rx(Referensi Ω 47



R1 Ω 47



( Rx ± ΔRx ) (Ω) 3V ( 51,7 ± 0 )



6V ( 47,9 ± 0,2 )



47



56



( 53,9 ± 0,1 )



( 48,0 ± 0,1 )



47



100



( 49,5 ± 0,2 )



( 45,9 ± 0 )



56



47



( 58,6 ± 0 )



( 56,4 ± 5,4 )



56



56



( 59,4 ± 0,3 )



( 57,6 ± 0,2 )



56



100



( 57,9 ± 0,2 )



( 56,0 ± 0,2 )



100



47



( 104,2 ± 0,5 )



( 112,1 ± 0 )



100



56



( 109,4 ± 0,2 )



( 105,7 ± 0,2 )



13



100



100



( 106,2 ± 0,1 )



( 104, 1 ± 0,4 )



4.2 Pembahasan Percobaan Jembatan Wheatstone ini dilakukan untuk menentukan nilai tahanan paa resistor yang tidak diketahui nilainya. Cara kerjanya yaitu dengan merangkai rangkaian sesuai dengan rangkaian jembatan wheatstone pada gambar 3.1.



catu



daya



dihubungkan



dengan



rangkaian



kemudian



dinyalakan.



Galvanometer dipasang pada rangkaian dan dilakukan kontak dengan kawat penghantar kemudian dihitung nilai L1 dan L2 nya, kemudian RX ditentukan. Hasil yang kami dapatkan dari eksperimen jembatan wheatstone ini seperti pada tabel 4.1.1 diatas. Salah satu hasil dari yang kami dapat yakni dengan tegangan 3V, R1 senilai 47Ω dan Rx yang didapatkan yaitu 51,7Ω. Nilai pengukuran mengunakan multimeter dengan hasil perhitungan menggunakan jembatan wheatstone memiliki selisih yang berbeda. Namun, besar selisih yang didapatkan tidak terlalu jauh nilainya jika dibandingkan. Begitu pula pada variasi tegangan sebesar 6V, dengan R1 tetap menghasilkan Rx sebesar 47,9Ω. Hasil ini, juga menunjukkan bahwa selisih yang didapatkan tidak terlalu besar nilainya. Namun jika terdapat selisih yang besar antara Rx dan R1 kemungkinan telah terjadi kesalahan-kesalahan saat praktikum dilakukan. Kesalahn-kesalahannya berupa : kesalahan dalam perhitungan, adanya hambatan dalam galvanometer, kesalahan paralaks, sushu ruangan yang mengakibatkan penambahan massa jenis, dan lainlain. Berdasarkan tabel 4.1.1 diatas, variasi tegangan yang diberikan tidak berpengaruh terhadap nilai Rx yang dihasilkan. Jembatan wheatstone dalam keadaan setimbang apabila outputnya bernilai nol,yang artinya kesetimbangan jembatan wheatstone tidak dipengaruhi oleh tegangan dari sumber tegangan yang berubah. Jadi dapat disimpulkan jika variasi tegangan tidak berpengaruh terhadap



14



besar Rx yang dihasilkan. Berlaku Hukum Ohm disini. Nilai R 1 berpengaruh terhadap nilai Rx karena R1 berpengaruh terhadap nilai kuat arus listrik sesuai dengan Hukum Ohm.



BAB 5 PENUTUP



5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang didapatkan dalam praktikum Jembatan Wheatstone yang kami lakukan yakni, nilai tahanan dapat diperoleh dengan melakukan perkalian silang antara RX.L1 = R1.L2 karena dua titik cabang pertemuan dalam rangkaian tidak memiliki beda potensial, variasi beda potensial yang awalnya diberikan tidak berpengaruh karena pada galvanometer nilai tegangan di sama dengankan nol. 5.2 Saran Diharapkan mahasiswa membaca dan memahami prosedur percobaan pada modul agar tidak terjadi kesalah pahaman dalam melakukan eksperimen. Diharapkan juga melakukan pengmatan ini dengan teliti dan hati-hati. Tujuannya agar tidak banyak terjadi kesalahan sehingga mendapatkan hasil yang akurat.



15



DAFTAR PUSTAKA



Cooper, David William. 1994. Instrumen Elektronika dan Teknik Pengukuran. Jakarta : Erlangga. Cunayah, Cucun. 2006. Fisika. Jakarta : Erlangga. Dedy. 2012. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga. Halliday, David. 1996. Fisika Jilid 2. Jakarta : Erlangga Hikam. 2005. Eksperimen Fisika Dasar untuk Perguruan Tinggi. Jakarta : Kencana. Hough, D Young. 2003. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga. Indrajit, Dudi. 2007. Mudah dan Aktif Belajar Fisika. Bandung : PT Setya Purna. Lister, Eugene C. 1993. Mesin dan Rangkian Lisrik. Jakarta : Erlangga. Pramono, Hadi. 2014. Panduan Praktikum Semester 2. Cirebon : Pusat Lboratorium IAIN. Suryanto. 1999. Pengetahuan Alat Ukur dan Elektronik. Jakarta : Erlangga. Tim Penyusun. 2020. Pentunjuk Praktikum Fisika Dasar 2. Jember ; Universitas Jember.



16



LAMPIRAN



Catu Daya E = 3V



17



18



Catu Daya E = 6V



19



20