Sabtu, 27 Oktober 2012

jembatan wheatstone



PERCOBAAN JEMBATAN WHEATSTONE


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).




E
 

D
 

S
 














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)

2. Prinsip kerja jembatan wheatstone
Gambar 5.2. Jembatan wheatstone


Sirkuit listrik yang terdiri dari empat tahanan, dan sumber tegangan, yang dihubungkan melalui dua titik diagonal, dan pada kedua titik diagonal yang lain galvanometer ditempatkan, seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.2 disebut jembatan wheatstone.
Misalkan bahwa K1 tetap menutup dan K2 terbuka. Tegangan-tegangan melalui terminal a-b pada saat ini disebut Vab, maka tegangan melalui c-b dan tegangan melalui d-b masing-masing, dapat dinyatakan sebagai berikut :





................................................................. (1)
3. Dengan mengatur S, adalah mungkin untuk membuat Vcb = Vdb, bila hal ini dipenuhi maka tidak ada arus yang akan mengalir melalui galvanometer, meskipun K2 ditutup. Bila G tidak memperlihatkan pergeseran meskipun K2 ditutup, maka dikatakan bahwa jembatan dalam keadaan seimbang. Dalam keadaan seimbang maka didapat persyaratan :


............................................................... (2)

Persamaan tersebut didapat dari persamaan 1 bila masing-masing dibagi satu dan lainnya. Jadi dalam keadaan seimbang maka persamaan dibawah ini didapatkan:
.............................................................. (3)
http://1.bp.blogspot.com/_YF5WDLLK2nA/RmmUWkU32QI/AAAAAAAAB9k/mlPZWxZizLc/s1600-h/7.JPG
Jadi harga dari tahanan yang diketahui bias didapat dengan menyeimbangkan jembatan bila rasio dari tahanan-tahanan Q/P dan harga dari S diketahui.
Hubungan yang dinyatakan oleh persamaan 3 disebut syarat keseimbangan untuk jembatan. Mengenai keseimbangan dari jembatan ketiga hal dibawah ini penting.
Hukum Kirchoff pertama menyatakan pada setiap titik percabangan jumlah aljabar arus adalah nol :

SIn = 0                                                 (1)
Disini In adalah arus yang menuju atau meninggalkan titik percabangan. Hal ini berarti jumlah arus yang masuk sama dengan jumlah arus yang keluar.
Hukum Kirchoff kedua menyatakan di dalam suatu rangkaian tertutup dari suatu jaringan, jumlah potensial sama dengan nol atau dapat ditulis :

Svn = 0                                                  (2)

Apabila terdapat titik-titik a,b,c,d,e,……, maka Vaa = Vab + Vbc + Vcd + …….+  V…a
Hukum Kirchoff  II ini berlaku pada jaringan penghantar linear dan pada setiap kondisi material tidak reaktif.


Ekspresi lain dari hukum Kirchoff dengan memperhatikan arus dan tegangan serta konvensi tanda yang  benar :


S(In.Rn - Vn)  = 0                                 (3)
Disini Rs adalah hambatan dari penghantar ke-n dan Vn besar tegangan.
Skema jembatan Wheatstone :











                                                                 C




                                                X                                 R




                                    A                                                         B                                                                                                               D
                                                                 




Gambar 1. Rangkaian jembatan Wheatstone
Strain gauge terbentuk dari rangkaian jembatan wheatstone. Jembatan wheatstone tersebut berada dalam kondisi seimbang ketika tidak ada muatan pada load cell. Pada saat diberi muatan, maka resistansi dari strain gauge akan segera mengubah ketidak-seimbangan dari rangkaian jembatan wheatstone tersebut. Belt Weigher ini digunakan dalam jumlah massa sangat besar dan aliran material kontinyu, dapat memberikan sinyal keluaran untuk mengalihkan aliran material yang memasuki atau keluar dari belt conveyor, dan dapat memberikan sinyal yang sebanding dengan penyimpangan antara aliran terukur dan aliran yang dikehendaki untuk mengatur kecepatan aliran material.

Peranan Sir Charles Wheatstone yang lebih dikenal dengan “Jembatan Wheatstone”-nya

tidak dapat diabaikan dalam perkembangan alat pensintesa ucapan manusia. Wheatstone

tumbuh sambil membantu bisnis penjualan perangkat musik keluarganya di London.

Tahun 1821, pada usia sembilan belas tahun ia mendemonstrasikan alat ciptaannya yang dapat menggetarkan batang logam yang dieksitasi oleh suatu sumber yang vibrasinya

dirambatkan melalui konduktor yang padat. Pada tahun 1835, Wheatstone
mendemonstrasikan ciptaannya kepada Dublin Association.



Kita juga dapat menggunakannya untuk mengukur kelembaban udara di sekitar kita. Mungkin yang paling praktis, di kehidupan sehari-hari, adalah kita dapat memakainya untuk mengukur tinggi permukaan air di tandon air di rumah kita.
Banyak sekali cara mewujudkan osilator/penggetar. Untuk membuat osilator yang paling stabil kita bisa memakai osilator kuarsa. Sedangkan bentuk yang paling mudah adalah osilator relaksasi dengan resistor dan kapasitor. Ada kelemahan dan kelebihan masing-masing di setiap implementasi. Osilator kuarsa lumayan mahal dibandingkan dengan jenis yang lain tapi mempunyai kestabilan yang sangat tinggi. Yang paling buruk adalah jenis relaksasi sederhana, lebih mudah dan murah. Diantara banyak pilihan yang mudah dibangun dan lumayan stabil adalah osilator jembatan wien.
Osilator jembatan wien sebenarnya adalah osilator yang memakai jembatan wien sebagai element umpan balik. Jembatan wien sendiri adalah modifikasi dari Jembatan Wheatstone. Jembatan ini mempunyai susunan paralel pada salah satu lengan dan susunan seri pada lengan yang bersebelahan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Dengan menggunakan prinsip kesetimbangan jembatan akan didapatkan persamaan, sebagai syarat kesetimbangan,

Apabila resistor dan kapasitor pada kedua lengan sama nilainya, maka frekuensi karakteristiknya adalah,

Dapat dilihat pada persamaan (2) kesetimbangan dapat juga dicapai dengan mengatur frekuensi, sehingga dapat dipakai untuk memilih frekuensi tertentu, sesuai dengan frekuensi karakteristiknya. Kesetimbangan yang paling baik dapat dicapai dengan memilih nilai R3 = 2R4.
Dibandingkan dengan rangkaian pemilih frekuensi yang lain rangkaian ini lebih baik selektifitasnya.
Jika rangkaian jembatan Wien digabung rangkaian penguat dengan umpan-balik, Gambar 2,  akan bisa didapatkan sebuah osilator yang cukup stabil. Elemen umpan-balik adalah rangkaian jembatan Wien yang telah disebutkan. Karena penguatan elemen ini pada frekuensi resonansi adalah 1/3 maka agar terjadi resonansi, sesuai kriteria barkhausen, diperlukan penguat yang mempunyai penguatan 3 kali. Masalah ini dapat dipahami dari teori dasar sistem umpan balik. Misalnya penguatan penguat A dan penguatan elemen umpan-balik B maka dapat,

Dengan substitusi persamaan (5) ke persamaan (4) akan didapatkan,   Terlihat dari persamaan (6) penguatan keseluruhan (AB) harus sama dengan satu.
Proses osilasinya sendiri dimulai dengan memberikan penguatan terhadap sinyal-sinyal derau yang ada di dalam rangkaian. Derau yang ada di dalam rangkaian disebabkan oleh elektron yang berjalan secara acak di setiap komponen. Derau yang mempunyai frekuensi yang bermacam-macam ini diperkuat oleh penguat dan
diumpankan kembali ke inputnya. Akan tetapi karena elemen umpan balik berupa rangkaian pemilih frekuensi maka hanya frekuensi yang sesuai yang akan terus diperkuat.
Gambar lengkap rangkaian osilator jembatan wien ditunjukkan pada Gambar 3. Sebagai elemen penguat dipakai opamp TL081 (T1).  Fungsi dua dioda yang dipasang paralel dengan R3 berfungsi sebagai pembatas amplitudo sinyal yang diumpan balik. Sedangkan T2 hanya berfungsi sebagai buffer agar tidak membebani rangkaian yang mengikuti










JEMBATAN WHEATSTONE


DAFTAR NAMA PERALATAN
1. Power supply
2. Voltmeter
3. Resistor variabel
4. Resistor tetap
5. Papan penghubung



GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN














DATA PERCOBAAN
Tegangan Sumber (Vs) =  ...............0.5.......................
Pastikan Rangkaian dalam keadaan setimbang yang ditandaia dengan nilai arus yang mengalir pada Ampere meter  = nol   sehingga Rp x Rab = Rb x Rbc selanjutnya Rp = (Rb x Rbc)/Rab

Tabel  Data Hasil Pengamatan
No.
RB
Rab = jarak ab (W)
Rbc = jarak bc (W)
Rp (W)
1.
10  W
21
79
37.6
2.
20  W
34,5
65.5
37.9
3.
30  W
44
56
38.2
4.
40  W
51
49
38.4
5.
50  W
56,5
43.5
38.5
6.
60  W
60,5
39.5
39.1
7.
70  W
64,5
35.5
38.5
8.
80  W
67,5
32.5
38.5
9.
90  W
70
30
38.5
10.
100 W
71
29
40.8










PENGOLAHAN DATA
Selanjutnya dari pengolahan data pada tabel di atas maka dapat dibuat tabel pengolahan data secara statistik sebagai berikut:
RAB
RB  X RBC
(RAB)2
(Rb x RBC)2
RAB (Rb x RBC)
21
            790
       441
624100
16590
34,5
           1310
       1190.25
171600
45195
44
           1680
       1963
2822400
73920
51
           1960
      2601
3841600
99960
56,5
            2175
      3192.25
4730625
122887.5
60,5
            2370
      3660.25
5616900
143385
64,5
            2485
     4160.25
6175225
159040
67,5
            2600
     4556.25
6760000
175500
70
2700
     4900
7290000
189080
71
2900
     5041
8410000
205900


31678,25
47986950
12311375.5










ANALISA
       Dari data yang kami dapatkan melalui praktikum jembatan wheatson dapat disimpulkan bahwa nilai rata-rata (Rp) adalah stabil. (Rp) dapat dicari melalui formula :
                                   Rp = Rb x Rbc / Rab
Dimana :
              Rb  = merupakan tegangan pada resistor variable.
              Rbc = jarak yang dihitung dari B sampai C
              Rab = jarak yang dihitung dari  A sampai D

Kesalahan-kesalahan yang terjadi :
1.      karena kesalahan dalam membaca voltmeter
2.      karena kesalahan dalam membaca papan penghubung.
3.      kesalahan dalam menghitung tabel.

       Untuk mendapatkan data yang akurat diperlukan kerjasama antar praktikan dalam suatu kelompok dan alat-alat praktikum yang mendukung.

KESIMPULAN

1. Pada saat tegangan pada resistor variabel ditambah maka arus yang dihasilkan semangkin besar dan jarak pada papan penghubungan seimbang


2. Kesalahan perhitungan diakibatkan karena keliruan membaca volmeter dan jarak pada papan penghubung