PRAKTIKUM FISIKA - LlSTRIK PERCOBAAN L 2 - JEMBATAN WHEATSTONE

I.

MAKSUD Menentukan besar hambatan dengan mempergunakan metoda "Jembatan Wheatstone".

II.

ALAT-ALAT 1. Sumber arus/tegangan (DC) 2. Bangku hambatan 3. Komutator 4. Galvanometer / zerodetektor 5. Meja ukur (Iengkap) 6. Kabel-kabel penghubung 7. Beberapa hambatan yang akan diukur besarnya

III.

TEORI Suatu Jernbatan Wheatstone adaJah suatu susunan rangkaian seperti pada :

Dalam prakteknya R1 dan R2 dapat merupakan sebuah kawat A-B seperti pada gambar 2. Jika jarurn galvanometer (G) menunjuk nol, berarti tidak ada arus yang rnelalui G. Jadi tidak ada beda potensial antara titik C dan 0, sehingga : Vc = VD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) maka akan didapat persamaan : Rx = ( R2/R1 ) RB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. (2)

keterangan gambar K Rs Rx G ST = komutator untuk mengubah arah arus = hambatan yang diketahui (dalam percobaan ini berupa bangku hambatan) = hambatan yang harus dicari besarnya = Galvanometer dihub~ngkan dengan C dan 0 = sumber tegangan (power supply)

L (A-B) = kawat hambatan lurus pada mistar

keterangan posisi L1disisi 1 dengan hambatam R1 L2 disisi 2 dengan hambatam R2 Rs disisi 3 dengan hambatam Rs Rx disisi 4 dengan--hambatam Rx Jika kawat A-B serba sarna dengan p hambatan tiap satuan panjang, maka persamaan (2) menjadi :

Rx = Atau

L2 . L1 .

RB

Rx =

L2 RB L1

Di sini terlihat bahwa besaran-besaran yang diperlukan hanyalah perbandingan antara L2 dan L1 atau panjang kawat BO dan AD. IV. TUGAS PENDAHULUAN 1. Buktikan rumus (2).

Bila Ia = 0 (setelah diatur), tegangan antara VC VD = 0 atau VC = VD, sehingga VA VC = VA VD I B RB = I1 R1 I1 = I B RB R1 VC VB = VD VB I X RX = I 2 R2 I2 = I X RX R2

Karena I1 = I2, IX = IB, maka I B RB I X RX = R1 R2 I B RB R2 = I X RX R1 RX = R2 RB R1

R RX = 2 RB R 1

2. Bila kawat ukur serba sarna, buktikan hubungan

L2 R = 2 L1 R1
Dalam susunan jembatan wheatstone yang setimbang (IG=0), hasil kelipatan hambatan-hambatan yang berhadapan sama besar. Dalam pengukuran yang biasa dilakukan, R3 dan R4 diganti dengan kawat homogen dan sama tebalnya. L1 A L2 A

R3 = R4 =

Karena R1.R4 = R2.R3 L1 L = R4 . 2 A A R3 .L1 = R4 .L2 R3 . L2 R2 = L1 R1

3. Apakah persyaratan yang diperlukan untuk suatu galvanometer? Persyaratan galvanometer: 1. harus peka terhadap beda potensial dan arus yang sangat kecil sekalipun 2. mempunyai skala ukur yang teliti dan tidak dipengaruhi medan magnet dan medan listrik dari luar 3. tidak ada arus yang melalui CD atau IG = 0. 4. Apakah yang dimaksud dengan rangkaian seri dan paralel. Gambar rangkaiannya, beri tanda kutub-kutub positip dan negatip. Bagaimana mencari besar hambatan penggantinya ? Rangkaian seri adalah rangkaian yang setiap arus melewati setiap komponennya adalah sama.

Vad = Vab + Vbc + Vcd Is.Rs = I3.R3 + I2.R2 + I1.R1 Karena arus yang melewati hambatan sama, Rs = R1 + R2 + R3 Jika jumlah hambatan n, maka Rs = R1 + R2 + R3+. . .+Rn Rangkaian paralel adalah rangkaian yang setiap komponen memiliki tegangan yang sama

Iab = I1 + I 2 + I3 Vab Vab Vab Vab = + + Rp R1 R2 R3 1 1 1 1 = + + Rp R1 R2 R3 Jika jumlah hambatan n, maka 1 1 1 1 1 = + + + ... + Rp R1 R2 R3 Rn 5. Apa gunanya komutator ? Gambarkan skema dan bagaimana cara kerjanya ?

c a b
1 3 1 2

Komutator berguna untuk mengubah arah arus dc Komutator terdiri dari dua buah skala yang masing-masing mempunyai arus terminal kontak. S1 anak terminal kontak 1 dan 2 terminal kontak 1 dihubungkan dengan 4 S2 anak terminal kontak 3 dan 4 terminal kontak 3 dihubungkan dengan 2 Cara kerja Jika kutub C dan D diberi tegangan (+) dan (-), kemudian S1 dan S2 terhubung pada kontak 1 dan 3, maka pada terminal A(+) dan B(-). Jika kutub C dan D diberi tegangan (+) dan (-), kemudian S1 dan S2 terhubung pada kontak 2 dan 4, maka pada terminal A(-) dan B(+). V. PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN 1. Susunlah rangkaian seperti pada gambar 2. Komutator K tetap terbuka, dan belum dihubungkan dengan sumber arus. 2. Arus mula-mula dipasang minimum, dengan cara mehgatur hambatan pengatur yang ada didalam sumber arus, atau tegangan yang terkecil. 3. Setelah rangkaian diperiksa oleh asisten, dengan persetujuannya, barulah komutator dihubungkan dengan sumber arus. 4. Dengan kontak geser 0 kira-kira ditengah-tengah L, usahakan agar simpangan jarum galvanometer G menjadi nol dengan cara mengubahubah besarnya hambatan RB. 5. Buatlah arus menjadi lebih besar sedikit demi sedikit, usahakan supaya simpangan jarum galvanometer tetap nol dengan mengubah RB. 6. Jika kedudukan ini telah tercapai, catatlah L1dan L2. 7. Balikkan arah arus dengan mengubah kedudukan komutator K. Ulangi langkah V.S dan V.5.

8. Putuskan hubungan komutator dengan sumber arus. Ganti (tukar) letak Rs dan Rx (Rs sekarang terletak pada tempat Rx semula dan sebaliknya). 9. Ulangi lanqkah V.2 sampai V.7 untuk kedudukan ini. 10. Ulangi langkah V.2 sampai V.9 untuk Rx yang lain. 11. Ulangi langkah V.2 sampai V.9 untuk kedua Rx dalam keadaan seri. 12. Ulangi langkah V.2 sampai V.9 untuk kedua Rx dalam keadaan paralel. TABEL DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN

*) Rx" =

Kolom VI Kolom V

x RB

* *) Rx ' =

Kolom V Kolom VI

x RB

h arg a terakhir Rx =

RX .RX

"

'

VI.

DATA PENGAMATAN

A. Data Ruang
KEADAAN RUANG Suhu (0C) Tekanan (cmHg) Kelembaban (%) AWAL PERCOBAAN (2,50 0,05) 10 (6,8050 0,0005) 10 (7,50 0,05) 10 AKHIR PERCOBAAN (2,60 0,05) 10 (6,8050 0,0005) 10 (7,10 0,05) 10

B. Data Percobaan
SISI 3 (Ohm) SISI 4 (Ohm) Kedudukan D (panjang sisi 1/L1) (cm) Sebelum komutasi III 46,3 55.8 46,7 55,1 50,6 48,5 54,8 43,4 Sesudah komutasi IV 46,3 55.8 46,7 55,1 50,6 48,5 54,8 43,4 Harga ratarata III & IV V Panjang sisi 2 L2=L-L1 VI

Nilai Rx

I Rb (450) Rx1 Rb (180) Rx2 Rb (750) Rx seri Rb (180) Rx paralel Rx1

II Rb (450) Rx2 Rb (180) Rx seri Rb (750) Rx paralel Rb (180)

VII

VII.

PENGOLAHAN DATA 1. Rx1 Rx1" = L2 Rb L1 Rx1" Rx1" Rx1" L 2 + L1 + Rb1 L 2 L1 Rb1 Rb L 2.Rb L2 L 2 + L1 + Rb1 2 L1 L1 L1

Rx1" = Rx1" =

Rx1' =

L1 Rb L2

Rx1' = Rx1' =

Rx1' Rx1' Rx1' L 2 + L1 + Rb1 L1 L 2 Rb1 Rb L1.Rb L1 L 2 + L1 + Rb1 2 L2 L2 L2

Rx1 = Rx1".Rx1' Rx1 = Rx1 = Rx1 Rx1 Rx1' + Rx1" Rx1' Rx1" 1 2 Rx1".Rx1' Rx1' + 1 2 Rx1".Rx1' Rx1"

2. Rx2 Rx 2" = L2 Rb L1 Rx 2" Rx 2" Rx 2" L 2 + L1 + Rb1 L 2 L1 Rb1 Rb L 2.Rb L2 L 2 + L1 + Rb1 2 L1 L1 L1

Rx 2" = Rx 2" =

Rx 2' =

L1 Rb L2 Rx 2' Rx 2' Rx 2' L 2 + L1 + Rb1 L1 L 2 Rb1 Rb L1.Rb L1 L 2 + L1 + Rb1 2 L2 L2 L2

Rx 2' = Rx 2' =

Rx 2 = Rx 2".Rx 2' Rx 2 = Rx 2 = Rx 2 Rx 2 Rx 2' + Rx 2" Rx 2' Rx 2" 1 2 Rx 2".Rx 2' Rx 2' + 1 2 Rx 2".Rx 2' Rx 2"

3. Rx seri Rxseri" = L2 Rb L1 Rxseri" Rxseri" Rxseri" L 2 + L1 + Rb1 L 2 L1 Rb1 Rb L 2.Rb L2 L 2 + L1 + Rb1 2 L1 L1 L1

Rxseri" = Rxseri" =

Rxseri' =

L1 Rb L2 Rxseri' Rxseri' Rxseri' L 2 + L1 + Rb1 L1 L 2 Rb1 Rb L1.Rb L1 L 2 + L1 + Rb1 2 L2 L2 L2

Rxseri' = Rxseri' =

Rxseri = Rxseri".Rxseri' Rxseri = Rxseri = Rxseri Rxseri Rxseri' + Rxseri" Rxseri' Rxseri" 1 2 Rxseri".Rxseri' Rxseri' + 1 2 Rxseri".Rxseri' Rxseri"

4. Rx paralel Rxparalel" = L2 Rb L1 Rxparalel" Rxparalel" Rxparalel" L 2 + L1 + Rb1 L 2 L1 Rb1 Rb L 2.Rb L2 L 2 + L1 + Rb1 2 L1 L1 L1

Rxparalel" = Rxparalel" =

Rxparalel ' =

L1 Rb L2

Rxparalel ' = Rxparalel ' =

Rxparalel ' Rxparalel ' Rxparalel ' L 2 + L1 + Rb1 L1 L 2 Rb1 Rb L1.Rb L1 L 2 + L1 + Rb1 2 L2 L2 L2

Rxparalel = Rxparalel".Rxparalel '

Rxparalel = Rxparalel =

Rxparalel Rxparalel Rxparalel ' + Rxparalel" Rxparalel ' Rxparalel" 1 2 Rxparalel".Rxparalel ' Rx 2' + 1 2 Rxparalel".Rxparalel ' Rxparalel"

SECARA TEORI Rx1 dan Rx2 didapat dari pengolahan data sebelumnya (pengolahan data no1 dan no 2) 5. Rx seri (Rxs) Rxseri = Rx1 + Rx 2 Rxs Rxs Rxs = Rx1 + Rx 2 Rx1 Rx 2 Rxseri = 1 Rx1 + 1 Rx 2 6. Rx paralel (Rxp) Rx1.Rx 2 Rx1 + Rx 2 Rxp Rxp Rxp = Rx1 + Rx 2 Rx1 Rx 2 Rxp = Rxseri =

( Rx1 + Rx2) 2

Rx 2 2

Rx1 +

( Rx1 + Rx 2) 2

Rx12

Rx 2

SISI 3 (Ohm)

SISI 4 (Ohm)

Kedudukan D (panjang sisi 1/L1) (cm) Sebelum Sesudah komutasi komutasi

Harga ratarata III & IV L1 (cm)

L1(cm)

Panjang sisi 2 L2=LL1(cm)

L1(cm)

Rx

I Rb Rx1 Rb Rx2 Rb Rx seri Rb Rx paralel 450 180 750 180 0 0 0 0 0 0 0 0

II Rx1 Rb Rx2 Rb Rx seri Rb Rx paralel Rb 450 180 750 0 0 0 0 0 0 0 0

III 46.3 55.8 46.7 55.1 50.6 48.5 54.8 43.4

IV 46.3 55.8 46.7 55.1 50.6 48.5 54.8 43.4

V 46.3 55.8 46.7 55.1 50.6 48.5 54.8 43.4 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 53.7 44.2 53.3 44.9 49.4 51.5 45.2 56.6

VI 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 Rx1" Rx1' Rx2" Rx2' Rx seri" Rx seri' Rx paralel" Rx paralel'

180

Rx

Rx

Nilai Rx (secara percobaan) (Ohm) Rx Rx Rx

Rx

Rx Rx

Rx1" Rx1' Rx2" Rx2' Rx seri" Rx seri' Rx paralel" Rx paralel'

521.92225 568.09955 205.43897 220.89087 732.21344 706.31068 148.46715 138.0212

1.0496 1.1517 0.4127 0.4464 1.4646 1.4139 0.2997 0.2809

VII (5.219 0.011)102 (5.681 0.012)102 (2.054 0.004)102 (2.054 0.004)102 (7.322 0.015)102 (7.063 0.014)102 (1.4847 0.0030)102 (1.3802 0.0028)102

Rx1 Rx2 Rx seri Rx paralel

544.5216 213.0249 719.1454 143.1489

0.002021305 0.002016436 0.002001356 0.002028076

(5.445216 0.000020)102 (2.130249 0.000020)102 (7.191454 0.000020)102 (1.431489 0.000020)102

Rx

Nilai Rx (secara teori) Rx Rx Rx

Rx1 Rx2 Rx seri Rx paralel

544.5216 213.0249 757.5465 153.1215

VII 0.002021305 0.002016436 0.004037741 0.001203795

(5.445216 0.000020)102 (2.130249 0.000020)102 (7.57547 0.00004)102 (1.531215 0.000012)102

VIII. TUGAS AKHIR DAN PERTANYAAN 1. Gambarkanlah rangkaian serta skema peralatan yang saudara rangkaikan. Beri tanda kutub positip dan negatip bila perlu.

+ + _ + + _ _ + _

2. Hitunglah harga masing-masing Rx serta ketelitiannya. Pada pengolahan data 3. Hitunglah Rx dalam keadaan seri menurut teori (rumus rangkaian seri). Pada pengolahan data 4. Hitunglah Rx dalam keadaan paralel menurut teori (rumus rangkaian paralel). Pada pengolahan data 5. Hitunglah Rx dalam keadaan seri dan paralel menurut hasil pencobaan. Pada pengolahan data 6. Bandingkanlah hasil-hasil pertanyaan VIII.3 dan VIII4 dengan pertanyaan VIII.5. Percobaan Rx seri Rx paralel
(7.191454 0.000020)102 (1.431489 0.000020)102

Teori
(7.57547 0.00004)102 (1.531215 0.000012)102

Nilai hambatan seri dan paralel berbeda baik dari percobaan maupun secara teori. Untuk seri memiliki selisih sebesar 38 ohm dan paralel sebesar 10 ohm. Selisih sebesar ini disebabkan karena pembacaan galvanometer, sensitifitas galvanometer, kabel pada D yang terkadang diangkat-angkat pada waktu praktikum

7. Bila ketelitian dalam hasil pengukuran hanya tergantung pada penentuan panjangnya dua bagian kawat ukur A-B, maka ketelitian terbesar akan terjadi bila D terletak di tengah-tengah A-B. Terangkan (buktikan) ! Bila D ditengah-tengah A-B maka L1 = L2 jadi R1 .R X = R 2 .R B L1 .R X = L 2 .R B R X = RB 8. Jika sumber arus diperbesar, kepekaan akan menjadi besar mengapa demikian ? 9. Berilah pembahasan tentang percobaan ini ! 10. Apakah gunanya tahanan geser didalam sumber ?