Laporan Praktikum Fisika Dasar 2

Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Judul Percobaan : Jembatan Wheatstone
NAMA
: YONATHAN ANDRIANTO SUROSO
NIM
: 12300041
Jurusan Fisika
Universitas Negeri Manado
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Program Studi Geothermal
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
A. TUJUAN PERCOBAAN
Tujuan percobaan pada praktikum Fisika Dasar 2 tentang Jembatan Wheatstone
adalah:
1. Mampu mengukur dan menentukan besarnya hambatan Resistor dengan
menggunankan prinsip Jembatan Wheatstone
2. Menentukan hambatan jenis kawat penghantar.
3. Membuktikan persamaan hambatan ekuivalen seri dan paralel dengan
menggunakan data percobaan ini.
B. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang kami gunakan dalam praktikum ini adalah:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Papan jembatan 1 buah
Batu baterai dan dudukan 1 buah
Galvanometer 1 buah
Kabel jepitan 12 ujung
Resistor 2 buah
Resistance box 1 buah
C. DASAR TEORI
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter
Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone
pada tahun 1843. Alat ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak
diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan
satu kaki yang mencakup komponen diketahui. Cara kerjanya mirip
dengan aslinya potensiometer.
Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan Jembatan Wheatstone:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
1. 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 tadi”.
Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman
pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic
Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.
Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan
atau
dimana
I
: arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)
V
: tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (Volt)
R
: hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (Ohm)
2. Hukum Kirchoff I
Di pertengahan 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.”
3. Hukum Kirchoff II
Hukum Kirchoff II berbunyi:
“Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan
potensial sama dengan nol.”
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak adanya energi
listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisa
digunakan atau diserap.
Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan dari 4 buah hambatan, yang
mana dua dari hambatan tersebut adalah hambatan variabel dan hambatan yang belum
diketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik
diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikan
sumber tegangan. Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variabel
sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer = 0, dalam keadaan ini jembatan
disebut seimbang, sehingga sesuai dengan hukum Ohm berlaku persamaan :
Persamaan tersebut bila dijabarkan akan menjadi sebagai berikut:
Bila nilai R1 dan R3 diganti dengan panjang kawat L1 dan L2 maka rumus di atas dapat
ditulis sebagai berikut:
D. JALANNYA PERCOBAAN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Menyusun rangkaian seperti pada gambar
Mengatur kontak geser K sehingga galvanometer menunjuk angka nol
Mengukur panjang L1 dan L2 sebanyak hingga 5 kali
Mengganti RX dengan RY dan melakukan langkah 2 dan langkah 3
Menyusun RX dan RY secara seri kemudian ditempatkan pada posisi RX dan
melakukan langkah 3 kembali
Mengganti susunan RX dan RY secara paralel kemudian melakukan langkah 3
kembali
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
E. DATA HASIL PENGAMATAN
PERCOBAAN
R2
L1
L2
Rx
86,9 cm  0,869 m
13 cm  0,13 m
Ry
95,2 cm  0,952 m
4,8 cm  0,048 m
96,4 cm  0,964 m
3,6 cm  0,036 m
Rx dan Ry susunan paralel
83,2 cm  0,832 m
16,8 cm  0,168 m
Rkawat
89,7 cm  0,897 m
10,3 cm  0,103 m
Massa kawat
1,6 gr  0,0016 kg
Diameter kawat
0,94 mm  9,4 · 10-4 m
Panjang kawat
100 cm  1 m
5Ω
Rx dan Ry susunan seri
F. PENGOLAHAN DATA
 Menentukan nilai Rx
 Menentukan nilai Ry
 Menentukan nilai Rx dan Ry (susunan seri)
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
atau
 Menentukan nilai Rx dan Ry (susunan paralel)
atau
 Nilai kesalahan pada penentuan nilai Rx dan Ry (susunan seri)
̅
̅
∑(̅
√
(
(
√
)
)
)
(
(
)
)
(
√
√
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
)
(
)
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
̅
 Nilai kesalahan pada penentuan nilai Rx dan Ry (susunan paralel)
̅
̅
∑(̅
√
(
(
√
)
)
)
(
(
)
)
√
(
√
̅
 Penentuan nilai hambatan jenis kawat baja
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
)
(
)
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
(
)
G. PEMBAHASAN
 Analisis Data
Kami melakukan perhitungan dan pengolahan data mengenai penentuan
hambatan yang dimiliki oleh resistor dalam praktikum Fisika Dasar II ini.
Untuk menentukan hambatan yang dimiliki oleh resistor, dengan rangkaian
Jembatan Wheatstone kami mencari terlebih dahulu mengatur kontak geser dari
galvanometer pada kawat penghantar kemudian digeser-geserkan sedemikian rupa
hingga skala yang ditunjuk oleh galvanometer adalah nol. Setelah ditemukan titik
lokasi tersebut, dapat ditentukan L1 dan L2.
L1 yang kami gunakan bernilai besar, sedangkan L2 bernilai kecil. Pertamatama, kami menentukan dahulu nilai L2, kemudian L1 ditentukan dengan cara:
karena terdapat hubungan yaitu L1 + L2 adalah panjang kawat penghantar yang
dipakai dalam praktikum ini, yaitu 1 meter (100 cm).
Untuk menghitung nilai hambatan yang belum diketahui besarnya, kami
menggunakan persamaan yang berkaitan dengan hukum Ohm:
Terdapat 4 nilai hambatan yang akan ditentukan, yaitu R x, Ry, Rx dan Ry yang
disusun secara seri, serta Rx dan Ry yang disusun secara paralel. Dalam
menentukan nilai Rx dan Ry yang disusun secara seri dan paralel, kami
menggunakan dua metode penyelesaian:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
o Penyelesaian nilai Rx dan Ry yang disusun secara seri dan paralel dengan
menggunakan data hasil pengamatan kemudian dihitung menggunakan
persamaan hukum Ohm
o Penyelesaian nilai Rx dan Ry yang disusun secara seri dan paralel dengan
menggunakan rumus R pengganti:
Mengenai kedua nilai hambatan pada resistor, baik yang disusun secara seri
maupun paralel, kami menentukan nilai ketidaktelitian menggunakan standar
deviasi. Hasil menunjukkan bahwa nilai kesalahan untuk hambatan resistor yang
disusun seri maupun paralel memiliki persentase yang kecil (0,24% untuk
penyusunan seri; 0,46% untuk penyusunan paralel) sehingga dapat disimpulkan
bahwa nilai-nilai tersebut sangat akurat.
Untuk menentukan hambatan jenis kawat (ρ), kami mencari terlebih dahulu
nilai hambatan pada kawat. Nilai hambatan pada kawat dapat ditentukan
berdasarkan data hasil pengamatan dengan menggunakan rumus hukum Ohm
seperti penjelasan di atas. Setelah itu, kami menentukan nilai hambatan jenis kawat
dengan menggunaka rumus berikut:
dengan L adalah panjang kawat dan A adalah luas penampang kawat. Kawat
merupakan bentuk silinder dengan diameter (D) yang sangat kecil, sehingga hanya
dapat diukur dengan mikrometer sekrup. Penampang kawat itu sendiri merupakan
bagian irisan kawat yang berbentuk lingkaran, sehingga untuk menentukan A
digunakan rumus luas lingkaran:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
( )
Dalam perhitungan, kami menemukan bahwa hambatan jenis kawat adalah
3,98 · 10-7 Ω m atau jika dibulatkan bernilai 4 · 10-7 Ω m. Nilai tersebut sesuai atau
tepat dengan nilai hambatan jenis untuk kawat berbahan baja, yaitu 4 · 10-7 Ω m.
 Kesalahan Dalam Percobaan
Dalam praktikum tentang Jembatan Wheatstone ini, baik dalam pelaksanaan
praktikum maupun dalam pengolahan data yang telah dikumpul, terdapat
kesalahan-kesalahan tertentu yang mungkin terjadi, yaitu:
o Ketidaktelitian pada saat mengukur panjang kawat yang dipakai
o Ketidaktelitian pada saat mengamati galvanometer dan menentukan L1 dan L2
dengan kontak geser yang terhubung pada galvanometer
o Kerusakan pada alat-alat praktikum yang digunakan
o Penyusunan rangkaian resisitor maupun rangkaian pada alat Jembatan
Wheatstone yang tidak tepat
H. KESIMPULAN
Setelah kami melakukan percobaan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan:
1. Jembatan Wheatstone dapat digunakan untuk menentukan hambatan pada resistor
yang belum diketahui besarnya
2. Perhitungan terhadap nilai hambatan resistor menggunakan prinsip-prinsip dasar
dalam elektronika:
a. Hukum Ohm : “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka
kekuatan arus tersebut adalah sebanding-lurus dengan tegangan listrik yang
terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi.”
b. Hukum Kirchoff I : “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan
sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.”
c. Hukum Kirchoff II : “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan
jumlah penurunan potensial sama dengan nol.”
3. Hambatan resistor pada rangkaian Jembatan Wheatstone dipengaruhi oleh nilai
panjang segmen L1 dan L2 di mana pada suatu titik tertentu nilai skala
galvanometer menunjukkan angka nol, serta nilai hambatan lainnya yang telah
diketahui. Hal ini dijabarkan dalam rumus:
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado
Laporan Praktikum Fisika Dasar 2
Jembatan Wheatstone
4. Hambatan resistor yang disusun secara seri maupun paralel dapat ditentukan
dengan rumus hukum Ohm di atas atau dengan rumus R pengganti:
Kedua metode tersebut menghasilan nilai yang relatif sama dengan akurasi yang
tinggi (nilai kesalahan kecil)
5. Semakin panjang L1, semakin besar nilai hambatan yang akan dicari (R),
sedangkan semakin panjang L2, semakin kecil pula nilai hambatan yang akan
dicari (R).
6. Hambatan jenis kawat baja hasil perhitungan (3,98 · 10-7 Ω m ≈ 4 · 10-7 Ω m)
sama tepatnya dengan hambatan jenis kawat berbahan baja pada literatur (4 · 10 -7
Ω m).
I. DAFTAR PUSTAKA
----. 2013. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Tondano: Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Manado
http://marausna.wordpress.com/2010/05/13/jembatan-wheatstone/ diakses pada 29
Mei 2013 jam 21.13 WITA
http://www.scribd.com/doc/96014295/jembatan-wheatstone diakses pada 29 Mei 2013
jam 21.23 WITA
Jurusan Fisika Universitas Negeri Manado