Percobaan Jembatan Wheatstone

I. PENDAHULUAN

A.    Latar belakang

              

Komponen-komponen listrik seperti lampu listrik, setrika listrik, televisi, AC, d dan sebagainya, dapat dituliskan dalam suatu rangkaian listrik sebagai resistor-resistor (secara umum juga disegut beban).  Ada dua dasar pemasangan komponen-komponen listrik ini, yautu seri dan parallel.  Dalam bagian ini dipelajari bagaiman tegangn dan hambatn dari masing-masing rangkain susunan seri dan paralel resistor.  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 rangkaian seri ataupun paralel yang digunakan untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara mengusahakan arus yang mengalir pada galvanometer = nol (karena potensial di ujung-ujung galvanometer sama besar).

Pada rangkaian yang disusun seri, arus yang mengalir dalam rangkaian hanya mengikuti satu jalur rangkaian yang terhubung satu sama lain.  Adapun rangakain paralel merupakan gabungan dari beberapa resistor yang terhubung antara dua simpul yakni satu ujung dari masing-masing resstor dihubungkan kesalah satu simpul dan ujung yamg lain dihubungkan ke simpul yang lain.

                

Kuat arus adalah jumlah muatan yang mengalir tiap satuan waktu

tegangan, maupun hambatan total pada rangkaian seri dan paralel.Arus listrik yang mengalir apabila sumber arus(beda potensial)dan di dalam ruangan tertutup.Muatan positif(+)mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang rendah.Sedangkan pada muatan negatif(-)mengalir dari potensial rendah ke potensial yang tinggi.Muatan-muatan yang mengalir baik muatan positif  disebut dengan arus.Arah arus listrik positif searah menuju muatan negatif(-),sedangkan pada arus listrik yang bermuatan positif(+)berlawanan arah dengan muatan positif(+).Dalam suatu rangkaian dapat di susun secara seri dan paralel.Dalam percobaan ini kami menggunakan Hukum I Kirchhoff dan Hukum 11 Kirchoff.Hukum 1 Kirchhoff berbunyi:

“Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah

kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut”

Dirumuskan Σ Imasuk = Σ Ikeluar, dan hukum II Kirchhoff berbunyi:

Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (ε) dengan

penurunan tegangan (IR) sama dengan nol.

B. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan rankaian hambatan seri dan paralel ini yaitu:

1.      Untuk mengetahui dan mempelajari hubungan kuat arus, tegangan maupun hambatan total pada rangkaian hambatan seri dan paralel.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Hambatan listrik merupakan karakteristik suatu bahan pengantar listrik/ konduktor,yang dapat di gunakan untukmengatur besarnya arus listrik yang melewati suatu rangkaian.  Dalam konduktor logam terdapat elektron-elektron yang bebas dan mudah untuk bergerak sedangkan pada konduktor elektrolit, muatan bebasnya  berupa ion-ion positif dan negatif yang juga mudah bergerak.  Bila dalam konduktor ada medan listrik; maka muatan muatan tersebut bergerak dan gerakan dari muatan-muatan ini yang dinamakan arus listrik. Arah arus listrik siperjanjikan searah dengan gerakan  muatan-muatan positif. Bila medan yang menyebabkan gerakan-gerakan muatan tersebut arahnya tetap; akan dihasilkan arus bolak-balik secara harmonik, hasilkan arus bolak-balik (AC- Alternating Current).

Pada rangkaian yang disusun seri, arus yang mengalir dalam rangkaian hanya mengikuti satu jalur rangkaian yang terhubung satu sama lain.  Adapun rangakain paralel merupakan gabungan dari beberapa resistor yang terhubung antara dua simpul yakni satu ujung dari masing-masing resstor dihubungkan kesalah satu simpul dan ujung yamg lain dihubungkan ke simpul yang lain.

a.      Rangkaian Hambatan Seri

Pada rangkaian yang disusun seri, arus yang mengalir dalam rangkaian hanya mengikuti satu jalur rangkaian yang terhubung satu sama lain.

 

                        Pada gambar rangkaian seri diatas, ditunjukkan tiga buah resistor yang disusun seri dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan V.

Perhatikan bahwa arus listrik yang mengalir melalui ketiga hambatan adalah sama, tetapi tegangannya berbeda-beda, tergantung besar hambatannya.  Jadi, pada ketiga resistor yang disusun secara seritersebut berlaku:

      V_S = V₁ + V₂ + V₃

       I = I₁ =I₂ = I₃ = ....

Jika kita ingin mengganti ketiga resistor tersebut dengan sebuah resistor tunggal, maka akan berlaku :  

R_S = R₁ + R₂ + R₃

Jadi, resistor pengganti dari susunan beberapa resistor sama dengan jumlah dari seluruh resistor-resistor tersebut.  Secara umum, untuk n buah resistor yang dihubungkan secara seri berlaku:  

R_S = R₁ + R₂ + R₃+_…+R₃

Besarnya tegangan ditentukan Hukum Kirrchhoff II (rangkaian Seri) menyatakan bahwa : Jumlah seluruh Tegangan jatuh (jumlah tegangan pada tiap–tiap beban /R) dalam rangkaian seri sama dengan total tegangan yang terpasang pada rangkaian seri tersebut

b. Rangkaian Hambatan Paralel

Rangakain paralel merupakan gabungan dari beberapa resistor yang terhubung antara dua simpul yakni satu ujung dari masing-masing resstor dihubungkan kesalah satu simpul dan ujung yamg lain dihubungkan ke simpul yang lain.        

Pada gambar resistor diatas ditunjukkan tuiga buah resistor yang disusun oaralel dan dihubungkan dengan sumber tegangan V.  ketika resistor-resistor disusun secara paralel, maka tegangan pada masing-masing resistor akan sama besar

V=V1=V2=V_n
 

V1 = tegangan pada R1

V2 = tegangan pada R2

V = tegangan sumber

Sedangkan arus listrik dari batrai dibagi ketiga  resistor, sehingga berlaku :

I=I1=I2=I3=I_n

Jikakita ingin mengganti ketiga resistor tersebut dengan sebuah resistor tunggal, yang disebut resistor pengganti paralel, maka akan berlaku :

2. Alat Ukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik pada rangkaian adalah amperemeter atau ammeter.  Sedangkan, alat yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan listrik adalah voltmeter.  Pada prinsipnya, sebuah amperemeter ataupun volymeter mengandung galvanometer dan hambatan dalam.  Berdasarkan ketentuan pada rangkaian seri dan paralel komponen listrik, kuat arus listrik besarnya sama dalam susunan seri dan tegangan listrik besarnya sama pada rangkaian paralel.  Oleh karena itu, Amperemeter harus dipasang secara seri dan voltmeter disusun secara paralel dengan komponen yang akan diukur kuat arus maupun tegangannya. 

Adapun kegunaan dari amperemeter atau galvanometer adalah:

·         Dipakai untuk mengukur kuat arus.

·         Mempunyai hambatan yang sangat kecil.

·         Dipasang seri dengan alat yang akan diukur.

Untuk mengukur kuat arus yang sangat besar (melebihi batas ukurnya) dipasang tahanan SHUNT paralel dengan Amperemeter (alat Amperemeter dengan tahanan Shunt disebut AMMETER)

Sebuah Amperemeter yang mempunyai batas ukur maksimum I Ampere dan tahanan dalam Rd Ohm, supaya dapat dipakai untuk mengukur arus yang kuat arusnya n x i Ampere harus dipasang Shunt sebesar :

  R_s=1/n-1 R_d Ohm

Kegunaan dari Voltmeter atau alat pengukurtagangan listrik in adalah :

·         Dipakai untuk mengukur beda potensial.

·         Mempunyai tahanan dalam yang sangat besar.

·         Dipasang paralel dengan alat (kawat) yang hendak diukur potensialnya.

Untuk mengukur beda potensial yang melebihi batas ukurnya, dipasang tahanan depan seri dengan Voltmeter.

Untuk mengukur beda potensial n  x  batas ukur maksimumnya, harus dipasang tahanan depan (R_V):

Rv = ( n - 1 ) Rd      Ohm

III. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan rangkaian hambatan listrik  adalah:

1.      Amperemeter

2.      Voltmeter

3.Hambatan tetap 100Ώ, 100Ώ, dan 47Ώ

4.Papan rangkaian

5.Kabel penghubung

6.Baterai

7.Jembatan penghubung

8.Saklar

9.Lampu bohlam

10.  Pemegang baterai

B. Prosedur Percobaan

a. Rangkauan seri

1.Buatlah rangkain seperti pada gambar pertama dibuku panduan praktikum.

2.Pasanglah baterai ke papan rangkaian.  Gunakan sumber tegangan yang rendah.

3.Pasanglah resistor atau hambatannya secara seri.

4.      Pasanglah Amperemeter dan Voltmeter pada rangkaian deng menghubungkannya dengan kabel penghubung.

5.      Hidupkan saklar, lalu amati nilai yang terukur pada keduanya, kemudian catatlah dalam tabel.

6.      Ulangi langkah 1-5 dengan sumber tegangan yang berbeda.

7.      Ikuti arahan asisten dalam penggunaan alat pengukuran listrik.

b. Rangkaian Paralel

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2 pada buku panduan praktikum
2. Pasanglah baterai ke papan rangkaian.  Gunakan sumber tegangan yang rendah.
3. Pasanglah resistor atau hambatannya secara paralel.
4. Pasanglah Amperemeter dan Voltmeter pada rangkaian deng menghubungkannya dengan kabel penghubung.
5. Hidupkan saklar, lalu amati nilai yang terukur pada keduanya, kemudian catatlah dalam tabel.
6. Ulangi langkah 1-5 dengan sumber tegangan yang berbeda.
7. Ikuti arahan asisten dalam penggunaan alat pengukuran listrik.

IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A. Data Pengamatan

a. Rangkaian Seri

No	Vsumber	V1	V2	V3	Vtotal	I1	I2	I3	Itotal
1	3 V	0,3	0,6	1	4,06	0,02	0,02	0,02	0,003
2	6 V	1,2	1,4	2,5	6,09	0,03	0,03	0,03	0,028
3	9V	1,6	2,2	3,5	4,06	0,02	0,02	0,02	0,622

b. Rangkaian Paralel

No	Vsumber	V1	V2	V3	Vtotal	I1	I2	I3	Itotal
1	3 V	2	2	2	81,5	0,5	0,4	0,3	0,04
2	6 V	4	4	4	194,8	0,8	1,2	0,9	0,19
3	9V	6	6	6	208	1,2	1,1	0,9	0,28

B. Pembahasan

Dari percobaan yang telah kami lakukan mendapatkan data yang berbeda-beda. Pada percobaan rangkaian seri, kami menggunakan hambatan 47 Ω, 56 Ω, dan 100 Ω. Pada percobaan yang pertama kami menggunakan V_Sumber = 3 volt dan mendapatkan I₁ = I₂ = I₃ = 0,02, dan I_total = 0,003. Dan V₁=0,3, V₂=0,6, V₃=1. Dan V_total = 4,06. Dan pada percobaan selanjutnya menggunakan V_Sumber = 6 volt dan mendapatkan mendapatkan I₁ = I₂ = I₃ = 0,03 dan I_total = 0,028. Dan V₁=1,2, V₂=1,4, V₃=2,5. Dan V_total = 6,09.  Dan pada percobaan selanjutnya menggunakan V_Sumber = 9 volt dan mendapatkan mendapatkan I₁ = I₂ = I₃ = 0,02, dan I_total = 0,622. Dan V₁=1,6, V₂=2,2, V₃=3,5. Dan V_total = 4,06.

Pada percobaan rangkaian paralel, kami menggunakan hambatan 47 Ω, 56 Ω, dan 100 Ω. Pada percobaan yang pertama kami menggunakan V_Sumber = 3 volt dan mendapatkan V₁ = V₂ = V₃ = 2.dan V_total = 81,5. Dan I₁=0,5, I₂=0,4, I₃=0,3. Dan I_total = 0,4. Dan pada percobaan selanjutnya menggunakan V_Sumber = 6 volt dan mendapatkan V₁ = V₂ = V₃ = 4. dan V_total = 194,8. Dan I₁=0,8, I₂=1,2, I₃=0,9. Dan I_total = 0,19.  Dan pada percobaan selanjutnya menggunakan V_Sumber = 9 volt dan mendapatkan V₁ = V₂ = V₃ = 6. dan V_total = 208. Dan I₁=1,2, I₂=1,1, I₃=0,9. Dan I_total = 0,28.

1. Hukum I Kirchhoff

Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang, hambatannya kecil maka arus listrik yang melalui cabang tersebut arus listriknya besar.

     

Selanjutnya hubungan jumlah kuat arus listrik yang masuk ke titik percabangan/ simpul dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik percabangan akan diselidiki dengan percobaan pada lembar percobaan dan diharapkan Anda mencobanya.

Dari percobaan akan didapatkan bahwa penunjukkan ampere meter A₁ sama dengan penjumlahan penunjukkan A₂ dan A₃.

Hal tersebut dikenal sebagai hukum I Kirchhoff yang berbunyi:

•  Jumlah aljabar dari arus listrik pada suatu titik percabangan selalu sama dengan nol
• tentang arus (current law), yang menyatakan bahwa arus masuk pada satu titik percabangan akan sama dengan arus yang keluar melalui titik yang sama.

 

 2. Hukum II Kirchhoff  

Pemakaian Hukum II Kirchhoff pada rangkaian tertutup yaitu karena ada rangkaian yang tidak dapat disederhanakan menggunakan kombinasi seri dan paralel. 

Umumnya ini terjadi jika dua atau lebih ggl di dalam rangkaian yang dihubungkan dengan cara rumit sehingga penyederhanaan rangkaian seperti ini memerlukan teknik khusus untuk dapat menjelaskan atau mengoperasikan rangkaian tersebut. Jadi Hukum II Kirchhoff merupakan solusi bagi rangkaian-rangkaian tersebut yang berbunyi:

•  Di dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar antara gaya gerak listrik (ggl) dengan kerugian-kerugian tegangan selalu sama dengan nol”
• Menyatakan bahwa jumlah tegangan-tegangan didalam satu rangkaian tertutup sama dengan 0 (nol).

Adapun keuntungan daru rangkaian seri adalah nyala lampu dapat lebih terang, kerugiannya boros baterai atau arus listrik yang dikeluarkan akan aenakin besar.  Sedangkan keuntungan dari rangkaian paralel adalah kalau satu lampu diputus lampu lain tidak mati dan nyalanya  juga terang.
kerugian rangkaian seri terkadang salah satu lampu itu mati.

V. KESIMPULAN

            Dari percobaan yang telah kami lakukan pada rangkaian hambatan seri dan paralel dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1.      Dalam rangkaian seri I₁=I₂=I₃

2.      Dalam rangkaian paralel V₁=V₂=V₃

3.      Semakin besar V_sumber maka semakin besar pula hambatannya.

 

DAFTAR PUSTAKA

  

Arifudin, M achya. 2007. Fisika Untuk SMa Kelas IX. Jakarta:Interplus.

C.Giancoli.Douglas.1991.Fisika edisi 2.Jakarta;Erlangga.

Sucipto erwin,Drs.Fisika Jilid 2  Edisi Mahasiswa.Jakarta;;Erlangga.

Suparmo, DRS.2004. Panduan Pembelajaran Fisika.Surakarta:Mediatama

Tim Fisika Dasar IAIN Raden Intan Lampung. 2010. Penuntun praktikum fisika dasar II. Bandar lampung.