MATERI LENGKAP JEMBATAN DC

JEMBATAN DC

Prinsip Dasar :

1. Membandingkan nilai tahanan yg tidak diketahui dgn tahanan yg diketahui.

2. Prinsip kesetimbangan rangkaian dipakai sbg dasar pengukurannya.

3. Keadaan setimbang ditunjukkan pada penunjuk nol (detektor nol) yg berupa galvanometer.

4. Jembatan Arus Searah bekerja berdasarkan arus searah (DC),

5. Jenis Jembatan Arus Searah :

a. Jembatan Wheatstone

b. Jembatan Kelvin

A. JEMBATAN WHEATSTONE

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone. (Pratama, 2010).

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer.

Gambar di bawah ini meski bentuknya aga berbeda tapi sejatinya sama. Gambar tersebut merupakan susunan jembatan Wheatstone.

3 rangkaian sama tapi bentuk berbeda

Bagiaman Menentukan Hambatan Pengganti?

Untuk mendapatkan besarnya hambatan pengganti pada susunan hambatan jembatan Wheatstone sobat bisa menggunakan aturan dan rumus berikut:

1. Apabila perkalian silang antara R1 dan R3 sama dengan R2 dan R4 maka R5 (hambatan yang ditengah) dapat diabaikan sehingga sobat tinggal menjumlah secara seri kemudian dipararelkan.

Hambatan di Tengah Ditiadakan

Setelah hambatan tengah dianggap tidak ada gunakan prinsip seri-pararel untuk menmukan besarnya hambatan pengganti.

2. Jika perkalian silang antar R1 dan R3 tidak sama dengan perkalian antara R2 dan R4, maka hambatan itu harus diganti dengan hambatan baru sehingga susunan hambatannya menjadi seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Penggantian Hambatan (amati letak Ra, Rb, dan Rc)

Keterangan
R1, R2, dan R5 masing-masing diganti dengan Ra, Rb, dan Rc. Sehingga susunan menjadi tampak seperti gambar di bawah ini.

Rumusnya
R_a = R₁ . R₂ / (R₁ + R₂ + R₂)
R₂ = R₁ . R₅ / (R₁ + R₂ + R₂)
R₃ = R₂ . R₅ / (R₁ + R₂ + R₂)

Perlu diingat bahwa selain kabel, komponen listrik jembatan Wheatstone hanya Galvanometer (pendeteksi arus listrik) dan resistor atau bahan lain yang bersifat resistif misalnya kawat dsb.

Galvanometer

Resistor

Misalnya R₁, R₂, dan R₃ sudah kita ketahui nilainya, dan kita akan mencari tahu berapa besarnya R_x dengan jembatan Wheatstone! (dengan R₁ dan R₃ dapat diubah-ubah besarnya)

Cara untuk mengetahui R_x adalah dengan mengubah-ubah R₁ atau R₃ sampai Galvanometer tidak mendeteksi adanya arus listrik yang mengalir padanya, jika sudah demikian, catat nilai R₁, R₂, dan R₃ yang menyebabkan Galvanometer tidak mendeteksi arus listrik tadi. Kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk menghitung R_x.

Dari mana asal rumus ini?

Sekarang, kita tinjau dan analisis rangkaian jembatan Wheatstone di atas.

Kita memilih Galvanometer tidak mendeteksi adanya arus listrik yang mengalir padanya agar perumusan jauh lebih mudah, mari kita lihat perumusannya.

Jika tidak ada arus listrik yang mengalir melewati Galvanometer artinya V_bd = 0, ini mengakibatkan V_ab = V_ad, dan V_bc = V_dc; serta i₁ = i₃ dan i₂ = i₄ ; dan karenanya i_G = 0.

Bagi persamaan (1) dengan persamaan (2), ingat bahwa i₁ = i₃ dan i₂ = i₄;

Pada prakteknya, untuk mengukur resistansi suatu resistor yang tidak diketahui, kita mengganti dua buah resistor dengan sebuah kawat. Rangkaiannya menjadi seperti berikut (klik gambar untuk memperbesar gambarnya)

Ingat kembali bahwa

Pada kawat, kita menggeser-geser kabel penghubung dari Galvanometer sampai Galvanometer tidak mendeteksi adanya arus yang mengalir pada Galvanometer tersebut. Maka rumus

Dapat diganti menjadi bentuk di bawah ini

Dengan asumsi bahwa kawat yang digunakan ini berbahan dengan ρ dan luas penampang A yang seragam di sepanjang kawat.

Nah, untuk mengukur resistansi suatu resistor atau bahan resistif lainnya kita dapat menggunakan rangkaian di bawah ini

Dengan menggeser-geser kabel penghubung dari Galvanometer di kawat sampai Galvanometer tidak mendeteksi arus listrik, catat panjang kawat L₁ dan L₂, kemudian gunakan rumus berikut untuk mengetahui besarnya resistansi R_x.

Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut. (Suryatmo, 1986).

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone. (Pratama, 2010).

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer

Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. (Suryatmo, 1974).

Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993).

Jika konduktor pengalir arus ditempatkan dalam medan magnet dihasilkan gaya pada konduktor yang cenderung menggerakkan konduktor itu dalam arah tegak lurus medan. Prinsip ini digunakan dalam instrument pendeteksi arus. Instrument pendeteksi arus yang peka disebut galvanometer. (Lister, 1993).

Galvanometer merupakan instrument sangat peka dan dapat mengukur arus yang sangat lemah. Galvanometer terdiri atas sebuah komponen kecil berlilitan banyak yang ditempatkan dalam sebuah medan magnet begitu rupa sehingga garis-garis medan akan menimbulkan kopel pada kumparan apabila melalui kumparan ini ada arus. (Flink, 1985)

Di dalam teori pengukuran listrik yang dimaksudkan dengan pengukuran Galvano yaitu suatu instrument yang dipergunakan untuk memperlihatkan arus yang lemah. Untuk menyatakan dengan jelas kadang-kadang dipisahkan juga untuk instrument-instrumen yang peka (sensitif), yang banyak dipakai di laboratorium dan terutama sistem jembatan yang banyak kita jumpai. (Suryatmo, 1974).

Galvanometer adalah alat yang dipergunakan untuk deteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat itu kerjanya tergantung pada momen yang dilakukan pada kumparan di dalam medan magnet. (Pratama, 2010).

Teori Jembatan Wheatstone

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Dalam umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut.

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone.

B.KONSEP JEMBATAN WHEATSTONE

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol. Rangkaian Jembatan Wheatstone tersebut memiliki susunan dari 4 buah hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah hambatan variable 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. Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk
mendeteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat ini kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam magnet.

R1, R2, dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan R4 adalah hambatan yang akan dicari besarnya. Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer sama dengan nol, dalam keadaan ini jembatan tersebut disebut seimbang sehingga sesuai dengan hukum Ohm. Rangkaian Jembatan Wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser apabila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar.

Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993).

C.Aplikasi Jembatan Wheatstone

Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam strain gauge.

D.Kesalahan Pada Jembatan Wheatstone

Jembatan Wheatstone dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah. Sumber kesalahan utama terletak pada kesalahan batas dari ketiga tahanan yang diketahui. Kesalahan-kesalahan lain bisa mencakup:

1. Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup

2. Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I2R) dari arus-arus lengan jembatan dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya mempengaruhi tahanan selama pegukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal ini tidak boleh terjadi, karena pengukuran-pengukuran selanjutnya akan menjadi salah karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.

3. GGL termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal.

4. Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar memegang peranan dalam pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah.
Untuk menentukan apakah galvanometer mempunyai sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi kondisi setimbang atau tidak, arus galvanometer perlu ditentukan. Galvanometer-galvanometer yang berbeda bukan hanya memerlukan arus satu per satuan defleksi yang berbeda (sensivitas arus), tetapi juga dapat mempunyai tahanan dalam yang berbeda. Adalah tidak mungkin mengatakan tanpa menghitung sebelumnya, galvanometer mana yang akan membuat rangkaian jembatan lebih sensitif terhadap suatu kondisi tidak setimbang. Sensitivitas ini dapat ditentukan dengan memecahkan “persoalan” rangkaian jembatan pada ketidaksetimbangan yang kecil. Pendekatan ini didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone menjadi rangkaian Thevenin.

Contoh soal jembatan wheatstone.

Soal 1

Amati gambar di atas. Jika diketahui v yang mengalir dari ujung kiri ke ujung kanan adalah 15 volt. Hitunglah kuat arus yang melalui rangkaian tersebut

Jawab
dari gambar di atas
R₁ . R₃ = R₂ . R₄
5 . 10 = 5 . 10

sehingga R 5 tidak perlu kita anggap.

R₁ dan R₄ (dirangkai seri)
R₁₄ = R₁ + R₄ = 5 + 5 = 10 Ω
R₂ dan R₃ (dirangkais seri)
R₂₃ = R₂ + R₃ = 10 + 10 = 20 Ω
R14 dan R23 (dirangkai pararel)
1/R_total = 1/R₁₄ + 1/R₂₃
1/R_total = 1/₁₀ + 1/₂₀
1/R_total = 2/20 + 1/20 = 3/20
1/R_total = 30/3 = 20/3 Ω

Besarnya kuat arus yang mengalir

I = V/Rtotal = 15x 3/20 = 2,25 Ampere

Jadi dari soal jembatan wheatstone tersebut bisa jawab besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 2,25 A.

Amati gambar diatas dan tentukanlah berapa besar hambatan penggantinya!
Jawab
R₁. R₄ ≠ R₂. R₃
Sehingga hambatan-hmbatan tersebut perlu diganti sehingga menjadi
R_a = (2×4) / (2+4+2) = 8/8 = 1 Ω
R_b = (2×2) / (2+4+2) = 4/8 = 0,5 Ω
R_c = (4×2) / (2+4+2) = 8/8 = 1 Ω
(sobat perhatikan urutan perkaliannya)

Sekarang rangkaiannya akan tampak seperti gambar di bawah ini.

R_b dan R₂ (dirangkai seri)
R_b2 = R_b + R₂ = 0,5 + 1,5 = 2 Ω
R_c dan R₄ (dirangkai seri)
R_c4 = R_c + R₄ = 1 + 1 = 2 Ω
R_b2 dan R_c4 (dirangkai pararel)
1/R_b2c4 = 1/2 + ½
1/R_b2c4 = 1
R_b2c4 = 1Ω

Ra dan R_b2c4 (dirangkai seri)
R_total = Ra + R_b2c4
R_total = 1 + 1 = 2 Ω

Jadi dari soal jembatan wheatstone tersebut bisa jawab besarnya hambatan pengganti adalah 2 Ω

A. JEMBATAN KELVIN

Jembatan Kelvin (disebut juga Jembatan ganda Kelvin dan pada beberapa negara Jembatan Thomson) adalah sebuah alat ukur yang ditemukan oleh William Thomson kecuali kehadiran dari resistor tambahan. resistor nilai rendah tambahan ini dan pengaturan internal dari jembatan adalah pengubahan untuk secara substansial mengurangi kesalahan pengukuran yang diakibatkan oleh turunnya voltase pada arus tinggi (hambatan rendah)pada lengan jembatan ^[1]. Ini terdiri dari dua set lengan rasio. Perangkat luar yang pertama dari lengan rasio adalah resistor yang biasa dikenal & lengan rasio dibagian dalam menolong menghubungkan satu terminal dari galvanometer pada titik yang sesuai(yang merupakan kerugian dari Jembatan Kelvin versi pertama). Jembatan ini digunakan untuk pengukuran hambatan rendah.

Pengukuran dihasilkan dengan menyesuaikan jembatan, dan keseimbangan dapat diperoleh ketika:

Hambatan R harus serendah mungkin (lebih rendah dari nilai pengukuran) dan untuk alasan itu biasanya dibuat batang pendek yang tebal dari tembaga. Jika kondisi R₃·R`₄ = R`₃·R₄ bertemu (dan nilai dari R rendah), maka komponen terakhir pada persamaan dapat diabaikan dan dapat diasumsikan bahwa:

yaitu persamaan dari Jembatan Wheatstone.

REFERENSI

http://elektronika-dasar.web.id/jembatan-wheatstone/

https://id.wikipedia.org/wiki/Jembatan_Wheatstone

http://rumushitung.com/2014/08/30/rangkaian-hambatan-jembatan-wheatstone/

https://fisikaveritas.blogspot.co.id/2013/08/rangkaian-listrik-jembatan-wheatstone.html

http://sulistiyonurhidayat.blogspot.co.id/2014/03/dasar-teori-jembatan-wheatstone.html

http://muhammadluthfibaidhowi.blogspot.co.id/2014/11/jembatan-wheatstone.html

https://id.wikipedia.org/wiki/Jembatan_Kelvin

http://top100.web.id/ind/2265-2152/Jembatan-Kelvin_237230_unkris_top100.html

http://jembatanwheatstone.blogspot.co.id/2016/04/makalah-jembatan-wheatstone.html