Rangkaian Listrik Jembatan Wheatstone

Sebelum membahas mengenai jembatan Wheatstone, sebaiknya kamu baca terlebih dahulu tentang Konsep Dasar Kelistrikan agar prinsip-prinsip jembatan Wheatstone lebih mudah kamu pahami.
http://fisikaveritas.blogspot.com: Diizinkan menyalin artikel ini jika mencantumkan FISIKAVERITAS sebagai sumbernya
Rangkaian Listrik Jembatan (Electrical Bridge) adalah rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur nilai-nilai besaran listrik seperti resistansi (R) yang merupakan kemampuan untuk menghambat arus listrik; kapasitansi (C), yang merupakan kemampuan untuk menyimpan muatan listrik; dan induktansi (L), yang merupakan kemampuan untuk membuat arus listrik yang menghasilkan medan magnet. (Terjemahan Bebas dari Microsoft ® Encarta ® 2009)

Secara umum, rangkaian listrik jembatan adalah rangkaian listrik yang dirangkai seperti gambar berikut
Rangkaiannya mirip jembatan dalam pengertian sehari-hari, di mana Galvanometer selaku jembatannya. Kadang-kadang, rangkaian listrik jembatan disebut rangkaian jembatan saja.

Ada banyak rangkaian jembatan, di antaranya:
1. Rangkaian Jembatan Wheatstone
2. Rangkaian Jembatan Wien
3. Rangkaian Jembatan Kelvin
4. Dsb.

Komponen listrik dan kegunaan dari rangkaian-rangkaian di atas pun berbeda, untuk jembatan Wheatstone, kegunaannya antara lain adalah
a. Mengukur resistansi (R) suatu bahan –selain dengan menggunakan Voltmeter dan Amperemeter–. (yang menjadi bahasan kita di sini)
b. Sebagai rangkaian pengondisi pada suatu sensor. (tidak dibahas di posting ini)

Oke, kita mulai.. Suatu rangkaian disebut rangkaian jembatan Wheatstone jika rangkaiannya seperti gambar di bawah ini:
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 Rx dengan jembatan Wheatstone! (dengan R1 dan R3 dapat diubah-ubah besarnya)
Cara untuk mengetahui Rx 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 Rx.
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 Vbd = 0, ini mengakibatkan Vab = Vad, dan Vbc = Vdc ; serta i1 = i3 dan i2 = i4 ; dan karenanya iG = 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 Rx.
http://fisikaveritas.blogspot.com: Diizinkan menyalin artikel ini jika mencantumkan FISIKAVERITAS sebagai sumbernya
[Pertanyaan-Jawaban]
P : Mengapa pada jembatan Wheatstone, untuk mengukur resistansi maka arus listrik yang mengalir pada Galvanometer harus dibuat nol (iG = 0 ) ?
J : Agar rumus sederhana R1Rx = R2R3 dapat berlaku. Sebenarnya bisa saja kita mengetahui Rx dengan iG ≠ 0, akan tetapi rumusnya akan menjadi lebih rumit.






19 komentar:

  1. materi sangat membantu banyak,
    thanks :)

    BalasHapus
  2. Terima kasih telah berkunjung ke fisikaveritas. :)

    BalasHapus
  3. gan, klo contoh dari pengaplikasian dari jembatan wheatstone ini ap ajh yah..?

    BalasHapus
  4. untuk FHS:
    aplikasi atau kegunaan jembatan Wheatstone (sudah ada di artikel):
    a. Mengukur resistansi (R) suatu bahan –selain dengan menggunakan Voltmeter dan Amperemeter–.
    b. Sebagai rangkaian pengondisi pada suatu sensor.

    nanti, untuk kegunaan jembatan Wheatstone sebagai rangkaian pengondisi sensor akan kami tulis artikelnya.. :)

    BalasHapus
  5. klo Rx diketahui mencari R1 R2 dan R3 bagaimana gan?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Untuk Rifki Nugraha
      Terima kasih gan sudah berkunjung dan bertanya ke Fisikaveritas :)
      Setahu kami, dengan ‘menggunakan’ jembatan Wheatstone, tidak ada cara untuk mengetahui R1, R2, dan R3 jika yang diketahui ‘hanya’ Rx ;

      Kecuali kalau R1, R2, dan R3 kita copot dari jembatan Wheatsone dan kita ukur langsung besarnya dengan Ohmmeter (Ohmmeter juga di dalamnya ada jembatan Wheatstone). Bisa juga dengan cara melihat pita warna resistornya. Bisa juga dengan mengaliri resistor R tersebut dengan arus kemudian ukur V dan I-nya, R = V/I.

      Semoga dapat menjawab pertanyaan agan.

      Hapus
  6. .:
    Untuk aplikasi/kegunaan jembatan Wheatstone, artikelnya sudah kami tulis; dapat dibaca pada artikel berikut ini :
    Aplikasi Jembatan Wheatstone

    Terima kasih :.

    BalasHapus
  7. misalkan kawat-luncur pada jembatan wheatstone tersebut ,empunyai luas penampang yang tidak sama sepanjang kawat,,bagaimana hal ini bisa mempengaruhi percobaan yang kita lakukan?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Untuk Dila Yolanda
      Terima kasih telah berkunjung ke Fisika Veritas.
      Pertanyaan serupa juga muncul, bagaimana jika resistivitas (ρ) tidak sama sepanjang kawat?
      Menurut kami, selama perbedaan luas penampang (dan/atau resistivitas) sepanjang kawat luncur tidak signifikan, maka hasil percobaan yang kita peroleh masih dapat dikatakan 'memuaskan', dengan catatan tertentu pastinya (misalnya pengambilan data harus sesuai prosedur dan lain-lain).

      Luas penampang yang berbeda-beda sepanjang kawat luncur dapat mempengaruhi percobaan yang kita lakukan, terutama pada pembacaan Galvanometer. Karena adanya perbedaan luas penampang sepanjang kawat, maka pembacaan skala nol pada Galvanometer akan bergeser dari pembacaan skala nol yang sebenarnya (jika luas penampangnya sama sepanjang kawat), sehingga hasil percobaan menjadi bergeser pula dari yang sebenarnya. Namun -sekali lagi- jika perbedaan ini sangat kecil (misalnya: perbedaan luas sepanjang kawat dalam orde mikrometer persegi, atau mungkin hanya dalam orde nanometer persegi untuk kawat standar di pasaran), maka hasil percobaan yang kita peroleh masih dapat dikatakan memuaskan.

      Semoga dapat membantu..

      Hapus
  8. mengapa kawat penghubung yg digunakan harus sependek mungkin?

    BalasHapus
    Balasan
    1. Pada jembatan Wheatstone;
      Berdasarkan pengalaman kami, praktis tidak ada perbedaan yang berarti di dalam pengukuran jika kabel/kawat penghubung yang kita gunakan adalah kabel pendek atau kabel panjang. Idealnya, panjang kabel/kawat penghubung memang tidak mempengaruhi hasil pengukuran. Kalaupun berpengaruh, ada kemungkinan bahwa kabel penghubung yang terlalu panjang dapat mempengaruhi arus listrik yang masuk ke Galvanometer (sehingga pembacaan pada Galvanometer menjadi tidak benar), karena secara konsep kita tahu bahwa hambatan (R) sebanding dengan panjang kawat yang dilalui arus listrik; digunakan kabel yang pendek mungkin akan mengurangi kesalahan pembacaan arus listrik pada Galvanometer.

      Namun sejauh yang kami tahu, kami belum pernah mendengar -sebelumnya- bahwa kabel/kawat penghubung yang digunakan harus sependek mungkin.

      Semoga dapat menjawab.

      Hapus
  9. terimakasih, sangat membantu

    BalasHapus
  10. makasih gan, sangat membantu.....

    BalasHapus
  11. seutas kawat yang panjangnya 5 m memiliki hambatan 50 ohm .berapakah hambatan kawat kedua yang memiliki berat dua kali kawat pertama dan diameternya 1/2 kali kawat pertama ?

    BalasHapus
    Balasan
    1. tergantung jenis bahan kedua kawat tersebut, berapa resistivitasnya? Setidaknya berapa perbandingan resitivitas bahan kawat satu dengan kawat kedua?

      Hapus
  12. apa akibatx bila hambatan seri Rg(galvanometer) d buat sama dgan 0 ?? gmana contoh scara kuantitatifnya ???????

    BalasHapus
    Balasan
    1. Menarik nih..
      Rg = 0? Superkonduktor dong mas?
      Mungkin pertanyaan mas itu gini ya maksudnya: gimana kalau galvanometer tidak dipasang?
      Kalau galvanometer tidak dipasang, rangkaiannya sama seperti rangkaian paralel biasa, coba perhatikan rangkaiannya..

      Hapus