MENENTUKAN NILAI HAMBATAN LISTRIK YANG PRESISI

(Jembatan Wheatstone)

Nita Rahmatus Sholihah, 1001135042

Laboratoriu Fisika Dasar Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA 2012

ABSTRACT

To determine the value of electrical resistance with wheatstone bridge method of precision is used. Electrical resistance of a conductor is characteristic of a material of the conductor which is the ability of conducting it to drain off an electrical current. According to ohm’s law, its electrical resistance is also the result of a comparison of the magnitude of the potential difference on the ends of the conductor to the magnitude of the electric current that flows through these obstacles.

How to determine a great obstacle can usually be done in a manner: using the theory of the relationship between resitivitas of large obstacles (if barriers in the form of a carriage). May as well by using the method, using a Wheatstone bridge circuit of Wheatstone bridge and make a comparison between the major obstacles that have been

known by a large obstacle is not yet known which certainly in a State of the bridge referred to as evens (G = 0).

ABSTRAK

Untuk menentukan nilai hambatan listrik dengan presisi digunakan metode untuk menentukan jembatan wheatstone. Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik. Menurut hukum ohm, hambatan listrik juga merupakan hasil perbandingan dari besarnya beda potensial pada abad ke-2 ujung penghantar terhadap besarnya arus listrik yang mengalir melalui hambatan tersebut.

Cara menentukan besar suatu hambatan biasanya dapat dilakukan dengan cara:Menggunakan teori hubungan antara resitivitas terhadap besar hambatan ( jika hambatan berupa suatu penghantar). Dapat juga dengan menggunakan metode jembatan Wheatstone, yaitu 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 ( G=0 ).

PENDAHULUAN

Untuk menentukan nilai hambatan listrik dengan presisi, digunakan metode jembatan wheatstone.

Hambatan Seri dan Parallel

Bila dua hambatan dihubungkan dapat digunakan oleh sebuah hambatan ekuivalen :

Rek = R1 + R2

Dan untuk hambatan parallel :

Rek =

Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang secara matematis dapat ditulis :

R = ρ (L/A)

Dimana : R  adalah Hambatan listrik suatu penghantar (Ω), ρ adalah Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m), L adalah Panjang penghantar (m), A adalah Luas penghantar ( m²)

LANDASAN TEORI

Menurut hukum Ohm, hambatan listrik juga merupakan hasil perbandingan dari besarnya beda potensial pada ke-2 ujung penghantar terhadap besarnya arus listrik yang mengalir melalui hambatan tersebut.

Secara matematis dapat dituliskan:

V = I. R

R=V/I

Dimana R adalah Hambatan (Ω), V adalah  beda potensial (V), I adalah arus listrik (A)

Cara menentukan besar suatu hambatan biasanya dapat dilakukan dengan cara menggunakan teori hubungan antara resistivitas terhadap besar hambatan (jika hambatan berupa suatu penghantar). Selain itu dapat juga dengan menggunakan metode jembatan wheatstone, yaitu menggunakan rangkaian jembatan wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui yang tentunya dalam keadaan jembatan disebut setimbang (G = 0).

Rangkaian jembatan wheatstone adalah 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 dua titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan.

Rangkaian jembatan wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser bila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar.

Didalam logam pada keadaan suhu tetap, rapat arus I berbanding lurus dengan medan listrik. Hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan disebut “Hukum Ohm”. Ditemukan oleh George Simon Ohm dan dipublikasikan pada sebuah paper pada tahun 1827. the galvanic Circuit Investigated Mathematically, prinsip ohm adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, Ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antar tegangan, arus dan hambatan yang salaing berhubungan.

Hukum Ohm :

- Tegangan dinyatakan dengan nilai volt, disimbolkan E dan V.
- Arus dinyatakan dengan Ampere, disimbolkan I
- Hambatan dinyatakan dengan Ohm, disimbolkan R.

METODOLOGI PENELITIAN

Metode penelitian yang kami lakukan adalah melakukan praktikum langsung dalam laboratorium fisika, dengan menggunakan alat-alat seperti hambatan geser, catu daya DC, hambatan tetap, galvanometer, potensiometer, komutator, (pembalik arus) serta kabel-kabel. Setelah kita mempersiapkan alat-alat, kita melakukan  praktikum dengan jalannya percobaan seperti menghubungkan rangkaian, dalam keadaan saklar S terbuka, kami menyalakan catu daya, kemudian menaikkan satu tahap (3 volt), lalu mengukur Vbc dan Vac dengan multimeter, lalu menggeser kedudukan titik b sehingga perbedaan Vbc dan Vac sekeci mungkin. Setelah itu kami menutup saklar S, yakni menghubungkan G ke titik a. lalu mengubah hambatan geser dari maksimum ke minimum sehingga diperoleh penunjukkan galvanometer menjadi nol. Kemudian mengubah arah arus dengan mengubah saklar pada komutator (pembalik arus), lalu mengatur agar penunjukan galvanometer menjadi nol. Kemudian mematikan catu daya, mengganti Rx lain, mengulangi percobaan atau langkah-langkah sebelumnya untuk menentukan Rx yang lain. Kemudian menambahkan Rx yang sudah diukur sebelumnya sehingga Rxₐ seri dengan Rx2, kemudian mengulangi percobaan untuk menentukan Rek dari hubungan seri tersebut, setelah itu memasang Rxₐ parallel dengan Rx2.

HASIL PENELITIAN

Keadaan ruangan

Suhu

Sebelum percobaan

26ºc

Sesudah percobaan

26ºc

 

Data

Hambatan (R)

P1 (cm)

P2 (cm)

Rx1

72±0,05

30±0,05

Rx2

81±0,05

26±0,05

Rx1 seri dgn Rx2

63,5±0,05

25±0,05

Rx1 parallel dgn Rx2

73±0,05

46,5±0,05

 

 

Hasil

Rx1

Rx2

Rek seri

R2 parallel

25,7 Ω

42,6 Ω

68,3 Ω

16,02 Ω

 

·      Untuk Rx1 dan Rx2 hubungan seri

Rek = Rx1 + Rx2

          = 17,39 Ω + 27,03 Ω

       = 44,42 Ω

KESIMPULAN

Kesimpulan yang kami dapat dalam praktikum ini yaitu bahwa hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan dari suatu komponen elektronik denganarus yang melewatinya hambatan listrik dapat dirumuskan :



Resistor adalah suatu komponen yang sedemikian, sehingga mempunyai hambatan tertentu. Galvanometer adalah alat ukur yang memiliki kepekaan tinggi

 

SARAN

1.    Dengan adanya praktikum fisika dasar tentang jembatan wheatstone, sebaiknya praktikan untuk lebih sabar dalam mengukur rangkaian  jembatan wheatstone

2.    Mengganti alat yang sudah tidak berfungsi, agar tidak mengganggu jalannya percobaan

DAFTAR PUSTAKA

Tippler, A paul.1998.Fisika untuk sains dan Tekhnik jilid 1.jakarta : Erlangga

http://www.google.com/teori-dasar-jembatan-wheatstone

MENENTUKAN PANAS YANG DITIMBULKAN OLEH ARUS LISTRIK DAN TARA KALOR LISTRIK

 

Nita Rahmatus Sholihah, 1001135042

Laboratorium Fisika Dasar Universitas Muhammadiyah Prof. DR. HAMKA 2012

ABSTRACT

At first people understand as the heat which cannot be seen that is named plogiston. It is caused by the fact that the can be moved around. In the year (1753-1814) rumford commits an experiment and observes, in his observations Rumford argued that heat is a form of energy, rather that a subtance flow. Next view rumford develoved by joule. The principal of joule experiment is stirring the water using the energi load dropped from a certain height. The burden of it hung on a rope that is wrapped around the axle vanes. Wheels turbine vanes are with in a vessel filled with water which is called a calorimeter. Aften down over and over againt, it turns out that the water temperature goes up. If heat is the temperature of the subtance, the rising water in the calorimeter is very suprising because in this case there is no flow of heat into the water. In determining heat an object we should pay

attention to accurary in calculated the temperature of the object is. Due to the heat of a body’s.

ABSTRAK

Pada awalnya orang memahami kalor sebagai zat alir yang tidak dapat dilihat yang dinamakan plogiston. Hal itu disebabkan oleh fakta bahwa kalor dapat berpindah-pindah. Pada tahun (1753-1814) Rumford melakukan suatu percobaan dan mengamati, dalam pengamatannya Rumford berpendapat bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi, bukan suatu zat alir. Selanjutnya, pandangan Rumford dikembangkan oleh joule. Prinsip percobaan joule adalh mengaduk air menggunakan energi beban yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu.  Beban itu digantungkan pada sebuah tali yang dililitkan pada sumbu roda sudu. Roda sudu berada dalam bejana yang berisi air yang disebut kalorimeter. Setelah dilakukan berulang-ulang, ternyata suhu air naik. Apabila kalor merupakan zat alir , naiknya suhu air dalm kalorimeter sangat mengherankan karena dalam hal ini tidak ada aliran kalor ke air. Dalam menentukan kalor suatu benda kita harus memperhatikan ketelitian dalam menghitung temperature benda tersebut.

PENDAHULUAN

Sebuah hambatan yang dialiri arus akan menghasilkan panas, dimana panas tersebut merupakan suatu bentuk energy. Jika I adalah arus (ampere), R adalah hambatan (ohm), T adalah waktu (sekon). Maka berlaku persamaan :

Energi : W = I2 R t (joule)

Atau Energi = W =0,24 I2 t (kalori)

Jika hambatan tersebut diatas yang telah panas kemudian dicelupkan kedalam air / zat cair, maka panas yang diberikan pada zat cair akan menaikkan temperature zat cair tersebut. Dari hukum kekekalan energi, panas yang diberikan oleh suatu system akan sama dengan yang diterima oleh sistem lain. Dalam sebuah calorimeter proses tersebut di atas dapat dilaksanakan dengan mengusahakan agar tidak ada kebocorn energi. Energi yang diberikan oleh hambatan diatas sama dengan energy yang diterima oleh calorimeter beserta isinya (zat cair, pengaduk, thermometer, calorimeter)

Jumlah panas yang diterima calorimeter beserta isinya :

Ht (Ta – Tm)                  (kalori)

Dimana :

Ta  adalah temperatur akhir calorimeter, Tm adalah temperature mula-mula calorimeter, dan Ht adalah nilai air dari calorimeter beserta isinya.

Pada awalnya orang memahami kalor sebagai zat alir yang tidak dapat dilihat yang dinamakan plogiston. Hal itu disebabkan oleh fakta bahwa kalor dapat berpindah-pindah. Pada tahun (1753-1814) Rumford melakukan suatu percobaan dan mengamati, dlam pengamatannya Rumford berpendapat bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi, bukan suatu zat alir. Selanjutnya pandangan Rumford dikembangkan oleh Joule.

Prinsip percobaan Joule adalah mengaduk air menggunakan energi beban yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu. Beban itu digantungkan pada sebuah tali yang dililitkan pada sumbu roda sudu. Roda sudu berada dalam bejana yang berisi air yang disebut kalorimeter. Setelah dilakukan berulang-ulang, ternyata suhu air naik. Apabila kalor merupakan zat alir, naiknya suhu air dalam kalorimeter sangat mengherankan karena dalam hal ini tidak ada aliran kalor ke air.

Dalam menentukan kalor suatu benda kita harus memperhatikan ketelitian dalam menghitung temperatur benda tersebut. Karena kalor suatu benda sangat bergantung pada suhu.

Sedangkan dalam pembahasan Tara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang diberikan terhadap panas yang di hasilkan. Untuk menghitung TARA KALOR LISTRIK digunakan persamaan



Ht( Ta – Tm ) = a I2 R t

Dimana tara kalor listrik = 1/a

LANDASAN TEORI

Kalor adalah banyak panas yang dikandung dalam suatu zat. Satuan dari kalor sering dinyatakan dalam satuan energi, sebab kalor adalah energi. Hubungan antara satu satuan kalor setara dengan sejumlah satuan energi telah dibuktikan dengan apa yang disebut percobaan joule dan menghasilkan kesetaraan berikut :

1 kal = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kal

1 kkal = 4.2 x 103 Joule

Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1kg zat untuk menaikkan sushunya sebesar 1 satuan suhu. Untuk mengukur kalor jenis diperlukan kalorimeter.



Q = m x c x Dt

 Ket :

Q = banyaknya kalor ( Joule )

c  = kalor jenis ( J/kgoc )

m = massa benda ( kg )

Dt = kenaikan suhu ( oC )

Kapasitas kalor adalah bilangan yang menunjukkan benyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda 1oC. Secara matematis ditulis :

C = m x c

Ket ;

C = kapasitas kalor ( J/oC )

m = massa zat ( kg )

c = kalor jenis zat ( J/kgoC )

Ada berbagai jenis kalorimeter, yaitu :

1.    Kalorimeter alumunium

Kalorimeter alumunium adalah kalorimeter yang didesain agar pertukaran kalor hanya terjadi didalam bejana kalorimeter dan menghindari pertukaran kalor ke lingkungan sekitarnya.

2.    Kalorimeter bom

Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalor) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O2 berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter larutan.

1.    Tara kalor listrik adalah perbandingan antara energi listrik yang diberikan terhadap panas yang di hasilkan



J = W/H [Joule/kalori]

teori yang melandasi tentang tara kalor listrik: hukum joule dan azas black

Tara kalor mekanik adalah bilangan yang menunjukkan kesetaraan antara satuan kalor dengan satuan energy mekanik. Hubungan energy kalor dengan energy mekanik ini dikemukakan

 

oleh joule.

Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Misalnya pada peristiwa gesekan energi mekanik berubah menjadi panas. Pada mesin uap panas diubah menjadi energi mekanik. Demikian pula energi listrik dapat diubah menjadi panas atau sebaliknya. Sehingga dikenal adanya kesetaraan antara panas dengan energi mekanik/listrik, secara kuantitatif hal ini dinyatakan dengan angka kesetaraan panas-energi listrik/mekanik. Kesetaraan panas-energimekanik pertama   diukur oleh Joule dengan mengambil energi mekanik benda jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter sehingga air menjadi panas. Energi listrik dapat diubah menjadipanas dengan cara mengalirkan arus listrik pada suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada dalam kalorimeter. Energi listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya adalah:

W = V.i.t [joule]

dimana :

V = beda potensial antara kedua ujung kawat tahanan [volt]

i = kuat arus listrik [ampere]

t = lamanya mengalirkan arus listrik [detik]

Energi listrik sebesar V.i.t joule ini merupakan energi mekanik yang hilang dari elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung yang berpotensial tinggi.

Energi ini berubah menjadi panas. Jika tak ada panas yang keluar dari kalorimeter maka panas yang timbul besarnya:

H = (M + Na).(ta – tm) [kalori]

dimana:

M = m air.c air

Na = Nilai air kalorimeter (kal/gºC)

ta = suhu akhir air

tm = suhu mula-mula air

Banyak panas yang dihasilkan dari kalorimeter dapat dikompensasi dengan memulai percobaan pada suhu di bawah suhu kamar, dan mengakhirinya pada suhu di atas suhu kamar.

Energi kalor : (energi panas)

dirumuskan :

Q = m.c.∆t

dimana :

Q = energi kalor (kal) ;

m = massa (kg) ;

 c = kalor jenis (kal/gr.ºC) ;

∆t = perubahan suhu (ºC)

Energi Listrik :

dirumuskan :

W = P.t = V.I.t

dimana :

W = energi listrik (Joule)

P = daya listrik (watt) ; V = tegangan (volt) ;

I = arus listrik (amp) ; dan

t = waktu (s)

Tara kalor listrik :

energi kalor (Q) biasanya dinyatakan dalam satuan kalori energi listrik (W) biasanya dinyatakan dalam satuan Joule, maka agar W dan Q dapat menjadi “setara” (sama nilainya), maka nilai W yang masih dalam Joule, harus diubah kedalam kalori, dimana nilai energi : 1 kal = 4,186 Joule. Nilai “4,186″ dikenal dengan nama “tara kalor-mekanik”

Pada rumusan yang saudara tuliskan :

Q = a. W

=> konstanta “a” adalah faktor pengali untuk mengubah satuan W (Joule) menjadi dalam satuan kalori, agar kedua ruas mempunyai satuan yang sama

=> Jadi : a = 1/(4,186) = 0,239 → inilah “tara kalor-listrik”

=> artinya : 1 Joule = 0,239 kal

Jika ternyata energi kalor (Q) sudah ndalam satuan Joule, maka kita tidak perlu lagi memakai “nilai kesetaraan” tsb, jadi boleh langsung kita tulis : Q = W
(kedua ruas sudah dalam satuan Joule)

Untuk menghitung TARA KALOR LISTRIK digunakan persamaan :

Ht( Ta – Tm ) = a I2 R t

Dimana tara kalor listrik = 1/a

METODOLOGI PENELITIAN

Metode penelitian yang kami lakukan dalam praktikum kali ini adalah dengan melakukan praktikum langsung dalam laboratorium. Yaitu dengan mempersiapkan alat-alat seperti, calorimeter dengan hambatan R, voltmeter, ampermeter, catu daya arus searah, hambatan geser Rg, stopwatch, dan thermometer. Dengan melakukan jalannya percobaan seperti:

Menghitung nilai air calorimeter + pengaduk

Menimbang calorimeter kosong, pengaduk dan hambatan R dengan teliti, lalu memasukkan air dingin kira-kira ¼ bagian dari calorimeter, kemudian ditimbang kembali. Sehingga massa air dingin dapat diketahui. (= Mad), kemudian menambahkan air mendidih (yang telah ditimbang massanya = Map, juga temperatur nya = Tap) sampai kira-kira mengisi calorimeter ½ bagian, memperhatikan kenaikan temperature serta mencatat temperature setimbangnya (= Ta), menimbang kembali calorimeter dalam keadaan setimbang tersebut sehingga massa air panas dapat diketahui (=Map), maka nilai air calorimeter total (=Ht) dapat dihitung dengan mengingat bahwa kedua kalor tersebut dibawah ini sama.

-     Kalor yang diterima air dingin = Ht (Ta – Tm)

-     Kalor yang diberikan air panas = Map Cap (Tap - Ta)

Menghitung TARA KALOR LISTRIK (= konstanta joule )

Mempergunakan calorimeter beserta isinya, sehingga massa calorimeter ataupun massa air telah diketahui, mencatat temperatur air dalam calorimeter sebelum melanjutkan percobaan (Tm = temperatur mula-mula), mengatur Rg dan catu daya sehingga diperoleh penunjukkan pada ampermeter=2 ampere. Mencatat potensial yang ditunjukkan oleh voltmeter, dengan menjaga agar penunjukkan ampermeter tetap, mengalirkan arus untuk selama 30 menit. Mencatat temperatur akhir, selama hambatan R dialiri arus listrik, dilakukan pengadukan dengan perlahan sehingga pemanasan air dapat merata.

HASIL PENELITIAN

Dari hasil penelitian yangn kami peroleh adalah sebagai berikut :

Dengan menggunakan rumus



Ht

∆Ht

KR

KCR

76,92 kal

5,097

6,6 %

93,4%

-     Menentukan nilai tara kalor listrik.

Menggunakan rumus



Dan

V = I.R

R =

R

∆R

KR

KCR

11,36Ω

O,7415

24,6%

75,4%

-     Menentukan nilai hambatan jenis

R =

R = 11,36 Ω

L = 3,2 cm = 0,032 m

d = 0,06 cm = 6x10-4 m

r = 0,03 cm = 3x10-4 m

A =

= 3,14 (3x10-4)

= 3,14.ˉ9x10-8

= 28,26x10-8 m²




                 =

                 = 1x10-4Ωm

KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah kami lakukan, dan data-data yang telah kami peroleh kami menyimpulkan bahwa penyusunan rangkaian yang benar akan mempengaruhi nilai yang diperoleh dari Amperemeter sehingga berpengaruh pada perhitungan akhir serta suhu mempengaruhi hasil perhitungan. Tara Kalor Listrik merupakan hasil perkalian dari kuat arus, hambatan dan waktu yang dibagi dengan hasil kali dari nilai calorimeter, suhu awal dan suhu akhir.

SARAN

 Dalam melakukan percobaanini praktikan harus teliti dalam penyusunan rangkaian, pengambilan data serta dalam menghitung massa dan temperature yang didapat. Selain itu, praktikan harus teliti dalam penggunaan alat yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

Tippler, A paul.1998.Fisika untuk sains dan Tekhnik jilid 1.jakarta : Erlangga

zemainsky, Sears. 2006. Fisika Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

http://www.wikipedia.com