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. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui. kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer .

Hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone :
1. Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-larus 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.

Rumus Hukum Ohm
Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan
V = I.R
atau
I = V / R
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

Dipertengahan 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.”

Jumlah I masuk = I keluar
3. Hukum Kirchoff II

Hukum Kirchoff II berbunyi, “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.”

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.

Hukum Kirchhoff 2

Pada hukukm Kirchhoff 2 sebenarnya bunyinya hampir sama dengan hk. Kirchhoff 1, yang membedakan adalah kalo hk. Kirchoff 1 itu digunakan untuk arus dalam percabangan sedangkan hukum Kirchhoff 2 digunakan untuk menghitung jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup.
Hukum kirchoff 2 berbunyi “ Penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusun yang membentuk satu lintasan tertutup akan bernilai Nol”. Atau dalam bentuk matematiknya sebagai berikut :
∑V = 0
Mari kita langsung lihat contoh soalnya saja …
Pertanyaan : tentukanlah V2 rangkaian tersebut!
Jawaban :
sekarang kita lihat tanda plus minus dari rangkaiannya dan ingat rumus dari hukum kirchhoff 2 ΣV = 0
jika arah tegangannya dihitung searah dengan jarum jam maka,
+V2+10+2-15 = 0
V2 = 3 volt
dan jika berlawanan arah jarum jam maka,
-V2-10-2+15 = 0
V1 = 3 volt

Hukum Kirchhoff I

hukum kirchoff I itu berbunyi “ Jumlah Aljabar semua arus dalam titik percabangan itu sama dengan nol”
kalo ditulis dalam bentuk matematik seperti ini :
∑ I = 0
Hukum kirchoff ini menerangkan tentang hukum arus kirchoff. Emang orang jaman dulu kalo nerangin rumus itu bahasanya rumit2, sekarang biar saya permudah kalimat dari hukum kirchoff I. Agar lebih mudah dipahami melalui contoh kejadian saja…

Hukum Kirchhoff 1

Mari kita lihat rangkaian sederhana di bawah ini, sebuah rangkaian resistor yang dipasang secara paralel. (Kenapa dipasang paralel? Seperti yang saya terangkan di postingan sebelumnya tentang resistor, kalo resistor dipasang paralel maka akan menjadi pembagi tegangan bukan pembagi arus dan percabangan rangkaian hanya terjadi di rangkaian paralel).

Nah, rangkaian di atas itu jalur arus listriknya seperti ini :

Tidak usah bingung kenapa jalurnya seperti itu, cukup liat tanda panah dari arusnya, itulah arah dari arusnya, hanya saja saya bagi dua bagian, arus masuk dan arus keluar. Baiklah, sesuai dengan hukum kirchoff 1, maka pada titik A, I1 – I2 – I3 – I4 = 0, atau I1 = I2 + I3 + I4, begitu juga pada titik B terjadi hal yang sama.
Itulah yang dimaksud dengan hukum kirchoff 1, berapapun jumlah arus yang masuk dari percabangan A akan sama dengan arus yang keluar dari percabangan B. Mengerti?
Agar lebih paham lagi mari kita lihat contoh soal dibawah :
4 buah lampu dipasang paralel dengan sumber tegangan dari sebuah adaptor. Jika arus yang masuk dari tiap-tiap lampu adalah : lampu 1 = 5A lampu 2 = 20A lampu 3 = 15A, maka tentukanlah arus yang dbutuhkan oleh lampu 4?
Jawaban :
Sesuai dengan data yang diberikan, I lampu 1 = 5A; I lampu 2 = 20A; I lampu 3 = 15A.
Maka, kata si kirchoff semua arus jika dikurangkan harus sama dengan nol di setiap percabangan. Karena rangkaian berbentuk paralel untuk semua lampu maka rangkaian ini memiliki percabangan dan memenuhi syarat buat pakai hukum kirchoff 1.
I1 – I2 – I3 – I4 = 0
5A – 20A – 15A – I4 = 0
I4 = 5A + 20A + 15A
I4 = 40A

Pengertian Hambatan, Arus, Tegangan dan Bunyi Hukum Ohm

1. Arus
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/T
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.
Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).
2. Hambatan
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V/I
atau
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
3. Tegangan
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
V= I .R
Satuan SI untuk Tegangan adalah volt (V).
4. Hukum OHm
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.
Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.
Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).
Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
HUKUM OHM
E = I R
I = E / R
R = I / E
Kesimpulan :
• Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
• Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
• Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R
• Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I
Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :
P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R
Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere
Contoh Soal Latihan:
Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10 ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?
JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 10 Amper
Dit : hambatan…………….?
JAWAB
R = V/R
R = 220/10 = 22 ohm
Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm
Contoh Soal Latihan:
Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu tersebut ?
JAWAB :
dik :
V = 220 Volt
I = 2 Amper
Dit : Daya…………….?
JAWAB
P = V.I
P = 220. 2 = 440 Watt
Dioalah dari berbagai sumber

Hukum Ohm

Hambatan atau disebut juga tahanan atau resistansi adalah sesuatu yang sering dibicarakan dalam bidang fisika elektronika. Apa sebenarnya fungsi dari hambatan tersebut? Dari data pengamatan kalian menunjukkan ada hubungan yang menarik antara kuat arus dan hambatan. Jika nilai hambatan diperbesar maka kuat arus akan menurun untuk beda potensial yang tetap, sehingga bisa ditulis,


Persaman di atas menunjukkan bahwa hambatan berbanding terbalik dengan kuat arus. Dari Tabel 9.1 ditunjukkan bahwa jika nilai hambatan konstan maka hubungan antara kuat arus dan beda potesial adalah berbanding lurus, dengan kata lain semakin besar beda potensial makin besar kuat arusnya, lihat Gambar 9.1. Secara matematika dapat ditulis,


Penggabungan ke dua persamaan dapat ditulis,


Persamaan di atas disebut hukum Ohm, dengan R adalah hambatan yang dinyatakan dalam satuan ohm ditulis dalam simbol �� (omega). Berdasarkan hukum Ohm, 1 ohm didefinisikan sebagai hambatan yang digunakan dalam suatu rangkaian yang dilewati
kuat arus sebesar 1 ampere dengan beda potensial 1 volt. Oleh karena itu, kita dapat mendefinisikan pengertian hambatan yaitu perbandingan antara beda potensial dan kuat arus.

Gustav Robert Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff (12 Maret, 1824 – 17 Oktober , 1887), adalah seorang fisikawan Jerman yang berkontribusi pada pemahaman konsep dasar teori rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan. Dia menciptakan istilah radiasi "benda hitam" pada tahun 1862. Terdapat 3 konsep fisika berbeda yang kemudian dinamai berdasarkan namanya, "hukum Kirchhoff", masing-masing dalam teori rangkaian listrik, termodinamika, dan spektroskopi.


Gustav Kirchhoff dilahirkan di Königsberg, Prusia Timur (sekarang Kaliningrad, Rusia), putra dari Friedrich Kirchhoff, seorang pengacara, dan Johanna Henriette Wittke. Dia lulus dari Universitas Albertus Königsberg (sekarang Kaliningrad) pada 1847 dan menikahi Clara Richelot, putri dari profesor-matematikanya, Friedrich Richelot. Pada tahun yang sama, mereka pindah ke Berlin, tempat dimana ia menerima gelar profesor di Breslau (sekarang Wroclaw).

Kirchhoff merumuskan hukum rangkaian, yang sekarang digunakan pada rekayasa listrik, pada 1845, saat dia masih berstatus mahasiswa. Ia mengusulkan hukum radiasi termal pada 1859, dan membuktikannya pada 1861. Di Breslau, ia bekerjasama dalam studi spektroskopi dengan Robert Bunsen. Dia adalah penemu pendamping dari caesium dan rubidium pada 1861 saat mempelajari komposisi kimia Matahari via spektrumnya.

Pada 1862 dia dianugerahi Medali Rumford untuk risetnya mengenai garis-garis spektrum matahari, dan pembalikan garis-garis terang pada spektrum cahaya buatan.

Dia berperan besar pada bidang spektroskopi dengan merumuskan tiga hukum yang menggambarkan komposisi spektrum optik obyek-obyek pijar, berdasar pada penemuan David Alter dan Anders Jonas Angstrom (lihat juga: analisis spektrum)

Hukum Kirchoff Dalam Spektroskopi

1. Bila suatu benda cair atau gas bertekanan tinggi dipijarkan, akan menghasilkan cahaya dengan spektrum kontinu.
2. Bila suatu benda gas bertekanan rendah dipijarkan, akan menghasilkan cahaya dengan spektrum emisi, berupa garis-garis terang pada panjang gelombang yang diskret (pada warna tertentu) bergantung pada tingkatan energi atom-atom yang dikandung gas tersebut.
3. Bila spektrum kontinu dilewatkan pada suatu benda gas dingin bertekanan rendah, akan menghasilkan cahaya dengan spektrum serapan, berupa garis-garis gelap pada panjang gelombang yang diskret bergantung pada tingkatan energi atom-atom yang dikandung gas dingin tersebut.

Teori dasar jembatan wheatstone

Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang secara matematis dapat dituliskan:
r=p. (L/A)
Dimana:
R  : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)
ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)
L : Panjang penghantar (m)
A : Luas penghantar ( m²)
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: R=V/I
Dimana:
R : Hambatan (Ω)
V :  Beda potensial (V)
I : Arus Listrik (A)
Cara menentukan besar suatu hambatan biasanya dapat dilakukan dengan cara:

1. 1. Menggunakan teori hubungan antara resitivitas terhadap besar hambatan ( jika hambatan berupa suatu penghantar), yang mana harus diketahui luas dari lebar penghantar dan panjang penghantar serta harus diketahui juga hambatan jenis dari bahan penghantar. Namun bila besar hambatan merupakan suatu komponen listrik ( R ), dapat diketahui dengan cara mengukur besar arus yang mengalir dan besar beda potensial pada ke-2 ujung penghantar, lalu gunakan hukum Ohm yang mana didapat besar hambatan berbanding lurus dengan besar beda potensial dan berbanding terbalik terhadap besar arus listrik yang mengalir.

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 ).
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 2 titik diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan.
Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer = 0, dalam keadaan ini jembatan disebut seimbang, sehingga sesuai dengan hukum Ohm berlaku persamaan :
Rangkaian jembatan wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser bila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar.