e4 jembatan wheatstone dyah

JURNAL ELEKTRONIKA DASAR 1 Vol. 1, No. 1, (2012) 1-4

Abstrak—Pengukuran kapasitans dengan metode jembatan telah selesai dilakukan. Peralatan yang digunakan adalah resistor variabel 10K dan 100K, kapasitor pembanding, multitester, transformator 500 mA dan kapasitor yang akan ditera. Penelitian ini dimaksudkan untuk menera kapasitans dari berbagai kapasitor yang dihubungkan seri, paralel dan seri paralel. Studi dilakukan dengan menggunakan metode jembatan yaitu dengan mengubah-ubah nilai R1 sehingga pada harga tertentu beda potensial listrik di jembatan adalah 0 volt. Hasil percobaan pertama menunjukkan kapasitans yang bernilai besar akan didapatkan ketika kapasitor yang akan ditera dihubungkan dengan resistor yang mempunyai hambatan kecil. Hasil nilai kapasitans maksimum yang didapatkan pada percobaan pertama sebesar 8,575x10-5 F ketika nilai resistor variabel 2-nya 999 Ω dan resistor variabel 1-nya 1,2 Ω. Kemudian untuk percobaan kedua dilakukan dengan cara yang hampir sama dengan percobaan pertama. Perbedaannya hanya terletak pada kapasitor yang akan ditera (C1). C1 merupakan gabungan dari dua kapasitor, yang mana dihubungkan secara seri dan paralel. Ketika dihubungkan secara seri, nilai kapasitans rata-ratanya adalah 1,661x10-6 F, sedangkan untuk paralel 2,657x10-7 F.

Kata Kunci—kapasitans, metode jembatan, kapasitor.

I. PENDAHULUAN

APASITOR sering disebut kondensator merupakan suatu komponen elektronika yang mempunyai fungsi

menyimpan energy potensial listrik dalam bentuk medan listrik. Pada umumnya fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC, kapasitor berfungsi sebagai isolator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. Nilai kapasitor bergantung pada kapasitansinya. Kapasitor tersusun dari 2 plat yang dipisahkan oleh bahan dielektrik yang berfungsi untuk menyimpan elektron. Ketika suatu rangkaian diberi tegangan, maka elektron akan mengalir menuju kapasitor. Ketika kedua ujung plat diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif akan mengalir ke elektrode positif dan muatan negatif mengalir ke elektrode negatif karena ada bahan dielektrik yang memisahkan kedua plat sehingga elektron yang mengalir tidak akan terbalik.Ketika kapasitor telah terisi penuh dengan muatan maka akan terjadi perubahan tegangan sehingga muatan

K

dalam kapasitor akan keluar dan mengalir pada rangkaian. Berdasarkan polaritasnya kapasitor dibagi menjadi dua jenis, yaitu kapasitor non polar dan kapasitor polar. Kapasitor polar merupakan kapasitor yang pada kedua kutubnya mempunyai polaritas positif dan negative, dan bahan dielektrik kapasitor jenis ini terbuat dari elektrolit sehingga kapasitor jenis ini mempunyai nilai kapasitansi yang lebih besar dibandingkan kapasitor non polar. Sedangkan kapasitor non polar merupakan kapasitor yang pada kedua kutubnya tidak mempunyai polaritas yang artinya kutub-kutubnya dapat dipakai secara terbalik, dan kapasitor jenis ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil serta bahan dielektriknya terbuat dari kertas, keramik, dan mika.

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari sebuah kapasitor untuk menampung muatan. Kapasitansi dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang kapasitor, dan jarak antara dua keeping penyusun kapasitor. Secara matematis dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini.

dimana adalah permitivitas bahan pembuat kapasitor, A

adalah luas penampang kapasitor, dan d adalah jarak kedua plat kapasitor. Semakin jauh jarak kedua plat maka akan semakin kecil kapasitansi dari kapasitor tersebut, karena muatan pada masing-masing plat lebih sulit untuk

terpolarisasi. Satuan SI dari kapasitansi adalah Coulomb/ volt atau sering disebut Farrad(F).

Arus istrik didefinisikan sebagai perubahan kecepatan muatan terhadap waktu. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang mempengaruhinya. Energi luar tersebut dapat berupa beda potensial, panas, dan lain sebagainya. Menurut perubahannya terhadap waktu arus dibedakan menjadi 2 jenis yaitu arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC). Arus searah adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang konstan terhadap satuan waktu. Sedangkan arus bolak-balik (AC) adalah arus yang mempunyai nilai polaritas yang berubah-ubah terhadap satuan waktu. Apabila pada suatu rangkaian menggunakan sumber tegangan AC artinya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah arus AC, sehingga nilai tegangannya akan berubah-ubah terhadap satuan waktu. Tegangan AC mempunyai nilai maksimum dan nilai minimum sesuai dengan grafik yang berbentuk sinusoidal.

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian

Pengukuran Kapasitans dengan Metode Jembatan (E5)

Dyah Ayu Daratika, Margiasih Putri LianaJurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi

Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected]

1


listrik yang digunakan untuk mengukur nilai hambatan yang tidak diketahui dengan syarat arus yang mengalir pada rangkaian akan sama dengan nol. Untuk memastikan arus pada rangkaian sama dengan nol digunakan galvanometer. Gambar rangkaian jembatan wheatstone dapat diamati dibawah ini.

Gambar 1. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Keadaan ini terjadi apabila penurunan tegangan dari C ke A sama dengan penurunan tegangan dari C ke B, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut.

VC1 = VR1 atau VC2 = VR2 (2)

Dari persamaan diatas maka dapat dicari nilai kapasitansi dari kapasitor yang belum diketahui nilai kapasitansinya.

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan (step up) atau menurunkan (step down) tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu kumparan primer yang bertindak sebagai input dihubungkan dengan sambungan PLN, yang kedua inti besi yang berada ditengah berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan, dan yang ketiga kumparan sekunder yang bertindak sebagai output dan dihubungkan dengan rangkaian. Sesuai dengan fungsinya untuk menaikkan atau menurunkan tegangan perbedaannya hanya pada jumlah lilitan pada kumparan primer dan kumparan sekunder saja.

Potensiometer adalah resistor tiga atau dua terminal yang nilai tahananya dapat diubah dengan cara memutar tuasnya untuk jenis potensi putar. Pada potensio terdapat dua terminal yang salah satunya terminal tetap dan yang lain terminal geser. Prinsip kerja potensiometer adalah gabungan dua buah resistor yang dihubungkan secara seri R1 dan R2. Di dalam dua buah resistor ini nilai resistansinya dapat dirubah. Nilai resistansi total dari kedua resistor akan selalu tetap, dimana nilai ini merupakan nilai resistansi dari potensiometer. Apabila nilai resistansi diperbesar maka secara otomatis nilai resistansi dari R2 akan berkurang. Nilai dari potensiometer dapat berubah sesuai dengan perputaran yang dihasilkan.

II.METODE

Pada praktikum pengukuran kapasitans dengan menggunakan jembatan wheatstone ini digunakan alat dan bahan yaitu resistor variable (potensiometer), kapasitor variabel, multitester, transformator 500 mA, kapasitor yang ditera.

praktikum ini terdapat 2 percobaan. Langkah-langkah pada

percobaan pertama yaitu disiapkan peralatan-peralatan yang dibutuhkan seperti resistor variabel 10K dan 100K, kapasitor pembanding, kapasitor yang akan ditera, multitester, transformator 500mA serta power supply. Kemudian ditentukan nilai kapasitor pembanding (C2) sebesar 1,03x10-7

F, dan resistor variabel (R2) divariasi sebesar 603 Ω, 805 Ω, dan 999 Ω. Langkah berikutnya yaitu rangkaian disusun seperti yang telah ditetapkan oleh asisten, kapasitor yang akan ditera (C1) dihubungkan dengan kapasitor pembanding (C2) secara seri. Kemudian kedua resistor variabel (R1) & (R2) dihubungkan secara paralel terhadap kedua kapasitor tersebut. Setelah rangkaian tersusun secara benar barulah dihubungkan dengan tegangan listrik. Pada saat galvanometer menyimpang dari angka nol (0), maka resistor variabel 1 (R1) diatur sedemikian hingga agar galvanometer menunjukkan angka mendekati nol (0). Setelah itu dilakukan pengukuran nilai resistor variabel 1 (R1) tersebut dengan menggunakan multitester. Setiap variasi (R2), diulangi sebanyak 3 kali untuk memperkecil nilai eror. Pada percobaan pertama ini didapatkan nilai resistor variabel 1 (R1), yang kemudian digunakan dalam perhitungan untuk menghitung nilai kapasitor yang ditera (C1) tersebut menggunakan persamaan:

........................................................................(1)

Setelah percobaan pertama selesai, dilanjutkan dengan percobaan kedua. Rangkaian pada percobaan kedua tidak jauh berbeda dengan percobaan pertama, hanya saja kapasitor yang akan ditera (C1) terdiri dari dua buah kapasitor yang disusun secara seri dan paralel. Langkah pertama yaitu dengan menentukan besar resistor variabel (R2) yang telah ditetapkan oleh asisten, secara berturut-turut 600 Ω, 800 Ω, dan 1000 Ω. Besar (C2) sama dengan percobaan pertama yaitu 1,03x10-7 F. Rangkaian pertama (C1) tersusun dari 2 kapasitor secara seri dan rangkaian kedua secara paralel. Setelah rangkaian tersusun secara benar barulah dihubungkan dengan tegangan listrik. Pada saat galvanometer menyimpang dari angka nol (0), maka resistor variabel 1 (R1) diatur sedemikian hingga agar galvanometer menunjukkan angka mendekati nol (0). Setelah itu dilakukan pengukuran nilai resistor variabel 1 (R1) tersebut dengan menggunakan multitester. Data (R1) yang didapat pada percobaan kedua digunakan untuk menghitung nilai kapasitor (C1) dengan menggunakan persamaan (1) di atas. Namun, nilai (C1) tersebut adalah nilai kapasitans 2 kapasitor, untuk menghitung nilai kapasitans 1 kapasitor yang disusun seri yaitu 2xC1. Sedangkan pada susunan parallel nilai kapasitans 1 kapasitor yaitu C1/2.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada percobaan ini, didapatkan nilai resistor variabel 2

2


(R2), kapasitansi pembanding (C2), dan nilai resistor variabel 1 (R1). Ketika menggunakan variasi kapasitor variabel (C1) yang berbeda dan variasi dari resistor (R2), maka nilai dari resistor variabel (R1) akan beragam besarnya.

Setelah nilai dari resistor variabel 1 (R1) diketahui, dapat dicari besar dari kapasitans (C1) dengan menggunakan persamaan yang telah diberikan, pada perhitungan ini melibatkan empat besaran sebagai penentunya. Oleh karena itu untuk mendapatkan nilai kapasitor (C1) yang presisi, dalam artian nilai kapasitor (C1) pada perhitungan akan sama dengan atau hampir mendekati nilai yang ditunjukkan oleh multitester, praktikan haruslah cermat dalam melakukan percobaan ini. Nilai untuk kapasitor (C1) menggunakan perhitungan, seperti ditunjukkan pada tabel 1 dibawah ini.

Tabel 1. Hasil perhitungan C1 pada percobaan pertama dengan menggunakan persamaan 1.

R1(Ω) R2(Ω) C2 (Farad) C1(Farad) Rata2 1.3 603 1.03E-07 4.778E-05

5.043E-051.2 603 1.03E-07 5.176E-05

1.2 603 1.03E-07 5.176E-0519.8 805 1.03E-07 4.188E-06

3.03E-0627.7 805 1.03E-07 2.993E-06

43.4 805 1.03E-07 1.91E-061.4 999 1.03E-07 7.35E-05

7.758E-051.4 999 1.03E-07 7.35E-05

1.2 999 1.03E-07 8.575E-05

Berdasarkan data yang ditunjukkan pada tabel 1 di atas, ketika nilai (R2) dinaikkan, nilai (R1) ikut naik sedangkan nilai kapasitans (C1) menurun. Namun, ketika nilai (R2) dinaikkan lagi, nilai (R1) menurun sedangkan nilai kapasitans (C1) meningkat. Hal itu terjadi karena nilai perbandingan (C1)/(C2) sama dengan perbandingan (R2)/(R1) sesuai dengan persamaan (1). Karena (C2) dibiarkan konstan, jadi ketika (R2) dinaikkan dan (R1) juga ikut naik sehingga nilai perbandingannya kecil maka nilai (C1) menurun agar nilai perbandingan (C1)/(C2) juga kecil. Ketika (R2) dinaikkan dan (R1) menurun sehingga nilai perbandingannya besar maka nilai (C1) meningkat agar nilai perbandingan (C1)/(C2) juga besar.

Untuk percobaan kedua yang menggunakan C1 yang terdiri dari 2 kapasitor yang disusun secara seri dan secara paralel, menghasilkan data sebagai berikut. Setelah dilakukan perhitungan menggunakan data yang telah ada didapatkan perbedaan C1 yang cukup jauh antara penyusunan secara seri dan paralel. Ketika menghubungkan secara paralel akan mendapatkan nilai kapasitans yang besar karena nilai kapasitansnya 2 kali lipat nilai kapasitans salah satu penyusunnya, sedangkan jika menghubungkan secara seri akan mendapatkan nilai kapasitans yang kecil karena nilai kapasitansnya ½ dari nilai kapasitans salah satu penyusunnya. Untuk hasil perhitungannya seperti pada tabel dibawah ini.

Tabel 2. Hasil perhitungan C1 pada saat disusun secara seri.

R1(Ω) R2(Ω)C2(Farad

)C1(Farad) Rata2

47 600 1.03E-07 2.62979E-061.661E-

0674.5 800 1.03E-07 2.21208E-061457 1000 1.03E-07 1.41386E-07

Tabel 3. Hasil perhitungan C1 pada saat disusun secara paralel.

R1(Ω) R2(Ω)C2(Farad

)C1(Farad) Rat2

146.3 600 1.03E-07 2.1121E-072.657E-

07164.5 800 1.03E-07 2.50456E-07153.5 1000 1.03E-07 3.35505E-07

Berdasarkan tabel 2 dan tabel 3, nilai kapasitans (C1) pada

saat disusun secara seri lebih besar daripada saat disusun secara paralel. Pada saat disusun seri, nilai kapasitans (C1) semakin rendah berbanding terbalik dengan kenaikan (R2) sedangkan pada saat disusun paralel, nilai kapasitans (C1) semakin tinggi sebanding dengan kenaikan (R2). Pada percobaan kedua ini dibuat grafik hubungan antara (R2) dan (R1) pada saat (C1) terdiri dari 2 kapasitor yang disusun secara seri dan secara paralel.

Gambar 1. Grafik antara R1 dan R2 pada saat C1 tersusun seri

Gambar 2. Grafik antara R1 dan R2 pada saat C1 tersusun paralel

3


IV. KESIMPULAN

Percobaan ini berhasil menunjukkan bahwa semakin besar harga dari resistor variabel 1 (R1), maka kapasitans dari sebuah kapasitor yang akan ditera (C1) akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya hal itu terbukti karena nilai perbandingan (C1)/(C2) sama dengan nilai perbandingan (R2)/(R1) sesuai dengan persamaan di depan. Dan ketika C1

disusun secara seri nilai kapasitansnya lebih besar jika dibadingkan ketika C1 disusun secara paralel.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium elektronika dasar 1 Jurusan Fisika FMIPA ITS husunya kepada saudara Su’udi selaku asisten pada praktikum ini yang telah memberikan bantuan berupa tenaga dan bimbingan sehingga praktikum dan jurnal ini dapat diselesaikan.

DAFTAR PUSTAKA[1] Halliday, David and Resnick, Robert. 2000. "Fisika Universitas jilid 2.

Jakarta Pusat: Erlangga[2] Sears, F. W. 1964. “Electricity and Magnetism”. London: Addison-

Wesley Publishing Company, Inc.[3] Halliday, David and Resnick, Robert. 1986. "Fisika jilid 2 edisi 3

(diterjemahkan oleh: Sibahan, Patur dan Sucipto, Erwin)". Jakarta Pusat: Erlangga.

[4] Pratama, Luffi. http://sebuahnamauntukcinta.blogspot.com. Diakses pada tanggal 25 September 2012 pukul 09.39 WIB.

4

http://sebuahnamauntukcinta.blogspot.com/

e4 jembatan wheatstone dyah

Documents