Jembatan Wheatstone

Kurikulum: A-level (extension), Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Menyetimbangkan jembatan dan menentukan hambatan yang tidak diketahui dari syarat kesetimbangan.

Rangkaian

Sumber 5 V. Lengan atas berisi \(R_1\) dan \(R_2\), masing-masing 1 kΩ. Lengan bawah berisi \(R_3\), 1 kΩ, dan resistor yang tidak diketahui, \(R_x\). \(R_3\) berfungsi sebagai kotak hambatan: nilainya diubah di kartu parameter. Voltmeter dipasang pada diagonal jembatan.

Langkah kerja

1. Catat pembacaan voltmeter.
2. Pilih \(R_3\) dan ubah hambatannya di kartu parameter hingga voltmeter menunjukkan nol.
3. Catat \(R_3\) saat setimbang.
4. Hitung \(R_x = R_3 \cdot R_2 / R_1\) dan bandingkan dengan nilai nominal \(R_x\) di kartu parameternya.

Hasil yang diharapkan

Dengan \(R_3\) = 1 kΩ voltmeter menunjukkan sekitar 0,50 V: titik tengah lengan bawah berada pada 3,0 V, titik tengah lengan atas pada 2,5 V. Nol diperoleh pada \(R_3\) = 1,5 kΩ: \(R_x\) = 1500 · 1000 / 1000 = 1500 Ω, sesuai dengan nilai di kartu parameter. Sisa pembacaan yang hampir nol disebabkan oleh hambatan kabel.

Pertanyaan

1. Berapa seharusnya perbandingan hambatan lengan-lengan agar voltmeter menunjukkan nol?
2. Mengapa pengukuran dengan jembatan lebih teliti daripada pengukuran menggunakan hukum Ohm?

Jawaban

1. Kedua lengan harus membagi tegangan sumber dengan perbandingan yang sama, \(R_1 / R_2 = R_3 / R_x\): dengan begitu kedua titik tengah berada pada potensial yang sama, sehingga diperoleh \(R_x = R_3 \cdot R_2 / R_1\). Di sini \(R_1 = R_2\), sehingga jembatan setimbang jika \(R_3 = R_x\) = 1,5 kΩ.
2. Saat setimbang, voltmeter hanya perlu mendeteksi nol, dan tidak ada arus yang mengalir melaluinya, sehingga hambatannya sendiri dan kesalahan skalanya tidak memengaruhi hasil; begitu pula nilai pasti tegangan sumber. \(R_x\) diperoleh hanya dari perbandingan hambatan yang diketahui. Dengan hukum Ohm, \(R = U / I\) membawa kesalahan dua alat ukur, ditambah penurunan tegangan pada amperemeter atau arus yang ditarik voltmeter.