LAPORAN PRAKTIKUM JEMBATAN AC
LAPORAN PRAKTIKUM ALAT-ALAT UKUR
“JEMBATAN AC”
NAMA : EDWIN KURNIAWAN
NIM
: A1C317051
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
LABORATORIUM PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN
PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JAMBI
2018
I.
Judul : “ Jembatan Arus Bolak-Balik “
II.
Tujuan :
a.
mahasiswa
mengetahui dengan baik kegunaan dari masing-masing jenis jembatan AC beserta
dengan konfigurasi, teori, dan konsep-konsepnya
b.
mahasiswa
mampu melakukan pengukuran dengan berbagai jenis jembatan AC
c.
mahasiswa
dapat menganalisis pengaruh dari masing-masing komponen dalam jembatan AC
III.
Landasan Teori
Bentuk
dasar jembatan AC terdiri dari empat lengan, sumber eksitasi dan menyeimbangkan
detektor. Setiap lengan terdiri dari impedansi. Sumber AC adalah pasokan
persediaan tegangan AC pada frekuensi yang diperlukan.
Jembatan arus bolak-balik beraneka macam ragamnya.
Kondisi-kondisi keseimbangan pada arus bolak-balik pada umumnya tergantung dari
frekuensi sumber energinya, akan tetapi untuk pengukuran impedansi adalah
sangat memudahkan bila kondisi-kondisi keseimbangan dibuat tidak tergantung
pada frekuensi. Jembatan arus bolak-balik yang kondisi keseimbangannya
tergantung dari frekuensi disebut jembatan- jembatan frekuensi dan
jembatan ini mendapatkan penggunaannya untuk pengukuran frekuensi sederhana
atau dalam osilator dan filter. (Soedjana, 1976 : 123 – 124).
Jala-jala yang yang didapatkan dengan menggantikan
tahanan-tahanan yang terdapat pada empat cabang dari suatu jembatan arus searah
dengan impedansi-impedansi disebut jembatan bolak-balik. Karena hukum Ohm juga
berlaku untuk arus bolak-balik, maka kondisi untuk keseimbangan didapat sebagai
berikut:
Persamaan ini adalah sama dengan dua
persamaan di bawah ini:
|
|
| = |
| (2)
Bila kondisi keseimbangan tersebut ditulis dengan suatu
persamaan yang memperlihatkan hubungan-hubungan antara bagian-bagian nyata dan
bagian-bagian imajinernya, maka didapat hubungan keseimbangan sebagai berikut:
Dari persamaan
di atas maka dapat dilihat bahwa kondisi keseimbangan dinyatakan dalam dua
persamaan. Hal ini adalah merupakan perbedaan pokok dengan persamaan
keseimbangan dalam jembatan arus searah. Jadi dengan demikian, maka
berbeda dengan jembatan arus searah, dimana keseimbangan bisa dicapai
dengan pengaturan satu cabang, maka untuk jembatan arus bolak-balik,
keseimbangan hanya didapat dengan pengaturan dua komponen dari jembatan.
Menurut
Dinata (2015: 84-85), Daya
pada arus bolak-balik atau alternating current (ac) ada 3 macam yaitu
daya aktif, dayareaktif dan daya nyata.
- Daya
Aktif
Daya aktif digunakan secara umum oleh
konsumen. Daya aktif inilah yang biasanya dapat dikonversikan dalam bentuk
kerja. Satuan dayaaktif dinyatakan dalam watt. Daya aktif (realpower),
didapat dari persamaan:
P = V.I.cos
- Daya
Reaktif
Daya reaktif adalah jumlah daya yang
diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet. Maka
akan terbentuk fluks magnet. Satuan daya reaktif dinyatakan dalam VAr. Daya
reaktif (reactivepower), didapat dari persamaan:
Q = V.I.sin
- Daya
Nyata
Daya nyata adalah penjumlahan geometris dari
daya aktif dan daya reaktif. Daya nyata merupakan daya yang diproduksi oleh
perusahaan sumber listrik untuk diditribusikan ke konsumen. Satuan daya nyata
ini dinyatakan dalam VA. Daya nyata (apparent power), didapat dari
persamaan:
S = V.I
Daya aktif dan reaktif didefinisikan secara
matematika sebagai berikut:
P + JQ =
Vsrms.Irms S
Jembatan
arus bolak-balik merupakan perluasan wajar dari jembatan arus searah dan dalam
bentuk dasarnya terdiri dari empat lengan jembatan, sumber eksitasi, dan sebuah
detector nol. Sumber daya menyalurkan suatu tegangan bolak-balik ke jembatan
pada frekuensi yang diinginkan. Untuk pengukuran
pada frekuensi rendah, antaran sumber daya (power line) dapat berfungsi sebagai
sumber eksitasi, pada frekuensi yang lebih tinggi, sebuah osilator umumnya
menyalurkan tegangan eksitasi. Detektor nol harus memberi tanggapan terhadap
ketidakseimbangan arus-arus bolak-balik dan dalam bentuk yang paling sederhana
(tetapi sangat efektif) terdiri dari sepasang telepon kepala (head phones).
Dalam pemakaiaan lain, detektor nol dapat terdiri dari sebuah penguat arus
bolak-balik bersama sebuah alat pencatat keluaran atau sebuah indikator tabung
sinar elektron (tuning eye) (William,1999:24).
Cara
mengukur induksi diri dengan menggunakan metoda jembatan Maxwell ini diperlukan sumber arus
bolak-balik (AC) dalam pengukurannya. Induktansi yang akan diukur (
)
ini disambung pada rangkaian jembatan yang akan dipersamakan.
(Suryatmo,1997:
89-92), Rangkaian jembatan Maxwell Ketika sakelar S ditutup dalam jembatan,
maka akan dialiri oleh arus bolak- balik. Untuk memperoleh keseimbangannya
diaturlah induktansi standar
dengan
tahanan standar
.
Maka setelah dicapai keseimbangan berlakulah:
(
+
)
= (
+
)
(
+
2 π f
)
= (
+
2 π f
)
Pada
kondisi seimbang, nilai-nilai tahanan nyata R dan tahanan imaginer (
)
pada tiap-tiap induktansi harus sama, maka didapatlah sebagai berikut:
dan
(2 π f
)
= (2 π f
)
atau
=
Sehingga
dapat ditulis:
Jadi,
kondisi keseimbangan dari jembatan ini tidak bergantung pada frekuensinya.
Karena R,
,
,dan
telah
diketahui, dan
dapat
dicari seperti berikut ini:
Dimana
S=
Sakelar
T= Alat pendengar (head set )
Rangkaian jembatan AC pada umumnyabanyak digunakan dalam
aplikasi pengukuran nilai suatu komponen., rangkaian jembatan dikatakan
seimbang apabila arus yang mengalir pada cabang yang menghubungkan dua lengan
dari jembatan tersebut sama dengan nol ampere. Dalam penerapannya, Digunakan
resistor variabel yang nilainya sangat presisi yang diatur sehingga arus yang
lewat pada bagian tengah (biasanya memakai galvanometer) sama dengan nol ampere. Untuk rangkaian
AC, kondisi seimbang pada rangkaian jembatan terjadi saat nilai impedansi dari
masing-masing lengan/cabang dalam jembatan (Marthein, 2006: 45).
IV.
ALAT DAN BAHAN
1.
Resistor
box
2.
Kapasitor
3.
Inductor
4.
Capit
buaya
5.
Oscillator
6.
Galvanometer
(menggunakan multimeter analog)
7.
Multimeter
digital
V.
PERCOBAAN
GAMBAR RANGKAIAN PRAKTIKUM
Gambar 3.1 Gambar
3.2
Jembatan Maxwell Jembatan
Hay
Gambar 3.3 Gambar
3.4
Jembatan Wien Jembatan
Schering
VI.
PROSEDUR PERCOBAAN
1)
Jembatan Maxwell
· Susunlah rangkain Jembatan Maxwell
seperti gambar di atas.
· Nilai tegangan, frekuensi, Rx, Lx,
Rs, Ra, Rm ditentukan oleh asisten.
· Atur nilai kapasitansi Cs agar
jembatan menjadi setimbang.
· Catat data pengamatan kedalam tabel
berikut:
|
V
|
F (Hz)
|
Rx
|
Rm
|
Ra
|
Rs
|
Cs
|
Lx
|
Ket
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
· Buktikan dengan hasil perhitungan
apakah nilai yang di dapat sesuai dengan teori yang berlaku.
2)
Jembatan Hay
· Susunlah rangkain Jembatan Hay
seperti gambar di atas.
· Nilai tegangan, frekuensi, Rx, Lx,
Rs, Ra, Rm ditentukan oleh asisten.
· Atur nilai tahanan Cs agar jembatan
menjadi setimbang.
· Catat data pengamatan kedalam tabel
berikut:
|
V
|
F (Hz)
|
Rx
|
Rm
|
Ra
|
Rs
|
Cs
|
Lx
|
Ket
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
· Buktikan dengan hasil perhitungan
apakah nilai yang di dapat sesuai dengan teori yang berlaku.
3)
Jembatan Wien
·
Susunlah
rangkain Jembatan Wien seperti gambar di atas.
·
Nilai
tegangan, R1, C1, R2, R3, C3, R4 ditentukan oleh asisten.
·
Atur
frekuensi sumber tegangan agar jembatan menjadi setimbang.
·
Catat
data pengamatan kedalam tabel berikut:
|
V
|
F (Hz)
|
Rx
|
Rm
|
Ra
|
Rs
|
Cs
|
Lx
|
Ket
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
·
Buktikan
dengan hasil perhitungan apakah nilai yang di dapat sesuai dengan teori yang
berlaku.
4)
Jembatan Schering
· Susunlah rangkain Jembatan Schering
seperti gambar di atas.
· Nilai tegangan, frekuensi, R1, C1,
R2, C3, Cx, ditentukan oleh asisten.
· Atur nilai tahanan Rx agar jembatan
menjadi setimbang.
· Catat data pengamatan kedalam tabel
berikut:
|
V
|
F (Hz)
|
Rx
|
Rm
|
Ra
|
Rs
|
Cs
|
Lx
|
Ket
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
·
Buktikan
dengan hasil perhitungan apakah nilai yang di dapat sesuai dengan teori yang
berlaku.
VII.
ANALISIS DATA
a. jembatan Maxwell
·
Menentukan
Hambatan
Ø
Ø
b. Jembatan Wien
- Menentukan Hambatan
Ø
- Menentukan Frekuensi
Ø
c. Jembatan Schering
- Menentukan Tan θx .
Tan θs
Ø
Tan θx . Tan θs = w (C2 s - C1 Q)
d. Jembatan carey-foster
- Menentukan nilai M
Ø
- Menentukan L
Ø
VIII.
DATA PERCOBAAN
a.
Jembatan
Maxwell
|
NO.
|
R1 (Ω)
|
R2 (Ω)
|
R3 (Ω)
|
C
|
|
1.
|
0,25
|
0,26
|
13,45
|
12
|
|
2.
|
250
|
82,6
|
134,5
|
1200
|
- Jembatan wien
|
NO
|
R1 (Ω)
|
R2 (Ω)
|
R3 (Ω)
|
R4 (Ω)
|
C1
|
C2
|
F
|
|
1.
|
0,25
|
74,4861
|
13,45
|
0,71
|
12
|
2,6
|
0,016
|
|
2.
|
250
|
7,45 x 1012
|
134,5
|
710
|
1200
|
260
|
0,16 x 10-5
|
- Jembatan schering
|
NO.
|
CS
|
S
|
Q
|
w
|
C1
|
C2
|
|
1.
|
22
|
44,61
|
70,897
|
0,84
|
12
|
7,4
|
|
2.
|
2200
|
446,1
|
708,97
|
84,1
|
1200
|
740
|
- Jembatan
carey-foster
|
NO.
|
C
|
Q
|
R
|
S
|
|
1.
|
12
|
70,897
|
0,25
|
44,61
|
|
2.
|
1200
|
708,97
|
82,6
|
446,1
|
IX.
PEMBAHASAN
Bentuk umum rangkaian jembatan AC
Rangkaian jembatan seperti yang ditunjukkan
pada gambar, banyak di gunakan dalam aplikasi pengukuran nilai suatu komponen.
Pada jembatan Wheatstone rangkaian jembatan dikatakan seimbang jika arus yang
mengalir pada cabang yang menghubungkan dua lengan dari jembatan tersebut sama
dengan nol ampere. Dalam penerapannya digunakan resistor variable yang nilainya
sangat presisi yang diatur sehingga arus yang lewat padabagian tengah ( biasanya
galvanometer )
a)
Jika
diketahui : R1 = 0,25Ω , R2 =8,26 Ω ,R3 = 13,45 Ω , C=12
Tentukan Rx = …..? dan Lx =…...?
Penyelesaian:
dan
Jembatan
Maxwell
Jembatan Maxwell mengukur sebuah induktansi
yang tidak diketahui dinyatakan dalam kapasitansi yang diketahui.
- Diketahui:
R1 = 0,25Ω
R2 =8,26 Ω
R3 =
13,45 Ω
C=12
Ditanya :
Rx =
…..?
Lx
=…...?
Penyelesaian:
𝑅�� = 3 𝑅2 𝑅1
𝑅𝑥 = 13,45 .8,26 0,25
𝑅𝑥 = 444,388 Ω
𝐿𝑥 = 𝑅3 𝑅2 𝐶 𝐿𝑥 = 8,26 .13,45 .12 𝐿𝑥 = 1333,164 𝑚𝑚
- Diketahui :
R1 = 250 Ω
R2 =82,6 Ω
R3 = 134,5 Ω
C=1200
Dit Rx = …..?
Lx
=…...?
Penyelesaian:
𝑅𝑥 = 3 𝑅2 𝑅1
𝑅𝑥 = 134,5 .82,6 250
𝑅𝑥 = 44,4388 Ω
𝐿𝑥 = 𝑅3 𝑅2 𝐶
𝐿𝑥 = 82,6 .134,5 .1200
𝐿𝑥 = 13.331.640 𝑚𝑚
Jembatan
Hay
Jembatan Hay berbeda dari jembatan Maxwell
yaitu mempunyai tahanan R1 yang seri
dengan kapasitor C1 sebagai pengganti tahanan parallel. Dengan segera
keliahatan bahwa pada sudut-sudut fasa yang sama besar, R1 akan mempunyai nilai
yang sangat rendah. Dengan demikian Hay lebih menyenyangkan untuk pengukuran Q
tinggi.
𝒛𝟏 = 𝑹𝟏 − 𝒋 𝝎𝑪𝟏 ; 𝒛𝟐 = 𝑹𝟐; 𝒛𝟑 = 𝑹𝟑; 𝒛𝒙 = 𝑹𝒙 + 𝒋𝝎𝑳𝒙
Jembatan
wien
Jembatan Wien dikemukakan di sini bukan hanya
untuk pemakaiannya sebagai jembatan arus bolak-balik guna mengatur frekuensi,
tetapi juga untuk berbagai rangkaian bermanfaat lainnya.
Diketahui
R1 = 0,25Ω R3 = 13,45 Ω R4 = 0,71 Ω C1 =12 C3
=2,6
Dit:
R2 = ….?
Penyelesaian
𝑅2 𝑅4 = 𝑅1 𝐶1 𝑅3 𝐶3
𝑅2 0,71 = 𝑂,25.12.13,45.2,6
𝑅2 = 74,8461 Ω
Jembatan
schering
Jemabatan schering, salah satu jembatan arus
bolak-balik yang paling penting, dipakai secara luas untuk pengukuran kapasitor
Diketahui
CS = 22
S = 44,61
Q = 70,897
W = 0,84
C1 = 12
C2 = 7,4
Dit:
Tan θx .Tan θs = …..?
Cx =
.....?
Penyelesaian:
Cx
= Cs X 𝑠 𝑄𝐶𝑥
Cx
= 22 X
44,61 70,897
Cx
= 22 X 0,629 Cx =
13,84
Tan θx .
Tan θs = w (C2 s - C1 Q)
0,84 (7,4(44,61) – 12 (70,897)) = 0,84 (330,114 – 850,764)
= - 437,346
Jembatan
carey-foster
Diketahui
C = 12
Q = 70,897
R = 0,25
S = 44,61
Dit : M = …?
L = …?
Penyelesaian
𝑀 = 𝐶 𝑥 𝑄 𝑥𝑅
𝑀 = 12 𝑥 70,897 𝑥0,25
𝑀 = 212,691
𝐿 = (1 +44,61 70,897)
𝐿 = 212,691 (1,629)
𝐿 = 346,521 𝑚𝑚
Diketahui:
C = 1200
Q = 708,97
R = 82,6
S = 446,1
Dit :
M = …?
L = …?
Penyelesaian
𝑀 = 𝐶 𝑥 𝑄 𝑥𝑅
𝑀 = 1200 𝑥 708,97 𝑥 52,6
𝑀 = 70273106,4
𝐿 = (1 +446,1 708,97 )
𝐿 = 70273106,(1,6629)
𝐿 = 114474890,3 𝑚𝑚
X.
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan,dapat
disimpulkan bahwa:
- Jenis-jenis jembatan
AC adalah Jembatan Maxwell, Jembatan Schering, Jembatan Hay, Jemabatan
Win, dan Jembatan carey-foster. Untuk konsep masing-masing jembatan hanya
berbeda sedikit akan tetapi akan tetap berpedoman pada persamaan Jembatan
AC umum yakni
𝑧1𝑧4 = 𝑧2𝑧3
- Untuk melakukan
pengukuran masing-masing jembatan diperlukan beberapa komponen dan harus
memahami konsep dari masing-masing jemabatan.
- Untuk menganalisis
pengaruh komponen perlu dilakukan uji coba dengan menggunakan rumus dari
masing-masing jembatan dan dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan
analisis yang tepat.
DAFTAR PUSTAKA
Cooper, William D. 1999. Instrumentasi Elektronika Dan Teknik
Pengukuran. Jakarta: Erlangga (Diterjemahkan oleh: Ir. Sahat Pakpahan)
Dinata, Irwan dan Wahri Sunanda. 2015. Implementasi Wireless Monitoring Energi
Listrik Berbasis Database. Bangka Belitung: Jurnal Nasional Teknik Elektro.
ISSN: 2302-2909. Vol.4, No.1
Kanginan, Marthein. 2006. Fisika. Erlangga. Jakarta
Soedjana,
Sapiie.1976. Pengukuran dan Alat
– Alat Ukur Listrik. Jakarta:PT.Pradya
Paramita.
Suryatmo. 1997.
Fakultas Teknik: Pengukuran Listrik dan Elektronika. Jakarta: Bumi Aksara
XI.
Lampiran
9.1
Lampiran Hitung
1. Jembatan Maxwell
a.
Dik:
R1 = 0,25Ω
R2 =8,26 Ω
R3 = 13,45 Ω
C=12
Dit Rx = …..?
Lx =…...?
Penyelesaian:
b.
Dik :
R1 = 250 Ω
R2 =82,6 Ω
R3 = 134,5 Ω
C=1200
Dit Rx = …..?
Lx =…...?
Penyelesaian:
2.
Jembatan wien
a. Dik:
R1 = 0,25Ω
R3 = 13,45 Ω
R4 = 0,71 Ω
C1 =12
C3 =2,6
Dit: R2 = ….?
F = …?
Penyelesaian
b. Dik:
R1 = 250 Ω
R3 = 134,5 Ω
R4 = 710 Ω
C1 =1200
C3 =260
Dit: R2 = ….?
F = …?
Penyelesaian
3. Jembatan schering
a. Dik :
CS = 22
S =
44,61
Q =
70,897
W = 0,84
C1 =
12
C2 =
7,4
Dit:
Penyelesaian
Tan θx . Tan θs = w (C2 s - C1 Q)
=0,84 (7,4(44,61) – 12 (70,897))
= 0,84 (330,114 – 850,764)
= - 437,346
b. Dik :
CS = 2200
S = 446,1
Q =
708,97
W = 84,1
C1 =
1200
C2 =
740
Dit:
Penyelesaian
Tan θx . Tan θs = w (C2 S - C1 Q)
=84,1 (740 (446,1) – 1200 (708,97))
= 0,84 (330114 – 850764)
= - 43786
4. Jembatan carey-foster
a. Dik :
C = 12
Q = 70,897
R = 0,25
S = 44,61
Dit : M = …?
L = …?
Penyelesaian
b. Dik :
C = 1200
Q = 708,97
R = 82,6
S = 446,1
Dit : M = …?
L = …?
Penyelesaian
Komentar
Posting Komentar