Pengukuran Kapasitans dengan Metode Jembatan (E5)

Pengukuran Kapasitans dengan Metode Jembatan (E5)

Philin Yolanda Dwi Sagita, Su’udi Jurusan Fisika, Fakultas IPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: phie_sics@yahoo.com

Abstrak—Perhitungan dan pengukuran nilai kapasitan suatu kapasitor dapat dilakukan dengan berbagai cara. Diantaranya dapat dengan melakukan perhitungan dan pengukuran secara langsung maupun melalui media jembatan wheatstone. Praktikum pengukuran kapasitans dengan metode jembatan (E5) ini bertujuan untuk menera kapasitans dari berbagai kapasitor yang dihubungkan seri dan paralel. Pada praktikum ini dilakukan 2 macam metode yaitu Metode menera kapasitans kapasitor A, B, dan C serta Metode menera kapasitans kapasitor A, B, dan C dengan variasi C1. Pada metode pertama dihasilkan 9 data nilai C1 dengan 3 variasi nilai R2, 1 variasi nilai C2, dan R1 sebagai resistor variabel yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan tegangan listrik jembatan wheatstone yang ditunjukkan dengan angka nol pada multitester. Pada saat R2 menunjukkan nilai 603 Ω dan nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad didapatkan nilai C1 rata-rata sebesar 5.043 x 10-5 Farad. Pada saat R2 menunjukkan nilai 805 Ω dan nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad didapatkan nilai C1 rata-rata sebesar 3.032 x 10-6 Farad. Dan nilai rata-rata C1 sebesar 7.758 x 10-5 Farad saat R2 menunjukkan nilai 999 Ω dan C2 menunjukkan nilai 1.03 x 10-7 Farad. Dalam metode kedua, pada rangkaian jembatan wheatstone yang sama dengan metode pertama dilakukan variasi rangkaian pada C1 yang terdiri atas 2 kapasitor A dan B yang disusun secara seri maupun paralel. Berdasarkan grafik hubungan antara nilai kapasitans Ca dengan nilai R2 pada rangkaian seri tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin tinggi nilai resistor tetap (R2) maka nilai kapasitans Ca juga semakin tinggi. Namun pada grafik hubungan antara nilai kapasitan Ca dengan nilai R2 pada rangkaian paralel tidak didapatkan kesinambungan antara peningkatan nilai R2 dengan peningkatan nilai kapasitans Ca yang didapatkan pada praktikum seperti yang telah ditunjukkan hasil data pada rangkaian seri.

Kata Kunci—Jembatan Wheatstone, Kapasitor, Resistor, Seri, Paralel

I.     PENDAHULUAN

II.

1.1        Latar Belakang

P

ada umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut. ^[1].

Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone. ^[2]

 

Gambar 1.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Gambar 1.1 adalah sebuah jembatan Wheatstone, yang terdiri dari 2 kapasitor dan 2 resistor. C₁ adalah kapasitor  yang  akan ditera kapasitansnya, C₂ adalah kapasitor, dan R₁ serta R₂ adalah resistor  variabel.

Dengan mengubah R₁ dan R₂ maka pada harga tertentu beda potensial listrik antara titik A dan B adalah 0 volt. Keadaan ini terjadi bila penurunan tegangan dari C ke A sama dengan penurunan tegangan dari C ke B, sehingga dapat dituliskan^[3] :

atau

Sehingga

maka

Sehingga diperoleh

III.     METODE

A.     Menera Kapasitans Kapasitor A, B, C

Langkah awal dalam praktikum ini adalah menyiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam melaksanakan praktikum ini, yaitu Resistor Variabel 10K, Kapasitor Variabel, Multitester, Transformator 500 mA, dan Kapasitor yang akan ditera. Kemudian dilanjutkan dengan menyusun rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1 dengan C₁ sebagai kapasitor A yang akan ditera kapasitansnya.

 

Gambar 2.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone pada Praktikum A

Lalu hubungkan primer transformator 500 mA dengan sumber jala-jala (PLN) dan sekunder 12 V dengan rangkaian. Langkah selanjutnya letakkan multitester pada ACV 10 V. Ubahlah resistor variabel hingga penunjukkan voltmeter mendekati 0 V. Lakukan variasi pada C₂ secara seri/paralel sehingga tegangan mendekati 0 V. Ulangi langkat diatas untuk kapasitor B dan C. Untuk tiap kapasitor A, B, dan C lakukanlah selama 3 kali pengukuran dengan nilai R₁, R₂, dan C₂ yang berlainan.

B.     Menera Kapasitans Kapasitor dengan variasi C₁

Langkah awal dalam praktikum ini adalah menyiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam melaksanakan praktikum ini, yaitu Resistor Variabel 10K, Kapasitor Variabel, Multitester, Transformator 500 mA, dan Kapasitor yang akan ditera. Kemudian dilanjutkan dengan menyusun rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2. Lalu susunlah seri dua-dua A-B, A-C, dan B-C. Serta susunlah paralel dua-dua A-B, A-C, dan B-C. Dilanjutkan dengan menyusun A, B, dan C yang dsusun seri. Serta A, B, dan C yang disusun paralel. Sehingga akan didapatkan nilai C₁.

 

Gambar 2.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone pada Praktikum B dengan susunan C1 Seri

 

Gambar 2.1 Rangkaian Jembatan Wheatstone pada Praktikum B dengan susunan C1 Paralel

IV.     HASIL DAN PEMBAHASAN

A.     Menera Kapasitans Kapasitor A, B, C

Pada praktikum pengukuran kapasitans dengan Metode jembatan (E5) bagian A yaitu Menera kapasitans kapasitor A, B, dan C ini digunakan 3 jenis nilai R2 yaitu 603 Ω, 805 Ω, dan 999 Ω serta 1 jenis nilai C2 yaitu 1.03 x 10-7 Farad. Sementara itu dilakukan perubahan nilai Resistor Variabel (R1) hingga dicapai keseimbangan rangkaian yang dibuktikan dengan nilai beda potensial pada multitester yang menunjukkan angka nol. Dari keadaan itulah akhirnya didapatkan nilai C1 yang merupakan variabel yang akan kita tera nilai kapasitannya. Pada praktikum  ini, akan dilakukan 3 kali pengulangan untuk masing-masing nilai R2 sehingga akan didapatkan 9 data dari 3 jenis nilai R2 da 1 jenis C2. Saat rangkaian berada dalam keadaan nilai R2 603Ω dan C2 1.03 x 10-7 Farad, didapatkan nilai R1 dan C1 yang bermacam-macam dengan nilai rata-rata C1 sebesar 5.04304 x 10-5 Farad. Sementara saat rangkaian berada dalam keadaan nilai R2 805 Ω dan C2 1.03 x 10-7 Farad, didapatkan nilai rata-rata C1 sebesar 3.03195 x 10-6 Farad. Sedangkan dalam keadaan nilai R2 999 Ω, nilai rata-rata C1 yang didapatkan adalah sebesar 7.75811 x 10-5 Farad. Data-data tersebut tidak menunjukkan kestabilan nilai antara peningkatan nilai R2 dan perubahan nilai C1 pada saat rangkaian dalam keadaan seimbang, sehingga dari data tersebut tidak dapat ditarik hubungan antara peningkatan nilai R2 dan perubahan nilai C1. Akantetapi, hubungan tersebut juga tidak perlu dilakukan karena praktikum ini hanya bertujuan untuk menera kapasitansi kapasitor dari perubahan nilai resistor variabel (R1) pada keadaan seimbang.

B.     Menera Kapasitans Kapasitor dengan variasi C₁

Pada praktikum pengukuran kapasitans dengan metode jembatan (E5) bagian B yaitu Menera kapasitans kapasitor dengan variasi C1 ini digunakan 3 jenis nilai R2 yaitu 600 Ω, 800 Ω, dan 1000 Ω dengan 1 jenis nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad.  Pada C1 dilakukan variasi rangkaian antara rangkaian seri dan paralel untuk kapasitor A dan B sehingga pada praktikum ini digunakan 2 jenis resistor dengan 1 resistor variabel dan 1 resistor tetap serta 3 kapasitor dengan C2 sebagai kapasitor tetap dan 2 kapasitor lainnya divariasi dalam C1 menjadi rangkaian seri dan paralel. Sementara itu rangkaian dijaga tetap dalam keadaan seimbang dengan melakukan perubahan nilai Resistor Variabel (R1) yang dibuktikan dengan nilai beda potensial pada multitester yang menunjukkan angka nol. Dari keadaan itulah akhirnya didapatkan nilai C1 yang merupakan variabel yang akan kita tera nilai kapasitannya. Akan tetapi, C1 sendiri merupakan variasi rangkaian kapasitor A dan B yang disusun secara seri dan paralel. Sehingga untuk mencapai nilai kapasitans Ca dibutuhkan beberapa bentuk perhitungan lanjut sehingga didapatkan nilai  Ca yang sesungguhnya.

            Pada grafik ditunjukkan sebuah kesinambungan antara peningkatan nilai R2 yang telah ditentukan sebelumnya dengan peningkatan yang ditunjukkan oleh data nilai kapasitans Ca yang disusun seri. Dari grafik hubungan antara nilai kapasitans Ca dengan nilai R2 pada rangkaian seri tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin tinggi nilai resistor tetap (R2) maka nilai kapasitans Ca juga semakin tinggi. Namun pada grafik hubungan antara nilai kapasitan Ca dengan nilai R2 pada rangkaian paralel tidak didapatkan kesinambungan antara peningkatan nilai R2 dengan peningkatan nilai kapasitans Ca yang didapatkan pada praktikum seperti yang telah ditunjukkan hasil data pada rangkaian seri. Hal ini mungkin disebabkan oleh beberapa error yang dilakukan baik oleh praktikan maupun alat yang digunakan.

Pada praktikum ini tidak dilakukan pengulangan baik pada praktikum pertama maupun kedua karena walaupun ada beberapa variabel yang dinyatakan memiliki nilai tetap namun pada beberapa variabel yang lain justru menghasilkan nilai variabel yang berbeda untuk satu jenis variabel. Sehingga menyebabkan tidak adanya ralat yang bisa didapatkan pada praktikum ini. Dan tingkat ketelitian dan error-nya pun tidak dapat ditentukan.

Grafik 1. Grafik hubungan antara nilai kapasitans Ca dengan nilai R2 pada rangkaian seri

Grafik 2. Grafik hubungan antara nilai kapasitan Ca dengan nilai R2 pada rangkaian paralel

V.     KESIMPULAN

Pada praktikum Pengukuran Kapasitans dengan Metode Jembatan (E5) berhasil didapatkan nilai tera kapasitans kapasitor C1 dengan menggunakan 2 metode yaitu Metode menera kapasitans kapasitor A, B, C dan Metode menera kapasitans kapasitor dengan variasi C1 yang disusun seri maupun paralel. Pada metode pertama dihasilkan 9 data nilai C1 dengan 3 variasi nilai R2, 1 variasi nilai C2, dan R1 sebagai resistor variabel yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan tegangan listrik jembatan wheatstone yang ditunjukkan dengan angka nol pada multitester. Pada saat R2 menunjukkan nilai 603 Ω dan nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad didapatkan nilai C1 rata-rata sebesar 5.043 x 10-5 Farad. Pada saat R2 menunjukkan nilai 805 Ω dan nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad didapatkan nilai C1 rata-rata sebesar 3.032 x 10-6 Farad. Dan nilai rata-rata C1 sebesar 7.758 x 10-5 Farad saat R2 menunjukkan nilai 999 Ω dan C2 menunjukkan nilai 1.03 x 10-7 Farad. Dalam metode kedua, pada rangkaian jembatan wheatstone yang sama dengan metode pertama dilakukan variasi rangkaian pada C1 yang terdiri atas 2 kapasitor A dan B yang disusun secara seri maupun paralel. Dalam metode ini digunakan 3 jenis nilai R2 yaitu 600 Ω, 800 Ω, dan 1000 Ω dengan 1 jenis nilai C2 sebesar 1.03 x 10-7 Farad. Berdasarkan dengan grafik hubungan antara nilai kapasitans Ca dengan nilai R2 pada rangkaian seri tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin tinggi nilai resistor tetap (R2) maka nilai kapasitans Ca juga semakin tinggi. Namun pada grafik hubungan antara nilai kapasitan Ca dengan nilai R2 pada rangkaian paralel tidak didapatkan kesinambungan antara peningkatan nilai R2 dengan peningkatan nilai kapasitans Ca yang didapatkan pada praktikum seperti yang telah ditunjukkan hasil data pada rangkaian seri.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium elektronika dasar 1 yang telah membimbing dalam melakukan praktikum, dan teman-teman yang telah membantu dalam melakukan praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

[1]     Blocher, Richard. 2003. Dasar Elektronika. Penerbit Andi, Yogyakarta.

[2]     William, Jack, Steven. Rangkaian Listrik Jilid 1. Penerbit Erlangga, Jakarta.

[3]     Diah, Septia. 2002. Jurnal Ilmiah Praktikum Jembatan Wheatstone.

[4]     Fisika FMIPA, Dosen. 2011. Fisika II (Listrik, Magnet, Gelombang, Optika, Fisika Modern). ITS press, Surabaya.