Mengukur Hambatan Jenis Material Menggunakan Rangkaian Jembatan Wheatstone

Mengukur Hambatan Jenis Material Menggunakan Rangkaian Jembatan Wheatstone

Sebagai mahasiswa fisika, kita diwajibkan dapat menghitung besaran resistansi suatu bahan material. Hal ini untuk mendukung dan menambah pengetahuan kita terhadap suatu bahan material dan menghitung hambatan jenisnya. Kita mungkin menduga bahwa hambatan yang dimiliki kawat yang tebal lebih kecil daripada kawat yang tipis, karena kawat yang lebih tebal memiliki area yang lebih luas untuk aliran elektron. Kita tentunya juga memperkirakan bahwa semakin panjang suatu penghantar, maka hambatannya juga semakin besar, karena akan ada lebih banyak penghalang untuk aliran elektron. Biasanya, pengetahuan ini akan sangat berguna dan membantu para fisikawan khususnya fisikawan material dan geofisika.

Berdasarkan eksperimen, Ohm juga merumuskan bahwa hambatan R kawat logam berbanding lurus dengan panjang l, berbanding terbalik dengan luas penampang lintang kawat A, dan bergantung kepada jenis bahan tersebut. Secara matematis dituliskan:

dengan:

R = hambatan kawat penghantar (Ω)

l = panjang kawat penghantar (m)

A = luas penampang lintang penghantar (m2)

ρ = hambatan jenis kawat penghantar (Ω.m)

Konstanta pembanding ρ disebut hambatan jenis (resistivitas). Hambatan jenis kawat berbeda-beda tergantung bahannya.

Tabel 1. Data hambatan jenis pada setiap bahan

A.    Jembatan Wheatstone

Jembatan wheatstone adalah rangkaian elektronika yang terdiri dari empat resistor, dan terhubung dengan sumber tegangan DC. Jembatan Wheatstone merupakan suatu rangkaian elektronika yang diguakan untuk mengukur atau menentukan hambatan jenis suatu material yang tidak diketahui dengan menggunakan prinsip potential divider.

Salah satu kegunaan dari rangkaian ini adalah untuk mencari besar hambatan dari sebuah material. Material tersebut disusun dalam rangkaian sebagai salah satu dari keempat resistor. Kelebihan utama dari rangkaian Jembatan Wheatstone adalah kemampuannya untuk memberikan hasil pengukuran yang sangat akurat.

Gambar 1. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Jika arus yang terukur pada V_out bernilai nol maka,

       Sehingga jika R₁, R₂, dan R₃ nilai hambatanya masing-masing telah diketahui, maka nilai hambatan dari R₄ (material dengan besar hambatan yang ingin diketahui) dapat diperoleh menggunakan persamaan tersebut. Setelah besar hambatan diperoleh, besar hambatan jenis juga dapat dicari menggunakan hukum Pouillet

Rangkaian hambatan ini disebut dengan Wheatstone Bridge atau jembatan wheatstone. Rangkaian ini digunakan utuk menyederhanakan susunan hambatan yang pada awalnya tidak dapat disederhankan secara pararel maupun seri. Ada cerita menarik dibalik sejarah Wheatstone. Ternyata jembatan wheatstone tidak ditemukan oleh Sir Charles Wheatstone melainkan oleh Samuel Hunter Cristie pada tahun 1833. Dinamakan wheatstone karena yang berperan besar mempopulerkan rangkaian ini adalah Sir Charles Wheatstone.

Gambar 2. Jembatan wheatstone pada berbagai bentuk

Referensi

[1] Douglas A. Skoog, F. James Holler, & Stanley R. Crouch's Principles of Instrumental Analysis 6th EditioN
[2]Robert B. Northrop 2005 USA. Introduction to instrumentation and measurements

[3] https://www.slideshare.net/hesihpermawati/osiloskop-generator 

[4] http://www.elektroindonesia.com/elektro/instrum8.html

[5] http://teguhinside.blogspot.co.id/2008/03/mengenal-material-ferrolektrik.html 

[6] https://endahswardani.wordpress.com/2013/05/02/bahanbahan-magnetik/