Rangkaian Hambatan Jembatan Wheatstone

Rangkaian Jembatan Wheatstone (Wheatstone Bridge) adalah sebuah rangkaian listrik untuk menghitung resistansi/hambatan yang tidak diketahui dengan menyeimbangkan dua kaki dari rangkaian jembatan. Diketahui bahwa rangkaian hambatan jembatan Wheatstone memberikan pengukuran dengan hasil yang akurat. Komponen penyusun rangkaian hambatan jembatan Wheatstone terdiri dari dua resistor yang diketahui, satu resistor yang tidak diketahui, dan satu resistor variabel yang dihubungkan dalam bentuk jembatan.

Bagaimana bentuk rangkaian hambatan Jembatan Wheatstone? Bagaimana cara mencari hambatan pengganti pada rangkaian jembatan wheatstone? Cari tahu lebih banyak mengenai rangkaian hambatan jembatan Wheatstone pada ulasan di bawah.

Table of Contents

Pengantar Rangkaian Jembatan Wheatsone

Rangkaian pada Jembatan Wheatstone dibentuk oleh empat buah hambatan yang membentuk segiempat A – B – C – D. Konsep pada rangkaian hambatan jembatan Wheatstone digunakan untuk menentukan/mengukur salah satu nilai hambatan yang tidak diketahui besarannya. Simak pembahasan lebih lanjut pada materi di bawah.

Tiga Bentuk Susunan Rangkaian Hambatan Jembatan

Rangkaian jembatan Wheatstone memiliki tiga bentuk walaupun pada dasarnya ketiga bentuk tersebut adalah sama. Ketiga bentuk rangkaian hambatan jembatan wheatstone dapat dilihat seperti pada tiga gambar di bawah.

Bentuk I

Jembatan Wheatstone

Bentuk II

Jembatan Wheatstone 2

Bentuk III

Jembatan Wheatstone

 Baca Juga: Cara Menghitung Biaya Pemakaian Listrik

Cara Menentukan Hambatan Pengganti pada Jembatan Wheatstone

Ada dua kondisi yang perlu diperhatikan sebelum menentukan besarnya hambatan jembatan Wheatstone. Kondisi persama pada hasil perkalian silang hambatan sama, dan kondisi kedua pada hasil perkalian silang hambatan berbeda.

Kondisi I: hasil perkalian silang sama

Hasil kali silang: R1 × R3 = R2 × R4 (untuk kondisi I: hambatan R5 dapat diabaikan).

Bentuk Jembatan Wheatstone

Besar hambatan penggantinya dapat dicari menggunakan rumus untuk mencari hambatan pengganti pada rangkaian seri atau paralel biasa. Sehingga, rangkaian pada hambatan pengganti kondisi I menjadi seperti berikut.

Jembatan Wheatstone

Hambatan pengganti diperoleh melalui langkah-langkah berikut.

  • Rangkaian seri R1 dan R4:
    R1,4 = R1 + R4
  • Rangkaian seri R2 dan R3:
    R2,3 = R2 + R3
  • Hambatan pengganti total (rangkaian paralel R1,4 dan R2,3):
    1/Rp = 1/R(1,4) + 1/R(2,3)

Kondisi II: hasil perkalian silang tidak sama

Hasil kali silang: R1 × R3 ≠ R2 × R4

Bentuk Jembatan Wheatstone

Untuk mencari nilai hambatan pengganti pada kondisi II ini diperlukan rangkaian hambatan bantu. Susunan hambatan bantu tersebut dapat dilihat pada gambar berikut.

Susunan Hambatan Jembatan Wheatstone

Ganti hambatan R1, R2, dan R5 dengan Ra, Rb, dan Rc. Besar nilai hambatan Ra, Rb, dan Rc dapat dicari menggunakan rumus berikut.

Sehingga gambaran rangkaian yang baru terlihat seperti bentuk berikut.

Jembatan Wheatstone

Selanjutnya, nilai hambatan pengganti dapat dicari menggunakan rumus pada rangkaian seri dan paralel.

  • Rangkaian seri Rb dan R4:
    Rb,4 = Rb + R4
  • Rangkaian seri Rc dan R3:
    Rc,3 = Rc + R3
  • Rangkaian Paralel:
    1/Rp = 1/R(b,4) + 1/R(c,3)
  • Besar Hambatan Total/Pengganti: Rangkaian Seri Rp dan Ra:
    Rtotal = Ra + Rp

 Baca Juga: Rangkaian Listrik Seri, Paralel, dan Campuran

Contoh Soal dan Pembahasan

Berikut ini adalah dua contoh soal yang dapat digunakan untuk menambah pemahaman sobat idschool. Soal diberikan untuk tipe yang berbeda. Perhatikan juga pembahasan soal yang diberikan untuk mengetahui proses pengerjaannya.

Contoh 1 – Rangkaian Hambatan Jembatan Wheatstone

Perhatikan gambar di bawah!

Soal Jembatan Wheatstone

Jika diketahui V yang mengalir dari ujung kiri ke ujung kanan adalah 48 volt. Kuat arus yang melalui rangkaian tersebut adalah ….
A.       3 A
B.       6 A
C.       8 A
D.       10 A

Pembahasan:

Selidiki hasil perkalian silangnya terlebih dahulu.

Pembahasan Soal Jembatan Wheatstone

Hasil kali antar hambatan:

  • R1 × R3 = 6 × 4 = 24 Ω
  • R2 × R4 = 6 × 4 = 24 Ω

Nilai R1 × R3 = R2 × R4 maka R5 dapat diabaikan (Kondisi I).

Sehingga, rangkaiannya dapat dianggap seperti berikut.

Wheatstone Bridge
  • Rangkai seri: R1 dan R2:
    R1,2 = R1 + R2
    R1,2 = 6 + 6 = 12Ω
  • Rangkaian seri: R4 dan R3:
    R4,3 = R4 + R3
    R4,3 = 4 + 4 = 8Ω
  • Rangkaian Paralel: R1,2 dan R4,3:
    1/Rtotal = 1/R1,2 + 1/R4,3
    1/Rtotal = 1/12 + 1/8
    1/Rtotal = 4/48 + 6/48
    1/Rtotal = 10/48
    Rtotal = 48/10 = 4,8 Ω

Besarnya kuat arus (I) yang mengalir:
I = V/Rtotal
I = 48/4,8 = 10A

Jadi, arus yang mengalir dalam rangkaian adalah 10 A.

Jawaban: D

Baca Juga: Hukum Ohm dan Kuat Arus Listrik pada Listrik Dinamis

Contoh 2: Rangkaian Hambatan Jembatan Wheatstone

Perhatikan gambar di bawah!

Wheatstone Bridge

Besar hambatan pengganti pada rangkaian di atas adalah ….
A. 213/20 Ω
B. 220/33 Ω
C. 320/33 Ω
D. 312/20 Ω

Pembahasan:

Berdasarkan informasi gambar pada soal dapat diketahui bahwa nilai R1 = 4 Ω, R2 = 3 Ω, R3 = 2 Ω, dan R4 = 6 Ω.

Pertama, selidiki hasil perkalian silangnya terlebih dahulu.
R1 × R3 = 4 × 2 = 8 Ω
R2 × R4 = 3 × 6 = 18 Ω
Diperoleh hasil perhitungan R1 × R3 ≠ R2 × R4 maka R5 tidak dapat diabaikan (Kondisi II).

Selanjutnya, perhatikan gambar berikut!

Jembatan Wheatstone

Pertama lakukan perhitungan nilai Ra, Rb, dan Rc:

  • Mencari Ra:
    Ra = R1×R4/R1+R4+ R5
    Ra = 4×6/4+6+2 = 24/12 = 2Ω
  • Mencari Rb:
    Rb = R1×R5/R1+R4+ R5
    Rb = 4×2/4+6+2 = 8/12 = 2/3Ω
  • Mencari Rc:
    Rc = R4×R5/R1+R4+ R5
    Rc = 6×2/4+6+2 = 12/12 = 1Ω

Sekarang rangkaiannya akan tampak seperti gambar di bawah.

Bridge Wheatstone

Selanjutnya adalah mencari hambatan total (hambatan pengganti) rangkaian di atas.

  • Rangkaian seri: Rb dan R2:
    Rb,2 = Rb + R2
    Rb,2 = 2/3 + 3 = 32/3Ω
  • Rangkaian seri: Rc dan R3:
    Rc,3 = Rc + R3
    Rc,3 = 1 + 2 = 3Ω
  • Rangkaian Paralel: Rb,2 dan Rc,3:

Hambatan Total: Rangkaian Seri Ra dan Rb2, c3:
Rtotal = Ra + Rb2, c3
Rtotal = 2 + 113/20 = 313/20Ω

Jadi, besarnya hambatan pengganti rangkaian pada soal adalah 313/20Ω.

Jawaban: D

Sekian pembahasan mengenai cara mencari hambatan jembatan Wheatstone. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat!

 
Baca Juga: Cara membuat magnet: Elektromagnet, Menggosok, Induksi

3 comments

  1. berapakah hambatan pengganti dari rangkaian berikut jika R1,R2 dan R4 adalah 10 ohm,20 ohm dan 60 ohm?

  2. maaf, tapi yang contoh soal 2, seharusnya jawabannya 2 + 33/20 , bukan 2 + 20/33

    R(b2,c3) nya belum dibalik. . .

    sekian …

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.