Tugas 3 Efek Pembebanan Voltmeter dan Ohmmeter

 NAMA: MARINTAN SIMBOLON

NIM: 1106223046

KELAS: TR-46-GAB

MATA KULIAH: INSTRUMENTASI DAN TEKNIK PENGUKURAN BESARAN ELEKTRIK

Tugas 3 Efek Pembebanan Voltmeter dan Ohmmeter

1. Bagaimana ciri tahanan dalam untuk amperemeter dan voltmeter?

Jawab: 

Ciri tahanan dalam pada amperemeter dan voltmeter sangat berbeda karena masing-masing alat memiliki fungsi yang berbeda dalam pengukuran listrik:

1. Amperemeter

Fungsi: Mengukur arus listrik dalam suatu rangkaian.

Ciri-ciri tahanan dalam amperemeter:

1. Tahanan dalam sangat kecil (mendekati nol ohm, biasanya dalam orde mili-ohm atau mikro-ohm).

   • Ini bertujuan agar ampermeter tidak menyebabkan penurunan tegangan yang signifikan saat dihubungkan dalam rangkaian.
   • Jika tahanan dalam terlalu besar, maka akan terjadi penurunan tegangan yang mengurangi arus asli yang seharusnya mengalir.

2. Dipasang seri dalam rangkaian

• Karena harus mengukur arus yang mengalir, amperemeter harus ditempatkan seri dengan beban atau komponen yang diuji.
• Jika amperemeter memiliki resistansi yang tinggi, maka akan membatasi aliran arus dan mengubah kondisi asli rangkaian, menghasilkan pembacaan yang tidak akurat.

2. Voltmeter

Fungsi: Mengukur tegangan antara dua titik dalam suatu rangkaian.

Ciri-ciri tahanan dalam voltmeter:

1. Tahanan dalam sangat besar (biasanya dalam orde mega-ohm atau lebih).

   • Ini bertujuan agar hanya sedikit arus yang mengalir melalui voltmeter ketika dipasang dalam rangkaian.
   • Jika tahanan dalam kecil, maka voltmeter akan menarik arus yang signifikan dari rangkaian, yang dapat mengganggu pengukuran dan menyebabkan hasil yang salah.

2. Dipasang paralel dalam rangkaian

• Karena mengukur perbedaan potensial (tegangan) antara dua titik, voltmeter selalu ditempatkan paralel dengan komponen atau bagian rangkaian yang ingin diukur.
• Jika tahanan dalam voltmeter kecil, maka akan bertindak seperti beban tambahan yang menarik arus lebih besar dari rangkaian, menyebabkan tegangan yang diukur lebih rendah dari nilai sebenarnya.

2. Apakah yang dimaksud dengan sensitivitas voltmeter?

Jawab: 

Sensitivitas voltmeter adalah kemampuan voltmeter untuk mendeteksi atau merespons perubahan kecil dalam tegangan listrik. Sensitivitas ini biasanya dinyatakan dalam ohm per volt (Ω/V) dan menunjukkan berapa besar resistansi (tahanan dalam) voltmeter per satuan tegangan yang diukur.

Makna Sensitivitas dalam Pengukuran

1. Semakin tinggi nilai sensitivitas (Ω/V), semakin kecil arus yang ditarik voltmeter dari rangkaian.

• Ini penting agar voltmeter tidak mengganggu tegangan asli dalam rangkaian.
• Misalnya, voltmeter dengan sensitivitas 100 kΩ/V lebih baik daripada yang hanya 10 kΩ/V, karena lebih sedikit menarik arus dari rangkaian.

2. Voltmeter dengan sensitivitas rendah dapat mengubah kondisi rangkaian saat pengukuran.

• Jika voltmeter memiliki tahanan dalam rendah (sensitivitas kecil), ia akan bertindak seperti beban tambahan dan menarik lebih banyak arus, menyebabkan tegangan asli turun dan mengganggu pengukuran.

Rumus Sensitivitas Voltmeter:

$$$$

Di mana:

• $S$ = sensitivitas voltmeter (Ω/V)
• $I_g$ = arus kerja galvanometer (A)

Contoh Sensitivitas Voltmeter dalam Penggunaan

Misalkan ada dua voltmeter dengan sensitivitas yang berbeda:

1. Voltmeter A dengan sensitivitas 10 kΩ/V
2. Voltmeter B dengan sensitivitas 100 kΩ/V

Jika keduanya digunakan untuk mengukur tegangan 10 V, maka:

• Tahanan dalam Voltmeter A = $10k\mathrm{\Omega }\mathrm{/}V\times 10V=100k\mathrm{\Omega }$
• Tahanan dalam Voltmeter B = $100k\mathrm{\Omega }\mathrm{/}V\times 10V=1M\mathrm{\Omega }$

Voltmeter B lebih baik karena memiliki tahanan dalam lebih tinggi, sehingga lebih sedikit mempengaruhi rangkaian.

3. Apakah yang dimaksud dengan efek pembebanan pada voltmeter?   (jelaskan hal 19-22 di ppt.)

Jawab:

Efek Pembebanan pada Voltmeter (Loading Effect of a Voltmeter)

Efek pembebanan voltmeter terjadi ketika voltmeter yang memiliki resistansi tidak cukup tinggi terhubung ke suatu rangkaian, menyebabkan tegangan yang diukur lebih rendah dari nilai sebenarnya. Hal ini terjadi karena voltmeter berperilaku seperti beban tambahan yang menarik arus dari rangkaian, sehingga mempengaruhi distribusi tegangan.

Rangkaian resistansi tinggi rentan terhadap pembebanan Voltmeter.

Bagaimana efek pembebanan voltmeter dapat mengurangi pembacaan tegangan.
(a) Rangkaian seri resistansi tinggi tanpa voltmeter. 
(b) Menghubungkan voltmeter di salah satu resistansi seri. 
(c) Pengurangan R dan V antara titik 1 dan 2 disebabkan oleh voltmeter sebagai cabang paralel di R2. R2V adalah ekuivalen dari R2 dan RV yang paralel.

Efek pembebanan dapat diabaikan dengan voltmeter resistansi tinggi. 

(a) Rangkaian seri resistansi tinggi tanpa voltmeter. 

(b) Tegangan yang sama di rangkaian dengan voltmeter terhubung, karena RV sangat tinggi.

Cara Meminimalkan Efek Pembebanan:

1. Gunakan Voltmeter dengan Resistansi Tinggi

• Semakin besar resistansi voltmeter (RV) dibandingkan dengan R2, semakin kecil efek pembebanannya.
• Digital Multimeter (DMM) biasanya memiliki resistansi input 10 hingga 20 MΩ, sehingga hampir tidak memiliki efek pembebanan.

2. Gunakan Rumus Koreksi Efek Pembebanan

Jika efek pembebanan tidak dapat dihindari, tegangan sebenarnya dapat dikoreksi menggunakan rumus berikut:

di mana:

V = Tegangan sebenarnya

VM = Tegangan yang terbaca pada voltmeter

R1, R2 = Resistor dalam rangkaian

RV = Resistansi voltmeter

3. Gunakan Voltmeter dengan Sensitivitas Tinggi

Sensitivitas voltmeter dalam Ω/V harus cukup tinggi agar resistansi dalamnya besar dan tidak mengganggu tegangan yang diukur.

4. Berapa nilai arus pada A, B,C,D,E, F dan G (gambar)

Jawab:

Dik: 

• Tegangan sumber: 10 V
• Resistor:
• R1 = 5 Ω (seri dengan sumber)
• R2 = 10 Ω (paralel dengan R3)
• R3 = 10 Ω (paralel dengan R2)

Dit: Berapa nilai arus pada A, B,C,D,E, F dan G?

Penyelesaian:

Menentukan Total Resistansi

• Resistansi ekivalen untuk $R_2$ dan $R_3$ yang paralel dihitung dengan rumus:

  $$R_{\text{eq}}=\frac{R_2{R}_3}{R_2+R_3}=\frac{10\times 10}{10+10}=\frac{100}{20}=5\mathrm{\Omega }$$

• Total resistansi rangkaian:

  $$R_T = R_1 + R_{\text{eq}} = 5 + 5 = 10 \Omega$$

Menentukan Arus Total ($I_T$)

Dari Hukum Ohm:

$$I_T = \frac{V}{R_T} = \frac{10V}{10 \Omega} = 1A$$

Jadi, arus total yang keluar dari sumber adalah 1 A.

Hitung Arus di Setiap Titik

Karena R1 dipasang seri dengan seluruh rangkaian, maka arus yang melewati R1 juga 1 A.

• Arus di titik A (sebelum R1) = 1 A
• Arus di titik B dan D (sesudah R1) = 1 A
• Arus di titik C (menuju cabang R2 dan R3) = 1 A

Sekarang, kita menghitung arus yang mengalir melalui R2 dan R3.

(a) Arus di R2 dan R3 (Karena Paralel)

Karena R2 = R3 = 10 Ω dan dipasang paralel, maka arus akan terbagi sama besar:

$$I_2=I_3=\frac{I_T}{2}=\frac{1A}{2}=0.5A$$

Jadi:

• Arus di titik E (melalui R2) = 0.5 A
• Arus di titik G (melalui R3) = 0.5 A

Setelah melewati R2 dan R3, arus akan kembali bergabung di titik F:

$$I_F=I_2+I_3=0.5A+0.5A=1A$$

Jadi:

• Arus di titik F (setelah gabungan R2 dan R3) = 1 A
• Arus yang kembali ke sumber = 1 A, sesuai dengan hukum kekekalan arus Kirchoff.  

Posisi	Arus (A)
A (sebelum R1)	1 A
B (setelah R1)	1 A
C (menuju cabang R2-R3)	1 A
D (sebelum percabangan)	1 A
E (melewati R2)	0.5 A
F (gabungan setelah R2 dan R3)	1 A
G (melewati R3)	0.5 A

5. Jika tahanan dalam V (voltmeter) 1 K Ohm, berapa arus yang mengalir pada voltmeter dan arus pada tahanan (R2)

Jawab:

Diketahui:

• Tegangan sumber: $20V$
  
• Resistor $R_1 = 5 \Omega$
  
• Resistor $R_2 = 15 \Omega$
  
• Tegangan pada voltmeter = $15V$
  
• Tahanan dalam voltmeter = $1k\mathrm{\Omega }=1000\mathrm{\Omega }$
• Arus total $I=1A$

Ditanya: Jika tahanan dalam V (voltmeter) 1 K Ohm, berapa arus yang mengalir pada voltmeter dan arus pada tahanan (R2)?

Penyelesaian:

Arus yang Mengalir pada Voltmeter${\mathrm{ (I}}_{}$$v_{}$$)$

Hukum Ohm:

$$I_V = \frac{V}{R}$$ $$I_V = \frac{15V}{1000\Omega} = 0.015A = 15mA$$

Arus yang mengalir pada${\mathrm{ R}}_{}$$2_{}$

Arus yang mengalir melalui $R_2$ dapat dihitung dengan:

$$I_2 = \frac{V}{R_2}$$ $$I_2 = \frac{15V}{15\Omega} = 1A$$