BAB 3 LITAR TETIMBANG 3.0 Tetimbang a.t. Pengenalan ...

BAB 3 LITAR TETIMBANG3.0 Tetimbang a.t.PengenalanTetimbang a.t mengandungi empat lengan rintangan iaitu R 1 , R 2 perintang yangmempunyai nilai tetap (lengan nisbah), R 3 perintang bolehubah (lengan piawai) dan R Xperintang yang tidak di ketahui nilainya yang disambung dengan satu sel bateri dan meterGalvano yang sensitif seperti yang ditunjukkan pada rajah 3.1.3.1 Cara kerja Tetimbang WheatstoneRajah 3.1 :Tetimbang WheatstoneDari Rajah 3.1 :R X - Rintangan yang tidak diketahui nilainya.R 1 , R 2 - Perintang yang mempunyai nilai yang tetap (lengan nisbah)R 3 - Perintang bolehubah (lengan piawai)G - Meter galvano yang berkepekaan tinggiE - Sel bateriCara kerja Tetimbang Wheatstone adalah bergantung kepada pengaliran arus pada metergalvano. Ia dikatakan dalam keadaan seimbang apabila tidak ada arus yang mengalirmelalui meter galvano (I g = 0) iaitu apabila :

V AC = V AB atau V DC = V DBV DB = V DCR3RR R R R xE 3 1 x 2ER 3 ( R X + R 2 ) = R X ( R 3 + R 1 )R 3 R X + R 3 R 2 = R X R 3 + R X R 1R 3 R 2 = R X R 12RxR R3R1lengan piawai lengan nisbahR2Ketepatan dan kepekaan adalah maksima apabila R 1 = R 2 iaitu nisbahR = 1. Untuk1keadaan tersebut R x = R 3 . Jika R 3 adalah kotak rintangan “decade resistance” yangamat tepat, nilai R x = R 3 boleh dibaca terus dari skala kotak rintangan apabila litar dalamkeadaan seimbang.R2Tetapi syaratR = 1 akan menghadkan julat ukuran R X hanya kepada nilai ukuran R 31sahaja. Untuk mengatasi masalah ini suis julat digunakan. Untuk memilih nilai lenganR2yang berlainan. Sebagai contoh, jika nisbahR = 3 nilai maksima R x yang boleh diukur1adalah R x = 3R 3 .Kegunaan Tetimbang Wheatstone1. Mengukur nilai rintangan :i. Rintangan rendah iaitu kurang dari 1ii. Rintangan sederhana iaitu 1 < R X < 100Kiii. Rintangan tinggi iaitu lebih besar dari 100K*Walaubagaimanapun tetimbang wheatstone adalah paling sesuai digunakan untukmengukur rintangan sederhana.2. Mengesan kerosakan litar pintas.3. Mengesan kerosakan litar bumi.

Contoh 1 :Merujuk kepada Rajah 10.1 litar tetimbang wheatstone, diberi nilai R 1 = 1.5K, R 2 =1K, R 3 = 3K dan R x = 2K. Buktikan bahawa tetimbang ini didalam keadaanseimbang.Penyelesaian :R 1 R x = R 2 R 31.5K (2K) = 1K (3K)3M = 3MJawapan bagi kedua-dua belah persamaan adalah sama. Ini menunjukkan tetimbangberada didalam keadaan seimbang.Contoh 2 :Rajah 2.2 merupakan satu litar tetimbang wheatstone, dapatkan nilai R X apabilatetimbang seimbang.Rajah 3.2Penyelesaian :R X (200) = 800 (750)R X = 800 (750)200= 3K

3.2 Tetimbang a.u3.2.0 PengenalanTetimbang a.u adalah merupakan variasi tetimbang a.t yang telah diubahsuai untukdigunakan bagi mencari nilai-nilai komponen kearuhan dan kemuatan . Cara penggunaandan prinsip yang digunakan untuk mendapatkan persamaan imbang bagi tetimbang a.u inijuga adalah sama dengan kaedah tetimbang a.t.3.2.1 Perbezaan diantara tetimbang a.t dan tetimbang a.uTetimbang a.t1. Menggunakan bekalan a.t2. Komponen lengan terdiri dari perintang sahaja3. Digunakan untuk mencari nilai rintangan sahaja4. Pengesan sifar terdiri daripada galvanometer a.t sahaja.Tetimbang a.u1. Menggunakan bekalan a.u2. Komponen lengan boleh terdiri dari perintang,pemuat dan pearuh3. Digunakan untuk mencari nilai rintangan ,kearuhan dan kemuatan.4. Pengesan sifar boleh terdiri daripada galvanometer a.u, oscilloscope dan ‘headset’.3.2.1 Tetimbang Schering (Tetimbang a.u untuk mengukur kemuatan)Rajah 3.3 merupakan litar sambungan tetimbang schering . Sila perhatikan kedudukankomponen pada setiap lengan tetimbang tersebut.Rajah 3.3

Kenalpasti galangan pada setiap lengan:ZZZj R C jC1 x2 R3 34 421 1 Z RxjC4Dalam keadaan seimbang :Z 1 Z 4 = Z 2 Z 3Z1Z ZZ2 34 j j 1 Rx R3 jC4 Cx C2 R4j C4R3 jR3Rx C C C Rx2 2 4Samakan bahagian sahih :C4R3Maka, RxCj jR3Samakan bahagian khayal : CC RC2R4Maka, CxRx232 43.2.2 Tetimbang Hay (Tetimbang a.u untuk mengukur kearuhan)Rajah 2.4 merupakan litar sambungan tetimbang Hay . Sila perhatikan kedudukankomponen pada setiap lengan tetimbang tersebut.

Rajah 3.4 : Litar tetimbang HayKenalpasti galangan pada setiap lengan tetimbang :ZZZj R C1 1 R2 2 R3 3Z R jL14 x xDalam keadaan seimbang :Z 1 Z 4 = Z 2 Z 3Z 1 Z 4 = Z 2 Z 3 j R R jL R R jRxLxR1 Rx jR1 Lx R2R3CC1 x x 2 3C11 1Samakan bahagian sahih :LxR1 Rx R2R3……………..(1.0)C1Samakan bahagian khayal :jRxjR1LxCRx1 112 R C L ……………….(2.0)x

Masukkan persamaan (2) kedalam persamaan (1),2 2 LxMaka, R1 C1Lx R2R3C12 2 1 LxR1 C1 R2R3 C1R2R3Lx 2 2 1 R1 C1 C1 C1R2 R3Lx……………………. (3.0)2 2 2 R C 1 11Masukkan persamaan (3.0) kedalam persamaan (2.0),2 2 C1 R1 R2R3Maka,Rx2 2 2 R C 1 113.2.3 Tetimbang Maxwell (Tetimbang a.u untuk mengukur kearuhan)Rajah 3.5 merupakan litar sambungan tetimbang Maxwell . Sila perhatikan kedudukankomponen pada setiap lengan tetimbang tersebut.Rajah 3.5 Tetimbang MaxwellKenalpasti galangan pada setiap lengan:Z R jLZZ1 x x R2 2 R3 3

1 1Z R4 4jC4Dalam keadaan seimbang: Z 1 Z 4 = Z 2 Z 3Z2Z3Z1Z4 1 Rx jLx R2R3 jC4 R4R2R3Rx jLx jC4R2 R3R2 3Rx jLx jC4R2 R3R44R RR2R3Samakan bahagian sahih : RxRSamakan bahagian khayal : jLx jC4R2 R3 C R RLx44 2 3Latihan1. Lakarkan rajah litar Tetimbang Wheatstone.2. Merujuk kepada litar pada rajah di bawah , terbitkan persamaan bagi Rapabila tetimbang dalam keadaan seimbang.

4. Dari rajah soalan 1.2 sekiranya P = 500, Q = 750 dan S = 1K,dapatkan nilai bagi perintang R apabila tetimbang dalam keadaan seimbang.5. Dengan bantuan gambarajah tetimbang Wheatstone, terangkan cara kerja bagitetimbang wheatstone apabila ia dalam keadaan seimbang.6. Catakan dua syarat ketika tetimbang wheatstone seimbang.7. Senaraikan tiga kegunaan tetimbang wheatstone.8. Dapatkan persaman imbang bagi tetimbang hay yang diberikan di bawah.9. Nyatakan perbezaan diantara tetimbang a.t dan tetimbang a.u10. Namakan dua jenis tetimbang a.u yang boleh digunakan untuk mencari nilairintangan beraruhan atau berkemuatan yang di berikan dalam unit ini.11. Nyatakan 3 jenis tetimbang a.u yang boleh digunakan untuk mencari nilaikearuhan atau kemuatan.12. Nyatakan 3 peralatan yang boleh digunakan sebagai pengesan sifar dalm litartetimbang a.u.13. Lukiskan litar tetimbang a.u Maxwell dan dapatkan persamaan imbang bagitetimbang tersebut.

14. Dari rajah di atas sekiranya W = 650, Y = 250 dan Z = 1.5K,dapatkan nilai bagi perintang X apabila tetimbang dalam keadaan seimbang.