lr-01 charge discharge ghassan tsabit rivai
Post on 08-Dec-2015
39 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA
DASAR 2
“LR01 – Charge Discharge”
Nama : Ghassan Tsabit Rivai
NPM : 1406552976
Fakultas : Teknik
Departemen : Teknik Kimia
Tanggal Praktikum : 14 September 2015
Laboratorium Fisika Dasar
UPP – IPD
Universitas Indonesia
Charge Discharge (LR-01)
I. Tujuan
Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan
II. Alat
1. Kapasitor
2. Resistor
3. Amperemeter
4. Voltmeter
5. Variable power supply
6. Camcorder
7. Unit PC beserta DAQ perangkat pengendali otomatis
III. Teori
Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan menjadi hambatan tak
hingga. Hanya saat rangkaian dibuka dan ditutup, arus akan mengalir. Saat rangkaian
tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga saa dengan tegangan yang
diberikan sebesar V0. Sebaliknya, kapasitor akan melepaskan muatan melalui resistor saat
rangkaian dibuka. Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat diterangkan dengan fungsi
eksponensial.
Kapasitor adalah suatu alat elektronika yang dapat menyimpan energi
dalam bentuk medan listrik dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari
muatan listrik. Kapasitor memiliki beberapa jenis, berdasarkan kegunaannya ada 3 jenis
kapasitor :
1. Kapasitor tetap
Kapasitor yang nilai kapasitasnya tidak dapat diubah. Ada tiga macam bentuk
dari kapasitor tetap ini, yaitu kapasitor keramik, kapasitor polyster dan kapasitor
kertas.
2. Kapasitor elektrolit
(Electrolyte Condenser = elco) yaitu kapasitor yang biasanya berbentuk
tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif dengan kutub
positif ditandai dengan kaki yang lebih panjang daripada kutub negatif.
3. Kapasitor variabel
Kapasitor yang nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah. Jenis dari kapasitor ini
ada 2 yaitu kapasitor variabel dan kapasitor trimmer. Dari beberapa jenis dari
kapasitor tersebut, pada dasarnya prinsip kerja dari kapasitor adalah dua keping
konduktor bermuatan yang memiliki perbedaan muatan yang dijauhkan pada jarak
tertentu.
IV. Cara Kerja
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian
bawah halaman ini.
1. Mengaktifkan Web cam (meng-klik icon video pada halaman web r-Lab)
2. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan
3. Mengatur model rangkaian yang akan digunakan , yaitu model 1
4. Menghidupkan Power Supply.yang digunakan
5. Mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian / pelepasan
kapasitor
6. Mengulangi langkah 4 dan 6 untuk model rangkaian 2 , 3 dan 4
Gambar sistem charge discharge
V. Tugas dan Evaluasi
1. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk
tiap model rangkaian yang digunakan !
2. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor
untuk tiap model rangkaian yang digunakan!
3. Hitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang
dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai kompenen R dan C !
Bandingkan hasilnya !
Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC
1 3.98 1.02 1 11.17 1.43 1 2.66 2.34 1 6.49 2.92
2 3.18 1.82 2 8.03 2.43 2 1.56 3.44 2 3.01 4.04
3 2.55 2.45 3 5.79 3.15 3 0.93 4.07 3 1.41 4.55
4 2.04 2.96 4 4.18 3.66 4 0.56 4.44 4 0.63 4.80
5 1.64 3.36 5 3.01 4.04 5 0.33 4.67 5 0.24 4.92
6 1.31 3.69 6 2.15 4.31 6 0.19 4.81 6 0.05 4.99
7 1.05 3.95 7 1.53 4.51 7 0.10 4.90 7 0.00 5.00
8 0.84 4.16 8 1.07 4.66 8 0.04 4.96 8 0.00 5.00
9 0.67 4.33 9 0.73 4.77 9 0.01 4.99 9 0.00 5.00
10 0.53 4.47 10 0.47 4.85 10 0.00 5.00 10 0.00 5.00
11 0.42 4.58 11 0.29 4.91 11 0.00 5.00 11 0.00 5.00
12 0.33 4.67 12 0.15 4.95 12 0.00 5.00 12 0.00 5.00
13 0.25 4.75 13 0.06 4.98 13 0.00 5.00 13 0.00 5.00
14 0.20 4.80 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00
15 0.15 4.85 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00
16 3.94 3.94 16 11.44 3.66 16 2.88 2.88 16 7.18 2.30
17 3.22 3.22 17 8.42 2.69 17 1.74 1.74 17 3.57 1.14
18 2.63 2.63 18 6.20 1.98 18 1.08 1.08 18 1.86 0.60
19 2.16 2.16 19 4.58 1.47 19 0.68 0.68 19 1.02 0.33
20 1.77 1.77 20 3.41 1.09 20 0.43 0.43 20 0.58 0.19
21 1.46 1.46 21 2.54 0.81 21 0.29 0.29 21 0.35 0.11
22 1.20 1.20 22 1.89 0.61 22 0.19 0.19 22 0.21 0.07
23 0.99 0.99 23 1.42 0.45 23 0.13 0.13 23 0.14 0.04
24 0.81 0.81 24 1.05 0.34 24 0.09 0.09 24 0.09 0.03
25 0.67 0.67 25 0.79 0.25 25 0.06 0.06 25 0.08 0.02
26 0.55 0.55 26 0.60 0.19 26 0.04 0.04 26 0.05 0.01
27 0.45 0.45 27 0.46 0.15 27 0.03 0.03 27 0.03 0.01
28 0.38 0.38 28 0.34 0.11 28 0.02 0.02 28 0.03 0.01
29 0.31 0.31 29 0.26 0.08 29 0.02 0.02 29 0.02 0.00
30 0.26 0.26 30 0.20 0.06 30 0.01 0.01 30 0.02 0.00
MODEL 1 MODEL 2 MODEL 3 MODEL 4
VI. Hasil Percobaan
Setelah dilakukan eksperimen sesuai dengan prosedur yang digunakan, maka
didapatkan data hasil percobaan. Data hasil percobaan ditampilkan dalam tebel
berikut :
1.1 Tabel hasil percobaan
Percobaan dilakukan sebanyak 4 (empat) kali dengan 30 (tiga puluh) data pada
masing-masing percobaan dengan model yang berbeda-beda.
VII. Pengolahan data
Berdasarkan data percobaan yang diperoleh, maka dilakukan pengolahan data.
Berdasarkan data hasil percobaan, dapat diketahui bahwa dalam setiap model
percobaan terdapat dua proses percobaan, yaitu pengisian kapasitor dan pengosongan
kapasitor.
Tabel hasil percobaan menunjukkan bahwa pada saat waktu (t)=0 sampai
dengan waktu (t)=15 terjadi proses pengisian kapasitor dan pada saat waktu (t)=16
sampai dengan waktu (t)=30 terjadi proses pengososngan kapasitor. Hal tersebut dapat
dilihat dari tegangan listrik yang naik pada saat waktu t=0 hingga t=15 dan tegangan
listrik turun pada saat waktu t=16 hingga t=30 yang terjadi pada semua model
percobaan. Naiknya tegangan mengindikasikan terjadinya proses pengisian kapasitor
sedangkan turunnya tegangan mengindikasikan terjadinya proses pengosongan
kapasitor.
A. Pengisisan kapasitor
Untuk mengetahui hubungan tegangan terhadap waktu pada kapasitor pada
proses pengisian, nilai hambatan pada rangkaian yang digunakan harus diketahui
dengan menggunakan hukum Kirchoff II :
“Total Tegangan (beda potensial) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol”
ΣE +ΣIR = 0
Setelah itu, dilakukan pengolahan data dengan menggunakan metode least square.
Menggunakan aplikasi Macromedia Flash Player 7 Regresi Linear. Hasil dari metode
least square tersebut adalah a sebagai nilai y, dan Δb sebagi nilai –t/τ.
B. Saat Pengosongan Kapasitor
Selain pengolahan data pada saat pengisian kapasitor, dilakukan juga pada
saat pengosongan kapasitor yang terjadi pada saat t = 16 sampai dengan t = 30.
Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan pengolahan data dengan
waktu t = 16 dijadikan patokan awal waktu.
Model 1
ν(t) = ν0e-t/τ
y = 4,6451e0,029t
-t/τ = 0,029t
τ = 7.176
C. Perbandingan Pengisian dan Pengosongan Kapasitor pada setiap model.
Dapat diketahui dari percobaan yang telah praktikan lakukan pada rlab LR-
01, bahwa pada saat pengisisan dan pengosongan kapasitor terdapat perbedaan yang
signifikan dari grafik tegangan (V) dan grafik waktu (t). Pada saat detik t=1 hingga
t=15 menunjukkan bahwa kapasitor sedang melakukan proses pengisian, sedangkan
pada detik t=16 hingga t=30 sedang berlangsung proses pengosongan kapasitor. Dari
pengolahan data yang telah dilakukan pun terdapat perbedaan konstanta waktu yang
dihasilkan pada charge dan discharge berbeda pula. Perbedaan tersebut dapat dilihat
melalui grafik hubungan Tegangan (V) vs waktu (t) Seperti berikut :
Model 1
VII. Analisis Data
Berdasarkan pengolahan data yang didapat setelah percobaan yang dilakukan oleh
praktikan pada rLab LR-01, hasil pengolahan data dapat dianalisa sebagai berikut.
A. Analisis Alat
Pada percobaan LR-01 mengenai charge discharge ini menggunakan sistem rLab
dengan peralatan yang dapat bekerja dengan baik. Penggunaan perangkat komputer atau
laptop sebagai kendali percobaan membuat percobaan ini dapat dilakukan tepat sesuai
dengan prosedur. Peralatan yang digunakan dalam percobaan rLab LR-01 yaitu kapasitor,
resistor, ampermeter, voltmeter, variable power supply, camcorder, unit pc dan perangkat
pengendali otomatis. Resistor, kapasitor, ampermeter, voltmeter, dan variable power supply
dirangkai sehingga membentuk 4 model yang berbeda, dimana pada setiap model
dihasilkan 30 data dengan hasil yang bervariasi. Sedangkan camcorder berfungsi untuk
memonitor peralatan yang bekerja dan unit pc yang terhubung dengan internet sebagai alat
kendali.
B. Analisis Percobaan
Pada percobaan LR-01 yang membahas mengenai proses pengisian dan pengosongan
(muatan) yang terjadi di dalam kapasitor. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan 4
model rangkaian. Percobaan pada masing-masing model dilakukan dari waktu (t) = 1
hingga t = 30. Dalam percobaan ini, praktikan mencari hubungan tegangan pada kaki-kaki
resistor dengan proses pengisian dan pengosongan muatan dalam kapasitor. Praktikan juga
mencari konstanta waktu pada keempat model yang berbeda dengan menggunakan rumus
dan metode least square.
Percobaan telah dilakukan sesuai sesuai prosedur. Penggunaan sistem ini (rLab)
membuat praktikan tidak bekerja secara langsung memegang peralatan percobaan.
Melainkan memonitor peralatan yang bekerja dengan alat kendali yaitu perangkat
komputer atau laptop yang terhubung ke sistem jaringan internet.
C. Analisis Hasil
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dan menghasilkan data hasil percobaan.
Data yang didapatkan sebanyak 30 data setiap modelnya, sehingga diperoleh 120 data. Dari
data tersebut, dilakukan pengolahan data. Pertama, mencari besar tegangan dari sumber
listrik yang diberikan power supply. Besar tegangan dapat dicari menggunakan
metode least square dengan menggunakan hukum Kirchoff II. Pada setiap model,
diketahui bahwa besar tegangan DC yang diberikan adalah 5 volt. Dengan menggunakan
metode least square, dapat diketahui nilai ketidakpastian tegangan adalah 3.35x10-7
volt
pada model 1, 1.16x10-2
volt pada model 2, 1.24x10-2
volt pada model 3, dan 0.88x10-3
volt pada model 4. Adanya ketidakpastian nilai tegangan sumber listrik berasal dari
power supply yang digunakan. Data yang diperoleh berupa data waktu atau t, VC, dan IC.
Hubungan antara V dengan t didapatkan nilai y untuk model 1, model 2, model 3, dan
model 4. Dari nilai y kita mendapatkan nilai τ. Nilai τ adalah konstanta paruh waktu yang
dibutuhkan hingga tegangan rendah atau jatuh menjadi 1 e. Pengisian kapasitor dimulai
dari t=1 sekon hingga t=15 sekon. Saat pengisian kapasitor, semakin lama waktu maka
semakin cepat nilai VC, sedangkan kapasitor pada detik t=16 hingga t=30 sekon semakin
menurun nilai VC-nya.
D. Analisis Grafik
Dari data tersebut direpresentasikan dalam grafik untuk bisa mengetahui persamaan
eksponensialnya. Dimana persamaan ekponensilanya digunakan untuk menentukan besar
waktu kapasitor saat pengisian dan pengosongan kapasitor. Dapat dilihat setiap grafik pada
tiap model saat pengisian memiliki bentuk yang berbeda- beda karena model yang
diberikan berbeda-beda pula. Berdasarkan sumber yang praktikan peroleh bahwa jika
menggunakan kapasitor dengan tegangan AC ada dua kemungkinan yang bisa kita peroleh
yakni nilai kapasitor akan lebih besar dan membuat proses pengisian menjadi lambat
sehingga kapasitor baru terisi sedikit, supply tegangan sudah berbalik ke siklus
sebaliknya, kemungkinan kedua nilai kapasitor yang lebih kecil akan membuat proses
pengisan menjadi lebih cepat, sehingga kapasitor telah terisi penuh sebelum siklus
selanjutnya dan pada kondisi kapasitor yang penuh arus tidak akan bisa melewati kapasitor
dikarenakan adanya keseimbangan. Sedangkan jika dipasang dengan cara kapasitor dengan
menggunakan hambatan seri maka arus listrik yang akan mengalir melalui kapasitor
dan akan berlanjut ke resistor. Sehingga jika kapasitor belum terisi penuh maka arus listrik
akan tetap mengalir pada rangkaian tersebut, yang mengasilkan nilai arus kecil.
Jika pada pengisian tegangan pada kapasitor bernilai kecil, maka sisa tegangan yang
lebih besar jatuh pada resistor, sebaliknuya pada saat kapasitor sudah terisi penuh maka
tegangan yang jatuh pada resistor akan bernilai 0 volt dikarenakan tidak ada lagi arus yang
mengalir pada rangkaian. Maka dari itu persamaan eksponensialnya baik saat pengisian
maupun pengosongan memiliki nilai yang berbeda-beda. Begitu juga waktu pada setiap
rangkaian kapasitor berbeda-beda pula. Namun, pada model 4 saat pengosongan kapsitor
praktikan tidak memperoleh waktu pada rangkaian kapasitor tersebut karena tegangan yang
diperoleh semakin menurun menuju nol. Karena berdasarkan sumber yang praktikan
peroleh semakin besar nilai hambatan yang kita gunakan maka semakin lama pula waktu
yang diperlukan untuk pengisian muatan pada kapasitor. Sehingga ada hubungan antara
tegangan dengan waktu yang dimana semakin besar waktunya maka e nya juga akan
semakin besar.
E. Analisis Kesalahan
Pada percobaan LR-01 yang telah dilakukan, didapatkan beberapa kesalahan
yaitu praktikum ini tidak diketahui berapa nilai dari kapasitas kapasitor dan resistor yang
digunakan, sehingga nilai dari konstanta waktu tidak dapat dicari dengan menggunakan
perhitungan sebagai pembanding partikan jika menggunakan persamaan eksponensialnya
yang diperoleh dari kurva dan masalah yang terjadi pada web cam saat pengambilan data
R-Lab (error) dan tidak dapat dinyalakan. Jadi, nilai koefisien waktu hanya didapatkan
melalui perhitungan dengan data grafik tegangan terhadap waktu.
VIII. Kesimpulan
1. Nilai tegangan kapasitor akan naik selama proses pengisian muatan kapasitor, dan
sebaliknya nilai tegangan kapasitor akan turun saat proses pengosongan muatan
kapasitor.
2. Grafik tegangan terhadap waktu pada proses pengisian dan pengosonan kapasitor
merupakan grafik eksponensial
3. Nilai konstanta waktu (τ) dapat diperoleh menggunakan persamaan grafik eksponensial
pada saat proses pengisian dan pengosongan kapasitor
4. Nilai konstanta waktu (τ) bukanlah konstanta yang nilainya tetap (konstan)
IX. Referensi
o Giancoli, D.C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. Prentice Hall :
NJ.
o Halliday, Resnick, Walker. 2011. Fundamentals of Physics, 9th Edition, Extended
Edition. John Wiley & Sons, Inc. : NJ.
o Tipler. 1996. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid II. Jakarta: Erlangga.
top related