charge discharge(lr01) rio darputra 0906632682 elektro

8/8/2019 Charge Discharge(LR01) Rio Darputra 0906632682 Elektro

1/25

LAPORAN R-LAB

Charge Discharge

Nama : Rio Darputra

NPM : 0906632682

Fakultas : Teknik

Departemen : Elektro

Kode Praktikum : LR01

Tanggal Praktikum : 08 Oktober 2010

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

Charge Discharge

I. Tujuan Praktikum

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan


2/25

II. Peralatan

1. Kapasitor

2. Resistor

3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Variable power supply

6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

I. Landasan Teori

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan berubah menjadi

hambatan tak hingga. Hanya pada saat rangkaian dibuka dan ditutup, arus akan

mengalir melalui rangkaian. Pada saat rangkaian ditutup, arus akan mengakibatkan

kapasitor dimuati hingga sebesar sama dengan tegangan yang diberikan (Vo).

Sebaliknya, kapasitor akan melepaskan muatan melalui resistor saat rangkaian dibuka.

Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat diterangkan dengan fungsi eksponensial.

Pada saat kapasitor sudah terisi oleh sebagian atau penuh muatan listrik, makakapasitor tersebut dapat dikosongkan dengan cara menghubungkan saklar (S) pada

ground. Akibatnya, tegangan kapasitor dan arus akan berkurang secara eksponensial

sampai nol.


3/25

Lamanya proses pengosongan kapasitor ini juga akan bergantung oleh nilai R-C yang

dipakai pada rangkaian. Berikut ini adalah rumus umum untuk pengosongankapasitor.

Tegangan kapasitor saat dikosongkan selama t detik , Vc(t)

Vs / V0 adalah tegangan kapasitor sebelum dikosongkan. Vs akan

bernilai sama dengan tegangan input pengisi kapasitor apabila

kapasitor diisi sampai penuh fully charged.

Apabila digambarkan ke dalam grafik, maka tegangan pada pengosongan kapasitor

akan membentuk grafik eksponensial sebagai berikut.

Pada saat pengisian kapasitor diperlukan sebuah sumber tegangan konstan (Vin) yang

digunakan untuk menyuplai muatan ke kapasitor dan sebuah resistor yang digunakan

untuk mengatur konstanta waktu pengisian () serta membatasi arus pengisian.

Pada rangkaian pengisian kapasitor dibawah ini, saat saklar (S) ditutup maka akan ada

arus yang mengalir dari sumber tegangan (V in) menuju ke kapasitor. Besarnya arus ini

tidak tetap karena adanya bahan dielektrik pada kapasitor. Arus pengisian akan

menurun seiring dengan meningkatnya jumlah muatan pada kapasitor, dimana

VcVin ........ ( saat i=0 )


4/25

Secara umum, rumus pengisian kapasitor untuk tegangan dapat dinyatakan seperti

berikut :

Tegangan kapasitor saat t detik

( apabila sebelum pengisian tidak terdapat adanya tegangan awal pada

kapasitor, Vc (0) = 0V , maka persamaan diatas akan menjadi :

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan kapasitorVc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Apabila digambarkan dalam grafik, makategangan pada pengisian kapasitor akan membentuk grafik eksponensial sebagai

berikut.

Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor. Dengan

adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang

dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi yang ditentukan dari besar

hambatan dan kapasitans

= R C

Pada kurva tersebut, tarik garis tangensial dari kurva pengisian pada titikt= 0 s dantarik garis asimtot dari kurva pengisian. Buat garis yang tegak lurus dari titik

perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke sumbux . Titik yang diperolehpada sumbu adalah konstanta waktu.


5/25

Gbr. 2 Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan konstantawaktu

Pada percobaan di R-Lab akan digunakan 4 buah model rangkaian , yaitu Model 1 ,2 , 3 dan 4. Untuk Model 1 dan 3 mengunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama,Untuk Model 2 dan 4 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama.

I. Prosedur Percobaan

1. Mengatur model rangkaian yang akan digunakan , yaitu model 1.2. Menghidupkan Power Supply yang digunakan.

3. Mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian / pelepasan

kapasitor.

4. Mengulangi langkah 4 dan 6 untuk model rangkaian 2 , 3 dan 4.

I. Hasil dan Evaluasi

Pengolahan Data

Untuk Rangkaian Model 1

Pada saat pengisian kapasitor terjadi proses charge

Pada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat t waktu 1

hingga 15 sekon.

t (s) I kapasitor (A) V kapasitor (V)

1 3.98 1.02


6/25

2 3.19 1.81

3 2.56 2.44

4 2.05 2.95

5 1.65 3.35

6 1.32 3.68

7 1.06 3.94

8 0.85 4.15

9 0.67 4.33

10 0.54 4.46

11 0.43 4.57

12 0.34 4.66

13 0.26 4.74

14 0.2 4.8

15 0.15 4.85

Kurva t (s) vs U (V)

Pada saat pengosongan kapasitor terjadi proses discharge

Pada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat t waktu

16 hingga 30 sekon.



7/25

16 3.86 3.86

17 3.1 3.1

18 2.5 2.5

19 2.02 2.02

20 1.63 1.63

21 1.32 1.32

22 1.07 1.07

23 0.87 0.87

24 0.7 0.7

25 0.57 0.57

26 0.47 0.47

27 0.38 0.38

28 0.31 0.31

29 0.25 0.25

30 0.21 0.21


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 4.659e-

0.20x

. Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 1, sebagai berikut.

y = 4.659e-0.20x


8/25

-t=-0,20 (x menunjukkan variabel waktu t)

1=0,20

=10,20

=5 (s)

Dari persamaan y = 4.659e-0.20x

, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

y = 4.659e-0.20x

y = 4.659e-0.20x(0)

y = 4,659 (1)

y = 4,659 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 4,659Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan

rumus

= R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 1 yaitu kapasitor dengan 10000

F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

R=C

R=5 s10.000 x 10-6 F

R=500

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 500

Ohm.


nilai x, menunjukkan variabel

waktu t disubstitusi dengan 0


9/25



hingga 15 sekon.


1 11.18 1.42

2 8.06 2.42

3 5.82 3.14

4 4.2 3.66

5 3.02 4.03

6 2.18 4.3

7 1.56 4.5

8 1.08 4.65

9 0.75 4.76

10 0.5 4.84

11 0.32 4.9

12 0.18 4.94

13 0.08 4.98

14 0 5

15 0 5




16 hingga 30 sekon.


10/25


16 11.27 3.61

17 8.2 2.62

18 5.99 1.92

19 4.38 1.4

20 3.22 1.03

21 2.37 0.76

22 1.76 0.56

23 1.3 0.42

24 0.96 0.31

25 0.72 0.23

26 0.53 0.17

27 0.4 0.13

28 0.29 0.09

29 0.23 0.07

30 0.17 0.05


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 4.761e-

0.30x



y = 4.761e-0.30x

-t=-0,30t (x menunjukkan variabel waktu t)


11/25

1=0,30

=10,30

=3,3333 3,33 (s)

Dari persamaan y = 4.761e-0.30x , kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada

saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

y = 4.761e-0,30x

y = 4.761e-0,30(0)

y = 4.761(1)

y = 4.761V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 4.761Volt


rumus

= R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 1 yaitu kapasitor dengan 4700F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

R=C

R=3,33 s4700 x 10-6 F

R=708,51

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar

708,51 Ohm.




hingga 15 sekon.




12/25


1 2.83 2.17

2 1.69 3.31

3 1.01 3.99

4 0.61 4.39

5 0.35 4.65

6 0.2 4.8

7 0.1 4.9

8 0.04 4.96

9 0 5

10 0 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5




16 hingga 30 sekon.


16 2.95 2.95

17 1.78 1.78

18 1.09 1.09

19 0.68 0.68

20 0.43 0.43


13/25

21 0.27 0.27

22 0.17 0.17

23 0.11 0.11

24 0.07 0.07

25 0.05 0.05

26 0.03 0.03

27 0.02 0.02

28 0.01 0.01

29 0.01 0.01

30 0 0


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 3326e-0,44x



y = 3326e-0,44x


1=0,44

=10,44

=2,2727 2,27 (s)

Dari persamaan y = 3326e-0,44x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t =

0, yaitu sebagai berikut.


14/25

y = 3326e-0,44x

y = 3326e-0,44(0)

y = 3326(1)

y = 3326 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 3326 Volt


rumus

= R C



= R C

R=C

R=2,27 s10000 x 10-6 F

R=227

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 227

Ohm.




hingga 15 sekon.


1 6.89 2.8

2 3.24 3.96

3 1.51 4.52




15/25

4 0.67 4.78

5 0.24 4.92

6 0.03 4.99

7 0 5

8 0 5

9 0 5

10 0 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5




16 hingga 30 sekon.


16 7.22 2.31

17 3.51 1.12

18 1.77 0.57

19 0.92 0.29

20 0.49 0.16

21 0.26 0.08

22 0.14 0.04

23 0.08 0.02

24 0.05 0.01

25 0.03 0.01


16/25

26 0.02 0

27 0 0

28 0 0

29 0 0

30 0 0


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 53245e-0,63x



y = 53245e-0,63x


1=0,63

=10,63

=1,5873 1,59 (s)

Dari persamaan y = 53245e-0,63x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t

= 0, yaitu sebagai berikut.

y = 53245e-0,63x

y = 53245e-0,63x (0)

y = 53245(1)




17/25

y = 53245 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 53245 Volt


rumus

= R C



= R C

R=C

R=1,59 s4700 x 10-6 F

R=338,30

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar

338,30 Ohm.

Analisa

1. Analisa percobaan

Percobaan kali ini bertujuan untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat

pengisian dan pelepasan muatan. Karakteristik tersebut kita dapatkan dengan melakukan

Pada praktikum kali ini, digunakan 4 buah model rangkaian RC (atau Rangkaian Resistor-

Capacitor) sebagai perbandingan. Pada model pertama dan ketiga, digunakan kapasitordengan besar kapasitans 10.000 F, sedangkan pada model kedua dan keempat digunakan

kapasitor dengan besar kapasitans 4700 F .

Pada awal melakukan percobaan, praktikan terlebih dahulu diharuskan untuk mengaktifkan

web cam yang akan memantau nilai dari tegangan awal kapasitor, yang diinginkan agar

sedekat mungkin dengan 0. Percobaan r-lab mengenai charge discharge ini dilakukan dengan

memberikan arus yang akan mengalir melalui rangkaian RC tersebut menuju kapasitor, lalu

mengukur beda potensial yang terdapat pada kaki-kaki kapasitor. Hal ini dilakukan agar

diperoleh data yang bervariasi sehingga hasil perhitungan menjadi lebih akurat.


18/25

Kekurangan yang terjadi pada praktikum kali ini yaitu tidak berfungsinya fasilitas webcam

yang memantau keadaan rangkaian RC tersebut. Sehingga, pada praktikum kali ini terdapat

beberapa data praktikum yang miss, yang tidak dapat digunakan dalam perhitungan. Hal itu

dikarenakan kita tidak dapat memantau keadaan tegangan awal rangkaian dimana diharuskan

untuk mendekati 0.

2. Analisa Hasil, Pengolahan Data, dan Grafik

Dari praktimum ini, kita akan mendapatkan 3 buah jenis data, yaitu data waktu (t) baik padda

saat proses pengisian (charge) dan pengosongan (discharge) dari kapasitor, beda potensial

(V0) kaki-kaki kapasitor, dan arus pengisian / pengosongan kapasitor. Untuk masing-masing

model, didapatkan masing-masing 30 buah data.

Berdasarkan pengolahan data waktu (t) dengan beda potensial (V) menjadi sebuah grafik,

akan didapatkan suatu hasil bahwa pada saat t = 1 hingga t = 15 terjadi proses pengisian

(charge) muatan pada kapasitor. Sedangkan pada saat t = 16 hingga t = 30 terjadi proses

pengosongan ( discharge ) muatan pada kapasitor. Hasil ini didapatkan dengan

membandingkan model kurva yang didapatkan dengan model kurva, baik saat pengisian atau

pengosongan kapasitor, yang terdapat pada literatur. Berikut ini salah satu sampel kurva yang

didapatkan berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, yaitu praktikum model 1.

Untuk mencari besar dari konstanta waktu tiap-tiap model rangkaian, digunakan persamaan

eksponensial dari grafik pengosongan muatan kapasitor, karena persamaan eksponensial itu


19/25

yang paling mendekati nilai kebenaran (dapat terlihat dari grafik discharge bahwa bentuk

grafik eksponensial hampir sempurna menyerupai grafik data.

Untuk menghitung besar konstanta waktu, digunakan persamaan eksponensial yang

didapatkan dari grafik discharge. Seperti pada contoh rangkaian model pertama. Kita

telah mendapatkan rumus yang menyatakan bahwa :

kita dapat memasukkan kedua persamaan diatas untuk mendapatkan besar konstanta

waktu nya.

y = 4.659e-0.20x

-t=-0,20t

(nilai x menunjukkan variabel waktu t, berdasarkan grafik), maka

1=0,20

=10,20

=5 (s)

Setelah ita mendapatkan nilai dari konstanta waktu tiap-tiap rangkaian, kita juga dapat

menghitumg besar hambatan pada tiap-tiap rangkaian, yaitu dengan meggunakan rumus

= R C

R=C

Sebagai contoh yaitu perhitungan besar hambatan rangkaian model 1, sebagai berikut. ( perlu

diketahui besar kapasitans kapasitor model 1 yaitu 10.000F)

R=C

R=5 s10.000 x 10-6 F

R=500

Berikut ini adalah tabel perbandingan keempat model rangkaian RC yang dipraktikum-kan.

Rangkaian Kapasitor Konstanta waktu

()

Hambatan

(R)


20/25

Model 1 10000 F 5,00 s 500

Model 2 4700 F 3,33 s 708,51

Model 3 10000 F 2,27 s 227

Model 4 4700 F 1,59 s 338,30

Dari tabel diatas, kita dapat memperoleh beberapa karakteristik kapasitor pada saat pengisian

dan pengosongan muatan. Hasil perhitungan diatas menggunakan persamaan eksponensial

yang didapatkan pada grafik pendosongan kapasitor. Ketika kapasitansi semakin besar, maka

besar hambatan yang timbul pada rangkaian akan kecil. Maka, hambatan (R) berbanding

terbalik dengan kapasitansi (C) kapasitor.

R1C

Dari tabel diatas pun kita akan mendapatkan informasi bahwa besar konstanta waktu tidak

bergantung pada besaran lainnya. Hal ini juga didukung pada perhitungan mencari itu

sendiri sebagaimana yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya. Dengan kata lain,

berdiri sendiri.

1=0,20

=10,20

I. Kesimpulan

Dari praktikum ini, dapat kita simpulkan beberapa hal sebagai berikut.

1. Proses pengisian atau pengosongan kapasitor dapat dibedakan berdasarkan bentuk

grafiknya yang spesifik.

2. Persamaan eksponensial pada proses pengosongan (discharging) kapasitor digunakan

untuk mendapatkan besar dari konstanta waktu ().

3. Nilai konstanta waktu tidak bergantung pada besaran lainnya.

4. Hambatan (R) pada rangkaian berbanding terbalik dengan kapasitansi (C) kapasitor

Nilai yang didapatkan dari grafik pengosongan kapasito


21/25

I. Referensi

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, 2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan), Jakarta : PenebitErlangga

II. Lampiran

Data Pengamatan

t waktu I kapasitor V kapasitor

Model 1

1 3.98 1.02

2 3.19 1.81

3 2.56 2.44

4 2.05 2.95

5 1.65 3.35

6 1.32 3.68

7 1.06 3.94

8 0.85 4.15

9 0.67 4.33

10 0.54 4.46

11 0.43 4.57

12 0.34 4.66

13 0.26 4.74

14 0.2 4.8

15 0.15 4.85

16 3.86 3.86

17 3.1 3.1


22/25

18 2.5 2.5

19 2.02 2.02

20 1.63 1.63

21 1.32 1.32

22 1.07 1.07

23 0.87 0.87

24 0.7 0.7

25 0.57 0.57

26 0.47 0.47

27 0.38 0.38

28 0.31 0.31

29 0.25 0.25

30 0.21 0.21

Model 2

1 11.18 1.42

2 8.06 2.42

3 5.82 3.14

4 4.2 3.66

5 3.02 4.03

6 2.18 4.3

7 1.56 4.5

8 1.08 4.65

9 0.75 4.76

10 0.5 4.84

11 0.32 4.9

12 0.18 4.94

13 0.08 4.98

14 0 5

15 0 5


23/25

16 11.27 3.61

17 8.2 2.62

18 5.99 1.92

19 4.38 1.4

20 3.22 1.03

21 2.37 0.76

22 1.76 0.56

23 1.3 0.42

24 0.96 0.31

25 0.72 0.23

26 0.53 0.17

27 0.4 0.13

28 0.29 0.09

29 0.23 0.07

30 0.17 0.05

Model 3

1 2.83 2.17

2 1.69 3.31

3 1.01 3.99

4 0.61 4.39

5 0.35 4.65

6 0.2 4.8

7 0.1 4.9

8 0.04 4.96

9 0 5

10 0 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5


24/25

14 0 5

15 0 5

16 2.95 2.95

17 1.78 1.78

18 1.09 1.09

19 0.68 0.68

20 0.43 0.43

21 0.27 0.27

22 0.17 0.17

23 0.11 0.11

24 0.07 0.07

25 0.05 0.05

26 0.03 0.03

27 0.02 0.02

28 0.01 0.01

29 0.01 0.01

30 0 0

Model 4

1 6.89 2.8

2 3.24 3.96

3 1.51 4.52

4 0.67 4.78

5 0.24 4.92

6 0.03 4.99

7 0 5

8 0 5

9 0 5

10 0 5

11 0 5


25/25

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5

16 7.22 2.31

17 3.51 1.12

18 1.77 0.57

19 0.92 0.29

20 0.49 0.16

21 0.26 0.08

22 0.14 0.04

23 0.08 0.02

24 0.05 0.01

25 0.03 0.01

26 0.02 0

27 0 0

28 0 0

29 0 0

30 0 0

charge discharge(lr01) rio darputra 0906632682 elektro

Documents