kdb rahayu agustia

7/31/2019 KDB Rahayu Agustia

1/21

LAPORAN A KHIR

PRATIKUM EKSPERIMEN II

KONSTANTA DIELEKTRIK BAHAN

LABORATORIUM FISIKA LANJUTAN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2012

Nama : Rahayu Agustia

NPM : 140310100041

Partner : Annisa Yulianda

NPM : 140310100053

Hari/Tanggal : Selasa, 30 Oktober 2012

Waktu : Pukul 07.30 s.d 10.00 WIB

Asisten :


2/21

LEMBAR PENGESAHAN

PRATIKUM EKSPERIMEN II

KONSTANTA DIELEKTRIK BAHAN

Nama : Rahayu Agustia

NPM : 140310100041

Partner : Annisa Yulianda

NPM : 140310100053

Hari/Tanggal : Selasa, 30 Oktober 2012

Waktu : Pukul 07.30 s.d 10.00 WIB

Asisten :

Jatinangor,

Asisten,

( )

NILAI

LAPAL SPEAKEN LAPAK


3/21

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG

Dielektrik adalah bahan nonkonduktor (tidak baik dalam menghantarkan

listrik), seperti karet, gelas, atau kertas lilin. Ketika suatu bahan dielektrik

dimasukkan diantara keping-keping kapasitor, kapasitansinya akan meningkat.

Jika dielektrik memenuhi ruang antar kepingnya, kapasitansinya naik sebesar

faktor k yang dikenal dengan konstanta dielektrik bahan. Konstanta dielektrik

bervariasi dari satu bahan ke bahan yang lain. Percobaan ini dilakukan untuk

menentukan harga konstanta dielektrik berbagai bahan seperti kaca, plastik dan

lain-lain.

I.2. IDENTIFIKASI MASALAH

Adapun identifikasi masalahnya yaitu bagaimana meningkatkan

kapasitansi dan faktor yang mempengaruhinya dengan memvariasikan jarak

maupun tegangan, dan bagaimana menentukan harga konstanta dielektrik serta

konduktivitas berbagai bahan

I.3. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan konstanta dielektrik dan koduktivitas berbagai bahan


4/21

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk

menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang

dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut keping.

Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah alat (komponen) listrik yang

dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik untuk

sementara waktu.

Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng

logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini

sering disebut bahan (zat) dielektrik. Zat dielektrik yang digunakan untuk

menyekat kedua penghantar dapat digunakan untuk membedakan jenis kapasitor.

Beberapa kapasitor menggunakan bahan dielektrik berupa kertas, mika, plastik

cairan dan lain sebagainya.

Kapasitor dua penghantar berdekatan yang diberi muatan sama tetapi

berlawanan jenis dan memiliki sifat menyimpan muatan listrik. Ketika kapasitor

dihubungkan dengan sumber tegangan (misalnya baterai atau sumber tegangan

yang lain) kapasitor akan menyimpan muatan. Besarnya kapasitas kapasitor

disebut kapasitansi. Kapasitansi C dari kapasitor didefinisikan sebagai

perbandingan besar muatan Q pada salah satu konduktor terhadap besar beda

potensial V diantara kedua konduktor tersebut.

c =

Dimana :

C = Kapasitansi kapasitor ( 1F )

Q = jumlah muatan kapasitor (coloumb)

= beda potensial (volt)


5/21

Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:

a. mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung

kumparan, bila tiba tiba arus listrik diputuskandan dinyalakan

b. menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik

c. memilih panjang gelombang pada radio penerima

d. sebagai filter dalam catu daya (power supply)

2.1 Kapasitor Keping Sejajar

Dua keping logam yang sejajar dengan luas permukaan yang sama, A,

terpisah sejauh d, seperti yang ditujukan pada gambar 1. Keping yang satu

bermuatan Q dan yang lainnya bermuatanQ.

Gambar 1. Kapasitor keping sejajar

Rapat muatan pada masing-masing keping adalah . Jika kedua

keping berjarak sangat kecil dibandingkan dengan panjang dan lebarnya, makadapat diasumsikan bahwa medan listriknya terdistribusi merata diantara kedua

keping dan bernilai nol ditempat lainnya. Besarnya medan listrik diantara kedua

keping ini adalah :

E =


6/21

Oleh karena medan diantara kedua keping ini terdistribusi merata, besarnya beda

potensial diantara kedua keping sama denganEd. Jadi,

Maka konstanta dielektrik adalah

Dan diperoleh kapasitansinya adalah :

C =

Keterangan :

C = kapasitansi kapasitor

A = Luas tiap pelatQ = Muatan salah satu pelat

d = jarak antar pelat

= konstanta dielektrik udara

Artinya kapasitansi kapasitor keping sejajar sebanding dengan luas

permukaan keping dan berbanding terbalik dengan jarak pisah diantara kedua

kepingnya

2.2 Kapasitor Dengan Dielektrik

Pada kebanyakan kapasitor, antara pelatnya tersisip bahan padat yang tak

mengantar, disebut dielektrik seperti kaca, kertas, atau kayu. Walaupun demikian,

semua bahan pada dasarnya terdiri dari molekul molekul (inti atom dan

elektron). Pada bahan dielektrik, molekul molekul tersebut dipengaruhi oleh


7/21

adanya medan lsitrik. Medan listrik akan menghasilkan gaya yang bekerja pada

partikel bermuatan. Muatan positif bergerak searah medan lsitrik. Muatan negatif

bergerak berlawanan medan listrik, sehingga terjadilah pengkutuban (polarisasi).

Dielektrik yang terolarisasi akan menghasilkan medan listrik di luar dan di dalam

medan.

Gambar 2. Kapasitor dengan dielektrik

Konstanta dielektrik atau permitivitas listrik relatif, adalah sebuah

konstanta dalam ilmu fisika. Konstanta ini melambangkan rapatnya fluks

elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik. Konstanta dielektrik

merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika

diberi sebuah potensial, relatif terhadap vakum (ruang hampa).

Konstanta dielektrik dilambangkan dengan huruf Yunani r atau

kadang-kadang , K, atau Dk. Secara matematis konstanta dielektrik suatu bahan

didefinisikan sebagai dimana s merupakan permitivitas statis dari bahan tersebut,

dan 0 adalah permitivitas vakum/. Permitivitas vakum diturunkan dari persamaan

Maxwell dengan menghubungkan intensitas medan listrik E dengan kerapatan

fluks listrik D. Di vakum (ruang hampa), permitivitas sama dengan 0, jadi

konstanta dielektriknya adalah 1.


8/21

Ketika antara dua konduktor pada kapasitor diisi dengan dielektrik

kapasitansinya naik sebanding dengan faktor k. Faktor k adalah konstanta

dielektrik. Hal ini disebabkan oleh melemahnya medan listrik diantara keping

kapasitor akibat dari dielektrik. Jika medan listrik antara keping keping suatu

kapasitor tanpa dielektrik adalah o. Maka medan dielektriknya adalah

E =

, k= konstanta dielektrik

Tegangan dengan dan tanpa dielektrik dihubungkan oleh faktor k seperti

berikut :

V =

Oleh karena < kita lihat bahwa k > 1

Oleh karena muatan Qo pada kapasitor tidak berubah, kita menyimpulkan bahwa

kapasitansi harus berubah menjadi nilai berikut :

C =

=

C = k.Co

Artinya, kapasitansi meningkat sebesar faktor k ketika bahan dielektrik mengisi

penuh ruang antar keping. Untuk sebuah kapasitor keping sejajar, dimana

Co = maka kapasitansi ketika kapasitor diisi dielektrik adalah

C =

Keterangan :

C = kapasitansi kapasitor

A = Luas Keping sejajar (m)

d = jarak antar dua keping (m)

k = konstanta dielektrik


9/21

Dan misal untuk bahan pelastik :

Fungsi dielektrik pada antar pelat kapasitor :

a. Mengatasi masalah mekanika dengan menempatkan dua lembaran besarlogam yang sangat berdekatan tanpa bersentuhan

b. Karena kuat sifat dielektrik ini lebih besar daripada kuat sifat dielektrikudara, maka maksimal beda potensial yang dapat ditahan oleh kapasitor

bertambah tanpa merusaknya

c. Kapasitansi kapasitor akan beberapa kali lebih besar bila ada dielektrikyang tersisip antara platnya dengan bila pelat-pelatnya ada didalam

vakum.

2.3 Konduktivitas Bahan

Konduktivitas suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan

arus listrik. Sedangkan Resistivitas adalah kebalikan dari konduktivitas, yakni

kemampuan suatu bahan untuk menahan arus listrik.

Pada zat padat kemampuan ini terbagi atas 3 macam yakni :

1. Konduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik2. Isolator adalah bahan yang sulit menghantarkan listrik3. Semikonduktor nilai konduktivitasnya dapat berubah-ubah tergantung pada suhu.

Konduktivitasnya meningkat seiring dengan kenaikan suhu


10/21

BAB III

PROSEDUR PERCOBAAN

3.1. Alat dan Bahan

Pelat kapasitor,d 260 mm berfungsi sebagai bahan percobaan Pelat plastik berfungsi sebagai bahan percobaan Resistor 10 M berfungsi sebagai hambatan Amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal Power suply,0-10kV berfungsi sebagai sumber PLN Kapasitor, PEK 0.22 mmF berfungsi untuk menyimpan muatan Voltmeter,0,3-300 VDC berfungsi sebagai penghitung beda potensial Alat-alat pendukung lainnya berfungsi untuk mendukung percobaan

3.2. Prosedur Percobaan

A.Tegangan Tetap1. Memasang kapasitor C=218 nF pada rangkaian Gambar 3 dan mengatur

tegangan agar diperoleh nilai Uc tetap sekitar 1,5 kV

2. Mengatur jarak antar pelat, d sekecil mungkin (1 mm), dan mengukurtegangan V dan muatan listrik Q pada pelat kapasitor

3. Mengubah-ubah jarak antar pelat dan melakukan pengukuran seperti pada (2),melakukan untuk variasi jarak yang cukup lebar dari 1 mm sampai 2 cm

4. Menghitung kapasitansi pelat dan konstanta dielektrik udara


11/21

B.Jarak Pelat Tetap1. Memasang kapasitor C=218 nF pada rangkaian Gambar 3 dan mengatur jarak

antar pelat d=2 mm

2. Memberikan Uc sekitar 0,5 kV mengukur tegangan V dan muatan listrik Qpada pelat kapasitor

3. Mengubah-ubah nilai Uc dan melakukan pengukuran seperti pada (2),melakukan dengan variasi nilai Uc sampai sekitar 4 kV

4. Menghitung kapasitansi pelat dan konstanta dielektrik udara5. Menghitung kapasitansi pelat dan konstanta dielektrik udara

3.3 Pengukuran Konstanta Dielektrik Berbagai Bahan

1. Melakukan pengukuran seperti pada 4,2 A dan 4,2 B untuk bahan gelas

dengan menggunakan Uc sekitar 500 V dan d sekitar 2mm

2. Melakukan pengukuran seperti pada 4,2 A dan 4,2 B untuk bahan plastik

dengan menggunakan Uc sekitar 1 kV dan d sekitar 1 mm

3. Mencari satu jenis bahan selain plastik dan gelas (sesuai KBK masing-

masing) dengan melakukan pengukuran seperti 1 dan 2


12/21

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Hasil Percobaan

A. Pengukuran Kapasitansi Dan Konstanta Dielektrik Udara

Tabel 1. Tegangan Tetap = 1,5 kV

NoJarak antar pelat

d (mm)

Beda potensial

U (v)

1 1 1,6

2 2 1,8

3 3 1,7

4 4 2,0

5 5 2,5

6 6 2,7

7 7 2,7

8 8 2,9

9 9 3,0

10 10 3,4

11 11 3,7

12 12 3,9

13 13 4,0

14 14 4,5

15 15 4,8

16 16 4,9

17 17 5,2


13/21

Tabel 2. Jarak pelat Tetap = 2mm

No Tegangan

Uc (kV)

Beda potensial

U (v)

1 0,5 2,8

2 1,0 3,7

3 1,5 6,6

4 2,0 9,8

5 2,5 14,0

6 3,0 23,6

7 3,5 39,1

8 4,0 50,2

B. Pengukuran Konstanta dielektrik Berbagai Bahan

Tabel 3. Bahan Dielektrik Kaca ( d = 4,8 mm )

NoTegangan

Uc (kV)

Beda potensial

U (V)

1 0,5 8,2

2 1,0 10,1

3 1,5 10,4

4 2,0 17,8

5 2,5 27,1

6 3,0 42,3

7 3,5 110,4

8 4,0 188,8


14/21

Tabel 4. Bahan Dielektrik Plastik ( d = 9,8 mm )

NoTegangan

Uc (kV)

Beda potensial

U (V)

1 1,0 0,9

2 1,5 1,6

3 2,0 2,3

4 2,5 2,4

5 3,0 3,2

6 3,5 6,8

7 4,0 12,9

Tabel 5. Bahan Dielektrik Modul ( d = 6,3 mm)

No

Tegangan

Uc (kV)

Beda potensial

U (V)

1 0,5 1,3

2 1,0 1,9

3 1,5 2,1

4 2,0 3,2

5 2,5 5,5

6 3,0 12,8

7 3,5 24,6

8 4,0 35,8


15/21

4.2 Pengolahan Data

Menentukan konstanta dielektrik udaraMenghitung nilai Q menggunakan persamaan : .Q C U

Dik :

D = 26 cm = 0,26 m

r = 0,13 m

A = r2

= 3,14 x (0,13)2

= 0,053066 = 0,0531 m2

C = 220 nF

Contoh :

untuk d = 1 mm = 0.001 m dan U =1,6 Volt, maka :

Q = 220 nF x 1,6 = 352 nAs

Menghitung konstanta dielektrik 0 menggunakan persamaan 0c

d Q

A U

Contoh :

untuk Q = 352 nAs, maka :

0

c

d Q

A U =

= 4,41933E-12 pAs/Vm

Menghitung Kapasitansi Pelat C menggunakan persamaan

Contoh :

=

= 2,34667E-10 Coloumb/v

Dengan perhitungan yang sama, maka didapat :


16/21

Tabel 1. Tegangan Tetap = 1,5 kV

Nod (m) U (Volt)

Q(nAs) (pAs/Vm)C

(Coloumb/v)

1 0,001 1,6 352 4,41933E-12 2,34667E-10

2 0,002 1,8 396 9,9435E-12 2,64E-10

3 0,003 1,7 374 1,40866E-11 2,49333E-10

4 0,004 2,0 440 2,20967E-11 2,93333E-10

5 0,005 2,5 550 3,45261E-11 3,66667E-10

6 0,006 2,7 594 4,47458E-11 3,96E-10

7 0,007 2,7 594 5,22034E-11 3,96E-10

8 0,008 2,9 638 6,40804E-11 4,25333E-10

9 0,009 3,0 660 7,45763E-11 4,4E-10

10 0,01 3,4 748 9,39109E-11 4,98667E-10

11 0,011 3,7 814 1,12417E-10 5,42667E-10

12 0,012 3,9 858 1,29266E-10 5,72E-10

13 0,013 4,0 880 1,43628E-10 5,86667E-10

14 0,014 4,5 990 1,74011E-10 6,6E-10

15 0,015 4,8 1056 1,9887E-10 7,04E-10

16 0,016 4,9 1078 2,16547E-10 7,18667E-10

17 0,017 5,2 1144 2,44168E-10 7,62667E-10

Tabel 2. Jarak pelat Tetap = 2mm

No Uc (v) U (v) Q(nAs) (pAs/Vm)C

(Coloumb/v)

1 500 2,8 616 0,046403013 1,232E-09

2 1000 3,7 814 0,030659134 8,14E-10

3 1500 6,6 1452 0,03645951 9,68E-10

4 2000 9,8 2156 0,040602637 1,078E-09

5 2500 14,0 3080 0,046403013 1,232E-09

6 3000 23,6 5192 0,065185185 1,731E-09

7 3500 39,1 8602 0,092569276 2,458E-09

8 4000 50,2 11044 0,103992467 2,761E-09


17/21

Menentukan konstanta dielektrik BahanMenggunakan persamaan

Dik :

d = 0,0048 m

A = 0.0531

C = 220 nF

Misal untuk Uc= 500 V, maka

=

= 36,83527508

Dengan perhitungan yang sama, maka diperoleh :

Tabel 3. Bahan Dielektrik Kaca ( d = 0,0048 m )

No Uc (V) U (V) Q k

1 500 8,2 0,000001804 36,83527508

2 1000 10,1 0,000002222 22,68513892

3 1500 10,4 0,000002288 15,57263662

4 2000 17,8 0,000003916 19,989874895 2500 27,1 0,000005962 24,34721841

6 3000 42,3 0,000009306 31,66935236

7 3500 110,4 0,000024288 70,84694023

8 4000 188,8 0,000041536 106,0137185


18/21

Tabel 4. Bahan Dielektrik Plastik ( d = 0,0098 m )

No Uc (V) U (V) Q k

1 1000 0,9 0,000000198 4,127123047

2 1500 1,6 0,000000352 4,891405093

3 2000 2,3 0,000000506 5,273546115

4 2500 2,4 0,000000528 4,402264583

5 3000 3,2 0,000000704 4,891405093

6 3500 6,8 0,000001496 8,90934499

7 4000 12,9 0,000002838 14,78885758

Tabel 5. Bahan Dielektrik Modul ( d = 0,0063 m)

No Uc (V) U (V) Q k

1 500 1,3 0,000000286 7,664657087

2 1000 1,9 0,000000418 5,601095564

3 1500 2,1 0,000000462 4,127123047

4 2000 3,2 0,000000704 4,716712054

5 2500 5,5 0,00000121 6,485479074

6 3000 12,8 0,000002816 12,57789881

7 3500 24,6 0,000005412 20,71984224

8 4000 35,8 0,000007876 26,38410805


19/21

4.3 Analisa Data

Pada percobaan pertama kita memvariasikan jarak antar pelat

dengan tegangan Uc=1.5 kV. Bisa dilihat dari tabel data yang diperoleh.

Jika pelat memiliki beda potensial yang konstan diantara kedua kutubnya,

maka medan listrik diantara kedua pelat pasti berkurang pada saat d

bertambah. Jika pada jarak yang semakin mendekat, beda potensial

diantara keping menjadi lebih kecil. Dan apabila kedua pelat

digeser saling mendekat, maka muatan pada kapasitor akan bertambah.

Jika d bertambah, maka muatan berkurang. Sebagai akibatnya, kita akan

ketahui bahwa kapasitansi dari sepasang pelat berbanding terbalik dengan

jarak antar pelat d. Setelah melakukan pengolahan data, diperoleh

konstanta dielektrik udara yang nilainya > konstanta listrik literatur.

Berdasarkan data yang diperoleh dapat dikatakan semakin besar jaraknya

maka semakin besar pula konstanta dielektriknya.

Pada percobaan kedua Uc divariasikan dengan jarak tetap

yaitu 2mm. Setelah melakukan pengolahan data, diperoleh konstanta

dielektrik udara yang nilainya > konstanta listrik literatur. Berdasarkan

percobaan dapat dikatakan bahwa semakin besar nilai Uc nya maka

semakin besar juga konstanta dielektriknya.

Kemudian dilakukan percobaan untuk menetukan konstanta

dielektrik berbagai bahan seperti kaca, plastik dan buku. Kapasitor yang

diberi muatan, tanpa dan dengan dimasukkan bahan dielektrik diantara

kedua pelatnya, kapasitansinya naik karena faktor k. Bisa dilihat pada tabel

hasil percobaan bahwa semakin besar beda potensial, maka semakin besar

pula konstanta dielektriknya. Setelah dilakukan pengolahan data, diperoleh

konstanta dielektrik rata-rata untuk pelat kaca adalah k= 40,99501938,

untuk pelat gelas adalah k = 6,754849501 dan untuk buku adalah

11,03461449. Maka pelat kaca konduktivitasnya lebih tinggi dibandingkan

dengan plastik dan buku.


20/21

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Konstanta dielektrik atau permitivitas listrik relatif, adalah sebuah

konstanta dalam ilmu fisika yang melambangkan rapatnya fluks

elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik.

Konstanta dielektrik merupakan perbandingan energi listrik yang

tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif

terhadap vakum (ruang hampa). Konstanta dielektrik dapat

ditentukan dengan menggunakan persamaan

Pada percobaan ini diperoleh konstanta dielektrik bahan kaca,

plastik dan buku. Konstanta dielektrik rata-rata untuk pelat kaca

adalah k= 40,99501938, untuk pelat gelas adalah k = 6,754849501

dan untuk buku adalah 11,03461449. Sedangkan untuk konstanta

dielektrik udara adalah

dan

Konduktivitas suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk

menghantarkan arus listrik. Pada zat padat kemampuan ini terbagi atas 3

macam yakni konduktor, isolator dan semikonduktor. Pada percobaan ini,

yang digunakan adalah isolator


21/21

DAFTAR PUSTAKA

1. Sears, Zemansky. Fisika Untuk Universitas 2 Listrik Magnet. 1994.Bandung:PenerbitBinacipta

2. Jewett,Jr.John W dan Serway, Raymond A. 2010. Fisika Untuk Sains dan Teknik Buku 2Edisi Keenam. Jakarta : Penerbit Salemba Teknika

3. Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta :Penerbit Erlangga

4. http://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Kapasitordandielektrik.pdfcopy at 20oktober 2012

5. Gambar 1 http://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.html copy at 20 oktober 2012

6. Gambar 2 http://blog.ub.ac.id/syafrilabdillah/2012/03/20/kapasitor-dan-dielektrik/copyat 20 oktober 2012
http://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Kapasitordandielektrik.pdfhttp://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Kapasitordandielektrik.pdfhttp://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.htmlhttp://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.htmlhttp://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.htmlhttp://blog.ub.ac.id/syafrilabdillah/2012/03/20/kapasitor-dan-dielektrik/http://blog.ub.ac.id/syafrilabdillah/2012/03/20/kapasitor-dan-dielektrik/http://blog.ub.ac.id/syafrilabdillah/2012/03/20/kapasitor-dan-dielektrik/http://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.htmlhttp://electronic-and-engineering.blogspot.com/2011/10/kapasitor-dan-induktor.htmlhttp://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Kapasitordandielektrik.pdf

kdb rahayu agustia

Documents