LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN IB

Aditya Satriady (140310110047)

Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran

Senin, 25 Maret 2013

ABSTRAK

Ketika sebuah bahan berada di dalam medan listrik dan terdapat muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak mengalir, maka hal ini disebut Dielektrik. Karena dielektrik adalah sejenis bahan Isolator listrik yang dapat dikutubkan (polarized) dengan cara menempatkan bahan dielektrik dalam medan listrik sehingga tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Kejadian ini dilambangkan oleh sebuah konstanta yaitu Konstanta Dielektrik yang melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik. Dan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif terhadap vakum (ruang hampa).

Dalam praktikum kali ini kita akan membahas tentang Konstanta Dielektrik di berbagai bahan. Bahan yang digunakan adalah pelat plastik, pelat gelas, dan buku. Pada masing-masing bahan juga dilakukan pengukuran konstanta dielektrik di saat bahan dilepas (keadaan vakum). Karena setiap bahan memiliki perbedaan karakteristik dan akan menghasilkan nilai konstanta dielektrik yang berbeda untuk setiap masing-masing bahan.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANGKetika pelat kapasitor diisi dengan sebuah bahan dielektrik lalu diberi muatan, maka akan terjadi polarisasi dielektrik yang dilambangkan dengan suatu konstanta. Namun, tidak semua bahan dielektrik memiliki konstanta dielektrik yang sama.

1.2. TUJUAN PERCOBAAN- Mencari konstanta dielektrik ε0 dengan mengukur muatan suatu pelat kapasitor saat diberi muatan- Mencari konstanta dielektrik ε pada bahan pelat plastik, kaca, dan buku.

1.3. IDENTIFIKASI MASALAH1 Hubungan antara muatan Q dengan tegangan U diukur dengan

menggunakan pelat kapasitor.2. Konstanta listrik ε0 ditentukan dari hubungan yang diukur pada point 1.3. Muatan pelat kapasitor diukur sebagai fungsi inverse dari jarak antar

pelat, pada tegangan konstan.4. Hubungan antara muatan Q dengan U diukur dengan menggunakan pelat

kapasitor dengan menggunakan media dielektrik diantara kedua pelat. Hubungan konstanta dielektrik ditentukan dengan membandingkan kinerja hasil pengukuran dan pelat kapasitor dengan udara diantara kedua pelat.

1.4. SISTEMATIKA PENULISAN- BAB I. PENDAHULUANBerisi tentang latar belakang, tujuan, dan identifikasi masalah dalam percobaan, sistematika penulisan laporan, serta tempat dan waktu pelaksanaaan percobaan.- BAB II. TINJAUAN PUSTAKABerisi tentang teori-teori yang berhubungan dengan praktikum dan dapat menunjang kaidah-kaidah pelaksanaan praktikum.- BAB III. METODOLOGI PERCOBAANBerisi tentang alat-alat yang dipergunakan pada saat praktikum serta prosedur pelaksanaan praktikum.- BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang data pengamatan praktikum, pengolahan data beserta analisa data, dan grafik beserta analisis grafik.- BAB V. KESIMPULAN DAN SARANBerisi tentang kesimpulan praktikum yang mengacu pada tujuan percobaan.

1.5. TEMPAT DAN WAKTU PERCOBAANPercobaan dilakukan di Laboratorium Fisika Menengah, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran pada hari Senin tanggal 18 Maret 2013 pukul 07.30 – 10.00 WIB.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Konstanta dielektrik atau permitivitas listrik relatif, adalah sebuah konstanta dalam ilmu fisika yang melambangkan rapatnya fluks elektrostatik dalam suatu bahan bila diberi potensial listrik. Dielektrik sendiri adalah sejenis bahan Isolator listrik yang dapat dikutubkan (polarized) dengan cara menempatkan bahan dielektrik dalam medan listrik. Ketika bahan ini berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik.

Dalam pendekatan teori klasik tentang permodelan dielektrik, sebuah bahan terbuat dari atom-atom. Tiap atom terdiri dari awan bermuatan negatif (elektron) terikat dan meliputi titik bermuatan positif di tengahnya. Dengan keberadaan medan listrik disekeliling atom ini maka awan bermuatan negatif tersebut berubah bentuk. Hal ini dapat dipandang secara sederhana sebagai dwikutub (dipole) dengan menggunakan prinsip-prinsip superposisi. Dwikutub ini dicirikan oleh momen dwikutubnya. Yang berperan membentuk perilaku dielektrik adalah hubungan antara medan listrik dan momen dwikutubnya. Ketika medan listrik hilang, atom-atom pada bahan tersebut kembali pada keadaan sebelumnya. Waktu yang diperlukan untuk berubah-ubah keadaan ini disebut waktu Relaksasi. Relaksasi dielektrik adalah komponen jeda waktu dalam konstanta dielektrik suatu bahan. Jeda ini biasanya disebabkan oleh jeda waktu yang diperlukan molekul bahan sampai terkutub (polarized) ketika mengalami perubahan medan listrik disekitar bahan dielektrik (misalnya, kapasitor yang dialiri arus listrik). Relaksasi dielektrik ketika terjadi perubahan medan listrik dapat dipersamakan dengan adanya histerisis ketika terjadi perubahan medan magnet (dalam induktor atau transformer). Dalam sistem linier, relaksasi secara umum berarti jeda waktu sebelum respon yang diinginkan muncul, oleh karena itu relaksasi diukur sebagai nilai relatif terhadap keadaan dielektrik stabil yang diharapkan (equilibrium). Jeda waktu antara munculnya medan listrik dan terjadinya pengutuban berakibat berkurangnya energi bebas (G) tanpa dapat dikembalikan.

Pengutuban dwikutub (dipole polarization) adalah pengutuban pada kutub-kutub molekulnya. Pengutuban jenis ini berakibat pengutuban secara permanen, contohnya ikatan asimetris antara atom oksigen dan hidrogen pada air, yang akan mempertahankan sifat-sifat pengutuban walaupun medan listrik sudah hilang. Pengutuban jenis ini membentuk pengutuban makroskopis.

Jika medan listrik dari luar dipaparkan pada bahan tertentu, jarak antara muatan dalam atom, yang terkait dengan ikatan kimianya, tidak berubah selama terkutub; namun, kutub-kutubnya akan berputar. Putarannya tergantung pada torsi dan viskositas molekul yang bersangkutan. Karena perputaran ini tidak dapat terjadi secara mendadak, pengutuban dwikutub belum terjadi ketika frekuensi pengutuban masih rendah. Jarak waktu respon muatan listrik karena adanya medan listrik ini menimbulkan gesekan dan panas.

Pengutuban ion adalah pengutuban yang terjadi karena adanya perpindahan relatif antara ion negatif dan positif dalam molekul yang bersangkutan. Sering kristal atau molekul tidak terdiri hanya satu jenis atom saja, distribusi muatan listrik disekitar atom kristal atau molekul cenderung positif atau negatif. Akibatnya, ketika getaran molekul menginduksi perpindahan muatan dalam atom, titik setimbang muatan positif dan negatif mungkin tidak berada pada lokasi yang sama. Titik setimbang ini mempengaruhi simetri sebaran muatan listrik. Ketika titik setimbang ini tidak setimbang, pengkutuban terjadi dalam kristal atau molekul tersebut. Inilah pengutuban ion.

Pengutuban ion menyebabkan transisi feroelektrik dan juga pengutuban dwipolar. Transisi yang disebabkan berubahnya urutan arah kutub permanen sepanjang garis tertentu, disebut transisi fase order-disorder. Sedang transisi yang disebabkan oleh pengutuban ion dalam kristal disebut transisi fase pergeseran.

Oleh karena pengutuban dielektrik, muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah berlawanan (yaitu menuju kutub positif medan listrik) Hal ini menimbulkan medan listrik internal (di dalam bahan dielektrik) yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun. Jika bahan dielektrik terdiri dari molekul-molekul yang memiliki ikatan lemah, molekul-molekul ini tidak hanya menjadi terkutub, namun juga sampai bisa tertata ulang sehingga sumbu simetrinya mengikuti arah medan listrik. Sehingga konstanta dielektrik merupakan perbandingan energi listrik yang tersimpan pada bahan tersebut jika diberi sebuah potensial, relatif terhadap vakum (ruang hampa).

Walaupun istilah "isolator" juga mengandung arti konduksi listriknya rendah, seperti "dielektrik", namun istilah "dielektrik" biasanya digunakan untuk bahan-bahan isolator yang memiliki tingkat kemampuan pengutuban tinggi yang besarannya diwakili oleh konstanta dielektrik. Contoh umum tentang dielektrik adalah sekat isolator di antara plat konduktor yang terdapat dalam kapasitor. Pengutuban bahan dielektrik dengan memaparkan medan listrik padanya merubah muatan listrik pada kutub-kutub kapasitor.

Dalam kebanyakan kapasitor, ruang antara kedua pelat bahan diisi bahan

isolator. Ini dilakukan agar harga kapasitansi mempunyai harga besar, sedang

ukuran kapasitor cukup kecil. Dalam bahan isolator sempurna, tidak ada muatan

bebas atau dielektrik, bila bahan isolator ditaruh di dalam medan listrik, dalam

bahan akan terbentuk dipol listrik sehingga pada permukaan akan terjadi muatan

induksi.

Misalkan kita mempunyai kapasitor pelat sejajar dengan ruang antara pelat

berisi dielektrik dengan permitivitas ε, jarak antara pelat d dan luas pelat A, untuk

menghitung kapasitansi dapat dihubungkan kapasitor dengan suatu sumber

tegangan sehingga beda potensial antara pelat adalah V. Bila muatan yang ditarik

dari sumber tegangan q, kapasitansinya adalah

C=qv

Muatan yang ditarik dari sumber sama dengan muatan pada pelat kapasitor adalah

q=σ A

Rapat muatan σ dapat dihitung dari kuat medan

E=σε

Sehingga

σ=ε E=εVd

Muatan pada pelat

q=σ A=εAd

V

Sehingga

CqV

=εAd

V =K e ε 0Ad

=K e C0

Terlihat kapasitansi kapasitor dielektrik ialah K e kali kapasitansi tanpa dielektrik.

Gambar Pemisahan muatan listrik dalam lempengan konduktor sejajar menimbulkan medan listrik

internal. Bahan dielektrik (oranye) mengurangi medan internal sambil menambah kapasitansi.

Konstanta dielektrik secara matematis didefinisikan

ε r=εs

ε0

Dimana εs merupakan permitivitas statis dari bahan dan ε0 adalah permitivitas

vakum, yang diturunkan dari persamaan Maxwell dengan menghubungkan

intensitas medan listrik E dengan kerapatan fluks listrik

∯ E .dA=Qenc

ε0

∯ E .dS=0

Dimana E adalah intensitas medan listrik, Q adalah muatan yang dilingkupi oleh

permukaan tertutup A, ε0 adalah konstanta listrik dan S adalah lintasan tertutup.

E0 A=Qε0

E0=Q

A ε0

Perbedaan potensial antara keping untuk suatu kapasitor keping sejajar dengan

jarak pemisah d

V 0=E0 d

V 0=Q

A ε 0

d

Kapasitansi dari suatu kapasitor keping sejajar tanpa dielektrik

C= QV 0

C=ε0 A

d

Sehingga besar konstanta

ε 0=dA

QV 0

Jika diantara kapasitor keping sejajar ditempatkan dielektrik, maka

ε=ε r ε0=k ε0

Sehingga kapasitansinya

C=k ε0 A

d

Dan besar konstanta dielektriknya adalah

k= dε0

QA V 0

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. ALAT DAN BAHAN PERCOBAAN

1. Pelat kapasitor, d 260 mm

2. Pelat plastik 283 x 283 mm

3. Pelat gelas f. current konduktor

4. Resistor 10 M Ohm

5. Universal measuring amplifier

6. Power supply, 0-10 kV

7. Voltmeter, 0.3-300 VDC, 10-300 VAC

8. Kabel koneksi hijau-kuning, 100 mm

9. Kabel koneksi merah 500 mm

10. Kabel koneksi biru 500 mm

11. Kabel screened, BNC, 750 mm

12. Adapter, BNC soket 4 mm

13. Konektor tipe T, BNC

14. PEK kapasitor 0.22 μF, 160 volt

3.2. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Menentukan Konstanta Listrik ε 0

1. Menentukan luas penampang kapasitor (A), diketahui d=260 mm.

2. Mengatur tegangan Uc pada 1.5 Kv.

3. Mengatur jarak pelat kapasitor sekecil mungkin (1 mm), dan

mengukur tegangan U dan Q.

4. Memvariasikan jarak d (d=1.5 ; 2.0 ; 2.5 ; 3.0 ; dan 3.5 mm) dan

melakukan pengukuran seperti point 2.

5. Dengan menggunakan data yang diperoleh, menghitung ε 0 dengan

menggunakan persamaan 4.

Catatan : selama melakukan pengukuran tidak berada di dekat kapasitor.

B. Kebergantungan muatan induksi pada tegangan

1. Mengatur jarak antar pelat d = 2 mm.

2. Mengukur tegangan U (Volt) dengan pemberian Uc sebesar 0.5 ;

1.0 ; 1.5 ; 2.0 ; 2.5 ; 3.0 dan 3.5 Kv.

3. Menentukan nilai Q.

4. Dengan menggunakan data yang diperoleh, menghitung ε 0 dengan

menggunakan persamaan 4.

C. Menentukan konstanta dielektrik pelat plastik

1. Memasang pelat plastik (d=9.8 mm) diantara pelat kapasitor.

2. Mengukur tegangan U (Volt) dengan memberikan tegangan Uc

sebesar 0.5 ; 1.0 ; 1.5 ; 2.0 ; 2.5 ; 3.0 ; 3.5 dan 4.0 Kv.

3. Menentukan harga Q (nAs) dan Qd

A ε0

1U c

4. Melepaskan pelat plastik.

5. Pada jarak yang sama antar pelat dengan tebal pelat plastik (d=9.8

mm), mengukur tegangan Uvac(Volt) dengan memberikan

tegangan Uc sebesar 0.5 ; 1.0 ; 1.5 ; 2.0 ; 2.5 ; 3.0 ; 3.5 dan 4.0 Kv.

6. Menentukan harga Qvac (nAs) dan membandingkan harga Q

dengan Qvac( QQvac )

D. Menentukan konstanta dielektrik pelat gelas

1. Memasang pelat kaca antara pelat kapasitor dan mengukur

ketebalan pelat kaca.

2. Melakukan pengukuran dan perhitungan seperti pada langkah C.

BAB IVDATA DAN PEMBAHASAN

4.1. TABEL DATA PENGAMATAN

A. Menentukan Konstanta Listrik ε0

Vc = 1,5 kV

d (mm) U (Volt)4 0,0366 0,0428 0,04310 0,03712 0,03914 0,03916 0,03718 0,038

B. Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangan d = 3 mm

C. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Plastik d = 9,3 mm

Uc (Volt) U (Volt)0,5 0,0041 0,024

1,5 0,0492 0,135

2,5 0,1833 0,255

3,5 0,313

Uc

(Volt)U (Volt)

Pelat Vakum0,5 0,007 -0,0021 0,037 0,012

1,5 0,126 0,082 0,258 0,137

2,5 0,357 0,2113 0,485 0,327

3,5 0,629 0,3764 1,075 0,621

D. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Kacad = 4,7 mm

Uc

(Volt)U (Volt)

Pelat Vakum0,5 0,001 0,0071 0,044 0,039

1,5 0,159 0,0932 0,326 0,133

2,5 0,348 0,1553 0,415 0,266

3,5 0,515 0,2934 0,693 0,425

E. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Bukud = 4,8 mm

Uc

(Volt)U (Volt)

Pelat Vakum0,5 0 01 0,042 0,023

1,5 0,095 0,0472 0,131 0,085

2,5 0,209 0,1133 0,316 0,189

3,5 0,439 0,2454 0,606 0,383

4.2. PENGOLAHAN DATAA. Menghitung Luas Penampang Kapasitord = 260 mm

= 0,26 m

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

C=220 nF = 0.22 . 10−6 F

B. Menentukan Konstanta Listrik ε0

Uc = 1,5 kV- Menentukan Nilai Q

Q=U x C

C=218 nF = 0.218 x10−6 F

Maka Q = 0,036 . 0.218 x10−6

= 7,85 x 10-9 nAs- Menentukan Nilai ε0

ε 0=dA

QU c

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

U c=¿1,5 kV = 1500 V

Q didapat dari perhitungan sebelumnya pada setiap nilai dSehingga

ε 0=0,00 4

0.05309x

7,85 x10−9

1500 = 3,94 x 10-13 As/Vm

Dengan perhitungan yang sama didapatkan

d (m) U (Volt) Q (As) ε0 (As/Vm)0,004 0,036 7,85x10-9 3,941x10-13

0,006 0,042 9,16x10-9 6,897x10-13

0,008 0,043 9,37x10-9 9,415x10-13

0,01 0,037 8,07x10-9 1,013x10-12

0,012 0,039 8,5x10-9 1,281x10-12

0,014 0,039 8,5x10-9 1,494x10-12

0,016 0,037 8,07x10-9 1,620x10-12

0,018 0,038 8,28x10-9 1,872 x10-12

0 0.0005 0.001 0.0015 0.0020.000000007

0.0000000075

0.000000008

0.0000000085

0.000000009

0.0000000095

f(x) = − 0.0000002725 x + 0.0000000087745R² = 0.0612244897959182

Grafik hubungan d terhadap Q

Series2Linear (Series2)

d (meter)

Q (A

s)

C. Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangand = 3 mm- Menentukan Nilai Q

Q=U x C

C=218 nF = 0.218 x10−6 F

Maka Q = 0,004 . 0.218 x10−6

= 8,72 x 10-10 As- Menentukan Nilai ε0

ε 0=dA

QU c

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

d=0,003m

Q didapat dari perhitungan sebelumnya pada setiap nilai U c

Sehingga

ε 0=0,003

0.05309x

8,72 x10−10

0,5 = 2,46 x 10-11 As/Vm

Dengan perhitungan yang sama didapatkan

0 0.0005 0.001 0.0015 0.0020.000000007

0.0000000075

0.000000008

0.0000000085

0.000000009

0.0000000095

f(x) = − 0.0000002725 x + 0.0000000087745R² = 0.0612244897959182

Grafik hubungan d terhadap Q

Series2Linear (Series2)

d (meter)

Q (A

s)

Uc (Volt) U (Volt) Q (As) ε0 (As/Vm)0,5 0,004 8,72E-10 2,46328E-111 0,024 5,232E-09 2,95593E-10

1,5 0,049 1,0682E-08 9,05254E-102 0,135 2,943E-08 3,32542E-09

2,5 0,183 3,9894E-08 5,63475E-093 0,255 5,559E-08 9,42203E-09

3,5 0,313 6,8234E-08 1,34926E-08

D. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Plastik d = 9,3 mm

- Menentukan Nilai Q

Q=U x C

C=218 nF = 0.218 x10−6 F

Maka Q = 0,007 . 0.218 x10−6

= 1,526 x 10-9 As- Menentukan Nilai ε0

ε 0=dA

QU c

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

d=0,0093 m

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.000000010.000000020.000000030.000000040.000000050.000000060.000000070.00000008

f(x) = 2.37152857142857E-08 x − 0.00000001744R² = 0.972079314310237

Grafik hubungan Uc terhadap Q

Series2Linear (Series2)

Uc (Volt)

Q (A

s)

Q didapat dari perhitungan sebelumnya pada setiap nilai U c

Sehingga

ε 0=0,0093

0.05309x

1,526 x10−9

0,5 = 5,34 x 10-10 As/Vm

Dengan perhitungan yang sama didapatkan

Uc (Volt

)

U (Volt) Q (As) ε0 (As/Vm)Qvac εr

PelatVaku

m Pelat Vakum Pelat Vakum0,5 0,007 -0,002 1,53x10-9 -4,36x10-10 5,34x10-10 -1,53x10-10 -3,5 -3,51 0,037 0,012 8,06x10-9 2,62x10-9 1,41x10-9 4,58x10-10 3,08 3,08

1,5 0,126 0,08 2,75x10-8 1,74x10-9 3,21x10-9 2,04x10-9 1,57 1,572 0,258 0,137 5,62x10-8 2,98x10-8 4,92x10-9 2,61x10-9 1,88 1,88

2,5 0,357 0,211 7,78x10-8 4,59x10-8 5,45x10-9 3,22x10-9 1,69 1,693 0,485 0,327 1,05x10-7 7,13x10-8 6,17x10-9 4,16x10-9 1,48 1,48

3,5 0,629 0,376 1,37x10-7 8,19x10-8 6,86x10-9 4,10x10-9 1,67 1,674 1,075 0,621 2,34x10-7 1,35x10-7 1,03x10-8 5,93x10-9 1,73 1,73

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.00000005

0.0000001

0.00000015

0.0000002

0.00000025

f(x) = 6.02718095238095E-08 x − 5.45700714285714E-08R² = 0.899572110209475

Grafik hubungan Uc terhadap Q

Series2Linear (Series2)

Uc (Volt)

Q (A

s)

E. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Kacad = 4,7 mm

- Menentukan Nilai Q

Q=U x C

C=218 nF = 0.218 x10−6 F

Maka Q = 0,001 . 0.218 x10−6

= 2,18 x 10-10 As- Menentukan Nilai ε0

ε 0=dA

QU c

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

d=0,0047 m

Q didapat dari perhitungan sebelumnya pada setiap nilai U c

Sehingga

ε 0=0,0047

0.05309x

2,18 x10−10

0,5 = 3,86 x 10-9 As/Vm

Dengan perhitungan yang sama didapatkan

Uc (Volt

)

U (Volt) Q (As) ε0 (As/Vm)Qvac εvac

PelatVaku

m Pelat Vakum Pelat Vakum0,5 0,001 0,007 2,18x10-10 1,53x10-9 3,85x10-11 2,7 x10-10 0,14 0,141 0,044 0,039 9,59x10-9 8,5 x10-9 8,49x10-10 7,52 x10-10 1,13 1,13

1,5 0,159 0,093 3,46x10-8 2,03x10-8 2,04x10-9 1,19 x10-9 1,71 1,712 0,326 0,133 7,11x10-8 2,89 x10-8 3,14x10-9 1,28 x10-9 2,45 2,45

2,5 0,348 0,155 7,58x10-8 3,37 x10-8 2,68x10-9 1,19 x10-9 2,24 2,243 0,415 0,266 9,05x10-8 5,79 x10-8 2,66x10-9 1,71 x10-9 1,56 1,56

3,5 0,515 0,293 1,12x10-7 6,38 x10-8 2,84x10-9 1,61 x10-9 1,76 1,764 0,693 0,425 1,51x10-7 9,26 x10-8 3,34x10-9 2,05 x10-9 1,63 1,63

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.000000020.000000040.000000060.00000008

0.00000010.000000120.000000140.00000016

f(x) = 4.14667142857143E-08 x − 2.51478571428572E-08R² = 0.973064027580056

Grafik hubungan Uc terhadap Q

Series2Linear (Series2)

Uc (Volt)

Q (A

s)

F. Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Bukud = 4,8 mm

- Menentukan Nilai Q

Q=U x C

C=218 nF = 0.218 x10−6 F

Maka Q = 0,042 . 0.218 x10−6

= 9,15 x 10-9 As- Menentukan Nilai ε0

ε 0=dA

QU c

A=14

π (0.26)2=0.05309 m2

d=0,0048 m

Q didapat dari perhitungan sebelumnya pada setiap nilai U c

Sehingga

ε 0=0,0048

0.05309x

9,15 x10−9

0,5 = 8,27 x 10-10 As/Vm

Dengan perhitungan yang sama didapatkan

Uc (Volt

)

U (Volt) Q (As) ε0 (As/Vm)Qvac

εvac

PelatVaku

m Pelat Vakum Pelat Vakum0,5 0 0 0 0 0 0 0 0

10,04

2 0,023 9,15x10-9 5,01x10-9 8,27 x10-10 4,53 x10-10 1,83 1,83

1,50,09

5 0,047 2,07x10-8 1,02x10-8 1,25 x10-9 6,17 x10-10 2,02 2,02

20,13

1 0,085 2,85x10-8 1,85x10-8 1,29 x10-9 8,37 x10-10 1,54 1,54

2,50,20

9 0,113 4,55x10-8 2,46x10-8 1,65 x10-9 8,91 x10-10 1,85 1,85

30,31

6 0,189 6,88x10-8 4,12x10-8 2,07 x10-9 1,24 x10-9 1,67 1,67

3,50,43

9 0,245 9,57x10-8 5,34x10-8 2,47 x10-9 1,37 x10-9 1,79 1,79

40,60

6 0,383 1,32x10-7 8,35x10-8 2,98 x10-9 1,88 x10-9 1,58 1,58

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

0.00000002

0.00000004

0.00000006

0.00000008

0.0000001

0.00000012

0.00000014

f(x) = 3.61672380952381E-08 x − 3.12907857142857E-08R² = 0.93480017931643

Grafik hubungan Uc terhadap Q

Series2Linear (Series2)

Uc (Volt)

Q (A

s)

4.3. ANALISA DATA

Pada pengukuran pada prosedur pertama untuk menentukan Konstanta

Dielektrik terdapat kesalahan yaitu untuk pengambilan data pertama tentang

pengukuran jarak pelat kapasitor sekecil mungkin (1 mm) tidak dapat

dilakukan karena kemampuan alat pelat kapasitor yang sudah menyentuh

batas sehingga tidak bisa lebih dekat dari 1 mm. Sehingga kamu mulai

mengambil pengambilan data dari jarak pelat kapasitor sebesar 4 mm

dengan kelipatan setiap 2 mm sebanyak sembilan macam variasi. Setelah itu

ternyata masih ditemukan masalah yaitu pembacaan pengukuran Universal

Measuring Amplifier yang dihubungkan dengan Voltmeter untuk

pengukuran nilai U (Volt) menunjukkan pebacaan yang tidak konsisten

untuk setiap nilai jarak d. Secara teori, semakin jauh dan besar nilai d maka

semakin kecil nilai U, namun pada percobaan nilai yang keluar cenderung

serupa untuk setiap nilai d. Hal ini mungkin disebabkan keadaan alat dan

pelat kapasitor yang tidak sepenuhnya vakum sehingga mengacaukan

pembacaan pengukuran. Akhirnya diputuskan untuk mengambil data yang

ada.

Untuk setiap nilai d menunjukkan nilai U yang hampir sama, dengan

rentang antara 0,036-0,043 Volt. Nilai terkecil terjadi pada jarak d terendah

(4 mm) dan nilai tertinggi pada jarak d sebesar 6 mm. Hasil ini

menghasilkan nilai ε0 yang tidak terlalu mendekati dari nilai ε 0 literatur yang

terdapat di Buku Panduan Praktikum untuk setiap nilai d, karena nilai

literatur yang tersedia adalah untuk variasi jarak dari 1-3,5 mm.

Untuk percobaan Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangan

didapat nilai U yang semakin besar pada setiap kenaikan nilai Uc dengan

nilai d yang tetap (3 mm). Dari grafik, nilai Q sebanding dengan nilai Uc.

Sehingga makin besar tegangannya maka makin banyak pula muatan yang

terdapat dalam kapasitor. Agar kapasitansi mempunyai harga yang besar

sedangkan ukuran kapasitor cukup kecil, maka dilakukan penyisipan

dielektrik yang dilakukan pada percobaan berikutnya.

Pada percobaan berikutnya digunakan bahan dielektrik yaitu pelat

plastik yang disisipkan pada kapasitor pelat sejajar. Dari hasil percobaan,

semakin besar nilai Uc, maka semakin besar pula nilai U sehingga jumlah

muatan yang tersimpan kapasitor semakin banyak. Terlihat dari grafik juga

menunjukkan semakin besar nilai Uc makan semakin besar pula nilai Q

yang mempengaruhi nilai ε. Dengan adanya bahan dielektrik yang

disisipkan di antara keping kapasitor, molekul-molekul di dalam dielektrik

ini akan mengalami pengkutuban (polarisasi) dan medan listrik didalamnya

akan melemah. Penurunan medan ini menyebabkan terjadinya kenaikan

kapasitansi sebesar faktor k . Jika pelat plastik dilepas maka nilai ε mengecil,

seperti yang terlihat pada tabel dengan kapasitor dalam kondisi vakum

(tanpa bahan dielektrik), nilai Q dan ε juga mengecil. Perbandingan nilai ε r

(ε/εvac) antara percobaan dan literatur cukup mendekati, dimana salah

satunya pada nilai Uc sebesar 1 kV, hasil percobaan menunjukkan nilai ε

sebesar 3,083, dan literatur menunjukkan nilai 2,9.

Pada percobaan berikutnya yaitu menggunakan bahan dielektrik pelat

gelas dan pelat buku menghasilkan hasil yang relatif menyerupai pelat

plastik, dimana semakin besar nilai Uc, maka semakin besar pula nilai U

dan dari grafik juga menunjukkan semakin besar nilai Uc makan semakin

besar pula nilai Q yang mempengaruhi nilai ε.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

- Konstanta dielektrik ε0 dapat ditentukan dengan cara mengukur muatan pelat kapasitor saat diberi muatan, dimana nilai konstanta dielektrik bervariasi untuk setiap nilai d.

- Konstanta dielektrik ε pada bahan pelat plastik, kaca, dan buku dapat

ditentukan, dimana setiap bahan memiliki nilai konstanta dielektrik yang

berbeda.

5.2. SARAN

- Perbaikan pada alat agar dapat melakukan percobaan dengan jarak d

sekecil mungkin (1 mm)

DAFTAR PUSTAKA

Sutrisno. 1983. Elektronika Dasar: Listrik Magnet dan Termofisika Listrik.

Bandung. Penerbit ITB.

Wikipedia. 2013. Dielektrik. http://id.wikipedia.org/wiki/Dielektrik (Diakses 23

Maret 2013)

Wikipedia. 2013. Konstanta Dielektrik.

http://id.wikipedia.org/wiki/Konstanta_dielektrik (Diakses 23 Maret 2013)