konstanta do

5/11/2018 Konstanta Do - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/konstanta-do 1/18

LAPORAN AKHIR

KONSTANTA DIELEKTRIK BERBAGAI BAHAN

(Modul – 1)

Nama : R. Herwindo Wijosena Putra

NPM : 140310090025

Partner : Wiwid Widiastuti

NPM : 140310060043

Hari/tanggal : Jum’at, 1 April 2011

Waktu : 13.00 – 15.30 WIB

Asisten : Dwindra W. Maulana

LABORATORIUM FISIKA MENENGAHJURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNUVERSITAS PADJAJARAN

2011



LEMBAR PENGESAHAN

KONSTANTA DIELEKTRIK BERBAGAI BAHAN(Modul – 1)

Nama : R. Herwindo Wijosena Putra

NPM : 140310090025

Partner : Wiwid Widiastuti

NPM : 140310060043

Hari/tanggal : Jum’at, 1 April 2011

Waktu : 13.00 – 15.30 WIB

Asisten : Dwindra W. Maulana

NILAI Jatinangor,15 April 2011

Dwindra W. Maulana

I. Latar Belakang



Komponen listrik, sudah kita ketahui banyak rupanya. Ada komponen

aktif dan komponen pasif. Kapasitor, adalah komponen pasif yang berfungsi

sebagai penyimpan muatan sementara.

Kapasitor terdiri dari 2 konduktor yang berdekatan tetapi terisolasi satu

sama lain dan membawa muatan berlawanan yang sama besar. Ini berarti, dari

karakteristik kapasitor tersebut, diperlukan bahan dielektrik yang sifatnya ideal

(tidak memiliki daya hantar listrik sama sekali). Maka disini kita akan

menggunakan bahan isolator.

Dielektrik sendiri adalah bahan materi insulator. Insulator adalah material

yang sukar menghantar listrik. Pengisian muatan pada kapasitor akan menentukan

dielektrik dari suatu bahan.

II. Identifikasi Masalah

Masalah yang didentiikasi pada praktikum ini adalah :

1. Hubungan antara muatan Q dengan tegangan U diukur menggunakan pelat

kapasitor.

2. Konstanta listrik

0ε

ditentukan dari hubungan yang diukur pada point 1.

3. Muatan pelat kapasitor diukur sebagai fungsi inverse dari jarak antara

pelat, pada tegangan konstan.

4. Hubungan antara muatan Q dan tegangan U diukur dengan menggunakan

pelat kapasitor dengan menggunakan media dielektrik diantara kedua

pelat. Hubungan konstanta dielektrik ditentukan dengan membandinkan

kinerja hasil pengukuran dan pelat kapasitor dengan udara diantara kedua pelat.

III. Tujuan Percobaan

1. Menentukan konstanta listrik ε0.

2. Menentukan konstanta dielektrik pelat plastic.

3. Menentukan konstanta dielektrik pelat gelas.

IV. Teori Dasar dan Rumus yang Digunakan



Dielektrik merupakan suatu isolator. Dalam bahan isolator

sempurna tidak ada muatan bebas. Semua elektron terikat erat pada masing –

masing atom. Bila bahan isolator ditaruh di dalam medan listrik, dalam bahan

akan terbentuk dipol listrik, sehingga pada permukaan bahan akan terjadi muatan

induksi. Pada logam pun terjadi muatan induksi bila ditaruh di medan lisrik

namun logam akan menghasilkan muatan listrik sehingga kuat medan di alam

logam menjadi nol. Akibatnya nilai kapasitansi dari suatu kapasitor dengan

menggunakan dielektrik akan lebih besar jika tanpa menggunakan dielektrik.

Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik

yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah

ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah

kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah

+Q dan –Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng, maka rumus kapasitans

adalah:

Dalam sirkuit listrik atau untai elektris atau rangkaian listrik, istilah

kapasitansi biasanya adalah singkatan dari kapasitansi saling (Bahasa Inggris:

mutual capacitance) antar dua konduktor yang bersebelahan, seperti dua

lempengnya sebuah kapasitor. Terdapat pula istilah kapasitansi-sendiri (Bahasa

Inggris: self-capacitance), yang merupakan jumlah muatan listrik yang harus

ditambahkan ke sebuah konduktor terisolasi untuk menaikkan potensial listriknya

sebanyak 1 volt. Titik rujukan untuk potensial ini adalah sebuah ruang

lingkup/kawasan konduksi berongga teoritis, dari radius yang tak terhingga, yang

berpusat pada konduktor. Dengan mempergunakan metode ini, kapasitansi-sendiri

dari sebuah kawasan konduksinya radius R adalah:

Kapasitansi mayoritas kondensator atau kapasitor yang digunakan dalam

rangkaian elektronik adalah sejumlah tingkat besaran yang lebih kecil daripada

farad. Beberapa sub satuannya kapasitansi yang paling umum digunakan saat ini

adalah milifarad (mF), mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF).

Kapasiitansi bisa dikalkulasi dengan mengetahui geometri konduktor dan sifat



dielektriknya penyekat di antara konduktor. Sebagai contoh, besar kapasitansi dari

sebuah kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluas

A yang dipisahkan oleh jarak d adalah sebagai berikut:

C adalah kapasitansi dalam farad, F

A adalah luas setiap lempeng, diukur dalam meter persegi

εr adalah konstanta dielektrik (yang juga disebut permitivitas listrik relatif)

dari bahan di antara lempeng, (vakum =1)

ε0 adalah permitivitas vakum atau konstanta listrik dimana ε0 = 8.854x10-12

F/m

d adalah jarak antar lempeng, diukur dalam meter

Persamaan di atas sangat baik digunakan jika d besarnya kecil bila dibandingkan

dengan dimensi lainnya lempeng. Dalam satuan CGS, persamaannya berbentuk:

Tetapan dielektrik bagi sejumlah perubahan dielektrik yang sangat

berguna sebagai sebuah fungsi medan listrik terapan, misalnya bahan-bahan

feroelektrisitas, sehingga kapasitansi untuk berbagai piranti ini tak lagi sekedar

memiliki fungsi alat geometri. Kapasitor yang menyimpan tegangan sinusoidal,

tetapan dielektrik, merupakan sebuah fungsi frekwensi. Tetapan dielektrik ubahan

berfrekwensi disebut sebagai tebaran dielektrik, dan diatur oleh berbagai proses

relaksasi dielektrik, seperti kapasitansi relaksasi Debye.

Pada kapasitor keping sejajar tanpa dielektrik :

ε=εo

Karena pada kondisi vakum

εr=1 jadi ε=εrε0=ε0

Jika muatan diberikan diantara dua pelat kapasitor,akan terjadi

medan listrik E antar pelat yang dinyatakan oleh :

EdA=Qencε

Untuk suatu kapasitor keping sejajar dengan jarak pemisah d,

perbedaan potensial antara keping adalah :

V0=E0d

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Feroelektrisitas&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Feroelektrisitas&action=edit&redlink=1



V0=QAε0 d

Muatan kapasitor Q sebanding dengan tegangan V yang diberikan

pada kapasitor, konstanta kesebandingan C dinamakan kapasitansi dari kapasitor ;

Q=C V

Kapasitansi dari suatu kapasitor keping sejajar tanpa dielektrik adalah :

C=QV0

C=ε0A1d

Sehingga besar konstanta listrik ε0 :

ε0=dAQV0

Dimana ;

ε0= konstanta listrik (pAs/Vm)

d = jarak antar kedua keping (m)

A = Luas keping sejajar (m2)

Q = muatan kapasitor (nAs)

Vo = perbedaan potensial tanpa dielektrik (V)

Apabila diantara keping sejajar kapasitor ditempatkan dielektrik,

maka akan terjadi polarisasi antara dielektrik dengan momen-momen dipol yang

searah dengan medan listrik. Ini akan memperlemah medan listrik antara keping-

keping suatu kapasitor. Karena dengan hadirnya medan listrik, molekul-molekul

dalam dielektrik akan menghasilkan medan listrik tambahan yang arahnya

berlawanan dengan medan listrik luar dan ini juga akan mengakibatkan

kapasitansi kapasitor menjadi naik.

Pada kapasitor keping sejajar dengan dielektrik :

ε=εrε0=k ε0

Sehingga besar medan listrik kapasitor keping sejajar apabila telah ditempatkan

dielektrik diantara kepingnya adalah :

E=QAε0k

Kapasitansi dari suatu kapasitor keping sejajar yang berisi dielektrik dengan

konstanta k adalah :

C=kε0 Ad



Catat bahwa V sebanding dengan Q, maka kapasitansi tidak bergantung pada

muatan maupun tegangan kapasitor tetapi hanya bergantung pada faktor-faktor

geometri. Untuk suatu kapasitor keping sejajr,kapasitansi sebanding dengan luas

penampang dan berbanding terbalik dengan jarak pemisah.

Sehingga besar konstanta dielektrik dapat dinyatakan dengan persamaan :

k=dε0AQV0

V. Alat–alat Percobaan

1. Pelat kapasitor, d 260 mm

2. Pelat plastik

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

VI. Prosedur Percobaan

a. Menentukan konstanta listrik ε0

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 pada point 2.

5. Dengan menggunakan data yang diperoleh, menghitung ε0 dengan

menggunakan persamaan 4.

a. Kebergantungan muatan induksi pada tegangan

1. Mengatur jarak antar pelat pada 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 ε0 dengan

menggunakan persamaan 4.

a. 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

0

1d Q

A Ucε

.

4. Melepaskan pelat plastik.

5. Pada jarak antar pelat yang sama 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

VAC

VAC

QQ

Q

.

a. Menentukan konstanta dielektrik pelat gelas



1. Memasang pelat kaca diantara pelat kapasitor dan mengukur ketebalan

pelat kaca.

2. Melakukan pengukuran dan perhitungan seperti pada langkah 3 (prosedur

C).

VII. Data Hasil Percobaan dan Pengolahan Data

Data Hasil Percobaan

Menentukan Konstanta Listrik εo

A=0,0531 m2

C=220 nF

Uc=1,5 KV

d(mm) U(V)

1 17,2

1,5 4,9

2 2,8

2,5 0,8

3 0,43,5 0,1

Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangan

d(mm) Uc(kv) U(V)

2 0,5 1,6

2 1 2,6

2 1,5 3,8

2 2 8,2

2 2,5 142 3 18,3

2 3,5 20

Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Plastik

Dengan pelat : Tanpa Pelat:

d(mm) Uc(kv) U(v) d(mm) Uc(kv) U(v)

9,8 0,5 0,586 9,8 0,5 0,001

9,8 1 2,34 9,8 1 0,002

9,8 1,5 5,05 9,8 1,5 0,004



9,8 2 8,7 9,8 2 0,006

9,8 2,5 13,3 9,8 2,5 0,012

9,8 3 18,9 9,8 3 0,028

9,8 3,5 20 9,8 3,5 0,074

9,8 4 20,1 9,8 4 0,11

Menentukan Konstanta Dielektrik Pelat Gelas

Dengan pelat: Tanpa pelat:

d(mm) Uc(kv) U(v) d(mm) Uc(kv) U(v)

4,8 0,5 21 4,8 0,5 0,1

4,8 1 22,6 4,8 1 0,4

4,8 1,5 24,5 4,8 1,5 0,84,8 2 26,3 4,8 2 0,9

4,8 2,5 28,1 4,8 2,5 1,3

4,8 3 30 4,8 3 2,1

4,8 3,5 31,8 4,8 3,5 2,8

4,8 4 33,5 4,8 4 4,9

Pengolahan Data Mengukur Konstanta Listrik εo

Menghitung nilai Q dengan menggunakan persamaan:Q=C U

Sebagai contoh :

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=1.5 kV ; d=1 mm ; U=17,2 V

Q=220nF×17,2 V=3784 nAs

Menghitung konstanta listrik εo dengan menggunakan persamaan:

ε0= dAQUc

Sebagai contoh:

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=1.5 kV ; d=1 mm ; U=17,2 V ;Q=3784 nAs

ε0=1x10-3m0,0531 m2×3784nAs1.5 kv= 4,75078 pAs/Vm

Dengan cara yang sama, didapatkan:

d(mm) U(V) Q Eo(As/Vm)

1 17,2 3784 4,75078E-11

1,5 4,9 1078 2,03013E-11

2 2,8 616 1,54677E-11

2,5 0,8 176 5,52417E-12

3 0,4 88 3,3145E-12



3,5 0,1 22 9,66729E-13

Kebergantungan Muatan Induksi pada Tegangan

Menghitung nilai Q dengan menggunakan persamaan:

Q=C U

Sebagai contoh :

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=0.5 kV ; d=2 mm ; U=1,6 V

Q=220nF×1,6 V=352 nAs

Menghitung konstanta listrik εo dengan menggunakan persamaan:

ε0= dAQUc

Sebagai contoh:

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=0.5 kV ; d=2 mm ; U=1,6 V; Q=352

nAs

ε0=2x10-3m0,0531 m2×2,6516nAs0.5 kv= 2,6516 pAs/Vm


d(mm) Uc(kv) U(V) Q Eo

2 0,5 1,6 352 2,6516E-11

2 1 2,6 572 2,15443E-11

2 1,5 3,8 836 2,09918E-11

2 2 8,2 1804 3,39736E-11

2 2,5 14 3080 4,6403E-11

2 3 18,3 4026 5,05461E-11

2 3,5 20 4400 4,735E-11

Menghitung Konstanta Dielektrik Pelat Plastik

Menghitung nilai Q dengan menggunakan persamaan:

Q=C U

Sebagai contoh :

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=0.5 kV ; d=2 mm ; U=0,586 V

Q=220nF×0,586 V=128,92 nAs

Menghitung konstanta dielektrik dengan menggunakan persamaan:

k=QdAε01Uc

ε0=8.8542× 10-12 As/Vm

QdAε01Uc=128,92nAs9.8×10-3m0.0531m2×8.8542×10-12As/Vm 10.5

kV=5,3744




Plastik

d(mm) Uc(kv) U(v) Q K

9,8 0,5 0,586 128,92

5,37443134

5

9,8 1 2,34 514,8

10,7305199

2

9,8 1,5 5,05 1111

15,4384973

2

9,8 2 8,7 1914

19,9477613

99,8 2,5 13,3 2926 24,3958829

9,8 3 18,9 4158

28,8898613

3

9,8 3,5 20 4400

26,2039558

5

9,8 4 20,1 4422

23,0431036

8

Tanpa plastik


9,8 0,5 0,001 0,22

0,00917138

5

9,8 1 0,002 0,44

0,00917138

5

9,8 1,5 0,004 0,88

0,01222851

3

9,8 2 0,006 1,32

0,01375707

7

9,8 2,5 0,012 2,64

0,02201132

3

9,8 3 0,028 6,16

0,04279979

5

9,8 3,5 0,074 16,28

0,09695463

7

9,8 4 0,11 24,2

0,12610653

8

Perbandingan QQvak :



Menghitung

Konstanta

Dielektrik Pelat

Kaca

Menghitung nilai

Q dengan

menggunakan

persamaan:

Q=C U

Sebagai contoh :

A=0,0531m2 ; C=220 nF ; Uc=0.5 kV ; d=2 mm ; U=21 V

Q=220nF×21 V=4620 nAs

Menghitung konstanta dielektrik dengan menggunakan persamaan:

k=QdAε01Uc

ε0=8.8542× 10-12 As/Vm

QdAε01Uc=4620nAs9.8×10-3m0.0531m2×8.8542×10-12As/Vm 10.5

kV=94,344


Kaca


4,8 0,5 21 4620

94,3342410

7

4,8 1 22,6 4972

50,7608059

1

4,8 1,5 24,5 5390

36,6855381

9

4,8 2 26,3 5786

29,5356016

7

4,8 2,5 28,1 6182

25,2456397

5

4,8 3 30 6600 22,4605335

Q/Qvac

586

1170

1262,5

1450

1108,33

3

675

270,270

3

182,727

3



9

4,8 3,5 31,8 6996

20,4069990

9

4,8 4 33,5 7370

18,8106968

8

Tanpa Kaca


4,8 0,5 0,1 22

0,44921067

2

4,8 1 0,4 88

0,89842134

4

4,8 1,5 0,8 176

1,19789512

5

4,8 2 0,9 198

1,01072401

1

4,8 2,5 1,3 286

1,16794774

7

4,8 3 2,1 462

1,57223735

1

4,8 3,5 2,8 6161,79684268

7

4,8 4 4,9 1078

2,75141536

5

Perbandingan QQvak :

Q/Qvac

210

56,5

30,625

29,22222

21,6153

8

14,2857

1

11,3571

4

6,83673

5



Grafik dari Data

1. Muatan Sebagai Fungsi Lebar Pelat

2. Muatan Sebagai Fungsi Uc

3. Muatan Sebagai Fungsi Uc pada Pelat Plastik dan Tanpa

dengan pelat plastik tanpa pelat plastik

4. Muatan Sebagai Fungsi Uc pada Pelat Kaca dan Tanpa

dengan pelat kaca tanpa pelat kaca

VIII. Analisa Data

Berdasarkan dari data yang didapat, kita dapat melihat dan

mengasumsikan bahwa ketika jarak antar pelat d diperbesar, dengan nilai Uc yang

konstan, maka tegangan yang dihasilkan U akan semakin kecil. Hal ini juga

berlaku untuk nilai Q, berbanding terbalik dengan jarak antar pelat d. Jika

dibandingkan dengan ε0 dari literatur yang besarnya 8,85 x 10-12As/Vm, nilai ε0

hasil percobaan kurang tepat, bahkan cukup jauh perbedaanya.

Untuk prosedur kedua, kita menggunakan jarak antar pelat yang

konstan, yaitu 2 mm dan memvariasikan nilai tegangan Uc dari 0,5 kV s/d 3,5 kV.

Tegangan yang diukur U nilainya semakin besar ketika Uc dinaikkan, dan nilai Q

juga naik.



Prosedur ketiga dan keempat, kita mulai menyisipkan bahan

dielektrik diantara kedua pelat. Untuk prosedur ketiga kita menyisipkan plastik.

Setelah mengukur tegangan U dengan plastik, maka dengan jarak yang sama, kita

mengukur kembali tegangan U tanpa plastik. Terjadi polarisasi antara dielektrik

dengan momen-momen dipol yang searah dengan medan listrik. Ini akan

memperlemah medan listrik antara keping-keping suatu kapasitor. Nilai

kapasitansi dengan pelat plastik lebih besar dibandingkan tanpa pelat plastik.

Prosedur keempat, masih sama dengan prosedur ketiga, hanya saja

disini kita menggunakan pelat kaca. Nilai kapasitansi juga lebih besar dengan

pelat kaca dibandingkan tanpa pelat kaca. Jika kita bandingkan dari segi nilai Q,

dengan pelat kaca lebih besar daripada dengan oelat plastik.



IX. Kesimpulan

Dari praktikum kali ini, pertama-tama kita mengukur nilai Q

dengan menggunakan hubungan :

Q=C U

Konstanta listrik εo dapat dihitung dengan rumus

Q = εo A Uc / dmaka dapat disimpulkan bahwa muatan yang dipindahkan itu berbanding terbalik

dengan jarak, jika jaraknya diperbesar maka muatan yang dipindahkan sangat

kecil. Untuk tegangan inputan berbanding lurus dengan muatan. Untuk

ketergantungan muatan induksi pada tegangan dapat disimpulkan muatan induksi

sangat bergantung pada tegangan.

Disini kita juga menggunakan pelat plastik dan kaca yang berlaku

sebagai bahan dielektrik. Adanya bahan dielektrik, tentunya menimbulkan faktor

k, yaitu karakteristik dielektrik. Faktor k ini dapat dicari dengan :

k=QdAε01Uc



Daftar Pustaka• Freedman,Roger A. Young,Hugh D. Sears Dan Zemansky Fisika

Universitas, jilid 2. Terbitan tahun 2000. Jakarta : Erlangga.

• Paul A.Tipler. Fisika Untuk Sains Dan Tehnik, jilid 2. Terbitan tahun 1998.

Jakarta : Erlangga.

konstanta do

Documents