LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA INDUSTRI (Muatan pada Kapasitor)

Oleh :

Kelompok 3 Hari, Tanggal Praktikum : Rabu, 28 September 2011 Asisten : - Denny A W - Mutty Anggota : Iqbal Ansori Idham Ali P Rikky Triyadi Mulyati 240110090124 240110090139 240110097001 240110097002

LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN KELESTRIKAN JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN JATINANGOR 2011

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Pengertian kapasitor Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan

energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga

dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia "condensatore", seperti

bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador. Kapasitor atau kondensator dapat diartikan juga sebagai alat yang digunakan untuk menyimpan energi potensial listrik dan uatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor berdekatan yang dipisahkan oleh bahab isolator dimana masing-masing konduktor itu mempunyai muatan yang sama besar tetapi berlawanan jenis. Dilihat dari bahannya, ada beberapa jenis kapasitor antara lain kapasitor mika, kertas, keramik, plastik dan elektrolit. Sedangkan jika dilihat

dari bentuknya, dikenal beberapa kapasitor antara lain kapasitor variabel dan kapasitor pipih silinder gulung. Ada dua cara pemasangan kapasitor, yaitu tanpa memperhatikan kutub-kutubnya memperhatikan (untuk kapasitor nonopolar), dan dengan

kutub-kutubnya (untuk kapasitor polar). Pada kapasitor polar,

kawat penghubung katode (-) harus dipasang pada kutub negatif. Sebaliknya, kawat penghubung anode (+) harus dipasang pada kutub positif. Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Kapasitor atau kondensator adalah alat yang digunakan untuk menyimpan energi potensial listrik dan uatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor berdekatan yang dipisahkan oleh bahab isolator dimana masing-masing konduktor itu mempunyai muatan yang sama besar tetapi berlawanan jenis. Suatu arus DC diberikan pada kapasitor , maka kapasitor akan menyimpan suatu muatan. Makin besar nilai kapasitor makin beasar muatanyang dapat

disimpannya. Hal ini dianalogikan dengan besarnya daya tamping air pada suatu penampung air dengan volume tertentu. Nilai kapasitansi suatu kapasitor dapat dihitung dengan cara memberikan beda potensial V dan menghitung lamanya muatan terkumpul dalam system. Lamanya waktu yang diperlukan untuk mengumpulkan dan mengosongkan muatan suatu kapasitor disebut tetapan waktu (time constant).

3.2 Rangkaian kapasitor Rangkaian hambatan listrik atau rangkaian kapasitor dilakukan

dengan maksud untuk mendapatkan besar kapasitas yang sesuai dengan rangkaian elektronik. Hal ini disebabkan besar kapasitas yang ada di pasaran terkadang tidak sesuai dengan besar kapasitas yang diinginkan dalam satu rangkaian. Apabila rangkaian kapasitor seri diberi beda potensial, pada setiap kapasitor memperoleh kapasitasnya berlainan. hambatan jumlah muatan yang sama Hal ini dapat ( Q ), meskipun besar rangkaian

dibandingkan

dengan

seri. Apabila rangkaian hambatan seri diberi tegangan, setiap

hambatan akan dialiri arus yang sama besar. Apabila beda potensial kapasitor seri tersebut Vab = Vs , berlaku persamaan : Vab = Vs = V1 + V2 + V3 Karena V = Maka menjadi : = + + + = + + jika kedua ruas dibagi Q maka persamaan tersebut

3.3 Energi yang tersimpan dalam kapasitor

Energi potensial listrik yang disimpan dalam sebuah kapasitor bermuatan sama dengan usaha yang diperlukan untuk memberikan muatan pada kapasitor tersebut. Pada proses pengosongan kapasitor, energi yang tersimpan ini dapat diperoleh kembali. Energi potensial U dapat dihitung dari suatu kapasitor dengan menghitung usaha W yang diperlukan untuk member muatan pada kapasitor tersebut. Seandainya sebuah kapasitor diberi muatan sehingga mempunyai muatan akhir Q dan beda potensial akhir V. Hubungan antara muatan Q dan beda potensial V adalah V = Q/V. Diandaikan q dan v berturut-turut menunjukan muatan dan beda potensial pada suatu tahapan selama proses pengisian muatan. Pada tahapan ini berlaku V = q/C dan usaha dW yang diperlukan untuk memindahkan elemen muatan dq adalah dw = V dq = q dq / C. Jika sebuah kapasitor diberi muatan dengan menghubungkan ke sumber tegangan yang menyediakan beda potensial V, penambahan C akan memberikan muatan Q = CV dan jumlah energi tersimpan sebesar U = C V2.

3.4 Pengisian dan pengosongan kapasitor Dua hal yang perlu dioperhatikan pada suatu kapasitor adalah saat pengisian dan pengosongan muatannya. Untuk ini dapat diuraikan dengan bantuan gambar berikut ini.

Gambar 1 Rangkaian Pengisian dan pengosngan Kapasitor Apabila saklar S dihubungakan keposisi 1 maka akan mengalir arus dari sumber melalui hambatan R ke kapasitor C. tegangan naik secara eksponensial sesuai dengan persamaan berikut : pada C akan

Dimana : Vc = tegangan pada kapasitor (V) Vs = tegangan pada sumber (V) t = waktu pengisian kapasitor (det) R = resistansi dari resisitor () C = kapasitansi dari kapasitor (F) Arus I akan berhenti mengalir (I = 0) pada saat tegangan kapasitor C sama dengan tegangan sumber Vs. proses tesebut dinamakan pengisian kapasitor. Kemudian bila saklar S dihubungkan ke posisi 2, maka arus akan mengalir dengan arah berlawanan dengan arah pengisian. Kapasitor akan mengeluarkan kembali energi listrik yang disimpannya dengan persamaan tegangan :

Pada saat kapasitor telah mengosongakan seluruh muatannya aliran arus akan berhenti (I = 0). Gambar di bawah ini memperlihatkan grafik pengosongan muatan kapasitor. Dari grafik - grafik dan persamaan-persamaannya bahwa (a) t = 0 ; q =0 dan I = Vs/R dan (b) jika t ~ , q Vc Vs. Dan I = 0 ; yakni mula-mula arus tersebut adalah Vs/R dan akhirnya 0, dan mula-mula muatan pada pelat-pelat kapasitor pada mulanya adalah 0 dan akhirnya VcVs

Gambar 2 Grafik pengisian (a) dan pengosongan (b) pada kapasitor Waktu yang diperlukan untuk pengisian dan pengosongan kapasitor bergantung kepada besar RC yang disebut konstanta waktu (time constant) yaitu : t=CR Dimana :

= konstanta waktu (detik) R = Resistansi dari kapasitor (ohm) C = Kapasitansi dari kapasitor (F) Pengisian muatan pada kapasitor Diagram berikut menggambarkan pengisian dari kapasitor. Gambar di bawah menunjukkan suatu rangkaian penghantar yang dihubungkan

dengan baterai, switch, dan kapasitor. Kapasitor pada Gambar belum diisi.Tidak ada beda-potensial antar plat.

Gambar 3. Pengisian kapasitor Ketika switch ditutup, seperti gambar dibawah, ada suatu loncatan arus sesaat melalui penghantar dari dan menuju plat kapasitor. Kemudian arus mengalir dari negatif baterai ke negatif kapasitor.

Gambar 4. Pengisian Kapasitor Loncatan arus listrik pada kapasitor mempengaruhi gaya elektromotif lawan pada penghantar plat tersebut. Gaya elektromotif lawan ini disebut reaktansi. Ketika reaktansi sama dengan tegangan dari baterai, maka

menunjukkan bahwa kapasitor sudah terisi penuh. Ketika kapasitor sudah terisi penuh, switch mungkin akan dibuka dan kapasitor akan menyimpan muatannya

seperti gambar di bawah. Karena perbedaan muatan pada plat, maka sumber energi potensial pada

terdapat

kapasitortersebut. Energi yang disimpan

adalah energi yang diperlukan untuk mengisi kapasitor.

Gambar 5 Pengisian Kapasitor Dalam keadaan awal saklar dalam keadaan terbuka. Jika saklar S tertutup, arus yang melalui rangkaian t detik adalah:

Karena pada saat t = 0, I0 = E/R, sehingga persamaan 1 menjadi :

Sedangkan tegangan kapasitor dirumuskan dari persamaan:

Persamaan secara eksponensial

3 menyatakan saat saklar

bahwa S

tegangan

pada

kapasitor

naik pada

ditutup,

seperti

ditunjukkan

gambar 2. kecepatan pengisian muatan ditentukan oleh = R C yang disebut sebagai tetapan waktu. Pada saat t = RC, maka V = E (1-1/e), muatan pada kapasitor mulai penuh. Pengosongan muatan pada kapasitor Pengisian kapasitor ditunjukkan sebelumnya sekarang merupakan

suatu sumber energi potensial. Jika switch ditutup, seperti gambar di bawah, arus seketika mengalir sepanjang plat negatif ke pelat positif. Terjadilah pengosongan kapasitor Pengisian kapasitor sumber tegangan yang lalu digunakan untuk arus yang sekarang. Arus akan berhenti mengalir ketika kapasitor tersebut

telah kosong Rangkaian pengosongan muatan tampak pada gambar 3, dengan kondisi awal kapasitor sudah terisi muatan.

Gambar 6 Pengosongan Kapasitor Pengisian kapasitor sumber tegangan yang lalu digunakan untuk arus yang sekarang. Arus akan berhenti mengalir ketika kapasitor tersebut telah kosongRangkaian pengosongan muatan tampak pada gambar 3, dengan kondisi awal kapasitor sudah terisi muatan. Perhatikan rangkaian pengosongan tidak membutuhkan catu daya. Jika saklar ditutup, tegangan kapasitor menurun secara eksponensial dengan E0 adalah tegangan mula-mula pada kapasitor. Kecepatan pengosongan muatan pada kapasitor bergantung pada tetapan waktu RC seperti halnya pengisian kapasitor.

BAB III METODELOGI

a. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut: 1. Catu daya DC : 0-20 volt 2. Stopwatch 3. Multimeter digital 4. Breadboard 5. Kabel penghubung 6. Resistor 100 k dan kapasitor 470 F 7. Resistor 100 k dan kapasitor 1000 F 8. Resistor 100 k dan kapasitor yang tidak diketahui nilainya.

b. Prosedur A. pengisian Muatan pada Kapasitor 1. menyususn rangkaian seperti gambar 1, dengan memakai pasangan komponen RC 100 k dan kapasitor 470 F. 2. menyiapkan catu daya agar keluarannya 6 volt. 3. Menyiapkan multimeter dan stopwatch. 4. Sebelum percobaan dimulai scalar dalam keadaan lepas dan kapasitor dalam keadaan tidak muatan. Untuk menghilangkan muatan kapasitor listrik yang tersisa dapat dengan cara menghubungkan singkat antara kedua kaki-kaki kapasitor. 5. Secara bersamaan scalar dipasang, hidupkan stopwatch. Mencatat waktu yang diperlukan untuk setiap volt yang ditunjukan pada tabel. 6. Mengulangi langkah 1 sampai dengan 5 untuk rangkaian RC yang lainnya.

B. Pengosongan Muatan Pada Kapasitor 1. Untuk memudahkan pelaksanaan percobaan pengosongan muatan, sebaiknya setelah dilakukan pengambilan data pengisian muatan langsung dilanjutkan degan percobaan pengosongan muatan dengan perubahan sedikit rangkaian.

2. Menyiapkan multimeter dan stopwatch. 3. Secara bersamaan scalar dipasang , kemudian hidupkan stopwatch. 4. Mengulangi percobaan untuk semua RC 5. Mencatat waktu yang ditunjukan untuk tiap nilai tegangan sesuai dengan tabel.

BAB IV HASIL PRAKTIKUM

4.1 Pengosongan nilai RC ke-1

Tabel 1. Pengisian dan Pengosongan muatan terhadap waktu PENGISIAN Vc (volt) 1 2 3 3.5 4 4,5 5 5,5 6 T(S) 38,46 83,15 140,55 176,54 220,23 274,50 346 451,79 652,98 PENGOSONGAN Vc (volt) 5.5 5 4 3 2,5 2 1,5 1 0,5 t(s) 27,73 51,79 121,57 274,63 679,41 1224,83 1478,35 1573,26 1750,10

Grafik Pengisian kapasitor pada RC ke 1

Grafik Pengisian Kapasitor RC18 7 6 Tegangan Volt 5 4 3 2 1 0 0 200 400 waktu (sekon) 600 800 Y-Values Linear (Y-Values) y = 0.0078x + 1.7671 R = 0.8539

Grafik pengosongan RC1

Grafik Pengosongan Kapasitor RC16 5 Tegangan Volt 4 3 2 1 0 0 500 y = -0.0023x + 4.6333 R = 0.8914 1000 waktu (sekon) 1500 2000 Y-Values Linear (Y-Values)

4.2 Pengosongan nilai RC ke-2 PENGISIAN Vc (volt) 1 2 3 3.5 T(S) 18,29 84,53 162,99 215,23 PENGOSONGAN Vc (volt) 3,10 2,5 2 1,5 1 0,5 t(s) 0 22,10 42,76 72,63 116,43 192,35

Perhitungan pengisian : a. Berdasarkan grafik : = RC 215,23 sekon Pada saat , Vc = 3,5 volt b. Berdasarkan teori: Vc = E (1-1/e) = 3,5 ((1-1/e) = 2,2 volt

Pengosongan : c. Berdasarkan grafik : = RC 192,35 sekon Pada saat , Vc = 0,5 volt d. Berdasarkan teori: Vc = Eo/e = 3,10/e = 1,14 volt

Grafik Pengisian kapasitor pada RC ke 2

Grafik Pengisian Kapasitor RC24 3.5 3 Tegangan Volt 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 50 100 150 200 250 waktu (sekon) Y-Values Linear (Y-Values) y = 0.0128x + 0.8415 R = 0.993

Grafik pengosongan RC 2

Grafik Pengosongan Kapasitor RC23.5 3 Tegangan Volt 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 50 y = -0.0131x + 2.7386 R = 0.9197 100 150 200 250 Y-Values Linear (Y-Values)

waktu (sekon)

4.3 Pengosongan nilai RC ke-3

Tabel Pengisian dan Pengosongan RC-3 PENGISIAN Vc (volt) 1 2 3 3.5 4 4,5 5 5,5 6 T(S) 8,92 18,90 32,62 41,76 52,61 67,08 89,48 133,68 326,74 PENGOSONGAN Vc (volt) 5.5 5 4 3 2,5 2 1,5 1 0,5 t(s) 14,40 64,74 186,20 345,23 446,62 586,96 732,78 968,59

Perhitungan : Pengisian : a. Berdasarkan grafik : Vc = 6 volt 652,98 sekon Cx = / R Cx = 652,98 /100.103 = 6,53 mF b. Berdasarkan teori: Vc = E (1-1/e) = 6 ((1-1/e) = 3,37 volt Pengosongan : Vc = 0,5 volt = 1750,10 sekon Cx = / R = 1750,10/100.103 = 17,5 mF

Grafik pengisian RC 3

Grafik Pengisian Kapasitor RC38 7 6 Tegangan Volt 5 4 3 2 1 0 0 100 200 waktu (sekon) 300 400 Y-Values Linear (Y-Values) y = 0.0128x + 2.7329 R = 0.5894

Grafik Pengosongan RC-3

Grafik Pengosongan Kapasitor RC36 5 Tegangan Volt 4 3 2 1 0 0 200 400 y = -0.0048x + 5.0527 R = 0.9417 600 waktu (sekon) 800 1000 1200 Y-Values Linear (Y-Values)