laporan praktikum lr01 nila ulya (1206258452)

Charge Discharge

1

LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Nila Ulya/1206258452

Fak/Progam Studi : MIPA/Fisika

Group : B6

Kawan Kerja :

1. Hesni Adila Shabrany

2. Adirtya Kritianto

3. Rika Anggreini H.

4. Asriza

5. Husein Abdullah

6. Alvia Sindi

7. Edo Guruh Prayogo

No dan Nama Percobaan : LR01 dan Charge Discharge

Minggu Percobaan : Pekan 3

Tanggal Percobaan : Senin, 30 September 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Charge Discharge

2

Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor

I. Tujuan

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan

muatan

II. Alat

1. Kapasitor

2. Resistor

3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Variable power supply

6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Teori

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan

listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang

dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum

dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung

plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan

mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang

sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.

Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan

sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena

terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini

"tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

Saat pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor, lamanya

pengisian dan pengosongan muatannya tergantung dari besarnya nilai

resistansi dan kapasitansi yang digunakan pada rangkaian. Kapasitor yang

sudah diisi (charged) adalah semacam reservoir energi. Dalam pengisian

(charging) dibutuhkan suatu aliran arus dari sumber tegangan. Bila pelat –

Charge Discharge

3

pelat kapasitor tersebut hubung singkat dengan suatu penghantar maka akan

terjadi pengosongan (discharging) pada kapasitor yang akan menimbulkan

panas pada penghantar tersebut. Pada saat saklar menghubungkan ke titik 1

arus listrik mengalir dari sumber-sumber tegangan melalui komponen R

menuju komponen C. Tegangan pada kapasitor meningkat dari 0 volt sampai

sebesar tegangan sumber, kemudian tak terjadi aliran, saklar dipindahkan

posisinya ke titik 2 maka terjadi proses pengosongan.

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

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

mengalir. Saat rangkaian tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati

hingga sama dengan tegangan yang diberikan sebesar V0. Sebaliknya,

kapasitor akan melepaskan muatan melalui resistor saat rangkaian dibuka.

Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat diterangkan dengan fungsi

eksponensial.

Gbr.1. Rangkaian kapaitor dan resisitor arus searah

Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah

𝑽 𝒕 = 𝑽𝟎𝒆−𝒕 𝝉 (1)

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

adalah waktu yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1

𝑒𝑉0 yang

ditentukan dari besar hambatan dan kapasitansi:

𝝉 = 𝑹 𝑪 (2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

𝑽 𝒕 = 𝑽𝟎 𝟏 − 𝒆−𝒕 𝝉 (3)

Charge Discharge

4

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan

kapasitor Vc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini

dapat dilihat pada Gbr. 2

Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor.

Tarik garis tangensial dari kurva pengisian pada titik t = 0 s dan tarik garis

asimtot dari kurva pengisian. Membuat garis yang tegak lurus dari titik

perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke sumbu x . Titik yang

diperoleh pada sumbu adalah konstanta waktu.

Gbr. 2 Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan

konstanta waktu

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.

Charge Discharge

5

IV. Cara Kerja

1. Mengaktifkan Web cam

2. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan

3. Mengatur model rangkaian yang akan digunakan ,yaitu model 1.

4. Menghidupkan Power Supply yang digunakan

5. Mengukur bedapotensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian/ pelepasan

kapasitor

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

V. Data Percobaan

Data percobaan yang praktikan peroleh pada praktikum LR01 ini ada 120

data dengan berbagai model.

Model 1

Waktu IC VC

1 3.98 1.02

2 3.18 1.82

3 2.55 2.45

4 2.04 2.96

5 1.64 3.36

Charge Discharge

6

6 1.31 3.69

7 1.05 3.95

8 0.84 4.16

9 0.66 4.34

10 0.53 4.47

11 0.42 4.58

12 0.32 4.68

13 0.25 4.75

14 0.19 4.81

15 0.14 4.86

16 3.88 3.88

17 3.12 3.12

18 2.51 2.51

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 0.70 0.70

25 0.57 0.57

26 0.46 0.46

27 0.38 0.38

28 0.31 0.31

29 0.25 0.25

30 0.21 0.21

Charge Discharge

7

Model 2:

Waktu IC VC

1 11.17 1.43

2 8.03 2.43

3 5.79 3.15

4 4.17 3.67

5 2.99 4.04

6 2.14 4.32

7 1.51 4.52

8 1.05 4.66

9 0.72 4.77

10 0.47 4.85

11 0.27 4.91

12 0.15 4.95

13 0.05 4.99

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

16 11.32 3.62

17 8.22 2.63

18 5.99 1.92

19 4.38 1.40

20 3.22 1.03

21 2.37 0.76

22 1.74 0.56

23 1.30 0.42

Charge Discharge

8

24 0.96 0.31

25 0.72 0.23

26 0.53 0.17

27 0.40 0.13

28 0.29 0.09

29 0.21 0.07

30 0.17 0.05

Model 3:

Waktu IC VC

1 2.74 2.26

2 1.61 3.39

3 0.96 4.04

4 0.58 4.42

5 0.34 4.66

6 0.19 4.81

7 0.10 4.90

8 0.04 4.96

9 0.00 5.00

10 0.00 5.00

11 0.00 5.00

12 0.00 5.00

13 0.00 5.00

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

Charge Discharge

9

16 2.88 2.88

17 1.73 1.73

18 1.06 1.06

19 0.66 0.66

20 0.42 0.42

21 0.27 0.27

22 0.18 0.18

23 0.12 0.12

24 0.08 0.08

25 0.06 0.06

26 0.04 0.04

27 0.03 0.03

28 0.02 0.02

29 0.01 0.01

30 0.01 0.01

Model 4:

Waktu IC VC

1 6.58 2.89

2 3.05 4.02

3 1.44 4.54

4 0.64 4.79

5 0.24 4.92

6 0.03 4.99

7 0.00 5.00

Charge Discharge

10

8 0.00 5.00

9 0.00 5.00

10 0.00 5.00

11 0.00 5.00

12 0.00 5.00

13 0.00 5.00

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

16 7.00 2.24

17 3.39 1.09

18 1.71 0.55

19 0.92 0.29

20 0.50 0.16

21 0.29 0.09

22 0.18 0.06

23 0.11 0.03

24 0.08 0.02

25 0.05 0.01

26 0.03 0.01

27 0.02 0.00

28 0.02 0.00

29 0.02 0.00

30 0.00 0.00

Charge Discharge

11

VI. Pengolahan Data

1. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian

kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan.

Dari percobaan yang dilakukan praktikan secara Rlab, maka jika dibuat

grafik hubungan antara V dengan t saat pengisian kapasitor yaitu pada

waktu t = 1 sekon sampai t= 15 sekon untuk tiap model, didapatkan hasil

sebagai berikut:

a. Model 1

Grafik pengisian kapasitor untuk hubungan antara tegangan (V) dengan

waktu (t) :

Grafik 1. Hubugan Tegangan (V) dengan Waktu (t) untuk Model 2

b. Model 2


waktu (t) :

Charge Discharge

12


c. Model 3


waktu (t) :


d. Model 4


waktu (t) :

Charge Discharge

13


2. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan

kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan

Dari percobaan yang dilakukan praktikan secara Rlab, maka jika dibuat

grafik hubungan antara V dengan t saat pengosongan kapasitor yaitu

pada waktu t = 16 sekon sampai t = 30 sekon untuk tiap model,

didapatkan hasil sebagai berikut:

a. Model 1

Grafik pengosongan kapasitor untuk hubungan antara tegangan (V)

dengan waktu (t) :


Charge Discharge

14

b. Model 2


dengan waktu (t) :


c. Model 3


dengan waktu (t) :


d. Model 4

Charge Discharge

15


dengan waktu (t) :


3. Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan

kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai

kompenen R dan C kemudian membandingkan hasilnya.

Setelah memperoleh persamaan garis dari kurva untuk setiap model baik

saat pengisian maupun pengosongan, maka untuk mengitung konstanta

waktu dari rangkaian kapasitor sebagai berikut :

a. Model 1

Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan

eksponensial yang didapatkan

y = 1.782e0.083x

Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian

model I adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

−𝑡

𝜏= 0.083𝑥

Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti

dengan t,

Charge Discharge

16

−𝑡

𝜏= 0.083𝑡

−1

𝜏= 0.083

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟎𝟖𝟑 = 12.05 s

Sedangkan berdasarkan grafik saat pengosongan kapasitor diatas,

maka persamaan eksponensial yang didapatkan

y = 108.0e-0.20x

Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian

pengosongan model I adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

𝑡

𝜏 = 0,20


dengan t,

−𝑡

𝜏= −0.20𝑡

−1

𝜏= 0.20

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟐𝟎= 𝟓 𝒔

b. Model 2


eksponensial yang didapatkan :

y = 2.423e0.062x


model 2 adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

−𝑡

𝜏= 0.062𝑥

Charge Discharge

17


dengan t,

−𝑡

𝜏= 0.062𝑡

−1

𝜏= 0.062

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟎𝟔𝟐 = 1,61 s


maka persamaan eksponensial yang didapatkan:

y = 451.1e-0.30x


pengosongan model 2 adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

𝑡

𝜏 = 0,30


dengan t,

−𝑡

𝜏= −0.30𝑡

−1

𝜏= 0.30

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟑𝟎= 𝟑, 𝟑𝟑 𝒔

c. Model 3



y = 3.309e0.039x


model 3 adalah

Charge Discharge

18

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

−𝑡

𝜏= 0.039𝑥


dengan t,

−𝑡

𝜏= 0.039𝑡

−1

𝜏= 0.039

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟎𝟑𝟗 = 25,64 s



y = 1538.e-0.40x


pengosongan model 3 adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

𝑡

𝜏 = 0,40


dengan t,

−𝑡

𝜏= −0.40𝑡

−1

𝜏= 0.40

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟒𝟎= 𝟐, 𝟓 𝒔

d. Model 4



Charge Discharge

19

y = 3.977e0.020x


pengisian model 4 adalah

𝑉 𝑡 = 𝑉0 1 − 𝑒−𝑡 𝜏

−𝑡

𝜏= 0.020𝑥

Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat

diganti dengan t,

−𝑡

𝜏= 0.020𝑡

−1

𝜏= 0.020

𝝉 =−𝟏

𝟎.𝟎𝟐𝟎 = 50 s



y = -0.095x + 2.503

Dari hasil kurva telah diketahui bahwasannya dalam persamaan

grafik pengosongan model 4 tidak ditemukan persamaan

ekponensialnya, maka besar konstantanya tidak dapat ditemukan

VII. Analisis

Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan praktikum dengan metode

R-lab (remote laboratory) mengenai pengisian dan pelepasan muatan di

kapasitor. Praktikum kali ini bertujuan untuk melihat karakteristik tegangan

kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan. Dalam praktikum kali ini,

praktikan tidak melukannya di laboratorium seperti biasanya namun dengan

cara online. Hal yang pertama dilakukan adalah mengaktifkan webcam (video).

Hal ini bertujuan agar dapat melihat proses kerja alat saat berlangsungnya

percobaan. Namun sangat disayangkan, video tidak dapat ditampilkan.

Selanjutnya dilakukan pengukuran untuk mengetahui besar arus serta tegangan

Charge Discharge

20

yang kita butuhkan. Dalam pengukuran ini praktikan melakukan sebanyak

empat kali, jadi pengukuran yang praktikan peroleh ada model I, 2, 3, dan 4.

Setiap pengukuran yang praktikan lakukan terdapat nilai arus dan

tegangan yang berbeda untuk setiap model. Setiap model pengukuran

dilakukan selama 30 detik. Dimana saat pengisian kapasitor dari t = 1 detik

sampai t = 15 detik. Sedangkan pada pengosongan kapasitor pada t = 16 detik

sampai t = 30 detik.

Percobaan dan penghitungan dalam praktikum kali ini, tentunya tetap

mengacu pada prinsip dasar kapasitor. Berdasarkan teori yang ada, prinsip

dasar kerja kasitor adalah pada saat kapasitor dialiri arus listrik maka kapasitor

akan menyimpan muatan dan selama kapasitor belum terisi penuh maka proses

penyimpanan akan terus berjalan sampai penuh dan kapasitor akan berhenti

menyimpan. Proses pelepasan terjadi apabila kedua kaki kapasitor

mendapatkan potensial listrik yang terbalik dari pada saat pengisian. Atau

dengan kata lain adanya perbedaan potensial antara kapasitor dengan rangkaian

yang terhubung padanya yang pada rentang waktu dari t = 16 detik sampai t =

30 detik. Sedangkan selama pengisian kapasitor, arus yang mengalir pada

rangkaian akan semakin kecil sampai mencapai 0 ampere pada saat kapasitor

penuh sehingga waktu pengisian terdapat rentangnya t = 0 detik sampai t = 15

detik.

Dari hasil praktikum diperoleh data sebanyak 120 yang setiap modelnya

ada 30 data yang terdiri dari pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor.

Kemudian dari data tersebut direpresentasikan dalam grafik untuk bisa

mengetahui persamaan eksponensialnya. Dimana persamaan ekponensilanya

digunakan untuk menentukan besar waktu kapasitor saat pengisian dan

pengosongan kapasitor.

Dapat dilihat setiap grafik pada tiap model saat pengisian memiliki bentuk

yang berbeda-beda karena model yang diberikan berbeda-beda pula.

Berdasarkan sumber yang praktikan peroleh bahwasannya jika menggunakan

kapasitor dengan tegangan AC ada dua kemungkinan yang bisa kita peroleh

yakni nilai kapasitor akan lebih besar dan membuat proses pengisian menjadi

Charge Discharge

21

lambat sehingga kapasitor baru terisi sedikit, supply tegangan sudah berbalik

ke siklus sebaliknya, kemungkinan kedua nilai kapasitor yang lebih kecil akan

membuat proses pengisan menjadi lebih cepat, sehingga kapasitor telah terisi

penuh sebelum siklus selanjutnya dan pada kondisi kapasitor yang penuh arus

tidak akan bisa melewati kapasitor dikarenakan adanya keseimbangan.

Sedangkan jika dipasang dengan cara kapasitor dengan menggunakan

hambatan seri maka arus listrik yang akan mengalir melalui kapasitor dan akan

berlanjut ke resistor. Sehingga jika kapasitor belum terisi penuh maka arus

listrik akan tetap mengalir pada rangkaian tersebut, yang mengasilkan nilai

arus kecil. Jika pada pengisian tegangan pada kapasitor bernilai kecil, maka

sisa tegangan yang lebih besar jatuh pada resistor, sebaliknuya pada saat

kapasitor sudah terisi penuh maka tegangan yang jatuh pada resistor akan

bernilai 0 volt dikarenakan tidak ada lagi arus yang mengalir pada rangkaian.

Maka dari itu persamaan eksponensialnya baik saat pengisian maupun

pengosongan memiliki nilai yang berbeda-beda. Begitu juga waktu pada setiap

rangkaian kapasitor berbeda-beda pula. Namun, pada model 4 saat

pengosongan kapsitor praktikan tidak memperoleh waktu pada rangkaian

kapasitor tersebut karena tegangan yang diperoleh semakin menurun menuju

nol. Karena berdasarkan sumber yang praktikan peroleh semakin besar nilai

hambatan yang kita gunakan maka semakin lama pula waktu yang diperlukan

untuk pengisian muatan pada kapasitor. Sehingga ada hubungan antara

tegangan dengan waktu yang dimana semakin besar waktunya maka e nya juga

akan semakin besar.

Pada praktikum kali ini tidak diketahui berapa nilai dari kapasitas

kapasitor dan resistor yang digunakan, sehingga nilai dari konstanta waktu

tidak dapat dicari dengan menggunakan perhitungan sebagai pembanding

partikan jika menggunakan persamaan eksponensialnya yang diperoleh dari

kurva. Penyebabnya yaitu masalah yang terjadi pada web cam saat

pengambilan data R-Lab (error) dan tidak dapat dinyalakan. Jadi, nilai

koefisien waktu hanya didapatkan melalui perhitungan dengan data grafik

tegangan terhadap waktu.

Charge Discharge

22

VIII. Kesimpulan

Pada proses pengisian tegangan pada kapasitor akan naik

Sedangkan pada proses pengosongan kapasitor tegangan pada kapasitor

akan turun hingga sama dengan nol

Kapasitor bisa dilewati oleh arus searah maupun arus bolak-balik.

Namun pada rangkaian arus searah pada proses pengisian kapasitor

belum terisi sepenuhnya.

Jika pada kapasitor yang menggunakan arus bolak balik nilai kapasitor

yang dihasilkan adalah kecil sehingga arus tidak bisa melewati kapasitor

tersebut. Hal ini juga dikarenakan kapasitor sudah terisi penuh jauh

sebelum siklus sinyal selanjutnya.

Pada pengisian kapasitor nilai waktu pada rangkaian kapsitor lebih besar

darpda nilai waktu pada rangkaian kapasitor saat pengosongan.

Daftar Pustaka

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.

http://www.phys.itb.ac.id

http://www.geocities.ws/handounimed/medianerdi/karakteristik_pengisian_dan_p

engosongan_kapasitor.html

http://dasarelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-kapasitor/

Link R-Lab

http://sitrampil5.ui.ac.id/or01

http://www.phys.itb.ac.id/~khbasar/arsip/FI1201/Interferensidandifraksi.pdf

http://www.geocities.ws/handounimed/medianerdi/karakteristik_pengisian_dan_pengosongan_kapasitor.html

http://www.geocities.ws/handounimed/medianerdi/karakteristik_pengisian_dan_pengosongan_kapasitor.html

http://dasarelektronika.com/pengertian-dan-fungsi-kapasitor/

laporan praktikum lr01 nila ulya (1206258452)

Documents