laporan rlab fisika dasar 2 charge discharge

24
LAPORAN R-LAB Charge Discharge Nama : Fadhil Muddasir NPM : 1206258396 Fakultas : MIPA Dept/Jurusan : Fisika Kode Praktikum : LR01 Kelompok : B2 Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD) Universitas Indonesia Depok

Upload: fadhil-muddasir

Post on 19-Jan-2016

83 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

charge discharge

TRANSCRIPT

Page 1: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

LAPORAN R-LAB

Charge Discharge

Nama : Fadhil Muddasir

NPM : 1206258396

Fakultas : MIPA

Dept/Jurusan : Fisika

Kode Praktikum : LR01 Kelompok : B2

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok

Page 2: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor

I. Tujuan Praktikum

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II. Peralatan

Kapasitor

Resistor

Amperemeter

Voltmeter

Variable power supply

Camcorder

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Landasan Teori

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan menjadi hambatan tak hingga. Hanya saat rangkaian dibuka dan ditutp, arus akan mengalir. Saat rangkaian tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga saa 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.

Pada saat kapasitor sudah terisi oleh sebagian atau penuh muatan listrik, maka kapasitor tersebut dapat dikosongkan dengan cara menghubungkan saklar (S) pada ground. Akibatnya, tegangan kapasitor dan arus akan berkurang secara eksponensial sampai nol.

Page 3: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Lamanya proses pengosongan kapasitor ini juga akan bergantung oleh nilai R -C yang dipakai pada rangkaian. Berikut ini adalah rumus umum untuk pengosongan kapasitor.

· Tegangan kapasitor saat dikosongkan selama t detik , Vc(t)

Dimana RC = , maka

VC (t) = (VS) ( )

Vs / V 0 adalah tegangan kapasitor sebelum dikosongkan. Vs akan bernilai sama dengan tegangan input pengisi kapasitor apabila kapasitor diisi sampai penuh “fully charged”.

Page 4: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Pada saat pengisian kapasitor diperlukan sebuah sumber tegangan konstan (V in) yang digunakan untuk menyuplai muatan ke kapasitor dan sebuah resistor yang digunakan untuk mengatur konstanta waktu pengisian (τ) serta membatasi arus pengisian

Pada rangkaian pengisian kapasitor dibawah ini, saat saklar (S) ditutup maka akan ada arus yang mengalir dari sumber tegangan (V in) menuju ke kapasitor. Besarnya arus ini tidak tetap karena adanya bahan dielektrik pada kapasitor. Arus pengisian akan menurun seiring dengan meningkatnya jumlah muatan pada kapasitor, dimana

Vc ≈ Vin saat i = 0

Secara umum, rumus pengisian kapasitor untuk tegangan dapat dinyatakan seperti berikut :

Tegangan kapasitor saat t detik

apabila sebelum pengisian tidak terdapat adanya tegangan awal pada

kapasitor, Vc (0) = 0V , maka persamaan diatas akan menjadi :

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. . Tegangan kapasitor Vc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Apabila digambarkan dalam grafik, maka tegangan pada pengisian kapasitor akan membentuk grafik eksponensial sebagai berikut.

Page 5: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Prosedur Eksperimen

Page 6: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Mengaktifkan Web cam ! (klik icon video pada halaman web r-Lab)

Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan.

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

Menghidupkan Power Supply.yang digunakan

Mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian / pelepasan kapasitor

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

Data Percobaan

Model 1

Pengisian kapasitor terjadi pada saat t=0 sampai t=15

Waktu IC VC 1 3.97 1.03 2 3.17 1.83 3 2.54 2.46 4 2.03 2.97 5 1.63 3.37 6 1.3 3.7 7 1.04 3.96 8 0.83 4.17 9 0.66 4.34 10 0.52 4.48 11 0.41 4.59

Page 7: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

12 0.32 4.68 13 0.24 4.76 14 0.19 4.81 15 0.14 4.86

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor

Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t=16 sampai t=30

Waktu IC VC 16 3.88 3.88 17 3.11 3.11 18 2.5 2.5 19 2.01 2.01

Expon. (VC)

VC

Pengisian

t

VC

35302520151050

6

5

4

3

2

1

0

x0.0828y = 1.7935e

Page 8: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

20 1.62 1.62 21 1.31 1.31 22 1.06 1.06 23 0.86 0.86 24 0.7 0.7 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

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan Kapasitor

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 106.77-0.209x Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 1, sebagai berikut.

y = 106.77-0.209x

Expon. (VC)

VC

Pengosongan

t

VC

35302520151050

4.5

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

x0.209-y = 106.77e

Page 9: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

𝜏 = 4.784 (s)

Dari persamaan y = 106.77-0.209x

, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

nilai x, menunjukkan variabel waktu t disubstitusi dengan 0

y = 106.77-0.209x y = 106.77-0.209(0)

y = 106.77 y = 106.77 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 106.77Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan

rumus = R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 1 yaitu kapasitor dengan 10000 F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

𝑅 = 478 Ω

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 478 Ohm.

Model 2

Pengisian kapasitor terjadi pada saat t=0 sampai t=15

Waktu IC VC 1 11.15 1.43 2 8 2.44 3 5.76 3.16 4 4.14 3.68 5 2.96 4.05 6 2.12 4.32 7 1.5 4.52 8 1.04 4.67

Page 10: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

9 0.7 4.78

10 0.46 4.85 11 0.27 4.91 12 0.14 4.96 13 0.05 4.99 14 0 5 15 0 5

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor

Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t=16 sampai t=30

Waktu IC VC 16 11.29 3.61 17 8.17 2.61 18 5.96 1.91 19 4.35 1.39 20 3.19 1.02 21 2.34 0.75 22 1.73 0.55 23 1.28 0.41 24 0.95 0.3 25 0.7 0.22 26 0.53 0.17 27 0.4 0.13

Expon. (VC)

VC

Pengisian

t

VC

35302520151050

6

5

4

3

2

1

0

0.0622xy = 2.4296e

Page 11: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

28 0.29 0.09 29 0.23 0.07 30 0.17 0.05

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan Kapasitor

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu

y = 443.57e-0.303x

Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 2, sebagai berikut.

y = 443.57e-0.303x

Expon. (VC)

VC

Pengosongan

t

VC

35302520151050

6

5

4

3

2

1

0x0.303-y = 443.57e

Page 12: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

𝜏 = 3,3003 ≈ 3,3 (s)

Dari persamaan y = 4.761e-0.30x , kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

y = 443.57e-0.303x

y = 443.57e-0.303(0) y = 443.57 y = 443.57 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 443.57 Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan rumus

= R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 2 yaitu kapasitor dengan 4700 F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

𝑅 = 702,12 Ω

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 2 yaitu sebesar 702,12 Ohm.

Model 3

Pengisian kapasitor terjadi pada saat t=0 sampai t=15

Waktu IC VC1 2.82 2.182 1.68 3.323 1.01 3.994 0.6 4.45 0.35 4.656 0.2 4.87 0.1 4.98 0.04 4.969 0 5

10 0 511 0 512 0 5

nilai x, menunjukkan variabel waktu t disubstitusi dengan 0

Page 13: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

13 0 514 0 515 0 5

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor

Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t=16 sampai t=30

Waktu IC VC 16 11.29 3.61 17 8.17 2.61 18 5.96 1.91 19 4.34 1.39 20 3.19 1.02 21 2.34 0.75 22 1.73 0.55 23 1.28 0.41 24 0.95 0.3 25 0.7 0.22 26 0.53 0.17 27 0.4 0.13 28 0.29 0.09 29 0.21 0.07 30 0.17 0.05

Expon. (Vc)

Vc

Pengisian

Waktu

Tegangan

15131197531

7

6

5

4

3

2

1

0

R² = 0.511

0.036 xy = 3.325e

Page 14: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan Kapasitor

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu

y = 443.57e-0,303x Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 3, sebagai berikut.

y = 443.57e-0,303x

𝜏 = 3,3 (s)

Dari persamaan y = 443.57e-0,303x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

Expon. (VC)

VC

Pengosongan

t

VC

35302520151050

350

300

250

200

150

100

50

0

x0.303-y = 443.57e

Page 15: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

y = 443.57e-0,303x y = 443.57e-0,303(0) y = 443.57(1) y = 443.57 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 443.57 Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan rumus

= R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 1 yaitu kapasitor dengan 10000 F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

𝑅 = 330 Ω

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 3 yaitu sebesar 330 Ohm.

Model 4

Pengisian kapasitor terjadi pada saat t=0 sampai t=15

nilai x, menunjukkan variabel waktu t disubstitusi dengan 0

Waktu IC VC 1 6.43 2.94 2 2.99 4.04 3 1.42 4.55 4 0.64 4.79 5 0.24 4.92 6 0.05 4.99 7 0 5 8 0 5 9 0 5 10 0 5 11 0 5 12 0 5 13 0 5 14 0 5 15 0 5

Page 16: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian kapasitor

Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t=16 sampai t=30

Waktu IC VC 16 6.87 2.2 17 3.34 1.07 18 1.71 0.55 19 0.92 0.29 20 0.52 0.17 21 0.31 0.1 22 0.18 0.06 23 0.12 0.04 24 0.09 0.03 25 0.06 0.02 26 0.05 0.01 27 0.03 0.01 28 0.02 0 29 0.02 0 30 0.02 0

Expon. (VC)

VC

Pengisian

t

VC

14121086420

876543210

x0.0203y = 4.0022e

Page 17: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu

y = 6603.6e-0,519x

Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 4, sebagai berikut.

y = 6603.6e-0,519x

Dari persamaan y =6603.6e-0,519x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

y = 6603.6e-0,519x

Expon. (VC)

Expon. (VC)

VC

Pengosongan

t

VC

35302520151050

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

x0.519-y = 6603.6e

Page 18: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

y = 6603.6e-0,519(0)

y = 6603.6 (1) y = 6603.6 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 6603.6 Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan

rumus = R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 4 yaitu kapasitor dengan 4700 F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

𝑅 = 408.5 Ω

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 408.5 Ohm.

nilai x, menunjukkan variabel waktu t disubstitusi dengan 0

Page 19: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Analisa Percobaan

Pada percobaan kali ini saya melakukan percobaan R-Lab, yaitu dimana praktikan tidak perlu

datang langsung ke laboratorium untuk melakukan eksperimen. Praktikan tetap melakukan

eksperimen dengan alat yang sebenarnya, tetapi dari jarak jauh dan alatnya ditampilkan

menggunakan webcam yang dipasang mengarah ke alat. Praktikan dapat melakukan praktikum

dimana saja asal tehubung dengan jaringan internet dan dapat mengakses ke situs R-Lab.

Percobaan bernama pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor (charge discharge) ini bertujuan

untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan.

Praktikum ini menggunakan 4 model rangkaian yang berbeda. Percobaan ini dilakukan dengan

memberikan arus yang mengalir melalui rangkaian menuju ke kapasitor, lalu mengukur tegangan

yang terdapat pada kapasitor. Waktu pengukuran untuk tiap model adalah 30 detik. Dan pada

setiap detiknya saya mendapatkan besaran arus dan tegangan yang berbeda-beda. Hanya saja

ada kekurangan yang membuat saya tidak dapat bekerja secara maksimal untuk melakukan

praktikum ini. Kekurangannya adalah ketika adanya gangguan pada webcam, sehingga saya

tidak dapat memantau secara langsung yang terjadi pada alat yang saya gunakan.

Berdasarkan informasi yang saya dapat, waktu pengisian muatan di kapasitor berlangsung di selang waktu antara 1 hingga 15 detik, sedangkan untuk pengosongan muatan di kapasitor berlangsung antara 16 hingga 30 detik. Untuk grafik pengisian muatan kapsitor disemua model cenderung sama,begiu juga dengan grafik pengosongan kapasitor yang cenderung sama pada semua model yaitu menurun.Untuk menentukan konstanta waktu saya menggunakan persamaan yang telah didapat pada grafik eksponensial, lalu memasukkannya ke persamaan yang telah didapat pada literatur yaitu

VC (t) = (VS) ( )

Pada literatur dijelaskan bahwa untuk menentukan konstanta waktu dilihat dari kurva pengisian

muatan kapasitor. Tetapi saya menghitung semua grafik, pengisian muatan maupun pengosongan

muatan kapasitor untuk perbandingan. Dan ada dua grafik yang tidak dapat saya ubah ke grafik

eksponensial, antara lain grafik pengosongan kapasitor untuk model 3 dan model 4. Saya tidak

menemukan penyebab mengapa grafik tersebut tidak dapat saya ubah menjadi grafik

eksponensial.

Page 20: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Analisis Data

Dari hasil yang didapatkan setelah praktikum ialah waktu saat pengisian dan pelepasan muatan pada kapasitor, beda potensial yang berada pada ujung ujung kapasitor dan arus pada pingisian dan pengosongan kapasitor. Pada saat pengisian dibutuhkan 15 detik dan pengosongan juga 15 detik. Jadi total disetiap model rangkaian terdapat 30 data.

Pada setiap model rangkaian kita mendapati nilai koefisien waktu yang berbeda-beda antara pada saat pengisian kapasitor dengan pelepasan muatan kapasitor. Hal ini mungkin terjadi karena pada saat pengisian kapasitor V pada kapasitor akan dibuat sama besar dengan V sumber sehingga hal ini tidak terlalu memakan waktu banyak dan konstanta waktunya akan lebih besar dibandingkan dengan pada saat pelepasan muatan kapasitor. Pada saat pelepasan muatan kapasitor penurunan V kapasitor relative melambat sehingga konstanta waktu yang didapatkan bernilai lebih kecil dibanding dengan pengisian kapasitor.

Arus listrik pada saat pengisian kapasitor juga kita dapatkan dan bisa dilihat mengalami penurunan. Arus ini akan naik lagi ketika terjadi pelepasan muatan kapasitor, namun selama pelepasan muatan kapasitor berlangsung arus listrik pun akan turun kembali secara perlahan.

Untuk mencari besar nilai konstanta disetiap model model rangkaian, digunakan persamaan eksponensial. Dan dinyatakan pada rumus bahwa

Sehingga diketahui konstanta waktunya sama dengan pangkat e dari persamaan eksponensial sehingga nantinya konstanta waktunya bisa ditemukan.

Dan untuk menentukan reisistornya adalah dengan membagi antara konstanta waktu dengan nilai kapasitansinya.

Sehingga didapatlah data sebagai berikut :

Rangkaian Model 1 Model 2 Model 3 Model 4

Kapasitor 10000 𝜇𝐹 4700 𝜇𝐹 10000 𝜇𝐹 4700 𝜇𝐹

Konstanta waktu

4.784 s 3.3 s 3.3 s 1.92 s

Page 21: Laporan Rlab Fisika Dasar 2 Charge Discharge

Hambatan 478 702 Ω 330 408.5

Dari sini terlihat bahwa saat kapasitansi nya diperbesar, resistansi nya malah mengecil sehingga mereka berbanding terbalik.

Kesimpulan 1. Persamaan Eksponensial pada proses pengosongan digunakan untuk mendapatkan besar

konstanta waktu

2. Nilai Konstanta waktu tidak bergantung pada besaran yang lain

3. Hambatan berbanding terbalik dengan kapasitansi

4. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor dapat dibedakan dari grafiknya.

5. Pada proses pengisian kapasitor, tegangan pada kapasitor akan naik hingga sama dengan tegangan sumber GGl.

6. Pada proses pengosongan kapasitor, tegangan pada kapasitorakan turun hingga sama dengan nol.

Daftar pustaka Sitrampil.ui.ac.id/elaboratory.” Charge and Discharge”.

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.