Laporan Praktikum

Remote Laboratory

Charge Discharge

Nama : Nadia Karima Izzaty

NPM : 1306369466

Fakultas/Prodi : Fakultas Teknik/Teknik Sipil

Judul Modul : Charge Discharge

Nomor Modul : LR01

Tanggal Praktikum : 6 Maret 2014

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

2014

LR01 – Charge Discharge

Tujuan

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

Peralatan

1. Kapasitor

2. Resistor

3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Variable power supply

6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Prinsip Dasar

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 saat 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 )=V 0 e−t /τ (1)

V(t)

Vc

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

dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1e

V 0 yang ditentukan dari besar hambatan dan

kapasitansi

τ=R C (2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

V (t )=V 0 (1−e−t / τ ) (3)

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.

Buat garis yang tegak lurus dari titik perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke

sumbu x . Titik yang diperoleh pada sumbu adalah konstanta waktu.

Gbr. 1 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.

Prosedur Eksperimen

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah

halaman ini.

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

kapasitor.

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

Tugas dan evaluasi

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

model rangkaian yang digunakan.

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

tiap model rangkaian yang digunakan.

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.

Hasil Percobaan

Data Pengamatan

Model 1

Wakt

u 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

6 1.31 3.69

7 1.05 3.95

8 0.84 4.16

9 0.67 4.33

10 0.53 4.47

11 0.42 4.58

12 0.33 4.67

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 2.03 2.03

20 1.64 1.64

21 1.33 1.33

22 1.08 1.08

23 0.87 0.87

24 0.71 0.71

25 0.58 0.58

26 0.47 0.47

27 0.39 0.39

28 0.31 0.31

29 0.25 0.25

30 0.21 0.21

Model 2

Waktu IC VC

1 11.17 1.43

2 8.05 2.42

3 5.80 3.14

4 4.18 3.66

5 3.01 4.04

6 2.15 4.31

7 1.53 4.51

8 1.07 4.66

9 0.73 4.77

10 0.47 4.85

11 0.29 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 8.25 2.64

18 6.02 1.93

19 4.41 1.41

20 3.25 1.04

21 2.40 0.77

22 1.77 0.57

23 1.31 0.42

24 0.98 0.31

25 0.73 0.23

26 0.55 0.18

27 0.41 0.13

28 0.31 0.10

29 0.23 0.07

30 0.17 0.05

Model 3

Waktu IC VC

1 2.72 2.28

2 1.60 3.40

3 0.95 4.05

4 0.57 4.43

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

16 2.91 2.91

17 1.75 1.75

18 1.08 1.08

19 0.68 0.68

20 0.43 0.43

21 0.28 0.28

22 0.19 0.19

23 0.13 0.13

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 6.61 2.88

2 3.07 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

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 7.21 2.31

17 3.57 1.14

18 1.85 0.59

19 0.99 0.32

20 0.57 0.18

21 0.34 0.11

22 0.20 0.06

23 0.12 0.04

24 0.09 0.03

25 0.06 0.02

26 0.03 0.01

27 0.03 0.01

28 0.02 0.00

29 0.02 0.00

30 0.00 0.00

Pengolahan Data

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

model rangkaian yang digunakan

a. Model 1

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-

asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )

y = 1.782e0.083x

−t /τ=0.083 t

τ=12.048

b. Model 2

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )

y = 2.416e0.062x

−t /τ=0.062t

τ=16.129

c. Model 3

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )

y = 3.401e0.034x

−t /τ=0.034

τ=29.412

d. Model 4

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )

y = 3.973e0.021x

−t /τ=0.021t

τ=47.619

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

setiap model rangkaian yang digunakan.

a. Model 1

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 e−t /τ

y = 4.691e-0.20x

−t /τ=−0.20 t

τ=5

b. Model 2

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 e−t /τ

y = 4.763e-0.30x

−t /τ=−0.30 t

τ=3.33

c. Model 3

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN exp( NaN x )

Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor

VCExponential (VC)

V ( t )=V 0 e−t /τ

y = 3.610e-0.40x

−t /τ=−0.40 t

τ=2.5

d. Model 4

0 2 4 6 8 10 120.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

f(x) = NaN x + NaN

Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor

VCLinear (VC)

y = -0.099x + 1.119

Karena persamaan garisnya berupa persamaan linear, dan bukan persamaan

eksponensial, maka nilai τ pada model 4 tidak dapat dicari.

Analisis Hasil

Percobaan kali ini bernomor modul LR01, dengan judul modul Charge Discharge.

Tujuan dari dilakukannya praktikum ini adalah untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor

saat proses pengosongan dan pengisian muatan. Secara teoritis, arus hanya akan mengalir saat

rangkaian dalam status terbuka atau tertutup. Saat rangkaian ditutup, arus akan

mengakibatkan kapasitor dimuati oleh muatan hingga jangka waktu tertentu dan sampai V

tertentu. Sedangkan, sebaliknya, saat rangkaian dibuka, arus yang keluar mengakibatkan

kapasitor juga turut mengeluarkan muatannya. Karakteristik perubahan tegangan dalam

kapasitor dapat dijabarkan dengan fungsi eksponensial. Dalam percobaan ini, pengosongan

kapasitor terjadi pada t = 0 s hingga t = 15 s. Sedangkan, pengisian kapasitor terjadi pada t =

16 s hingga t = 30 s.

Ada beberapa alat yang diperlukan dalam mengerjakan praktikum ini, antara lain

adalah kapasitor, resistor, amperemeter, voltmeter, variable power supply, camcorder, dan

unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.

Cara pengerjaan praktikum ini tidak mengharuskan praktikan untuk datang ke

laboratorium untuk melakukan praktikum secara langsung, melainkan praktikum hanya

membutuhkan koneksi internet untuk melakukan proses pengambilan data lewat R-Lab

(Remote Laboratory). Langkah pertama dalam praktikum ini adalah mengaktifkan webcam

dan mengamati bentuk dari model-model rangkaian yang dipakai. Akan tetapi, entah karena

kendala aplikasi atau karena kendala teknis, webcam dari situs R-Lab tersebut tidak dapat

berfungsi dengan baik. Sehingga, praktikum terpaksa tidak mengamati wujud dari model-

model rangkaian yang digunakan. Namun, terlepas dari kesalahan teknis yang dialami oleh

praktikan, tidak ada kendala lain yang dihadapi oleh praktikan saat pelaksanaan praktikum.

Pertama-tama, praktikan membuka laman web E-Laboratory dan masuk ke dalam

laman web tersebut. Kemudian, praktikan memilih model rangkaian yang dipergunakan

dalam percobaan, dalam hal ini terdapat 4 model rangkaian yang berbeda, yaitu model 1,

model 2, model 3, dan model 4. Setelah memilih model rangkaian, praktikan mengaktifkan

tombol power supply. Lalu, barulah praktikan mengukur besar beda potensial di dalam

rangkaian tersebut. Praktikan harus mengulangi langkah-langkah yang sama untuk keempat

model rangkaian yang berbeda.

Dari percobaan ini, praktikan mendapatkan 120 buah data, masing-masing 30 data

untuk 4 model rangkaian kapasitor yang berbeda, untuk proses pengosongan dan pengisian

kapasitor. Setelah dibuat grafik, data-data ini dicari persamaan eksponensialnya. Dari

persamaan eksponensial tersebut akan didapatkan persamaan untuk mencari koefisien waktu.

Namun, karena praktikan tidak dapat mengamati wujud nyata dari rangkaian tersebut, hanya

bisa diperoleh koefisien terhadap waktu dari grafik tersebut, dan bukan nilai R dan C seperti

seharusnya.

Praktikan mendapatkan data koefisien waktu yang berbeda-beda untuk setiap

rangkaian. Kemungkinan, hal ini terjadi karena saat pengisian kapasitor tegangannya dibuat

sama besar dengan tegangan sumber sehingga tidak memakan waktu banyak dalam proses

pengisian tersebut. Pada saat proses pengosongan kapasitor, penurunan nilai tegangan relatif

melambat, sehingga koefisien waktu yang dihasilkan pun lebih kecil daripada saat pengisian

kapasitor.

Selain tegangannya, arus listriknya pun dapat diamati pula dari percobaan ini. Seiring

dengan terisinya kapasitor, arus listrik yang mengalir jumlahnya menurun secara gradual.

Sedangkan, saat awal pengosongan kapasitor arus listriknya akan bertambah kembali

jumlahnya. Kemudian, arus listrik pun akan turun kembali secara perlahan seiring dengan

proses pengosongan kapasitor tersebut.

Kesimpulan

Apabila arus masuk ke dalam kapasitor, maka terjadi pengisian kapasitor.

Saat arus listrik keluar dari kapasitor, maka terjadi pengosongan kapasitor.

Penurunan nilai tegangan dalam kapasitor cenderung lebih lambat saat

pengosongan kapasitor daripada saat pengisian kapasitor.

Seiring dengan terisinya kapasitor, arus listrik yang mengalir menurun. Hal yang

sama terjadi saat pengosongan kapasitor.

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.

- Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan), Jakarta : Penebit

Erlangga

Link R-Lab

http://sitrampil6.ui.ac.id/lr01