LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

NAMA : SANDIA RINI

NPM : 1106002236

GROUP : 13

FAKULTAS/DEPARTEMEN : TEKNIK / TEKNIK ELEKTRO

NO. PERCOBAAN : LR01

NAMA PERCOBAAN : CHARGE DISCHARGE

TANGGAL PERCOBAAN : 9 NOVEMBER 2012

UNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASAR

(UPP-IPD)

UNIVERSITAS INDONESIA

2012

Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor

Tujuan

- Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

Peralatan

- Kapasitor

- Resistor

- Amperemeter

- Voltmeter

- Variable power supply

- Camcorder

- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Prinsip Dasar

Kapasitor sering juga disebut dengan kondensator. Kapasitor termasuk dalam elemen

pasif atau elemen yang tidak menghasilkan energy. Elemen ini hanya bisa menerima energy

dalam bentuk menyerap atau menyimpan energy. Kapasitor mempunyai fungsi untuk

membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energy

dalam bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan

pembuat kapasitor, luas penampang kapasitor, dan jarak antara dua keping penyusun

kapasitor tersebut. Secara sistematis :

di mana :

= permitivitas bahan

A = luas penampang bahan

d = jarak dua keping

Kapasitor adalah komponen elektris umumnya yang secara fisis terdiri dari dua

konduktor yang dipisahkan bahan isolator atau dielektrikum. Kapasitansi adalah ukuran

kemampuan kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik. Kapasitansi dinyatakan dalam

farad . 1 farad adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik 1 coulomb

apabila diberi tegangan 1 volt.

Fungsi penggunaan kapasitor dalam rangkaian adalah :

• Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan yang lain

• Sebagai filter pada rangkaian PS

• Sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian antena

• Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon

• Untuk menghindari loncatan api apabila dipasang pada saklar

Rangkaian kapasitor dapat disusun secara seri maupun paralel. Rangkaian kapasitor

secara seri dapat mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Berikut adalah gambar

kapasitor yang dirangkai secara seri :

Rangkaian seri kapasitor

Sedangkan pada kapasitor yang disusun secara paralel, nilai kapasitansi total akan semakin

besar. Berikut adalah gambar kapasitor yang dirangkai secara parallel :

Ctotal = C1 + C2 + C3

Rangkaian paralel kapasitor

Jika Kapasitor dipasang tegangan konstan/DC, maka arus sama dengan nol. Sehingga

kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka (open circuit) untuk tegangan DC.

Rangkaian terbuka (open circuit) mempunyai sifat bahwa arus yang melalui rangkaian

tersebut selalu sama dengan nol, sehingga nilai tahanan rangkaian tersebut besar sekali.

Rangkaian terbuka tidak tergantung dari nilai tegangan pada kedua titik rangkaian tersebut.

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

(1)

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

waktu yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi yang ditentukan dari besar

hambatan dan kapasitans

(2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

(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

V(t)

Vc

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 link rLab.

1. Mengaktifkan Web cam. (mengklik icon video pada halaman web r-Lab).

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

model rangkaian yang digunakan !

Model 1 :

Model 2 :

Model 3 :

Model 4 :

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

tiap model rangkaian yang digunakan!

Model 1 :

Model 2 :

Model 3 :

Model 4 :

3. Hitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang dibuat

dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai kompenen R dan C ! Bandingkan

hasilnya !

Jawab :

Model 1 :

V(t) = V0 e-t/τ

Y = 1.793 e0.082x

τ = 12.195

Model 2 :

V(t) = V0 e-t/τ

Y = 2.436e0.062x

τ = 16.129

Model 3 :

V(t) = V0 e-t/τ

Y = 3.406e0.034x

τ = 29.412

Model 4 :

V(t) = V0 e-t/τ

Y = 3.992e0.020x

τ = 50

Analisis

Analisis Percobaan

Percobaan LR01 – Charge Discharge ini dilakukan secara online. Percobaan ini

dilakukan dengan mengakses sitrampil.ui.ac.id. Pada percobaan ini hanya dibutuhkan

sebuah computer dan akses internet. Dalam percobaan ini, praktikan tidak melakukan

praktikum secara nyata dengan menggunakan alat seperti alat-alat yang ada pada

laboratorium. Oleh karena itu, praktikan tidak bisa merangkai secara langsung rangkaian

seperti pada prosedur percobaan yang seharusnya. Praktikan juga tidak bisa melihat

dan memegang secara langsung alat-alat percobaan seperti kapasitor, resistor,

amperemeter, voltmeter, dan variable power supply. Sebenarnya, praktikum ini lebih

baik dilakukan secara manual di laboratorium karena kita membutuhkan kapasitor yang

harus kita hitung tetapannya.

Percobaan ini dilakukan dengan mengatur model rangkaian yang akan

digunakan , yaitu model 1. Menghidupkan Power Supply yang digunakan. Kemudian

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

dengan cara mengklik tombol ukur. Setelah mengklik tombol ukur, maka secara

otomatis praktikan akan mendapatkan data berupa waktu, arus, dan tegangan.

Pada percobaan R-Lab ini 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.

Analisis Data

Setelah mendapatkan semua data, pada awalnya saya merasa bingung untuk

mengolahnya. Setelah beberapa saat mengamati data tersebut dan berfikir, akhirnya

saya mengerti bagaimana cara membaca data dan bagaimana cara mengolahnya. Pada

15 detik pertama, itu adalah fase pengisian kapasitor. Sedangkan pada 15 detik

kemudian, itu adalah fase pengosongan kapasitor.

Dari data yang diperoleh, tidak terdapat nilai yang ekstrem atau tidak ada nilai

yang menyimpang terlalu jauh. Namun, pada percobaan ketiga dan keempat atau pada

saat model ketiga dan keempat, terdapat banyak nilai nol. Sehingga grafik pada

percobaan keempat terdapat sedikit masalah yaitu persamaan eksponentialnya tidak

muncul pada fase penurunan atau fase pengosongan.

Pada model 1, nilai Ic dan Vc berubah dengan lebih teratur dibandingkan

dengan model 2, 3, dan 4. Sedangkan pada percobaan kedua atau model 2, nilai Ic dan

Vc lebih besar daripada nilai Ic dan Vc pada model 1. Hal ini menunjukkan bahwa nilai

kapasitor yang kita gunakan pada model rangkaian 2 lebih besar dari nilai kapasitor

pada model rangkaian 1.

Pada percobaan ketiga dan keempat, sudah mulai banyak nilai nol. Namun,

nilai nol pada percobaan ketiga tidak sebanyak nilai nol pada percobaan keempat.

Sehingga dapat dikatakan bahwa kapasitor pada percobaan keempat bekerja lebih

cepat dan lebih besar daripada kapasitor pada percobaan ketiga.

Besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang

dibuat, dari model 1 sampai model 4 semakin besar. Sedangkan besar konstanta waktu

dari nilai kompenen R dan C tidak dapat dihitung karena nilai R dan nilai C tidak

diketahui. Sehingga praktikan tidak bisa membandingkan besar konstanta waktu

berdasarkan kurva dengan besar konstanta waktu dari nilai komponen nilai R dan C.

Analisis Grafik

Dari data yang diperoleh, praktikan harus membuat grafik tegangan V

terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiap model rangkaian yang

digunakan. Selain itu, praktikan juga harus membuat grafik tegangan V terhadap waktu

(V vs t) saat pengosongan kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan. Grafik

ini bisa dibuat dengan menggunakan Ms.Excel. Namun sebelum membuat grafik,

praktikan harus memisahkan datanya terlebih dahulu yaitu data pada 15 detik pertama

dan data pada 15 detik terakhir.

Pada fase 0-15 detik, ini merupakan fase pengisian. Pada fase pengisian ini,

grafik yang dihasilkan cenderung naik terus. Sedangkan pada fase 16-30 detik

merupakan fase pengosongan, sehingga grafik yang dihasilkan cenderung turun tetapi

tidak akan menjadi minus. Persamaan dari grafik yang dihasilkan adalah fungsi

eksponential.

Pada percobaan pertama hingga percobaan ketiga, tidak ada masalah yang

cukup berarti pada fase pengisian maupun fase pengosongan karena persamaan

eksponentialnya masih bisa diketahui. Sedangkan pada percobaan keempat saat fase

pengosongan, ada sedikit masalah karena persamaan eksponentialnya tidak bisa

diketahui. Hal ini dikarenakan terlalu banyak nilai nol pada data percobaan keempat.

Kesimpulan

- Pada fase pengisian kapasitor, nilai tegangan akan semakin besar setiap kenaikan

waktunya.

- Pada fase pengosongan kapasitor, nilai tegangan akan semakin kecil setiap kenaikan

waktunya.

Referensi

- 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

- Ramdhani, Mohamad, 2008, Rangkaian Listrik, Jakarta : Penerbit Erlangga

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

Erlangga

Lampiran

Waktu IC VC

1 3.97 1.03

2 3.17 1.83

3 2.54 2.46

4 2.03 2.97

5 1.62 3.38

6 1.3 3.7

7 1.04 3.96

8 0.83 4.17

9 0.65 4.35

10 0.52 4.48

11 0.41 4.59

12 0.32 4.68

13 0.24 4.76

14 0.18 4.82

15 0.13 4.87

16 3.89 3.89

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 0.7 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

1 11.13 1.44

2 7.99 2.44

3 5.74 3.16

4 4.12 3.68

5 2.95 4.06

6 2.11 4.33

7 1.48 4.53

8 1.02 4.67

9 0.69 4.78

10 0.44 4.86

11 0.26 4.92

12 0.12 4.96

13 0.03 4.99

14 0 5

15 0 5

16 11.32 3.62

17 8.2 2.62

18 5.96 1.91

19 4.35 1.39

20 3.19 1.02

21 2.35 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 0.23 0.07

30 0.17 0.05

1 2.71 2.29

2 1.6 3.4

3 0.95 4.05

4 0.57 4.43

5 0.33 4.67

6 0.19 4.81

7 0.1 4.9

8 0.03 4.97

9 0 5

10 0 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5

16 2.86 2.86

17 1.72 1.72

18 1.06 1.06

19 0.66 0.66

20 0.43 0.43

21 0.28 0.28

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

1 6.54 2.91

2 3.04 4.03

3 1.42 4.55

4 0.63 4.8

5 0.23 4.93

6 0.02 5

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

16 6.96 2.23

17 3.39 1.09

18 1.73 0.55

19 0.93 0.3

20 0.52 0.17

21 0.31 0.1

22 0.18 0.06

23 0.12 0.04

24 0.08 0.02

25 0.06 0.02

26 0.03 0.01

27 0.03 0.01

28 0.02 0

29 0.02 0

30 0 0