Laporan R-LAB

Charge Discharge

Nama : Sandra Monica

NPM : 1206212432

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Kode Praktikum : LR01

Tanggal Praktikum : Jumat, 27 September 2013

Asisten Koordinasi : Hinu Pramuji

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP IPD)

UNIVERSITAS INDONESIA

Depok

Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor

I. Tujuan

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. Prinsip Dasar

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.

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)

V(t)

Vc

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

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.

IV. Prosedur Eksperimen

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

V. Data Percobaan Pada percobaan praktikum R-Lab tentang Charge Discharge, data yang digunakan yaitu percobaan ke-satu. Adapun data tersebut sebagai berikut: a. Tabel Data Eksperimen

1. Data Pengisian Kapasitor 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 1.63 3.37

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 0.41 4.59

12 0.32 4.68

13 0.25 4.75

14 0.19 4.81

15 0.14 4.86

2. Data Pengisian Kapasitor Model 2

1 11.17 1.43

2 8.02 2.43

3 5.77 3.15

4 4.15 3.67

5 2.98 4.05

6 2.14 4.32

7 1.51 4.52

8 1.05 4.66

9 0.72 4.77

10 0.46 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

3. Data Pengisian Kapasitor Model 3

1 2.72 2.28

2 1.61 3.39

3 0.96 4.04

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

4. Data Pengisian Kapasitor Model 4

1 6.57 2.90

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

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

5. Data Pengosongan Model 1

16 3.88 3.88

17 3.11 3.11

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

6. Data Pengosongan Model 2

16 11.30 3.62

17 8.20 2.62

18 5.97 1.91

19 4.37 1.40

20 3.21 1.03

21 2.35 0.75

22 1.74 0.56

23 1.28 0.41

24 0.95 0.30

25 0.72 0.23

26 0.53 0.17

27 0.40 0.13

28 0.29 0.09

29 0.23 0.07

30 0.17 0.05

7. Data Pengosongan Model 3

16 2.87 2.87

17 1.72 1.72

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

8. Data Pengosongan Model 4

16 6.96 2.23

17 3.38 1.08

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 0.12 0.04

24 0.08 0.02

25 0.05 0.01

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

b. Grafik Percobaan 1. Grafik Data Pengisian Kapasitor Model 1

2. Grafik Data Pengisian Kapasitor Model 2

y = 5,5091e-0,363x

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5

Data Pengisian Kapasitor Model 1

VC

Expon. (VC)

Expon. (VC)

y = 5,1903e-0,103x

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengisian Kapasitor Model 2

Series1

Expon. (Series1)

3. Grafik Data Pengisian Kapasitor Model 3

4. Grafik Data Pengisian Kapasitor Model 4

y = 5,0501e-0,275x

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengisian Kapasitor Model 3

Series1

Expon. (Series1)

y = 5,0162e-0,081x

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengisian Kapasitor Model 4

Series1

Expon. (Series1)

5. Grafik Data Pengosongan Kapasitor Model 1

6. Grafik Data Pengosongan Kapasitor Model 2

y = 0,3258e0,7699x

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengosongan Kapasitor Model 1

Series1

Expon. (Series1)

y = 0,1559e0,3555x

0123456789

10

0 5 10 15

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengosongan Kapasitor Model 2

Series1

Expon. (Series1)

7. Grafik Data Pengosongan Kapasitor Model 3

8. Grafik Data Pengosongan Kapasitor Model 4

y = 0,0546e1,8103x

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengosongan Kapasitor Model 3

Series1

Expon. (Series1)

y = 0,3207x - 0,0022

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8

Axi

s Ti

tle

Axis Title

Data Pengosongan Kapasitor Model 4

Series1

Linear (Series1)

VI. Pengolahan Data Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan

kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai

kompenen R dan C, kemudian membandingkannya :

A. Pada saat charge :

1.) Model 1

V(t) = Vo

y = 1.7945

= 0,0828x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= 0,0828t

= 0,0828

2.) Model 2

V(t) = Vo

y = 2.4348

= 0,062x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= 0,062t

= 0,062

3.) Model 3

V(t) = Vo

y = 3.4325

= 0,0337x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= 0,0337t

= 0,0337

4.) Model 4

V(t) = Vo

y = 3,9985

= 0,0204x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= 0,0204t

= 0,0204

Saat Discharge:

1.) Model 1

V(t) = Vo

y = 4,6503

= -0,209x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= -0,209t

= -0,209

2.) Model 2

V(t) = Vo

y = 4,6735

= -0,301x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= -0,301t

= -0,301

3.) Model 3

V(t) = Vo

y = 3,2832

= -0,39x

Karena x menunjukkan variable waktu, maka x dapat digantikan dengan t

= -0,39t

= -0,39

4.) Model 4

Tidak dapat dicari, karena tidak dapat dibuat trendline untuk persamaan eksponensialnya.

Tidak dapat dilakukan perbandingan antara yang didapat dari grafik

dengan yang didapat dengan cara perhitungan, karena tidak dapat dicari

dengan cara perhitungan. Hal ini desebabkan oleh tidak diketahuinya

kapasitas kapasitor yang digunakan.

VII. Analisis

A. Analisis Percobaan

Percobaan R-lab yang dilakukan yaitu Charge dan Discharge (LR01).

Eksperimen ini menggunakan kapasitor sebagai media percobaan.

Tujuan dari eksperimen tersebut adalah untuk melihat karakteristik

tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan.

Langkah kerja eksperimen mengikuti prosedur yang telah ditentukan.

Pengaturan peralatan rLab berlangsung secara otomatis ketika

praktikan menjalankan prosedur kerja. Percobaan dilakukan dengan 4

buah model rangkaian yang berbeda. Tiap model rangkaian diuji

selama 30 detik. Berdasarkan data yang didapatkan, pengisian

kapasitor dilakukan pada t=0 sampai t=15, sedangkan pengosongan

kapasitor dilakukan pada t=16 sampai t=30. Setiap interval 1 detik

diukur kuat arus dan juga tegangannya. Pada praktikum kali ini tidak

diketahui berapa nilai dari kapasitas kapasitor yang digunakan,

sehingga nilai dari konstanta waktu tidak dapat dicari dengan

menggunakan perhitungan.

Percobaan LR01 ini menggunakan dasar arus listrik searah atau DC

(Direct Current) yang didefinisikan sebagai suatu aliran arus listrik yang

konstan dan mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Electron – electron akan mengalir ke luar dari terminal negatif baterai,

melalui resistor R, dan terkumpul di pelat kapasitor. Sementara muatan

terkumpul pada kapasitor, beda potensial antarpelatnya bertambah,

dan arus diperkecil sampai akhirnya tegangan pada kapasitor sama

dengan ggl baterai, Vs (Tegangan). Akibatnya, tidak adanya beda

potensial pada resistor dan tidak ada aliran arus lebih lanjut. Selain itu,

pada eksperimen ini dikenal istilah konstanta waktu atau waktu paruh

yang merupakan hasil perkalian resistor dengan kapasitor. Eksperimen

ini juga membahas mengenai pengosongan dan pengisian kapasitor

dengan prinsip aliran arus listrik yang searah. Pengisian dan

pengosongan muatan pada rangkaian RC dapat digunakan untuk

menghasilkan pulsa tegangan pada frekuensi yang tetap. Muatan

kapasitor yang mulanya terisi penuh akan mengalami penurunan

muatan / pengosongan dalam selang waktu t dan perubahan tegangan

yang terjadi tersebut tergambarkan dengan kurva eksponensial dalam

selang waktu tertentu. Alat yang digunakan untuk mengukur nilai

resistor pada rangkaian RC memiliki hubungan satu sama lainnya,

yaitu resistor, kapasitor, amperemeter, dan voltmeter

B. Analisis Hasil

Dari percobaan ini, kita akan mendapatkan 3 buah jenis data, yaitu

data waktu (t) baik pada saat proses pengisian (charge) dan

pengosongan (discharge) dari kapasitor, beda potensial (V0) kaki-kaki

kapasitor, dan arus pengisian / pengosongan kapasitor. Untuk masing-

masing model, didapatkan masing-masing 30 buah data. Berdasarkan

pengolahan data waktu (t) dengan beda potensial (V) menjadi sebuah

grafik, akan didapatkan suatu hasil bahwa pada saat t = 1 hingga t =

15 terjadi proses pengisian (charge) muatan pada kapasitor.

Sedangkan pada saat t = 16 hingga t = 30 terjadi proses pengosongan

( discharge ) muatan pada kapasitor. Hasil ini didapatkan dengan

membandingkan model kurva yang didapatkan dengan model kurva,

baik saat pengisian atau pengosongan kapasitor, yang terdapat pada

literatur. Dengan menggunakan persamaan eksponen yang diperoleh

dari grafik hubungan antara Tegangan dan waktu kita dapat

memperoleh nilai . Namun untuk nilai pada pengosongan kapasitor

model 4 tidak dapat dihitung karena grafik yang diperoleh tidak

memiliki nilai eksponen, sehingga harus dihitung dengan

menggunakan rumus. Namun kita tidak dapat menggunakan rumus

tersebut karena kapasitor yang digunakan tidak diketahui.

C. Analisis Grafik

Grafik yang dihasilkan pada praktikum ini adalah grafik eksponensial

antara tegangan terhadap waktu, baik grafik pengisian maupun

pengosongan kapasitor dari tiap rangkaian. Pada grafik tegangan

terhadap waktu saat pengisian, terdapat beberapa titik sehingga

membentuk grafik lengkung ke atas atau eksponensial menaik. Titik –

titik puncak tersebut mencerminkan nilai tegangan awal pada

percobaan ini. Berdasarkan grafik yang ada terdapat beberapa titik

puncak, dengan 6 titik pertama relatif menaik secara tajam dan setelah

itu grafik menaik secara landai. Hal ini menunjukkan bahwa saat

pengisian arus, arus yang mengalir belum terfilter dengan baik oleh

resistor atau resistor sedang menyesuaikan terhadap arus yang

masuk. Pada grafik pengosongan kapasitor dapat dilihat adanya

penurunan secara eksponensial terhadap waktu t.

Titik awal pengosongan kapasitor adalah titik akhir pengisian kapasitor

sehingga selang waktu keduanya adalah 1 detik. Sama halnya dengan

pengisian kapasitor, terdapat beberapa titik yang mengalami

penurunan grafik secara eksponensial tajam dan setelahnya

penurunan secara landai. Hal ini disebabkan karena penggunaan

kapasitor di awal membutuhkan waktu penurunan yang akan terjadi

secara perlahan.

D. Analisis Kesalahan

Dalam praktikum charge discharge ini, menggunakan arus listrik yang

mengalir konstan, sehingga memungkinkan untuk amperemeter tidak

terpengaruh dari kondisi-kondisi yang pada umumnya dapat

mempengaruhi arus listrik tersebut. Hal ini dapat mempermudah dalam

melakukan percobaan sehingga mengurangi tingkat kesalahan yang

terjadi. Meskipun alat dapat dikatakan baik, kesalahan yang dilakukan

oleh praktikan saat membaca grafik skala konstanta waktu dapat

membuat kesalahan yang signifikan. Hal ini terjadi karena garis grafik

terlalu kecil, sehingga praktikan berasumsi sendiri terhadap nilai

konstanta yang ada.

Kesalahan yang ada dapat terjadi karena praktikan tidak

memperhatikan video dari alat yang ditampilkan pada percobaan R-

lab. Hal ini terjadi karena putusnya jaringan java yang ada. Akibat dari

tidak melihatnya video praktikum tersebut ialah ketika mengisi arus ke

kapasitor, sisa dari arus untuk pengosonagan kapasitor yang sangat

lambat tidak dalam kondisi awal menyebabkan data yang diperoleh

mengalami kesalahan sepersekian detik. Tetapi tingkat akuratisasi

praktikum terlaksana apabila praktikum di ruangan cukup gelap dan

hanya berisi peralatan-peralatan praktikum saja. Ini dapat

meminimalisasi pengaruh buruk lingkungan terhadap prosedur

praktikum dan juga mengurangi porsi human error dalam pelaksanaan

praktikum, sebab sistem komputerlah yang mengatur mobilitas /

aktivitas peralatan-peralatan yang ada sesuai dengan prosedur yang

bersifat tetap / terprogram.

VIII. Kesimpulan

1. Pada proses pengisian kapasitor, tegangan pada kapasitor akan naik

hingga sama dengan tegangan sumber GGl. Pada proses pengosongan

(discharge) kapasitor, tegangan pada kapasitor akan turun hingga sama

dengan nol.

2. Grafik V vs t pada proses charge dan discharge menunjukkan grafik

eksponensial. Pada saat pengisian (charge), grafik yang dihasilkan yaitu

grafik eksponensial yang menaik, sedangkan saat pengosongan (discharge),

grafik yang dihasilkan grafik eksponensial menurun.

3. Nilai konstanta yang dihasilkan pada tiap model adalah :

Pengisian Kapasitor

o Model 1 nilai yang diperoleh adalah 12,077 s

o Model 2 nilai yang diperoleh adalah 16,129 s

o Model 3 nilai yang diperoleh adalah 29,674 s

o Model 4 nilai yang diperoleh adalah 49,02 s

Pengosongan Kapasitor

o Model 1 nilai yang diperoleh adalah 4,785 s

o Model 2 nilai yang diperoleh adalah 3,322 s

o Model 3 nilai yang diperoleh adalah 2,564 s

o Model 4 nilai yang diperoleh adalah tidak dapat diketahui.

4. Konstanta waktu mempengaruhi bentuk grafik eksponensial V vs t.

IX. Referensi

1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice

Hall, NJ, 2000.

2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

3. Andrizal, M.Pd. Listrik dan Elektronika. Teknik Otomotif UN. 2012

4. http://sitrampil4.ui.ac.id/lr01