Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011

7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011

1/29

LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR

CHARGE DISCHARGE

Nama : Rizqi Pandu Sudarmawan

NPM : 0906557045

Grup : A-20

Fakultas/Departemen :Teknik/Teknik Kimia

No.Percobaan : LR-01Nama Percobaan : Charge Discharge

Tanggal Percobaan : 20 November 2011

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)Universitas Indonesia

Depok, 2011


2/29

A. Tujuan PercobaanMelihat karakteristik tegangan dan arus kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan

muatan.

B. Prinsip DasarKomponen elektronika terbagi menjadi aktif dan pasif. Yang dimaksud dengan komponen

pasif adalah komponen-komponen elektronika yang t idak dapat menghasilkan tenaga apabila

dialiri aliran listrik. Contoh komponen yang termasuk pasif adalah hambatan (resistor) dan

kondensator (kapasitor).

1. ResistorResistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap

rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasijumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat

didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat

resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor

disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol (Omega).

Di dalam rangkaian elektronika, resistor dilambangkan dengan huruf "R". Dilihat dari

bahannya, ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antara lain Resistor Carbon,

Wirewound, dan Metalfilm. Ada juga resistor yang dapat diubah-ubah nilai resistansinya

antara lain Potensiometer, Rheostat dan Trimmer (Trimpot). Selain itu ada juga resistor yang

nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor),

yang bila terkena cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar sedangkan bila terkena cahaya

terang nilainya menjadi semakin kecil, dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah

besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor

yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC

(Negative Thermal Coefficient).

Dilihat dari fungsinya, resistor dapat dibagi menjadi :

1. Resistor Tetap (Fixed Resistor)

Yaitu resistor yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan).

Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Berfungsi sebagai

pembagi tegangan, mengatur atau membatasi arus pada suatu rangkaian serta

memperbesar dan memperkecil tegangan.

2. Resistor Tidak Tetap (variable resistor)

Yaitu resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser

atau memutar toggle pada alat tersebut, sehingga nilai resistor dapat kita

tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berfungsi sebagai pengatur volume

(mengatur besar kecilnya arus), tone control pada sound system, pengatur


3/29

tinggi rendahnya nada (bass/treble) serta berfungsi sebagai pembagi tegangan

arus dan tegangan.

2. KapasitorKapasitor adalah perangkat yang dapat menyimpan energy dalam medan listrik.

Secara umum, kapasitor terbentuk dari dua buah konduktor. Suatu kapasitor

dinamakan bermuatan Q jika kedua konduktornya diberi muatan Q yang sama

namun berbeda jenis (yaitu +Q dan Q).Proses pengisian kapasitor dilakukan dengan

menghubungkan kapasitor tersebut dengan beda potensial. Muatan yang tersimpan

dalam kapasitor berbanding lurus dengan beda potensial yang diberikan

Konstanta kesebandingannya menyatakan kapasitas (kapasitansi) kapasitor untuk

menyimpan muatan.

Q = C . V...(1)

Berarti kapasitansi suatu kapasitor merupakan perbandingan antara muatan yang

disimpannya dengan beda potensial antara konduktor-konduktornya. Tujuan

penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian elektronika sebagai berikut:

1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan yang lainnya (padarangkaian Power Supply)

2. Sebagai filter dalam rangkaian Power Supply3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian antena4. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila di pasang pada saklar

Berdasarkan kegunaannya, kapasitor atau kondensator dapat dibagi menjadi

beberapa tipe sebagai berikut:

a) Kondensator tetap (nilai kapasitansi tetap dan tidak dapat diubah)b) Kondensator elektrolit (Electrolyte Condenser =Elco)c) Kondensator variabel (nilai kapasitansi dapat diubah)

Berdasarkan bahan dielektrik yang digunakan, kapasitor dapat dibedakan menjadi

beberapa tipe seperti berikut:

a) Kapasitor elektrostatikb) Kapasitor elektrolitikc) Kapasitor elektrokimia

Selama proses pengisian kapasitor, muatan positif dipindahkan dari salah satu pelat

(pelat negatif) ke pelat lainnya (pelat positif). Jika muatan sebesar q dipindahkan maka

energi potensial muatan tersebut bertambah sebesar qV. Artinya untuk mengisi


4/29

kapasitor diperlukan sejumlah usaha (energi) yang kemudian disimpan dalam bentuk

energi potensial muatan yang berpindah. Energi yang diperlukan untuk memindahkan

muatan dq melalui beda potensial V adalah

...(2)

sehingga energi yang diperlukan untuk mengisikan muatan sebesar Q adalah

...(3)

Rangkaian yang digunakan pada percobaan kali ini adalah rangkaian RC. RC merupakan

singkatan dari Resistor Capasitor. Rangkaian RC berarti rangkaian yang terdiri dari resistor

dan kapasitor. Aliran arus listrik bersifat konstan, artinya arus listrik tidak berubah terhadapwaktu. Rangkaian RC memiliki perilaku yang cukup berbeda. Pada rangkaian RC, terdapat

proses yang disebut dengan charging dan discharging kapasitor (pengisian muatan dan

pengosongan muatan).

1. Sirkuit RC (Resistor-Capasitor)Sebuah rangkaian listrik yang tersusun dari resistor dan kapasitor sebagai

komponen utamanya disebut sirkuit RC atau dengan istilah RC Filter. Sirkuit RC

dapat digunakan untuk menyaring sinyal yakni dengan menahan frekuensi sinyal

tertentu dan meneruskan sinyal yang lainnya. Sirkuit RC orde 1 yang tersusun dari

satu resistor dan satu kapasitor merupakan sirkuit RC paling sederhana. Ada 4 jenis

RC Filter yaitu, high-pass filter, low-pass filter, band-pass filter, dan band-stop.

Sirkuit RC Paralel Sirkuit RC Seri

Gambar 1. Sirkuit RC Paralel dan Seri


5/29

Ketika sirkuit terdiri dari satu kapasitor bermuatan dan satu resistor, kapasitor akan

melepaskan energi yang disimpannya melalui resistor. Tegangan di kapasitor, yang

tergantung pada waktu, dapat dicari dengan menggunakan hukum Kirchoff. Hukum

Kirchoff menyatakan bahwa arus yang mengalir melalui kapasitor harus sama dengan

arus yang melalui resistor dan hasilnya berupa persamaan diferensial linier.

+

= 0...(4)

Dengan menyelesaikannya untuk V, dihasilkan persamaan eksponensial:

()=

...(5)

dimana, V0 = tegangan kapasitor saat t=0

Waktu yang dibutuhkan agar tegangan menjadi V0/;edinamakan RC time constant

dimana:

= ...(6)

Gambar 2. Sirkuit RC orde1

saat t=0, ketika S ditutupPada kapasitor C tidak ada muatan sehingga tak ada beda potensial di ujung

ujung kapasitor. Beda potensial di ujung ujung R adalah

arus maksimum I0=/R

saat t=t, setelah S ditutupPada kapasitor sudah ada muatan Q (+Q di pelat [+] dan -Q di pelat [-]).Tegangan di ujung-ujung kapasitor menjadi Q/C. Akibatnya tegangan di ujung

resistor dan arus I turun.

C

R

+

S


6/29

2. Siklus Pengisian Muatan & Pelepasan Muatan Pada Sirkuit RC

a. b.Gambar 3. Rangkaian RC Pengisian dan Pelepasan Muatan Kapasitor

a) Jika kapasitor yang dihubungkan dengan terminal-terminal baterai, makaakan terjadi pengisian (muatan) pada pelat-pelat kapasitor.

b)Jika ujung ujung kapasitor yang bermuatan dihubungkan dengan kawatkonduktor, pada kapasitor akan segera terjadi pengosongan muatan.

Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan pada resistor sama dengan jumlah arus

yang mengalir melalui resistor dikalikan dengan nilai resistansinya. Ini berarti bahwa

tegangan hanya meningkat melalui sebuah resistor hanya ketika arus mengalir

melaluinya.

Sebuah kapasitor mampu menyimpan muatan elektron. Ketika tidak bermuatan,

kedua pelat kapasitor secara mendasar mengandung jumlah elektron bebas yang sama.

Ketika bermuatan, salah satu pelat mengandung lebih banyak elektron bebas dari pada

pelat yang lainnya. Perbedaan dalam jumlah elektron ini adalah ukuran muatan pada

kapasitor. Akumulasi dari muatan ini membentuk tegangan yang melalui terminal

kapasitor, dan muatan terus meningkat sampai tegangan ini sama dengan tegangan

yang diberikan. Muatan dalam kapasitor berhubungan dengan kapasitansi dan

tegangan dan dinyatakan sebagai berikut:

=...(7)dengan Q: muatan (Coulomb) dan E: gaya gerak listrik melalui kapasitor (volt)

C

R

+

S

C

R

+

S


7/29

Gambar 4. Rangkaian percobaan pengukuran arus dan tegangan kapasitor

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gambar 4, 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.Besar tegangan dan arus saat rangkaian terbuka adalah sebagai berikut.

...(8)

...(9)

Sedangkan besar tegangan dan arus saat rangkaian tertutup adalah sebagai berikut.

...(10)

...(11)


8/29

(pengisian muatan) (pelepasan muatan)

Gambar 5. Ilustrasi kurva rangkaian pengisian dan pelepasan muatan kapasitor

C. PeralatanKapasitorResistorAmperemeterVoltmeterVariable power supplyCamcorderUnit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

D. Prosedur Percobaan dan Data Pengamatana. Prosedur Percobaan

1. Melakukan login di http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory, lalu masuk ke dalamhalaman login R-LAB melalui link yang tertera pada Pekan Praktikum ke-6

untuk tanggal 14 November 2011 dengan modul praktikum LR01 Charge

Discharge.

2. Melakukan login pada halaman login R-LAB sehingga muncul tampilanperalatan berikut.


9/29

Gambar 4. Rangkaian percobaan pengukuran arus dan tegangan kapasitor.

3. Mengatur model rangkaian yang digunakan, dengan memilih model 1 padapengaturan pemilihan model rangkaian sebagai berikut.

4. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button pada pilihanmenghidupkan power supply sebagai berikut.

5. Mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian/pelepasankapasitor, dengan mengklik tombol ukur sebagai berikut.

6. Mengulangi prosedur nomor 3 hingga prosedur nomor 5 untuk model rangkaina2, 3, dan 4.

b. Data PengamatanTabel 1. Data Pengamatan untuk model rangkaian 1

Waktu IC VC

1 3,97 1,03

2 3,18 1,82

3 2,55 2,45


10/29

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 0,42 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 3,11 3,11

18 2,50 2,50

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 0,4627 0.38 0,38

28 0,31 0,31

29 0,25 0,25

30 0,21 0,21


11/29

Tabel 2. Data Pengamatan untuk model rangkaian 2

Waktu IC VC

1 11,13 1,44

2 8,02 2,43

3 5,77 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 0,29 4,91

12 0,15 4,95

13 0,05 4,99

14 0,00 5,00

15 0,00 5,00

16 11,29 3,61

17 8,19 2,62

18 5,97 1,91

19 4,37 1,40

20 3,21 1,03

21 2,37 0,76

22 1,74 0,56

23 1,30 0,42

24 0,96 0,31

25 0,72 0,23

26 0,53 0,17

27 0.40 0,13

28 0,31 0,10

29 0,23 0,07

30 0,17 0,05


12/29


13/29

Tabel 4. Data Pengamatan untuk model rangkaian 4

Waktu IC VC

1 6,69 2,86

2 3,13 4,00

3 1,47 4,53

4 0,66 4,79

5 0,24 4,92

6 0,02 5,00

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 7,09 2,27

17 3,45 1,10

18 1,76 0,56

19 0,92 0,29

20 0,50 0,16

21 0,29 0,09

22 0,17 0,05

23 0,11 0,03

24 0,06 0,02

25 0,05 0,01

26 0,03 0,01

27 0,02 0,00

28 0,02 0,00

29 0,00 0,00

30 0,00 0,00


14/29

E. Evaluasi Percobaan1. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiap

model rangkaian yang digunakan!

Jawab :

Gambar 6. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

rangkaian model 1


rangkaian model 2

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V

(volt)

t (detik)

Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)



15/29


rangkaian model 3


rangkaian model 4

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)


0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)



16/29

2. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuktiap model rangkaian yang digunakan!

Jawab :

Gambar 10. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengosongan kapasitor untuk

rangkaian model 1


rangkaian model 2

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

Volt)

t (detik)



17/29


rangkaian model 3


rangkaian model 4

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

Volt)

t (detik)


0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

Volt)

t (detik)



18/29

3. Hitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang dibuatdan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai komponen R dan C! Bandingkan

hasilnya!

Jawab :

Rangkaian Model 1


rangkaian model 1

Garis tangensialy-b = m (x-a)

y-0 =,

(x-0)

y = 1,03x

Asimtoty = 4,86

Perpotongan garis tangensial dan asimtot1,03x = 4,86

x = 4,718

= 4,718 detik

dari nilai komponen R dan CR = 47 k, C = 100F

= RxC = 47 k x 100F = 4,7detik

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(v

olt)

t (detik)



19/29

Perbandingan konstanta waktu percobaan dan teoritispercobaan = 4,718 detik

teoritis = 4,7 detik

%Error =|,,|

,x 100% = 0,383%

Rangkaian Model 2


rangkaian model 2


y-0 =,

(x-0)

y = 1,44x

Asimtoty = 5

Perpotongan garis tangensial dan asimtot1,44x = 5

x = 3,472

= 3,472 detik

dari nilai komponen R dan CR = 49350 , C = 7,05x 10-5 F

= RxC = 49350 x 7,05x 10-5 F = 3,479175 detik

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)



20/29



%Error =|,,|

,x 100% = 0,206%

Rangkaian Model 3


rangkaian model 3


y-0 =,

(x-0)

y = 2,25xAsimtot

y = 5


x = 2,222

= 2,222 detik

dari nilai komponen R dan CR = 23500 , C = 100 F

= RxC = 23500 x 100 F = 2,35 detik

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)



21/29



%Error =|,,|

,x 100% = 5,447%

Rangkaian Model 4


rangkaian model 4


y-0 =,

(x-0)

y = 2,86x

Asimtoty = 5


x = 1,748

= 1,748 detik

dari nilai komponen R dan CR = 23500 , C = 7,05x10

-5F

= RxC = 23500 x 7,05x10-5F = 1,65675 detik

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

V(

volt)

t (detik)



22/29



%Error =|,,|

,x 100% = 5,508%

4. Buatlah analisis dari hasil percobaan ini!Jawab :

Analisa PercobaanPada percobaan modul LR-01 ini, praktikan melakukan percobaan online dengan

menggunakan fasilitas RLAB. Praktikan melakukan percobaan dengan tujuan untuk

mempelajari karakteristik tegangan dan arus pada kapasitor pada saat pengisian dan

pelepasan muatan.

Secara garis besar, praktikan melakukan percobaan dengan memilih suatu model

rangkaian seperti pada Gambar kemudian memberikan suatu beda potensial pada

rangkaian tersebut dengan cara menghidupkan power supply/baterai, serta mencatat

tegangan dan arus yang terukur pada kaki-kaki kapasitor pada model rangkaian

tersebut. Kemudian praktikan mengulangi percobaan tersebut untuk model rangkaian

yang berbeda-beda (ada 4 model rangkaian).

Gambar 4. Rangkaian percobaan pengukuran arus dan tegangan kapasitor.

Setelah menghidupkan power supply/baterai, maka arus listrik akan mengalir pada

resistor dan menyebabkan proses pengisian muatan pada kapasitor. Arus listrik inibersifat tidak konstan yakni berubah-ubah terhadap waktu, hal ini terjadi akibat adanya

bahan elektrik pada kapasitor. Arus listrik semakin lama akan semakin menurun

sementara tegangan pada kapasitor akan naik hingga rangkaian berapa pada keadaan


23/29

kesetimbangan, yaitu pada saat beda potensial power supply/baterai sama dengan beda

potensial kapasitor, dimana persamaan (1) berlaku.

Lalu ketika hubungan dengan power supply/baterai diputus, rangkaian akan hanya

terdiri dari resistor dan kapasitor saja. Kapasitor yang telah terisi muatan tersebut akan

memicu aliran listrik pada rangkaian tersebut. Muatan pada kapasitor semakin lama

semakin menurun sehingga arus listrik yang mengalir pada resistor serta tegangan

pada kapasitor pun akan semakin kecil dan menjadi.mendekati nol. Peristiwa ini

merupakan proses dari pengosongan muatan kapasitor.

Praktikan mencatat 30 yang terukur pada masing-masing model rangkaian RC oleh

voltmeter dan amperemeter dengan interval 1 detik antara data yang satu dengan data

yang lain. Dari data-data tersebut praktikan menentukan konstanta waktu pada tiap

rangkaian dari grafik yang terbentuk serta membandingkannya dengan konstanta

waktu yang diperoleh dari perhitungan nilai komponen R dan C sebagaimana pada

persamaan (6).

Analisa HasilPada data hasil pengukuran yang disajikan pada Tabel 1 hingga Tabel 4, terlihat

bahwa terjadi perubahan tegangan dan arus yang bervariasi untuk model rangkaian 1,

2, 3, dan 4. Pada Tabel 1, terlihat bahwa arus listrik menurun dari 3,97 A hingga 0,14

A serta tegangan naik dari 1,03 V hingga 4,86 V untuk 15 data pertama pada model

rangkaian 1. Hal ini menunjukkan bahwa pada 15 detik pertama terjadi proses

pengisian muatan yang ditandai dengan menurunnya arus listrik serta naiknya

tegangan yang terukur oleh voltmeter dan amperemeter. Proses pengisian muatan yang

terjadi tidak berlangsung hingga kapasitor penuh (fully charged). Hal ini dikarenakan

arus listrik yang mengalir tidak menurun menjadi nol namun mendekati nol, berarti

kapasitor masih dapat mengijinkan arus listrik untuk mengalir (proses pengisian

muatan sebenarnya masih dapat berlangsung lagi). Sementara itu, pada nilai arus

untuk detik ke-15 (0,14 A) ke detik ke-16 (3,88 A) dan nilai tegangan untuk detik ke-

15 (4,86 V) ke detik ke-16 (3,88 V) terlihat bahwa ada kenaikan nilai arus listrik yang

mengalir dan nilai tegangan kapasitor yang menurun. Peristiwa ini merupakan tanda

bahwa terjadi proses pengosongan muatan pada kapasitor. Arus listrik kembali

mengalir hingga mendekati nol untuk 15 detik berikutnya (3,88 A - 0,21 A), sementara

tegangan kapasitor juga semakin menurun (3,88 V - 0,21 V) mendekati nol.

Konstanta waktu yang dihitung dari nilai komponen R dan C (47 k dan 100 F)adalah 4,7 detik.

Pada Tabel 2, terlihat bahwa arus listrik menurun dari 11,13 A hingga 0,00 A dan

tegangan naik dari 1,44 V hingga 5,00 V untuk 14 data pertama pada model rangkaian


24/29

2 serta kemudian konstan pada detik ke-14 hingga detik ke-15. Hal ini menunjukkan

bahwa pada 14 detik pertama terjadi proses pengisian muatan yang ditandai dengan

menurunnya arus listrik serta naiknya tegangan yang terukur oleh voltmeter dan

amperemeter. Proses pengisian muatan yang terjadi berlangsung hingga kapasitor

penuh (fully charged) dan tercapai keadaan setimbang yang ditandai dengan adanya

nilai arus listrik yang bernilai nol serta nilai konstan tegangan. Hal ini dikarenakan

arus listrik yang mengalir menurun menjadi nol dan mencapai kondisi dimana

kapasitas muatan dalam kapasitor sudah terisi penuh, berarti kapasitor sudah tidak

mengijinkan arus listrik untuk mengalir (proses pengisian muatan sudah tidak dapat

berlangsung lagi). Sementara itu, pada nilai arus untuk detik ke-15 (0,00 A) ke detik

ke-16 (11,29 A) dan nilai tegangan untuk detik ke-15 (5,00 V) ke detik ke-16 (3,61 V)

terlihat bahwa ada kenaikan nilai arus listrik yang mengalir dan nilai tegangan

kapasitor yang menurun. Peristiwa ini merupakan tanda bahwa terjadi proses

pengosongan muatan pada kapasitor. Arus listrik kembali mengalir hingga mendekati

nol untuk 15 detik berikutnya (11,29 A - 0,17 A), sementara tegangan kapasitor juga

semakin menurun (3,61 V - 0,05 V) mendekati nol. Konstanta waktu yang dihitung

dari nilai komponen R dan C (49350 dan 7,05 x 10-5F) adalah 3,479175 detik.

Pada Tabel 3, terlihat bahwa arus listrik menurun dari 2,75 A hingga 0,00 A dan

tegangan naik dari 2,25 V hingga 5,00 V untuk 9 data pertama pada model rangkaian

3 serta kemudian konstan pada detik ke-9 hingga detik ke-15. Hal ini menunjukkan

bahwa pada 9 detik pertama terjadi proses pengisian muatan yang ditandai dengan

menurunnya arus listrik serta naiknya tegangan yang terukur oleh voltmeter dan

amperemeter. Proses pengisian muatan yang terjadi berlangsung hingga kapasitor

penuh (fully charged) dan tercapai keadaan setimbang yang ditandai dengan adanya

nilai arus listrik yang bernilai nol serta nilai konstan tegangan. Hal ini dikarenakan

arus listrik yang mengalir menurun menjadi nol dan mencapai kondisi dimana

kapasitas muatan dalam kapasitor sudah terisi penuh, berarti kapasitor sudah tidak

mengijinkan arus listrik untuk mengalir (proses pengisian muatan sudah tidak dapat

berlangsung lagi). Sementara itu, pada nilai arus untuk detik ke-15 (0,00 A) ke detik

ke-16 (2,91 A) dan nilai tegangan untuk detik ke-15 (5,00 V) ke detik ke-16 (2,91 V)

terlihat bahwa ada kenaikan nilai arus listrik yang mengalir dan nilai tegangan

kapasitor yang menurun. Peristiwa ini merupakan tanda bahwa terjadi proses

pengosongan muatan pada kapasitor. Arus listrik kembali mengalir hingga mendekatinol untuk 14 detik berikutnya (2,91 A - 0,01 A) lalu konstan pada detik ke-16 hingga

detik ke-29, sementara tegangan kapasitor juga semakin menurun (2,91 V - 0,01 V)

lalu konstan pada detik ke-16 hingga detik ke-29 mendekati nol. Peristiwa


25/29

pengosongan muatan yang terjadi hampir sempurna yaitu hampir kembali ke keadaan

semula sebelum kapasitor mengalami pengisian muatan. Hal ini ditandai nilai arus

listrik dan tegangan yang konstan dan mendekati nol pada detik ke-14 hingga detik ke-

29. Berarti, apabila percobaan saat proses pengosongan muatan dilakukan lebih

daripada 15 detik, maka proses tersebut masih dapat berlangsung lagi hingga kembali

ke keadaan semula sebelum kapasitor mengalami pengisian muatan. Konstanta waktu

yang dihitung dari nilai komponen R dan C (23500 dan 100 F) adalah 2,35 detik.

Pada Tabel 4, terlihat bahwa arus listrik menurun dari 6,69 A hingga 0,00 A untuk

7 data pertama pada model rangkaian 4 serta kemudian konstan pada detik ke-7

hingga detik ke-15. Sementara itu, tegangan naik dari 2,86 V hingga 5,00 V untuk 6

data pertama pada model rangkaian 4 serta kemudian konstan pada detik ke-6 hingga

detik ke-15. Hal ini menunjukkan bahwa pada 6 detik pertama terjadi proses pengisian

muatan yang ditandai dengan menurunnya arus listrik serta naiknya tegangan yang

terukur oleh voltmeter dan amperemeter. Proses pengisian muatan yang terjadi

berlangsung hingga kapasitor hampir penuh (fully charged) pada detik ke-6, lalufully

charged pada detik ke-7, dan tercapai keadaan setimbang yang ditandai dengan

adanya nilai arus listrik yang mendekati nilai nol lalu konstan nol serta nilai konstan

tegangan. Pada detik ke-6 sebenarnya keadaan setimbang saat tegangan mulai konstan,

sebenarnya kesetimbangan sudah hampir terjadi. Namun, karena ada kebocoran arus

yang mengalir melalui dielektrik, maka kesetimbangan baru terjadi pada detik ke-7,

yang ditandai dengan mulai konstannya arus dengan nilai nol. Pada saat itu tercapai

kondisi dimana kapasitas muatan dalam kapasitor sudah terisi penuh, berarti kapasitor

sudah tidak mengijinkan arus listrik untuk mengalir (proses pengisian muatan sudah

tidak dapat berlangsung lagi). Sementara itu, pada nilai arus untuk detik ke-15 (0,00

A) ke detik ke-16 (7,09 A) dan nilai tegangan untuk detik ke-15 (5,00 V) ke detik ke-

16 (2,27 V) terlihat bahwa ada kenaikan nilai arus listrik yang mengalir dan nilai

tegangan kapasitor yang menurun. Peristiwa ini merupakan tanda bahwa terjadi proses

pengosongan muatan pada kapasitor. Arus listrik kembali mengalir hingga mendekati

nol untuk 14 detik berikutnya (7,09 A - 0,00 A) lalu konstan pada detik ke-29 hingga

detik ke-30 bernilai nol, sementara tegangan kapasitor juga semakin menurun (2,27 V

- 0,00 V) pada detik ke-16 hingga detik ke-27 lalu konstan pada detik ke-27 hingga

detik ke-30 bernilai nol. . Hal ini menunjukkan bahwa pada detik ke-16 hingga detik

ke-27 terjadi proses pengosongan muatan yang ditandai nilai tegangan yang turun lalukonstan pada detik ke-27 hingga detik ke-30. Proses pengosongan muatan yang terjadi

berlangsung hampir sempurna pada detik ke-27, lalu sempurna pada detik ke-29, dan

tercapai keadaan setimbang yang ditandai dengan adanya nilai arus listrik yang


26/29

mendekati nilai nol lalu konstan nol serta nilai konstan nol tegangan. Pada detik ke-27

sebenarnya keadaan semula saat kapasitor belum diisi muatan sudah hampir terjadi.

Namun, karena ada simpanan muatan pada dielektrik kapasitor, maka keadaan awal

baru tercapai pada detik ke-29, yang ditandai dengan mulai konstannya arus dengan

nilai nol. Konstanta waktu yang dihitung dari nilai komponen R dan C (23500 dan

7,05x10-5F) adalah 1,65675 detik.

Analisa GrafikGambar 6, 7, 8, dan 9 merupakan grafik hubungan antara tegangan pada kaki-kaki

kapasitor terhadap waktu pada saat pengisian muatan kapasitor berturut-turut untuk

rangkaian model 1, 2, 3, dan 4. Grafik ini terdiri dari nilai-nilai tegangan yang terukur

pada voltmeter di sumbu y dan interval waktu dalam detik pada sumbu x. Nilai

tegangan diperoleh dari data ke-1 hingga data ke-15 pada Tabel 1 untuk rangkaian

model 1, Tabel 2 untuk rangkaian model 2, Tabel 3 untuk rangkaian model 3, serta

Tabel 4 untuk rangkaian model 4. Grafik tegangan yang dihasilkan merupakan

representasi dari nilai tegangan pada kapasitor saat pengisian muatan, yang naik secara

eksponensial. Sementara itu, Gambar 10, 11, 12, dan 13 merupakan grafik hubungan

antara tegangan pada kaki-kaki kapasitor terhadap waktu pada saat pengosongan

muatan kapasitor berturut-turut untuk rangkaian model 1, 2, 3, dan 4. Nilai tegangan

diperoleh dari data ke-16 hingga data ke-30 pada Tabel 1 untuk rangkaian model 1,

Tabel 2 untuk rangkaian model 2, Tabel 3 untuk rangkaian model 3, serta Tabel 4

untuk rangkaian model 4, yang menunjukkan penurunan tegangan secara

eksponensial.

Konstanta waktu percobaan dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor

pada masing-masing model rangkaian. Mula-mula, praktikan menarik garis tangensial

dari kurva pengisian pada titik t = 0 s, lalu praktikan menarik garis asimtot dari kurva

pengisian. Kemudian dengan menarik garis yang tegak lurus dari titik perpotongan

antara garis tangensial dengan garis asimtot ke sumbu x, garis tersebut akan

memotong suatu titik, dimana titik tersebut adalah konstanta waktu dari percobaan,

yaitu 4,718 detik untuk model rangkaian 1. Untuk model rangkaian 2, konstanta waktu

percobaannya adalah 3,472 detik. Sedangkan untuk model rangkaian 3 dan 4,

konstanta waktu percobaannya berturut-turut adalah 2,222 detik dan 1,748 detik.

Analisa Kesalahan Perbandingan antara konstanta waktu percobaan (dihitung dari grafik kurva

pengisian muatan kapasitor) dan kosntanta waktu (dihitung dari nilai komponen

R dan C) serta % errornya adalah sebagai berikut.


27/29

a. Model Rangkaian 1percobaan = 4,718 detik


%Error =|,,|

,x 100% = 0,383%

b. Model Rangkaian 2percobaan = 3,472 detik


%Error =|

,

,|

, x 100% = 0,206%

c. Model Rangkaian 3percobaan = 2,222 detik


%Error =|,,|

,x 100% = 5,447%

d. Model Rangkaian 4percobaan = 1,748 detik


%Error =|,,|

,x 100% = 5,508%

Karena percobaan ini merupakan percobaan yang bersifat online, makapraktikan memiliki keterbatasan untuk memperkirakan apa saja kesalahan-

kesalahan yang terjadi dan penyebab-penyebab kesalahan tersebut. Maka

praktikan menduga bahwa kesalahan yang terjadi mungkin adalah pada saat

pengambilan data pengamatan pada pengukuran tegangan dan arus pada kaki-

kaki kapasitor, yang diakibatkan oleh adanya kesalahan instrumen pengukuran

yaitu voltmeter dan amperemeter ataupun adanya error pada rangkaian, yang

tidak diketahui praktikan dengan pasti.


28/29

Selain itu, mungkin adanya faktor human error dari praktikan baik saat

pengambilan data, penyusunan data, serta pengolahan data percobaan. Sebagai

contoh, praktikan dapat melakukan kesalahan pada saat menarik garis tangensial

ataupun asimtot yang dibutuhkan pada perhitungan konstanta waktu hasil

percobaan. Praktikan juga menggunakan pembulatan hingga tiga angka di

belakang koma pada perhitungan konstanta waktu hasil percobaan. Hal ini

tentunya akan menyebabkan keakuratan hasil perhitungan sedikit berkurang jika

dibandingkan dengan perhitungan tanpa pembulatan.

F. KesimpulanPada saat proses pengisian muatan kapasitor, tegangan pada kaki-kaki kapasitor akan

naik secara eksponensial mengikuti hubungan matematis berikut.

Pada saat proses pengosongan muatan kapasitor, tegangan pada kaki-kaki kapasitorakan turun secara eksponensial mengikuti hubungan matematis berikut.

Pada saat proses pengisian muatan kapasitor, arus listrik yang mengalir pada kaki-kaki kapasitor akan turun secara eksponensial mengikuti hubungan matematis

berikut.

Pada saat proses pengosongan muatan kapasitor, arus listrik yang mengalir padakaki-kaki kapasitor akan turun secara eksponensial mengikuti hubungan matematis

berikut.

Konstanta waktu adalah waktu yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi

V0, yang besarnya tergantung pada nilai resistor (R) dan kapasitor (C) yang

digunakan sesuai dengan persamaan berikut.

=


29/29

G. Referensi1. Giancoli, D.C. 2001. Fisika, Edisi Kelima Jilid Dua. (Terj. Yuhilza

Hanum). Jakarta: Penerbit Erlangga

2. Halliday, Resnick, Walker. 1984. Fisika, Edisi Ketiga Jilid Dua. (Terj.Pantur Silaban dan Erwin Sucipto). Jakarta: Penerbit Erlangga

3. http://sitrampil7.ui.ac.id/lr01Diakses oleh Rizqi Pandu Sudarmawan pada hari Sabtu tanggal 20

November 2011, pukul 12.01-12.10 WIB.

4.http://www.geocities.ws/handounimed/medianerdi/karakteristik_pengisiand

an_pengosongan_kapasitor.html

Diakses oleh Rizqi Pandu Sudarmawan pada hari Sabtu tanggal 20


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

Diakses oleh Rizqi Pandu Sudarmawan pada hari Sabtu tanggal 20


6. Tipler, P A., 1998.Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid 2.(Terj. BambangSoegiono).Jakarta: Penebit Erlangga

Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011

Documents

Transcript of Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011