Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011

download Laporan Praktikum Modul LR 01: Fisika Dasar 2 2011

of 29

  • date post

    10-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    222
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of 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

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

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

    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

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

    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

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

    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

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

    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

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

    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)

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

    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.

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

    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

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

    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

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

    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

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

    12/29

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

    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

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

    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

    Gambar 7. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    15/29

    Gambar 8. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    rangkaian model 3

    Gambar 9. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    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)

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    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

    Gambar 11. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengosongan kapasitor untuk

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    17/29

    Gambar 12. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengosongan kapasitor untuk

    rangkaian model 3

    Gambar 13. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengosongan kapasitor untuk

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    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

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

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    19/29

    Perbandingan konstanta waktu percobaan dan teoritispercobaan = 4,718 detik

    teoritis = 4,7 detik

    %Error =|,,|

    ,x 100% = 0,383%

    Rangkaian Model 2

    Gambar 7. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    rangkaian model 2

    Garis tangensialy-b = m (x-a)

    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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    20/29

    Perbandingan konstanta waktu percobaan dan teoritispercobaan = 3,472 detik

    teoritis = 3,479175 detik

    %Error =|,,|

    ,x 100% = 0,206%

    Rangkaian Model 3

    Gambar 8. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    rangkaian model 3

    Garis tangensialy-b = m (x-a)

    y-0 =,

    (x-0)

    y = 2,25xAsimtot

    y = 5

    Perpotongan garis tangensial dan asimtot2,25x = 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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    21/29

    Perbandingan konstanta waktu percobaan dan teoritispercobaan = 2,222 detik

    teoritis = 2,35 detik

    %Error =|,,|

    ,x 100% = 5,447%

    Rangkaian Model 4

    Gambar 9. Grafik Tegangan (sumbu y) terhadap Waktu (sumbu x) saat pengisian kapasitor untuk

    rangkaian model 4

    Garis tangensialy-b = m (x-a)

    y-0 =,

    (x-0)

    y = 2,86x

    Asimtoty = 5

    Perpotongan garis tangensial dan asimtot2,86x = 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)

    Grafik Tegangan (V) vs Waktu (t)

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

    22/29

    Perbandingan konstanta waktu percobaan dan teoritispercobaan = 1,748 detik

    teoritis = 1,65675 detik

    %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

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

    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

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

    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

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

    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

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

    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.

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

    27/29

    a. Model Rangkaian 1percobaan = 4,718 detik

    teoritis = 4,7 detik

    %Error =|,,|

    ,x 100% = 0,383%

    b. Model Rangkaian 2percobaan = 3,472 detik

    teoritis = 3,479175 detik

    %Error =|

    ,

    ,|

    , x 100% = 0,206%

    c. Model Rangkaian 3percobaan = 2,222 detik

    teoritis = 2,35 detik

    %Error =|,,|

    ,x 100% = 5,447%

    d. Model Rangkaian 4percobaan = 1,748 detik

    teoritis = 1,65675 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.

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

    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.

    =

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

    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

    November 2011, pukul 14.23-14.56 WIB.

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

    Diakses oleh Rizqi Pandu Sudarmawan pada hari Sabtu tanggal 20

    November 2011, pukul 17.23-17.46 WIB.

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