LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA

DASAR 2

“LR01 – Charge Discharge”

Nama : Ghassan Tsabit Rivai

NPM : 1406552976

Fakultas : Teknik

Departemen : Teknik Kimia

Tanggal Praktikum : 14 September 2015

Laboratorium Fisika Dasar

UPP – IPD

Universitas Indonesia

Charge Discharge (LR-01)

I. Tujuan

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II. Alat

1. Kapasitor

2. Resistor

3. Amperemeter

4. Voltmeter

5. Variable power supply

6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ perangkat pengendali otomatis

III. Teori

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 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.

Kapasitor adalah suatu alat elektronika yang dapat menyimpan energi

dalam bentuk medan listrik dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari

muatan listrik. Kapasitor memiliki beberapa jenis, berdasarkan kegunaannya ada 3 jenis

kapasitor :

1. Kapasitor tetap

Kapasitor yang nilai kapasitasnya tidak dapat diubah. Ada tiga macam bentuk

dari kapasitor tetap ini, yaitu kapasitor keramik, kapasitor polyster dan kapasitor

kertas.

2. Kapasitor elektrolit

(Electrolyte Condenser = elco) yaitu kapasitor yang biasanya berbentuk

tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif dengan kutub

positif ditandai dengan kaki yang lebih panjang daripada kutub negatif.

3. Kapasitor variabel

Kapasitor yang nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah. Jenis dari kapasitor ini

ada 2 yaitu kapasitor variabel dan kapasitor trimmer. Dari beberapa jenis dari

kapasitor tersebut, pada dasarnya prinsip kerja dari kapasitor adalah dua keping

konduktor bermuatan yang memiliki perbedaan muatan yang dijauhkan pada jarak

tertentu.

IV. Cara Kerja

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

bawah halaman ini.

1. Mengaktifkan Web cam (meng-klik 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

Gambar sistem charge discharge

V. Tugas dan Evaluasi

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

tiap model rangkaian yang digunakan !

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

untuk tiap model rangkaian yang digunakan!

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 !

Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC

1 3.98 1.02 1 11.17 1.43 1 2.66 2.34 1 6.49 2.92

2 3.18 1.82 2 8.03 2.43 2 1.56 3.44 2 3.01 4.04

3 2.55 2.45 3 5.79 3.15 3 0.93 4.07 3 1.41 4.55

4 2.04 2.96 4 4.18 3.66 4 0.56 4.44 4 0.63 4.80

5 1.64 3.36 5 3.01 4.04 5 0.33 4.67 5 0.24 4.92

6 1.31 3.69 6 2.15 4.31 6 0.19 4.81 6 0.05 4.99

7 1.05 3.95 7 1.53 4.51 7 0.10 4.90 7 0.00 5.00

8 0.84 4.16 8 1.07 4.66 8 0.04 4.96 8 0.00 5.00

9 0.67 4.33 9 0.73 4.77 9 0.01 4.99 9 0.00 5.00

10 0.53 4.47 10 0.47 4.85 10 0.00 5.00 10 0.00 5.00

11 0.42 4.58 11 0.29 4.91 11 0.00 5.00 11 0.00 5.00

12 0.33 4.67 12 0.15 4.95 12 0.00 5.00 12 0.00 5.00

13 0.25 4.75 13 0.06 4.98 13 0.00 5.00 13 0.00 5.00

14 0.20 4.80 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00

15 0.15 4.85 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00

16 3.94 3.94 16 11.44 3.66 16 2.88 2.88 16 7.18 2.30

17 3.22 3.22 17 8.42 2.69 17 1.74 1.74 17 3.57 1.14

18 2.63 2.63 18 6.20 1.98 18 1.08 1.08 18 1.86 0.60

19 2.16 2.16 19 4.58 1.47 19 0.68 0.68 19 1.02 0.33

20 1.77 1.77 20 3.41 1.09 20 0.43 0.43 20 0.58 0.19

21 1.46 1.46 21 2.54 0.81 21 0.29 0.29 21 0.35 0.11

22 1.20 1.20 22 1.89 0.61 22 0.19 0.19 22 0.21 0.07

23 0.99 0.99 23 1.42 0.45 23 0.13 0.13 23 0.14 0.04

24 0.81 0.81 24 1.05 0.34 24 0.09 0.09 24 0.09 0.03

25 0.67 0.67 25 0.79 0.25 25 0.06 0.06 25 0.08 0.02

26 0.55 0.55 26 0.60 0.19 26 0.04 0.04 26 0.05 0.01

27 0.45 0.45 27 0.46 0.15 27 0.03 0.03 27 0.03 0.01

28 0.38 0.38 28 0.34 0.11 28 0.02 0.02 28 0.03 0.01

29 0.31 0.31 29 0.26 0.08 29 0.02 0.02 29 0.02 0.00

30 0.26 0.26 30 0.20 0.06 30 0.01 0.01 30 0.02 0.00

MODEL 1 MODEL 2 MODEL 3 MODEL 4

VI. Hasil Percobaan

Setelah dilakukan eksperimen sesuai dengan prosedur yang digunakan, maka

didapatkan data hasil percobaan. Data hasil percobaan ditampilkan dalam tebel

berikut :

1.1 Tabel hasil percobaan

Percobaan dilakukan sebanyak 4 (empat) kali dengan 30 (tiga puluh) data pada

masing-masing percobaan dengan model yang berbeda-beda.

VII. Pengolahan data

Berdasarkan data percobaan yang diperoleh, maka dilakukan pengolahan data.

Berdasarkan data hasil percobaan, dapat diketahui bahwa dalam setiap model

percobaan terdapat dua proses percobaan, yaitu pengisian kapasitor dan pengosongan

kapasitor.

Tabel hasil percobaan menunjukkan bahwa pada saat waktu (t)=0 sampai

dengan waktu (t)=15 terjadi proses pengisian kapasitor dan pada saat waktu (t)=16

sampai dengan waktu (t)=30 terjadi proses pengososngan kapasitor. Hal tersebut dapat

dilihat dari tegangan listrik yang naik pada saat waktu t=0 hingga t=15 dan tegangan

listrik turun pada saat waktu t=16 hingga t=30 yang terjadi pada semua model

percobaan. Naiknya tegangan mengindikasikan terjadinya proses pengisian kapasitor

sedangkan turunnya tegangan mengindikasikan terjadinya proses pengosongan

kapasitor.

A. Pengisisan kapasitor

Untuk mengetahui hubungan tegangan terhadap waktu pada kapasitor pada

proses pengisian, nilai hambatan pada rangkaian yang digunakan harus diketahui

dengan menggunakan hukum Kirchoff II :

“Total Tegangan (beda potensial) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol”

ΣE +ΣIR = 0

Setelah itu, dilakukan pengolahan data dengan menggunakan metode least square.

Menggunakan aplikasi Macromedia Flash Player 7 Regresi Linear. Hasil dari metode

least square tersebut adalah a sebagai nilai y, dan Δb sebagi nilai –t/τ.

Model 1

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 1,7768e0,027t

-t/τ = 0,027t

τ = 2,6559

Model 2

Model 3

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 2,5 e0,0329t

-t/τ = 0,0329t

τ = 4,095

Model 3

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 3,5366e0,03t

-t/τ = 0,03t

τ = 5,546

Model 4

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 4,072 e0,026t

-t/τ = 0,026t

τ = 6,014

B. Saat Pengosongan Kapasitor

Selain pengolahan data pada saat pengisian kapasitor, dilakukan juga pada

saat pengosongan kapasitor yang terjadi pada saat t = 16 sampai dengan t = 30.

Dengan menggunakan metode yang sama, dilakukan pengolahan data dengan

waktu t = 16 dijadikan patokan awal waktu.

Model 1

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 4,6451e0,029t

-t/τ = 0,029t

τ = 7.176

Model 2

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 2,6316 e0,032t

-t/τ = 0,032t

τ = 4,252

Model 3

ν(t) = ν0e

-t/τ

y = 1,6566 e0,031t

-t/τ = 0,031t

τ = 2,637

Model 4

ν(t) = ν0e-t/τ

y = 1,122 e0,027t

-t/τ = 0,027t

τ = 1,6822

C. Perbandingan Pengisian dan Pengosongan Kapasitor pada setiap model.

Dapat diketahui dari percobaan yang telah praktikan lakukan pada rlab LR-

01, bahwa pada saat pengisisan dan pengosongan kapasitor terdapat perbedaan yang

signifikan dari grafik tegangan (V) dan grafik waktu (t). Pada saat detik t=1 hingga

t=15 menunjukkan bahwa kapasitor sedang melakukan proses pengisian, sedangkan

pada detik t=16 hingga t=30 sedang berlangsung proses pengosongan kapasitor. Dari

pengolahan data yang telah dilakukan pun terdapat perbedaan konstanta waktu yang

dihasilkan pada charge dan discharge berbeda pula. Perbedaan tersebut dapat dilihat

melalui grafik hubungan Tegangan (V) vs waktu (t) Seperti berikut :

Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

D. Least Square

Model 1

Pengisian

Pengosongan

Model 2

Pengisian

Pengosongan

Model 3

Pengisian

Pengosongan

Model 4

Pengisian

Pengosongan

VII. Analisis Data

Berdasarkan pengolahan data yang didapat setelah percobaan yang dilakukan oleh

praktikan pada rLab LR-01, hasil pengolahan data dapat dianalisa sebagai berikut.

A. Analisis Alat

Pada percobaan LR-01 mengenai charge discharge ini menggunakan sistem rLab

dengan peralatan yang dapat bekerja dengan baik. Penggunaan perangkat komputer atau

laptop sebagai kendali percobaan membuat percobaan ini dapat dilakukan tepat sesuai

dengan prosedur. Peralatan yang digunakan dalam percobaan rLab LR-01 yaitu kapasitor,

resistor, ampermeter, voltmeter, variable power supply, camcorder, unit pc dan perangkat

pengendali otomatis. Resistor, kapasitor, ampermeter, voltmeter, dan variable power supply

dirangkai sehingga membentuk 4 model yang berbeda, dimana pada setiap model

dihasilkan 30 data dengan hasil yang bervariasi. Sedangkan camcorder berfungsi untuk

memonitor peralatan yang bekerja dan unit pc yang terhubung dengan internet sebagai alat

kendali.

B. Analisis Percobaan

Pada percobaan LR-01 yang membahas mengenai proses pengisian dan pengosongan

(muatan) yang terjadi di dalam kapasitor. Percobaan ini dilakukan dengan menggunakan 4

model rangkaian. Percobaan pada masing-masing model dilakukan dari waktu (t) = 1

hingga t = 30. Dalam percobaan ini, praktikan mencari hubungan tegangan pada kaki-kaki

resistor dengan proses pengisian dan pengosongan muatan dalam kapasitor. Praktikan juga

mencari konstanta waktu pada keempat model yang berbeda dengan menggunakan rumus

dan metode least square.

Percobaan telah dilakukan sesuai sesuai prosedur. Penggunaan sistem ini (rLab)

membuat praktikan tidak bekerja secara langsung memegang peralatan percobaan.

Melainkan memonitor peralatan yang bekerja dengan alat kendali yaitu perangkat

komputer atau laptop yang terhubung ke sistem jaringan internet.

C. Analisis Hasil

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dan menghasilkan data hasil percobaan.

Data yang didapatkan sebanyak 30 data setiap modelnya, sehingga diperoleh 120 data. Dari

data tersebut, dilakukan pengolahan data. Pertama, mencari besar tegangan dari sumber

listrik yang diberikan power supply. Besar tegangan dapat dicari menggunakan

metode least square dengan menggunakan hukum Kirchoff II. Pada setiap model,

diketahui bahwa besar tegangan DC yang diberikan adalah 5 volt. Dengan menggunakan

metode least square, dapat diketahui nilai ketidakpastian tegangan adalah 3.35x10-7

volt

pada model 1, 1.16x10-2

volt pada model 2, 1.24x10-2

volt pada model 3, dan 0.88x10-3

volt pada model 4. Adanya ketidakpastian nilai tegangan sumber listrik berasal dari

power supply yang digunakan. Data yang diperoleh berupa data waktu atau t, VC, dan IC.

Hubungan antara V dengan t didapatkan nilai y untuk model 1, model 2, model 3, dan

model 4. Dari nilai y kita mendapatkan nilai τ. Nilai τ adalah konstanta paruh waktu yang

dibutuhkan hingga tegangan rendah atau jatuh menjadi 1 e. Pengisian kapasitor dimulai

dari t=1 sekon hingga t=15 sekon. Saat pengisian kapasitor, semakin lama waktu maka

semakin cepat nilai VC, sedangkan kapasitor pada detik t=16 hingga t=30 sekon semakin

menurun nilai VC-nya.

D. Analisis Grafik

Dari data tersebut direpresentasikan dalam grafik untuk bisa mengetahui persamaan

eksponensialnya. Dimana persamaan ekponensilanya digunakan untuk menentukan besar

waktu kapasitor saat pengisian dan pengosongan kapasitor. Dapat dilihat setiap grafik pada

tiap model saat pengisian memiliki bentuk yang berbeda- beda karena model yang

diberikan berbeda-beda pula. Berdasarkan sumber yang praktikan peroleh bahwa jika

menggunakan kapasitor dengan tegangan AC ada dua kemungkinan yang bisa kita peroleh

yakni nilai kapasitor akan lebih besar dan membuat proses pengisian menjadi lambat

sehingga kapasitor baru terisi sedikit, supply tegangan sudah berbalik ke siklus

sebaliknya, kemungkinan kedua nilai kapasitor yang lebih kecil akan membuat proses

pengisan menjadi lebih cepat, sehingga kapasitor telah terisi penuh sebelum siklus

selanjutnya dan pada kondisi kapasitor yang penuh arus tidak akan bisa melewati kapasitor

dikarenakan adanya keseimbangan. Sedangkan jika dipasang dengan cara kapasitor dengan

menggunakan hambatan seri maka arus listrik yang akan mengalir melalui kapasitor

dan akan berlanjut ke resistor. Sehingga jika kapasitor belum terisi penuh maka arus listrik

akan tetap mengalir pada rangkaian tersebut, yang mengasilkan nilai arus kecil.

Jika pada pengisian tegangan pada kapasitor bernilai kecil, maka sisa tegangan yang

lebih besar jatuh pada resistor, sebaliknuya pada saat kapasitor sudah terisi penuh maka

tegangan yang jatuh pada resistor akan bernilai 0 volt dikarenakan tidak ada lagi arus yang

mengalir pada rangkaian. Maka dari itu persamaan eksponensialnya baik saat pengisian

maupun pengosongan memiliki nilai yang berbeda-beda. Begitu juga waktu pada setiap

rangkaian kapasitor berbeda-beda pula. Namun, pada model 4 saat pengosongan kapsitor

praktikan tidak memperoleh waktu pada rangkaian kapasitor tersebut karena tegangan yang

diperoleh semakin menurun menuju nol. Karena berdasarkan sumber yang praktikan

peroleh semakin besar nilai hambatan yang kita gunakan maka semakin lama pula waktu

yang diperlukan untuk pengisian muatan pada kapasitor. Sehingga ada hubungan antara

tegangan dengan waktu yang dimana semakin besar waktunya maka e nya juga akan

semakin besar.

E. Analisis Kesalahan

Pada percobaan LR-01 yang telah dilakukan, didapatkan beberapa kesalahan

yaitu praktikum ini tidak diketahui berapa nilai dari kapasitas kapasitor dan resistor yang

digunakan, sehingga nilai dari konstanta waktu tidak dapat dicari dengan menggunakan

perhitungan sebagai pembanding partikan jika menggunakan persamaan eksponensialnya

yang diperoleh dari kurva dan masalah yang terjadi pada web cam saat pengambilan data

R-Lab (error) dan tidak dapat dinyalakan. Jadi, nilai koefisien waktu hanya didapatkan

melalui perhitungan dengan data grafik tegangan terhadap waktu.

VIII. Kesimpulan

1. Nilai tegangan kapasitor akan naik selama proses pengisian muatan kapasitor, dan

sebaliknya nilai tegangan kapasitor akan turun saat proses pengosongan muatan

kapasitor.

2. Grafik tegangan terhadap waktu pada proses pengisian dan pengosonan kapasitor

merupakan grafik eksponensial

3. Nilai konstanta waktu (τ) dapat diperoleh menggunakan persamaan grafik eksponensial

pada saat proses pengisian dan pengosongan kapasitor

4. Nilai konstanta waktu (τ) bukanlah konstanta yang nilainya tetap (konstan)

IX. Referensi

o Giancoli, D.C. 2000. Physics for Scientists & Engineers, Third Edition. Prentice Hall :

NJ.

o Halliday, Resnick, Walker. 2011. Fundamentals of Physics, 9th Edition, Extended

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

o Tipler. 1996. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid II. Jakarta: Erlangga.