Lr 01 Meidina Fixed praktikum fisika dasar

LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB

Nama / NPM : Meidina Sekar Nadisti / 1406553045

Fakultas / Program Studi : Teknik / Teknik Kimia

Grup / Teman Kerja : Meidina Sekar Nadisti

Dhimas Permana

Tubagus Rizaldy Satya Ar Rasyid

Ahmad Tibrizi

Muhammad Risyad

Thareq Kemal Habibie

Anis Saadah

Dymiargani Nandaputra

Ahmad Nabil Faiz

Nomor dan Nama Percobaan : LR 01 – Charge Discharge

Minggu Percobaan : 02

Tanggal Percobaan : Sabtu, 26 Sep 2015 08:10

LABORATORIUM FISIKA DASAR

UPP IPD

UNIVERSITAS INDONESIA

LR 01 – Charge Discharge

I. Tujuan Pembelajaran

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 dan perangkat pengendali otomatis

Gambar 1. Resistor Gambar 2. Amperemeter

(sumber: www.tesla-institute.com) (sumber: dutchrfshop.nl)

Gambar 3. Voltmeter Gambar 4. Variable Power Supply

http://www.tesla-institute.com/

(sumber: www.northerntool.com) (sumber: www.realpowervision.com)

http://www.northerntool.com/

III. Landasan Teori

Pengertian Kapasitor adalah perangkat komponen elektronika yang berfungsi

untuk menyimpan muatan listrik dan terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh

bahan penyekat (dielektrik) pada tiap konduktor atau yang disebut keping. Kapasitor

biasanya disebut dengan sebutan kondensator yang merupakan komponen listrik

dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik.

Fungsi kapasitor dalam rangkaian elektronik sebagai penyimpan arus atau

tegangan listrik. Untuk arus DC, kapasitor dapat berfungsi sebagai isulator (penahan

arus listrik), sedangkan untuk arus AC, kapasitor berfungsi sebagai konduktor

(melewatkan arus listrik). Dalam penerapannya, kapasitor banyak di manfaatkan

sebagai filter atau penyaring, perata tegangan yang digunakan untuk mengubah AC ke

DC, pembangkit gelombang AC (Isolator) dan masih banyak lagi penerapan lainnya.

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gambar 5, kapasitor akan menjadi

hambatan tak hingga. Hanya saat rangkaian dibuka dan ditutup, arus akan mengalir.

Saat rangkaian tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga sama

dengan tegangan yang diberikan sebesar V0. Sebaliknya, kapasitor akan melepaskan

muatan melalui resistor saat rangkaian dibuka. Karakteristik tegangan pada kapasitor

dapat diterangkan dengan fungsi eksponensial.

Gambar 5. Rangkaian Kapasitor dan Rangkaian Arus Searah

Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan

kapasitansi atau kapasitas. Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu

kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18

menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018

elektron. Kemudian Michael Faraday

membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad

jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.

Dengan rumus dapat ditulis :

http://komponenelektronika.biz/pengertian-kapasitor.html

http://komponenelektronika.biz/

http://komponenelektronika.biz/kapasitor

Q = CV

Dimana :

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farads)

V = besar tegangan dalam V (volt)

Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah

( )

(1)

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

yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi yang ditentukan dari besar hambatan

dan kapasitans

(2) Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

( ) (

) (3)

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan

kapasitor Vc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini dapat

dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Kurva Pengisian dan Pengosongan dari Kapasitor serta Penentuan

Konstanta Waktu

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.

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. 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 7. Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan

konstanta waktu

V. Tugas dan Evaluasi

1. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian

kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan

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


3. Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan

kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai

kompenen R dan C dan membandingkan hasilnya

VI. Data Pengamatan

Model 1 Model 2 Model 3 Model 4

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

1 3.97 1.03 1 11.12 1.44 1 2.62 2.38 1 6.34 2.97

2 3.17 1.83 2 7.97 2.45 2 1.53 3.47 2 2.93 4.06

3 2.54 2.46 3 5.73 3.17 3 0.91 4.09 3 1.37 4.56

4 2.03 2.97 4 4.12 3.68 4 0.54 4.46 4 0.61 4.80

5 1.63 3.37 5 2.95 4.06 5 0.32 4.68 5 0.24 4.92

6 1.30 3.70 6 2.11 4.33 6 0.19 4.81 6 0.03 4.99

7 1.04 3.96 7 1.48 4.53 7 0.10 4.90 7 0.00 5.00

8 0.83 4.17 8 1.04 4.67 8 0.04 4.96 8 0.00 5.00

9 0.66 4.34 9 0.70 4.78 9 0.00 5.00 9 0.00 5.00

10 0.52 4.48 10 0.46 4.85 10 0.00 5.00 10 0.00 5.00

11 0.41 4.59 11 0.27 4.91 11 0.00 5.00 11 0.00 5.00

12 0.32 4.68 12 0.14 4.96 12 0.00 5.00 12 0.00 5.00

13 0.24 4.76 13 0.03 4.99 13 0.00 5.00 13 0.00 5.00

14 0.19 4.81 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00 14 0.00 5.00

15 0.14 4.86 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00 15 0.00 5.00

16 3.88 3.88 16 11.36 3.64 16 2.81 2.81 16 7.12 2.28

17 3.11 3.11 17 8.28 2.65 17 1.68 1.68 17 3.59 1.15

18 2.50 2.50 18 6.05 1.94 18 1.03 1.03 18 1.89 0.61

19 2.02 2.02 19 4.44 1.42 19 0.65 0.65 19 1.05 0.34

20 1.63 1.63 20 3.27 1.05 20 0.42 0.42 20 0.61 0.20

21 1.31 1.31 21 2.41 0.77 21 0.27 0.27 21 0.37 0.12

22 1.07 1.07 22 1.80 0.58 22 0.18 0.18 22 0.24 0.08

23 0.86 0.86 23 1.33 0.43 23 0.13 0.13 23 0.17 0.05

24 0.70 0.70 24 0.99 0.32 24 0.09 0.09 24 0.11 0.03

25 0.57 0.57 25 0.75 0.24 25 0.06 0.06 25 0.08 0.02

26 0.46 0.46 26 0.57 0.18 26 0.05 0.05 26 0.06 0.02

27 0.38 0.38 27 0.41 0.13 27 0.03 0.03 27 0.05 0.01

28 0.31 0.31 28 0.32 0.10 28 0.02 0.02 28 0.03 0.01

29 0.25 0.25 29 0.24 0.08 29 0.02 0.02 29 0.03 0.01

30 0.21 0.21 30 0.18 0.06 30 0.01 0.01 30 0.02 0.00

VII. Pengolahan Data

1) Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian

kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan.

a. Model 1

y = 1.7935e0.0828x R² = 0.7143

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)

Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengisian

b. Model 2

c. Model 3

y = 2.4402e0.0618x R² = 0.6305

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


y = 3.4709e0.0327x R² = 0.5125

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


d. Model 4

y = 4.0211e0.0199x R² = 0.4055

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


2) Membuat grafik tegangan V terhadap waktu ( V vs t) saat pengosongan


a. Model 1

b. Model 2

y = 4.663e-0.209x R² = 0.9997

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)

Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengosongan

y = 4.6356e-0.294x R² = 0.9993

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


c. Model 3

d. Model 4

Konstanta waktu tidak dapat diketahui karena submenu add trendline tidak dapat

digunakan. Namun praktikan melakukan pendekatan data, dengan nilai V 0 diubah

menjadi 0,0001. Didapatkan hasil sebagai dibawah ini

y = 3.1934e-0.386x R² = 0.9927

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


y = 3.289e-0.517x R² = 0.8757

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20

Te

ga

ng

an

(V

)

Waktu (sekon)


3) Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan

kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai

kompenen R dan C dan membandingkan hasilnya

a. Model 1

Persamaan eksponensial yang didapat dari trendline eksponensial grafik saat

pengisian ialah;

Konstanta waktu dapat dicari dengan rumus;

( ) ( )

Substitusi

dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga

X merupakan variable penunjuk waktu, maka dapat ditulis sebagai:


pengosongan ialah;


( ) ( )

Substitusi

dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga;


b. Model 2


pengisian ialah;


( ) ( )

Substitusi




pengosongan ialah;


( ) ( )

Substitusi



c. Model 3


pengisian ialah;


( ) ( )

Substitusi




pengosongan ialah;


( ) ( )

Substitusi



d. Model 4


pengisian ialah;


( ) ( )

Substitusi




pengosongan ialah

y = 3.289e-0.517x


( ) ( )

Substitusi



Membandingkan hasil konstanta waktu tiap model:

Jenis Keadaan Konstanta Waktu

Model 1 Pengisian 12.077

Pengosongan 3.401


Pengosongan 3.402


Pengosongan 2.591


Pengosongan 1.934

Praktikan juga melampirkan grafik perbandingan tiap model sebagai berikut

a. Model 1

0

1

2

3

4

5

6

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

teg

an

ga

n (

v)

Waktu (s)

Grafik Perbandingan Hubungan Tegangan (V) VS Waktu (t) Pengisian

dan Pengosongan Kapasitor

Pengisian

Pengosongan

b. Model 2

c. Model 3

0

1

2

3

4

5

6

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

teg

an

ga

n (

v)

Waktu (s)



Pengisian

Pengosongan

0

1

2

3

4

5

6

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

teg

an

ga

n (

v)

Waktu (s)



Pengisian

Pengosongan

d. Model 4

VIII. Analisis Data

a. Analisis Percobaan

Percobaan LR-01 yaitu Charge Discharge dilakukan dengan

menggunakan Remote Lab. Charge berarti pengisian dan Discharge berarti

pengosongan (muatan) yang terjadi di dalam kapasitor. Alat-alat yang dibutuhkan

adalah Kapasitor, Resistor, Amperemeter, Voltmeter, Variable power supply,

Camcorder, Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis. Hal-hal yang

harus dilakukan ialah mengaktifkan web cam. Namun webcam sayangnya tidak

berfungsi sehingga video cara kerja tidak bisa ditampilkan. Selanjutnya praktikan

mengklik model rangkaian (model 1), menghidupkan power pupply.yang digunakan,

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

kapasitor dan mengulangi langkah 4 dan 6 untuk model rangkaian 2, 3 dan 4.

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. Setelah mendapat

0

1

2

3

4

5

6

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

teg

an

ga

n (

v)

Waktu (s)



Pengisian

Pengosongan

data, praktikan membuat grafik eksponensial dengan persamaan eksponensial. Dari

persamaan eksponensial tersebut bisa ditentukan besar waktu kapasitor(baik saat

pengisian maupun pengosongan) dengan menggunakan rumus ( ) (

).

Setelah itu praktikan membandingkan proses pengisian dan pengosongan pada setiap

model kapasitor dengan tabel dan grafik.

b. Analisis Grafik

Grafik berperan krusial dalam praktikum ini karena persamaan

eksponensial hanya dapat dilihat oleh grafik Ms. Excel. Dari persamaan ekponensial

tersebut dapat ditentukan besar waktu kapasitor saat pengisian dan pengosongan.

Terdapat 4 model dalam percobaan ini, dalam 1 model terdapat 2 fase yaitu fase

pengisian dan fase pengosongan. Fase pengisian terlihat saat grafik bergradien positif

atau bisa dikatakan naik, yaitu pada t = 1 s.d. t = 15 untuk semua model. Fase

pengosongan terlihat saat grafik bergradien negatif atau bisa dikatakan turun pada t =

16 s.d. t = 30. Persamaan eksponensial yang didapat pada grafik pengisian model 1

ialah .Selain itu praktikan juga menampilkan grafik perbandingan pengisian dengan

pengosongan. Dalam grafik ini terlihat jelas pola grafiksetiap model berbeda-beda.

c. Analisis Hasil

Pada praktikum ini praktikan mendapatkan hasil data sebanyak 120. Dimana

data tersebut terbagi menjadi 4 yaitu 30 data yang terdiri dari pengisian dan

pengosongan muatan di kapasitor. Praktikan dapat menentukan nilai konstanta waktu

dengan dengan menggunakan grafik tegangan(v) kapasitor terhadap waktu (s).

Berdasarkan proses perhitungan diperoleh nilai saat pengisian ialah

Saat

pengosongan ialah.

Praktikan mula-mula tidak dapat melihat persamaan eksponensial dari

Pengosongan pada Model 4 karena grafik tersebut tidak bisa di trendline. Praktikan

berasumsi bahwa grafik tidak dapat di trendline karena memiliki nilai tegangan 0.

Maka dari itu praktikan mendekati nilai tersebut untuk data ke 30 dari V=0.001

menjadi V=0.0001. Hasil dari proses perhitungan diperoleh

Praktikan dapat mengambil korelasi bahwa ternyata nilai konstanta waktu

kapasitor nilainya berubah-ubah tergantung pada besarnya hambatan dan kapasitas

kapasitor yang digunakan(τ=RC). Terbukti bahwa semakin kecil nilai hambatannya,

maka semakin kecil pula nilai konstanta waktunya begitupula sebaliknya.

IX. Kesimpulan

Nilai tegangan pada kapasitor saat pengisian akan bergradien positif atau naik

Nilai tegangan pada kapasitor saat pengosongan akan bergradien negatif atau

turun hingga sama dengan nol

Grafik tegangan terhadap waktu pada proses pengisian dan pengosonan

kapasitor merupakan grafik eksponensial

Nilai konstanta waktu (τ) dapat diperoleh menggunakan persamaan grafik

eksponensial, baik saat pengisian maupun pengosongan

Nilai konstanta waktu (τ) nilainya berubah-ubah

X. Referensi

Abi Royen. 2014. Kapasitor, jenis, fungsi dan karakternya. [ONLINE]

Available at: http://www.chogwang.com/2014/09/kapasitor-jenis-fungsi-dan-

karakternya.html. [Accessed 01 October 15].

Dickson Khoo. 2014. Simbol dan Fungsi Kapasitor beserta Jenis-jenisnya.

[ONLINE] Available at: http://teknikelektronika.com/simbol-fungsi-kapasitor-

beserta-jenis-jenis-kapasitor/. [Accessed 01 October 15].

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

Hall, NJ, 2000.

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

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

Rida Angga. 2015. Kapasitor pada Rangkaian Elektronika. [ONLINE]

Available at: http://skemaku.com/fungsi-kapasitor-pada-rangkaian-elektronika/.

[Accessed 02 October 15].

http://www.chogwang.com/2014/09/kapasitor-jenis-fungsi-dan-karakternya.html

http://www.chogwang.com/2014/09/kapasitor-jenis-fungsi-dan-karakternya.html

http://teknikelektronika.com/simbol-fungsi-kapasitor-beserta-jenis-jenis-kapasitor/

http://teknikelektronika.com/simbol-fungsi-kapasitor-beserta-jenis-jenis-kapasitor/

http://skemaku.com/fungsi-kapasitor-pada-rangkaian-elektronika/

Lr 01 Meidina Fixed praktikum fisika dasar

Documents

Transcript of Lr 01 Meidina Fixed praktikum fisika dasar