LAPORAN R-LABCharge - Discharge

Nama : Naufal Riadhi Yusuf

NPM : 1306368942

Fakultas : Teknik

Program Studi : Teknik Mesin

No. Percobaan : LR 01

Grup : A9

Tanggal Praktikum : 9 Maret 2014

Minggu Percobaan : Minggu Pertama

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar(UPP-IPD)

Universitas IndonesiaDepok

Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor

I. Tujuan

- Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II. Peralatan

- Kapasitor- Resistor

- Amperemeter

- Voltmeter

- Variable power supply

- Camcorder

- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Prinsip Dasar

Kapasitor merupakan suatu komponen listrik yang berguna untuk menyimpan muatan. Kapasitor

terdiri dari 2 buah plat sejajar yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Pengisian kapasitor

terjadi apabila kapasitor tersebut belum terisi penuh. Namun apabila terjadi polaritas tegangan

lebih rendah, maka kapasitor akan melepas muatan. Kapasitansi adalah suatu ukuran jumlah

muatan listrik yang disimpan pada kapasitor. Kapasitansi dapat dirumuskan oleh

Dimana, C = kapasitansi (F)

Q = Muatan Listrik (C)

V = Tegangan listrik (V)

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan menjadi hambatan tak hingga. Hanya saat rangkaian dibuka dan ditutp, arus akan mengalir. Saat rangkaian tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga saa dengan tegangan yang diberikan sebesar V0. Sebaliknya, kapasitor akan melepaskan muatan melalui resistor saat rangkaian dibuka. Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat diterangkan dengan fungsi eksponensial.

Gbr.1. Rangkaian kapaitor dan resisitor arus searah

Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah

(1)

Dengan adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan

hingga tegangan jatuh menjadi yang ditentukan dari besar hambatan dan kapasitans

(2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

(3)

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan kapasitor Vc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini dapat dilihat pada Gbr. 2

Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor. Tarik garis tangensial dari kurva pengisian pada titik t = 0 s dan tarik garis asimtot dari kurva pengisian. Buat garis yang tegak lurus dari titik perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke sumbu x . Titik yang diperoleh pada sumbu adalah konstanta waktu.

Gbr. 1 Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan konstanta waktu

V(t)

Vc

Pada percobaan di R-Lab akan digunakan 4 buah model rangkaian , yaitu Model 1 , 2 , 3 dan 4. Untuk Model 1 dan 3 mengunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama, Untuk Model 2 dan 4 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama.

IV. Prosedur Eksperimen

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

1. Mengaktifkan Web cam ! (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 3. Skema alat percobaan pengisian dan pelepasan muatan kapasitor

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 kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan!

3. Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai kompenen R dan C ! Bandingkan hasilnya !

V. Data Dan Pengolahan Data

A. Data Pengamatan

Model 1

Waktu IC VC1 3.97 1.032 3.17 1.833 2.54 2.464 2.03 2.975 1.62 3.386 1.3 3.77 1.04 3.968 0.83 4.179 0.66 4.34

10 0.52 4.4811 0.41 4.5912 0.32 4.6813 0.24 4.7614 0.19 4.8115 0.14 4.8616 3.88 3.8817 3.11 3.1118 2.5 2.519 2.01 2.0120 1.62 1.6221 1.31 1.3122 1.06 1.0623 0.86 0.8624 0.7 0.725 0.57 0.5726 0.46 0.4627 0.38 0.3828 0.31 0.3129 0.25 0.2530 0.21 0.21

Model 2

Waktu IC VC1 11.13 1.442 7.99 2.443 5.74 3.164 4.14 3.685 2.96 4.056 2.11 4.337 1.5 4.528 1.04 4.67

9 0.7 4.7810 0.46 4.8511 0.27 4.9112 0.14 4.9613 0.05 4.9914 0 515 0 516 11.29 3.6117 8.19 2.6218 5.96 1.9119 4.35 1.3920 3.19 1.0221 2.35 0.7522 1.73 0.5523 1.28 0.4124 0.95 0.325 0.72 0.2326 0.53 0.1727 0.4 0.1328 0.29 0.0929 0.23 0.0730 0.17 0.05

Model 3

Waktu IC VC1 2.66 2.342 1.56 3.443 0.93 4.074 0.56 4.445 0.33 4.676 0.19 4.817 0.1 4.98 0.04 4.969 0 5

10 0 511 0 512 0 513 0 514 0 515 0 516 2.83 2.8317 1.69 1.6918 1.04 1.0419 0.65 0.6520 0.42 0.4221 0.27 0.2722 0.18 0.18

23 0.12 0.1224 0.09 0.0925 0.06 0.0626 0.04 0.0427 0.03 0.0328 0.02 0.0229 0.02 0.0230 0.01 0.01

Model 4

Waktu IC VC1 6.43 2.942 2.99 4.043 1.41 4.554 0.63 4.85 0.24 4.926 0.03 4.997 0 58 0 59 0 5

10 0 511 0 512 0 513 0 514 0 515 0 516 6.84 2.1917 3.31 1.0618 1.7 0.5419 0.92 0.2920 0.52 0.1721 0.31 0.122 0.2 0.0623 0.12 0.0424 0.09 0.0325 0.06 0.0226 0.05 0.0127 0.03 0.0128 0.02 029 0.02 030 0.02 0

B. Grafik V vs t Pengisian Kapasitor

Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

C. Grafik V vs t Pengosongan Kapasitor

Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

D. Pengolahan Data

Mencari konstanta waktu menggunakan rumus tegangan pada kapasitor

Rumus :

Persamaan dapat dianalogikan menjadi bentuk seperti persamaan pada grafik

pelepasan muatan.

Model 1

Model 2

Model 3

Model 4

VI. AnalisisA. Analisis Percobaan

Percobaan kali ini dilakukan melalui rLab dengan 4 model yang berbeda. Model 1 dan 3 memiliki kapasitansi yang sama dan model 2 dan 4 memiliki kapasitansi yang sama tetapi berbeda dari model lainnya. Percobaan dimulai dengan muatan yang tersimpan pada kapasitor bermuatan 0 yang dapat diketahui dari nilai beda potensial yang menunjukkan angka 0.

Proses pengisian dan pengosongan kapasitor dilakukan dengan menggunakan saklar yang akan menghubungkan kapasitor dan resistor dengan power supply seperti pada gambar 3. Saat pengisian, saklar akan menghubungkan baterai dengan kapasitor dan resistor, sehingga kapasitor akan terisi muatan. Sedangkan saat pengosongan kapasitor, saklar kan memutuskan hubungan listrik dengan power supply dan mengshort circuit kapasitor dan resistor, sehingga muatan akan mengalir ke resistor dan didisipasikan menjadi panas oleh resistor.

Dari data yang didapatkan, proses pengisian kapasitor terjadi pada detik 1 – 15 dan proses pengosongan terjadi pada detik 16 – 30. Kedua proses ini pada pengolahan data akan dipisahkan dalam perhitungannya sehingga ada 1 – 15 detik pengisian dan 1 – 15 detik pengosongan kapasitor. Hal ini perlu dilakukan karena akan mempengaruhi perhitungan.

Praktikan harus menghitung nilai konstanta waktu. Konstanta waktu ini sendiri dipengaruhi oleh kapasitansi kapasitor dan resistansi resistor. Sehingga dapat diketahui pada model 1 dan 3, kapasitor yang digunakan sama, tetapi resistor yang digunakan berbeda. Begitu pula pada model 2 dan 4. Perhitungan nilai konstanta waktu ini sendiri akan dilakukan dengan 2 metode, metode kurva dan metode perhitungan pendekatan regresi eksponensial.

B. Analisis Data dan GrafikData yang didapatkan menunjukkan bahwa pada waktu 1 – 15 detik tegangan terus naik hingga mencapai keadaan steady state (sama dengan tegangan power supply), yaitu pada beda potensial 5V, dan pada waktu 16-30 detik tegangan terus turun hingga mencapai 0V. Hal ini menunjukkan bahwa benar pada 1 – 15 detik terjadi pengisian kapasitor dan pada 16-30 detik terjadi pengosongan kapasitor.

Dari data pengisian dan pengosongan kapasitor dapat ditentukan nilai konstanta waktu. Data tersebut diplot ke grafik dan khusus untuk grafik pengosongan kapasitor akan dicari regresi eksponensialnya untuk mendapatkan persamaannya.

Dari grafik pengisian akan ditentukan konstanta waktunya dengan metode garis tangensial dan asimtot, sedangkan dari pengosongan akan ditentukan konstanta waktunya dengan metode perhitungan dengan pendekatan regresi tadi.Dari perbandingan yang didapat, perbedaan antara metode grafik dan perhitungan tidak cukup signifikan, perbedaan tertingginya adalah sekitar 6%, tidak cukup signifikan.

C. Analisis KesalahanPerbedaan yang terjadi antara metode kurva dan metode perhitungan, walaupun cukup kecil, menandakan adanya kesalahan yang terjadi. Kesalahan pertama adalah perbedaan kondisi lingkungan saat detik 1-15 dan detik 16-30. Bisa saja pada saat pengisian dan saat pengosongan ada perbedaan yang timbul dari lingkungan, misalnya tegangan yang naik turun.

Kesalahan yang kedua adalah ketidak telitian manusia, atau human error, yang dalam hal ini dilakukan oleh praktikan sendiri.

VII. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan, dapat disimpulkan:

1. Percobaan menunjukkan besar resistansi berbanding terbalik dengan besar kapasitansi.

2. Perhitungan menggunakan metode dari grafik pengisian muatan memiliki nilai yang hampir

sama dengan rumusan dari grafik pelepasan muatan.

3. Grafik yang dihasilkan dari pengisian dan pelepasan muatan membentuk grafik

eksponensial.

VIII. Daftar Pustaka

Halliday, Resnick, Walker.2005. Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition.NJ: John

Wiley & Sons, Inc

P.A., Tipler. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik.(Terjemahan Ed.3 Jilid.2). Jakarta: Erlangga