Fitri Febriani_1212040014(ARUS TRANSIEN).pdf

7/23/2019 Fitri Febriani_1212040014(ARUS TRANSIEN).pdf

http://slidepdf.com/reader/full/fitri-febriani1212040014arus-transienpdf 1/17

ARUS TRANSIEN

Kelompok IV A

Fitri Febriani

Fitriani Supriadi, A. Ikhsan Maulana, La Jamsari

FISIKA 2012

Abstrak

Telah dilakukan praktikum tentang arus transien. Praktikum ini bertujuan untuk mengetahui hubungan

arus dan tegangan terhadap waktu pengisian dan pengosonagn muatan pada kapasitor yang dilihat dari

kurva yang di plot, menginterpretasi grafik pengisian dan pengosonagn muatan kapasitor sertamenentukan tetapan waktu kapasitif dan kapasitansi kapasitor berdasarkan kurva arus dan tegangan

terhadap waktu. Pengumpulan data dilakukan dengan mengganti besar hambatan dan kuat arus dengan

selang waktu 10 menit hingga diperoleh besar kuat arus hampir mendekati nol pada saat pengisian dan

pengosongan muatan pada kapasitor. Berdasarkan hasil analisis data disimpulkan bahwa pada saat

pengisian kapasitor semakin lama waktu yang dibutuhkan maka muatan pada kapasitor akan konstan

dan pengisian muatan akan maksimun sedang pada arus, semakin lama waktu yang dibutuhkan maka

arus yang melewati resistor lama kelamaan akan konstan mendekati nol. Sedang, untuk pengosongan

baik tegangan maupun arus yang melewati kapasitor dan hambatan dalam waktu yang lama, lama-

kelamaan pun tegangan dan arusnya konstan mendekati nol. Hal tersebut sudah sesuai dengan apa yang

dikatakan teori. Kata Kunci: Arus Transien, Pengisian dan pengosongan muatan kapasitor

A. Metode Dasar

Dalam setiap kajian rangkaian RC,

fenomena transien dalam proses pengisiandan pengosongan muatan kapasitor

menjadi topik utama.

Gambar 2.1 menunjukkan skema

dasar pengisian dan pengosongan muatan

kapasitor dari sebuah rangkaian RC

(Dasar, 2013).

Peristiwa pengisian dan

pengosongan muatan kapasitor memegang

peranan penting dalam elektronika. Arus

yang berhubungan dengan ini mengecil

dengan waktu sehingga di sebut arus

transien , yang berarti arus yang hanya

timbul sebentar.jadi bukan arus tetap

(Sutrisno, 1986).

1. Pengisian Muatan pada Kapasitor

Gambar 2.1 di atas

memperlihatkan sebuah rangkaian untukmengisi muatan pada kapasitor

(Bakri, Martawijyaya, & Saleh, 2008).

Awalnya diasumsikan tidak

bermuatan dan saklar dihubungkan ke

posisi S 1 pada saat t = 0, maka perbedaan

potensial V akan timbul di ujung-ujung

kapasitor C yang meningkat sebagai fungsi

Gambar 2.1. Skema Pengisian dan

Pengosongan Muatan Kapasitor .



waktu menurut :

1 t RC

f V V e

(2.1)

(Dasar, 2013).

2. Pelepasan Muatan pada Kapasitor

Dalam rangkaian seperti gambar

diatas, setelah kapasitor terisi penuh oleh

muatan, saklar kemudian dibuka untuk

mencegah muatan mengalir ke resistor.

Beda potensial pada kapasitor mula-mula

Vo = Qo/C, dengan C adalah kapasitansi.

Karena tidak ada arus ketika saklar

terbuka, maka tidak ada beda potensial

pada resistor.

Saklar ditutup pada waktu t=0.

Karena kini terdapat beda potensial pada

resistor, maka ada arus yang melewati

resistor. Arus mula-mula adalah

=

=

Arus ini disebabkan oleh aliran

muatan dari plat positif kapasitor ke plat

negatif kapasistor melalui resistor. Setelah

beberapa waktu, muatan pada kapasitor

berkurang, dan kita ambil arah arus searah

jarum jam sebagai positif, besar arus sama

dengan laju pengurangan muatan (Bakri,

Martawijyaya, & Saleh, 2008).

Arus dalam rangkaian akan

menurun secara eksponensial menurut :

t RC

f I V R e

(2.2)

di mana V f adalah potensial konstan

sumber. Jika setelah waktu yang cukup

untuk V mencapai V f , waktu direset ke t =

0 dan saklar dihubungkan ke posisi S 2,

maka potensial di ujung-ujung kapasitor

akan menurun terhadap waktu menurut :

t RC f V V e

(2.3)

Dalam kasus ini, potensial

kapasitor menurun secara eksponensial

seperti halnya dengan arus dalam

rangkaian. Catatan bahwa pada saat t = RC ,

untuk kedua proses peningkatan dan

penurunan secara eksponensial, tegangan

akan berubah sebesar 63% dari tegangan

maksimum (1/e = 0,37). Pada waktu

tersebut, RC , disebut sebagai konstanta

waktu kapasitif yang disimbolkan dengan

.v (Dasar, 2013).

B. Identifikasi Variabel

a. Variabel Manipulasi : Waktu

pengisian dan pengosongan

kapasitor satuannya adalah s (sekon)

b. Variabel Respon :Tegangan

yang satuannya Volt (v) dan Kuat

arus listrik satuannya Ampere (A)

c. Variabel Kontrol : Hambatan

satuannya ohm (), Kapasitor

satuannya Farad (F) dan tegangan

sumber satuannya Volt (v).

C. Definisi Variabel

a. Variabel Manipulasi

Waktu pengisian dan pengosongan

kapasitor yaitu lamanya waktu yang di

ukur dengan menggunakan stopwatch Hp

untuk menghitung lamanya pengaliran



muatan pada kapasitor pada saat

pengisisan maupun pengosongan.

b. Variabel Respon

1.

Tegangan adalah beda potensial yang

mengalir pada kapasitor dari kaki

positifnya ke kaki negatifnya yang

diukur menggunakan Voltmeter yang

satuannya adalah Volt (v).

2. Kuat arus listrik adalah besarnya arus

yang mengalir pada kapasitor maupun

pada hambatan yang diukur dengan

menggunakan amperemeter yang

satuannya adalah ampere (A).

c. Variabel Kontrol

1. Hambatan adalah sebagai perantara

untuk mengetahui apakah hambatan

tersebut memiliki beda potensial pada

saat pengosongan atau belum.

2. Kapasitor merupakan komponen yang

digunakan untuk mengetahui apakah

telah terjadi pengisian atau pengosogan

muatan.

3. Tegangan sumber merupakan beda

potensial yang terdapat dalam

rangkaian pengisian muatan kapasitor.

D. Alat dan Bahan

1. Komutator (double Trew Switch), 1

buah

2. Elco (Kapasitor Elektrolit) 2200 µF,

1 buah

3. Resistor 10 k , 1 buah

4. Hp, 1 buah

5. Power Supply 0 – 12 Vdc, 1 buah

6. Voltmeter 0 – 50 Vdc, 1 buah

7.

Amperemeter 0 – 1 Adc, 1 buah

8. Kabel Penghubung 7 buah

E. Prosedur Kerja

a. Memperhatikan power supply.

Memilih keluaran DC yang variabel

atau tegangan dapat diubah dengan

bebas.

b. Memperhatikan voltmeter dan

ammeter yang akan digunakan,

mengatur agar dapat mengukur

tegangan hingga 12 volt.

Memperhatikan pula polaritas

voltmeter dan ammeter jangan

sampai terbalik. Mencatat hambatan

dalamnya (jika ada).

c. Menyusun alat seperti pada gambar

berikut tetapi tanpa kapasitor.

Menutup saklar dan mengatur

tegangan masukan hingga voltmeter

menunjukkan 12 volt. Membuka

kembali saklar setelah mengatur

tegangan masukannya.

d. Mengosongkan muatan kapasitor

dengan cara menghubung singkat

kedua kaki kapasitor selama

beberapa detik.

e. Memasang kapasitor pada

tempatnya sesuai dengan

polaritasnya.

f. Menutup saklar K (komutator) ke

posisi A serentak dengan menekan

tombol stopwatch dan catat

tegangan dan arus yang terbaca tepat

pada saat t = 0, lanjutkan

pengukuran untuk setiap selang

waktu 10 detik.



g. Mengarahkan komutator ke posisi B

untuk melakukan proses

pengosongan kapasitor dan

mencatat tegangan dan arus yang

terbaca setiap rentang waktu 10

detik.

B. Data/Analisis Data

1. Tabel Pengamatan

R = 10.000= 10k

C = 2200.10-6 F

RC = 22 s

Vs = 11.6 V

Tabel Pengamatan Pengisisan Kapasitor

Tabel Pengamatan Pengosongan Kapasitor

2. Analisis Perhitungan

a. Pengisian Muatan Kapasitor

Secara Teori

Tetapan Waktu Kapasitif

= RC

Pengisian Muatan Kapasitor

No t (s)

Vc

(Volt) I (mA)

1 0 0 1.18

2 10 4.27 0.76

3 20 8.01 0.38

4 30 9.31 0.24

5 40 10.10 0.16

6 50 10.61 0.11

7 60 10.95 0.07

8 70 11.18 0.05

9 80 11.33 0.03

10 90 11.42 0.02

11 100 11.49 0.01

Pengosongan Muatan Kapasitor

No t (s) Vc (Volt) I (mA)

1 0 11.37 1.15

2 10 7.45 0.76

3 20 4.80 0.49

4 30 3.09 0.31

5 40 2.01 0.20

6 50 1.36 0.13

7 60 0.90 0.09

8 70 0.60 0.05

9 80 041 0.03

10 90 0.27 0.02

11 100 0.19 0.01

V

+

_

A

B

K R

1

C



= 10.000 x 2200.10-6 F

= 22 s

Tegangan saat t=RC

V(t) = Vs (1-e-t/RC)

V(t) = Vs (1-e-1)

V(t) = Vs (1-0.37)

V(t) = 0.63 Vs

V(t) = 0.63 x 11.6 V

V(t) = 7.308 V

Kuat Arus saat t=RC

I(t) = Io (e-t/RC)

I(t) = Io (e-1)

I(t) = Io (0.37)

I(t) =0.37 Io

Cat:

Io =

Io =.6 Vk

Io =1.16 mA

I(t) = 0.37 x 1.16 mA

I(t) = 0.43 mA

b. Pengosongan Muatan Kapasitor

Secara Teori

Tetapan Waktu Kapasitif

= RC

= 10.000 x 2200.10-6 F

= 22 s

Tegangan saat t=RC

V(t) = Vs (e-t/RC)

V(t) = Vs (e-1)

V(t) = Vs (0.37)

V(t) = 0.37 Vs

V(t) = 0.37 x 11.6 V

V(t) = 4.29 V

Kuat Arus saat t=RC

I(t) = Io (e-t/RC)

I(t) = Io (e-1)

I(t) = Io (0.37)

I(t) =0.37 Io

Cat:

Io =

Io =.6 Vk

Io =1.16 mA

I(t) = 0.37 x 1.16 mA

I(t) = 0.43 mA



3.

Grafik

a.


Grafik 1. Hubungan antara tegangan kapasitor dan waktu pengisian muatan pada kapasitor

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.59

9.5

10

10.5

11

11.5

12

0 2 4 6 8 1012141618202224262830 3234363840424446485052 545658606264666870727476 7880828486889092949698100

V c ( V )

t(s)

22, 8.35



Grafik 2. Hubungan antara arus dan waktu pengisian muatan pada kapasitor

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98100

I c ( x 1 0 - 3 A )

t (s)

22, 0.35



Grafik 3. Hubungan logaritma arus terhadap t pengisian muatan pada kapasitor

y = -0.0197x + 0.0304

R² = 0.9952

-2.2

-2.1

-2

-1.9

-1.8

-1.7

-1.6

-1.5

-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

L o g I ( x 1 0 - 3 A )

t (s)



b.


Grafik 4. Hubungan Tegangan kapasitor dan waktu pengosongan kapasitor

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.59

9.5

10

10.5

11

11.5

12

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98100

V c ( v )

t (s)

( 22, 4.5)



Grafik 5. Hubungan Arus dan waktu pengosongan kapasitor

00.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.80.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98100

I c ( x 1 0 - 3

A )

t (s)

22, 0.45



Grafik 6. Hubungan Logaritma arus dan waktu pengosongan kapasitor

y = -0.0202x + 0.0969

R² = 0.9969

-2.2

-2.1

-2

-1.9

-1.8

-1.7

-1.6

-1.5

-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

l o g I ( x 1 0 - 3 A ) )

t(s)



3. Analisis Grafik


Hubungan Vc (t) terhadap t(s)

Teori V(t) = 7.308 V

Pada saat t = RC yaitu 22 s maka

V(t) = 8.35 V

% diff = −− x 100%

% diff = . V−. V.+.

x 100%

% diff =−. V.9 x 100%

% diff =|0.133| x 100%

% diff = 13.3 %

Hubungan Ic (t) terhadap t(s)

Teori Ic (t) = 0.43 mA


V(t) = 0.35 mA

% diff = −− x 100%

% diff = . mA−.mA. +. x 100%

% diff =. .9 x 100%

% diff =|0.205 | x 100%

% diff = 20.5 %

Hubungan Log I (t) terhadap t(s)

Teori RC (t) = 22 s

y = mx + c

y = - 0.0197x + 0.0304

log I = . t + log Is

Cat :

y = Log I

m = .

x = t

0.0304 = log Is

RC = - .

RC = -

. (−.9) RC = 22.07 s

% diff =

−

− x 100%

% diff = s−.s+.

x 100%

% diff = −. . x 100%

% diff =|0.0031 | x 100%

% diff = 0.31 %


Hubungan Vc (t) terhadap t(s)

Teori V(t) = 4.29 V


V(t) = 4.5 V

% diff = −− x 100%

% diff = .9−.. +.

x 100

% diff =−. V.9 x 100%

% diff =0.0478 x 100%

% diff = 4.78 %

Hubungan Ic (t) terhadap t(s)

Teori Ic (t) = 0.43 mA


V(t) = 0.45 mA

% diff = −− x 100%

% diff = . mA−.mA. +. x 100%

% diff =−. . x 100%

% diff =|0.045 | x 100%

% diff = 4.5 %

Hubungan Log I (t) terhadap t(s)

Teori RC (t) = 22 s

y = mx + c

y = - 0.0202x + 0.0969



log I = . t + log Is

Cat :

y = Log I

m = .

x = t

0.0969 = log Is

RC = -

.

RC = -

. (−.) RC = 21.52s

% diff = −− x 100%

% diff = s−.s +.

x 100%

% diff = . .6 x 100%

% diff =|0.022 | x 100%

% diff = 2.2 %

C. Pembahasan

Pada percobaaan kali , kegiatan

yang dilakukan yaitu mengetahui

hubungan antara tegangan dan waktu serta

arus dan waktu msing-masing untuk

pengisian dan pengosongan kapasitor.

Diketahui bahwa arus transien itu

merupakan arus sesaat atau arus tidak

konstan. Variabel manipulasi paada

percobaan ini adalah waktu pengisisan dan pengosongan muatan sedang variabel

responnya yaitu tegangan dan kuat

arusnya.

Secara teori, pada saaat pengisian

kapasitor, mula-mulanya tidak ada arus

yang mengalir baik pada kapasitor maupun

hambatan. Setelah saklar dihubungkan,

beberapa saat kemudian kapasitor sudah

memiliki muatan karena telah ada arus

yang mengalir dari resistor rmenuju ke

kaki positif kapasitor dan ke kaki negatif

kapasitor.

Diketahui bahwa kapasitor

memiliki sifat menyimpan tegangan listrik,

otomatis lama kelamaan muatan pada

kapasitor itu mencapai titik makx nya

sedang arus yang mengalir pada hambatan

itu akan konstan medekati nol, sehingga

pada saat itu saklar kemudian dibuka untuk

mencegah muatan mengalir kembali ke

resistor. Sedang untuk pengosongan

muatan pada kapasitor yaitu rangkaian

dihubung singkatkan karena sebelum

dihubung singkatkan tidak ada beda

potensial pada resistor, karena tidak

adanya beda potensial otomatis tidak ada

arus yang ditimbulkan. Pada saat saklar

ditutup otomatis sudah terdapat beda

potensial pada resistor, maka ada arus yang

melewati resistor. Arus ini disebabkan oleh

aliran muatan dari plat positif kapasitor ke

plat negatif kapasitor ke plat negatif

kapasitor melalui resistor. Lama kelamaan

muatan pada kapasitor berkurang dan arus

yang melewatinya pun akan berkurang.

Dengan melihat dari data yang

diperoleh pada percobaan “ Arus Transien

“, ternyata apa yang dikatakn teori sesuai

apa yang dipraktikumkan yang dapat

dilihat dari grafik pengisian dan

pengosongan muata pada kapasitor.

namun, yang mengalami perbedaan sedikit

yaitu nilai tegangan dan arus pada saat



t=RC secara teori dengan yang

dipratikumkan , namun nilainya hampir

mendekati dimana %diffnya kurang lebih

20% perbedaan antara nilai teori dengan

nilai praktikum. Hal ini disebabkan karena

tingkat ketelitian praktikan masih kurang

pada saat pengambilan data.

Berdasarkan hasil percobaan,

diketahui pula bahwa pada saat pengisian

kapasitor semakin lama waktu yang

dibtuhkan maka muatan pada kapasitor

akan konstan dan mencapai pengisian

muatan maksimun sedang pada arus,

semakin lama waktu yang dibutuhkan

maka arus yang melewati resistor lama

kelamaan akan konstan mendekati nol.

Sedang, untuk pengosongan baik tegangan

maupun arus yang melewati kapasitor dan

hambatan dalam waktu yang lama, lama-

kelamaan pun tegangan dan arusnya

konstan mendekati nol. Selain kita melihat

hubungan antara tegangan terhadap waktu

dan arus terhadap waktu pengisian dan

pengosongan muatan pada kapasitor. Kita

pula mencari tetapan waktu kapasitifnya

yang dilihat dari grafik logaritma arus

terhadap waktu. Dimana tetapan waktu

kapasitif yang diperoleh dari garfik

nilainya tidak jauh bebeda dengan teori

dan diffnya kurang lebih dari 5%. Jadi,

dapat disimpulkan bahwa nilai tetapan

kapasitif yang diperoleh sudah dapat

dikatakan sama. Karena tetapan waktu

kapasitif .pada saat pengisian RC= 22.07 s

sedang pada saat pengosongan nilaiya

21.52 s dan nilai teorinya 22

D. Kesimpulan

Dari percobaan diatas dapat

disimpulkan bahwa :

1. Dilihat dari grafik pengisian kapasitor

bahwa untuk grafik hubungan arus

terhadap waktu diperoleh, bahwa


maka arusnya semakin kecil sedang

untuk hubungan tegangan terhadap

waktu diperoleh bahwa semakin lama

waktu yang dibutuhkan maka tegangan

pun semakin besar, sedang untuk

pengosongan muatan kapasitor baik

hubungan arus terhadap waktu dan

hubungan tegangan terhadap waktu


maka arus dan tegangannya semakin

kecil.

2. Pada saat pengisisan kapasitor semakin

lama waktu yang dibtuhkan maka

muatan pada kapasitor akan konstan

dan mencapai pengisian muatan

maksimun sedang pada arus, semakin

lama waktu yang dibutuhkan maka

arus yang melewati resistor lama

kelamaan akan konstan mendekati nol.

Sedang, untuk pengosongan baik

tegangan maupun arus yang melewati

kapasitor dan hambatan dalam waktu

yang lama, lama-kelamaan pun

tegangan dan arusnya konstan

mendekati nol. Hal tersebut sudah

sesuai dengan apa yang dikatakan teori.



3. Tetapan waktu kapasitif yang diperoleh

secara teori maupun yang diperoleh

scara paraktikum nilainya tidak jauh

berbeda, pada saat pengisian nilai RC=

22.07 s sedang pada saat pengosongan

nilaiya 21.52 s dan nilai teorinya 22 s.

DAFTAR PUSTAKA

Bakri, A. H., Martawijyaya, M., &

Saleh, M. (2008). Dasar-Dasar

Elektronika Buku 1. Makassar:

Universitas Negeri Makassar.

Dasar, T. E. (2013). Penuntun

Praktikum Elektronika Dasar1. Makassar: FMIPA UNM.

Sutrisno. (1986). ELEKTRONIKA

Teori dan Penerapannya.

Bandung: Penerbit ITB.





Documents

Fitri Febriani_1212040014(ARUS TRANSIEN).pdf