Upload
rizqi-pandu-sudarmawan
View
235
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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