Upload
meidinasekarnadisti
View
20
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
praktikum fisika dasar
Citation preview
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
(sumber: www.northerntool.com) (sumber: www.realpowervision.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 :
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
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 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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengisian
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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengisian
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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengisian
2) Membuat grafik tegangan V terhadap waktu ( V vs t) saat pengosongan
kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan
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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengosongan
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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengosongan
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15 20
Te
ga
ng
an
(V
)
Waktu (sekon)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) Saat Pengosongan
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)
Grafik Hubungan Antara Tegangan (V) VS Waktu (s) 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
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:
Persamaan eksponensial yang didapat dari trendline eksponensial grafik saat
pengosongan ialah;
Konstanta waktu dapat dicari dengan rumus;
( ) ( )
Substitusi
dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga;
X merupakan variable penunjuk waktu, maka dapat ditulis sebagai:
b. Model 2
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:
Persamaan eksponensial yang didapat dari trendline eksponensial grafik saat
pengosongan ialah;
Konstanta waktu dapat dicari dengan rumus;
( ) ( )
Substitusi
dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga;
X merupakan variable penunjuk waktu, maka dapat ditulis sebagai:
c. Model 3
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:
Persamaan eksponensial yang didapat dari trendline eksponensial grafik saat
pengosongan ialah;
Konstanta waktu dapat dicari dengan rumus;
( ) ( )
Substitusi
dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga;
X merupakan variable penunjuk waktu, maka dapat ditulis sebagai:
d. Model 4
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:
Persamaan eksponensial yang didapat dari trendline eksponensial grafik saat
pengosongan ialah
y = 3.289e-0.517x
Konstanta waktu dapat dicari dengan rumus;
( ) ( )
Substitusi
dengan pangkat eksponen yang didapat, sehingga;
X merupakan variable penunjuk waktu, maka dapat ditulis sebagai:
Membandingkan hasil konstanta waktu tiap model:
Jenis Keadaan Konstanta Waktu
Model 1 Pengisian 12.077
Pengosongan 3.401
Model 2 Pengisian 16.181
Pengosongan 3.402
Model 3 Pengisian 30.581
Pengosongan 2.591
Model 4 Pengisian 50.251
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)
Grafik Perbandingan Hubungan Tegangan (V) VS Waktu (t) Pengisian
dan Pengosongan Kapasitor
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)
Grafik Perbandingan Hubungan Tegangan (V) VS Waktu (t) Pengisian
dan Pengosongan Kapasitor
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)
Grafik Perbandingan Hubungan Tegangan (V) VS Waktu (t) Pengisian
dan Pengosongan Kapasitor
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].