Laporan Praktikum R-Lab
Nama/NPM : Atika Rizkyutami Witjaksono/1406531100 Fak./Prog. Studi : Teknik/Teknik Elektro
Group & Kawan Kerja : Grup 6
- Diara Dita K. - Salivian Selwyn - Balqis Nabilah - Puteri Amelia K. - Hendri Fahrezi A. - Marco Jordan S. - Windy Syafriani
No& Nama Percobaan : LR01 – Charge Discharge Minggu Percobaan : Pekan 3
Tanggal Percobaan : Senin, 28 September 2015
Laboratorium Fisika Dasar
UPP IPD
I. Tujuan
Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan
II. Alat
- Kapasitor - Resistor - Amperemeter - Voltmeter
- Variable power supply - Camcorder
- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Teori
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.
dari 0 volt sampai sebesar tegangan sumber, kemudian tak terjadi aliran, saklar dipindahkan posisinya ke titik 2 maka terjadi proses pengosongan.
Kapasitor sering juga disebut dengan kondensator. Kapasitor termasuk dalam elemen pasif atau elemen yang tidak menghasilkan energy. Elemen ini hanya bisa menerima energy dalam bentuk menyerap atau menyimpan energy. Kapasitor mempunyai fungsi untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energy dalam bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang kapasitor, dan jarak antara dua keping penyusun kapasitor tersebut. Secara sistematis :
C=ε Ad
di mana :
Ɛ = permitivitas bahan A= luas penampang bahan d = jarak dua keping
Kapasitor adalah komponen elektris umumnya yang secara fisis terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan bahan isolator atau dielektrikum. Kapasitansi adalah ukuran kemampuan kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik. Kapasitansi dinyatakan dalam farad. 1 farad adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik 1 coulomb apabila diberi tegangan 1 volt.
Fungsi penggunaan kapasitor dalam rangkaian adalah : • Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan yang lain • Sebagai filter pada rangkaian PS
• Sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian antena • Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
• Untuk menghindari loncatan api apabila dipasang pada saklar
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 V(t)=V0e
−t/τ
(1)
Dengan adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh
adalah waktu yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1e V0 yang ditentukan
dari besar hambatan dan kapasitans
τ=R C (2)
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah V(t)=V0(1−e−t/τ) (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
Gbr. 2 Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan 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
1. Mengaktifkan Web cam
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
V. Data dan Hasil Percobaan
Data percobaan yang praktikan peroleh pada praktikum LR01 ini ada 120 data dengan berbagai model.
23 0.1
1. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan.
Dari percobaan yang dilakukan praktikan secara Rlab, maka jika dibuat grafik hubungan antara V dengan t saat pengisian kapasitor yaitu pada waktu t = 1 sekon sampai t= 15 sekon untuk tiap model, didapatkan hasil sebagai berikut:
2. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuk tiap model rangkaian yang digunakan
Dari percobaan yang dilakukan praktikan secara Rlab, maka jika dibuat grafik hubungan antara V dengan t saat pengosongan kapasitor yaitu pada waktu t = 16 sekon sampai t = 30 sekon untuk tiap model, didapatkan hasil sebagai berikut:
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
3. Menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai kompenen R dan C kemudian membandingkan hasilnya.
Setelah memperoleh persamaan garis dari kurva untuk setiap model baik saat pengisian maupun pengosongan, maka untuk mengitung konstanta waktu dari rangkaian kapasitor sebagai berikut :
a. Model 1
y = 1.7935e0.0828x
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model I adalah:
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t: persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 107.61e-0.209x
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengosongan model I adalah:
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t:
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 2.4341e0.062x
V(t)=Vo(1−e
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t: persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 379.58e-0.294x
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengosongan model I adalah:
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t:
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 3.4798e0.0324x
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 958.67e-0.381x
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengosongan model I adalah:
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t:
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang didapatkan
y = 4.0271e0.0198x
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model I adalah:
−t
τ = 0.0198t −1
τ = 0.0198
τ=0.0198−1 =50.51 s
Sedangkan berdasarkan grafik saat pengosongan kapasitor diatas, maka persamaan eksponensial yang didapatkan:
y = -0.0954x + 2.5075
Dari hasil kurva telah diketahui bahwasannya dalam persamaan grafik pengosongan model 4 tidak ditemukan persamaan ekponensialnya, maka besar konstantanya tidak dapat ditemukan.
VI. Analisis Percobaan
Praktikum Charge Discharge merupakan percobaan yang dilakukan dengan menggunakan remote laboratory (Rlab) sehingga praktikan dapat melakukan praktikum melalui situs yang sudah disediakan oleh sitrampil. Meskipun praktikan tidak melakukan percobaan di laboratorium (dilakukan secara online), praktikum ini pada dasarnya dapat memvisualisasikan keadaan yang sebenarnya dalam lab sehingga praktikan tetap merasakan keadaan praktikum melalui fasilitas yang sudah disediakan (web cam).
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan. Dalam praktikum rlab, praktikan hanya tinggal mengklik tombol power supply untuk mengalirkan energi dan menekan tombol setting untuk mempersiapkan prosedur percobaan serta tombol ukur yang menghasilkan data pengamatan. Adapun spesifikasi data percobaan yang sudah disediakan (setelan awal yang tertera pada peralatan) saat melakukan percobaan rlab berupa tegangan dan kuat arus rangkaian. Pada percobaan ini, tegangan yang tertera pada voltmeter adalah 1,78 V dan kuat arus pada amperemeter sebesar 1,14 mA.
kapasitor dari t = 1 detik sampai t = 15 detik. Sedangkan pada pengosongan kapasitor pada t = 16 detik sampai t = 30 detik.
Percobaan dan penghitungan dalam praktikum kali ini, tentunya tetap mengacu pada prinsip dasar kapasitor. Berdasarkan teori yang ada, prinsip dasar kerja kasitor adalah pada saat kapasitor dialiri arus listrik maka kapasitor akan menyimpan muatan dan selama kapasitor belum terisi penuh maka proses penyimpanan akan terus berjalan sampai penuh dan kapasitor akan berhenti menyimpan. Proses pelepasan terjadi apabila kedua kaki kapasitor mendapatkan potensial listrik yang terbalik dari pada saat pengisian. Atau dengan kata lain adanya perbedaan potensial antara kapasitor dengan rangkaian yang terhubung padanya yang pada rentang waktu dari t = 16 detik sampai t = 30 detik. Sedangkan selama pengisian kapasitor, arus yang mengalir pada rangkaian akan semakin kecil sampai mencapai 0 ampere pada saat kapasitor penuh sehingga waktu pengisian terdapat rentangnya t = 0 detik sampai t = 15 detik.
Dari hasil praktikum diperoleh data sebanyak 120 yang setiap modelnya ada 30 data yang terdiri dari pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor. Kemudian dari data tersebut direpresentasikan dalam grafik untuk bisa mengetahui persamaan eksponensialnya. Dimana persamaan ekponensilanya digunakan untuk menentukan besar waktu kapasitor saat pengisian dan pengosongan kapasitor.
Faktor-faktor yang menyebabkan keberhasilan praktikum ini adalah:
1. Pengambilan data dilakukan secara otomatis (dari rlab) sehingga kesalahan pengambilan data oleh praktikan dapat diminimalisir semaksimal mungkin. 2. Pengambilan pengamatan data yang banyak menyebabkan peningkatan
akurasi dalam pengolahan data.
3. Perhitungan dibantu dengan peralatan dan software seperti kalkulator dan Ms. Word maupun Excel.
4. Meskipun terdapat banyak data, data grafik terdistribusi membentuk suatu pola eksponensial sehingga tetap mudah dibaca.
5. Jenis data dan rumus yang dipakai tidak terlalu banyak sehingga kesalahan memasukkan variabel ke dalam rumus dapat diminimalisir.
Pada awalnya membuat grafik dengan fungsi eksponensial tidak keluar persamaan , pada akhirnya menggunakan cara lain yang ada di Ms Excel ,tidak lama kemudian keluar nilai eksponensialnya. Di samping itu,kendala yang dihadapi dalam percobaan pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor seperti banyaknya pengamatan data yang diperoleh dapat diatasi dengan perhitungan dengan software seperti Ms word dan Excel. Sedangkan kesulitan pembacaan data pada grafik dapat diatasi dengan memperhatikan pola eksponensial yang ada.
Pada akhirnya, apabila praktikan membandingkan data tetapan waktu rangkaian R-C pada saat pengisian maupun pelepasan muatan di kapasitor dari hasil percobaan, maka didapat hasil yang hampir sama pada korelasi R2 yang tinggi. Adapun perbedaan yang terjadi mungkin akibat adanya faktor-faktor kesalahan pembuatan grafik sehingga menghasilkan perbedaan dengan hasil teoritis yang seharusnya terjadi. Akan tetapi, secara umum pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor tetap dapat menggambarkan bagaimana pola pengisian dan pelepasan (Charge Discharge) kapasitor terjadi. Oleh karena itu, percobaan yang dilakukan oleh praktikan dapat dikatakan berhasil karena tujuan untuk mempelajari pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor dapat dicapai.
VII. Kesimpulan
Pada proses pengisian tegangan pada kapasitor akan naik, sedangkan pada proses pengosongan kapasitor tegangan pada kapasitor akan turun hingga sama dengan nol
Kapasitor bisa dilewati oleh arus searah maupun arus bolak-balik. Namun pada
rangkaian arus searah pada proses pengisian kapasitor belum terisi sepenuhnya. Jika pada kapasitor yang menggunakan arus bolak balik nilai kapasitor yang
dihasilkan adalah kecil sehingga arus tidak bisa melewati kapasitor tersebut. Hal ini juga dikarenakan kapasitor sudah terisi penuh jauh sebelum siklus sinyal selanjutnya.
Pada pengisian kapasitor nilai waktu pada rangkaian kapsitor lebih besar darpda nilai waktu pada rangkaian kapasitor saat pengosongan.
Giancoli, Douglas C. 2000. Physic for Scientist & Engineers, 3rd Edition. NJ: Prentice Hall.
Halliday, Resnick, Walker. 2005. Fundamental of Physics, 7th Edition. NJ: Wiley & Sons, Inc.
