Laporan Praktikum
R-Lab Fisika Dasar
Charge Discharge
Nama
: Aldiansah Prayogi
NPM
: 0906557511
Fakultas
: Teknik
Departemen
: Teknik Elektro
Kode Praktikum
: LR-01
Tanggal Praktikum
: 13 Oktober 2010
Unit Pelaksanaan Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor Tujuan
- Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan
Peralatan
- Kapasitor - Resistor - Amperemeter - Voltmeter
- Variable power supply - Camcorder
- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Prinsip Dasar
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 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.
Gbr.1. Rangkaian kapaitor dan resisitor arus searah
V(t)
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.
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.
Prosedur Eksperimen
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
Data Hasil Percobaan
Waktu IC VC 1 3.98 1.02 2 3.19 1.81 3 2.56 2.44 4 2.05 2.95 5 1.64 3.36 6 1.32 3.68
7 1.06 3.94 8 0.85 4.15 9 0.67 4.33 10 0.54 4.46 11 0.43 4.57 12 0.33 4.67 13 0.26 4.74 14 0.20 4.80 15 0.15 4.85 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 0.46 27 0.38 0.38 28 0.31 0.31 29 0.25 0.25 30 0.21 0.21 1 11.18 1.42 2 8.05 2.42 3 5.82 3.14 4 4.20 3.66 5 3.02 4.03 6 2.17 4.31 7 1.54 4.51 8 1.08 4.65 9 0.75 4.76 10 0.50 4.84 11 0.31 4.90 12 0.18 4.94 13 0.08 4.98 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 2.35 0.75 22 1.74 0.56 23 1.28 0.41 24 0.95 0.30 25 0.70 0.22 26 0.53 0.17 27 0.40 0.13 28 0.29 0.09 29 0.21 0.07 30 0.17 0.05 1 2.79 2.21 2 1.67 3.33 3 1.00 4.00 4 0.60 4.40 5 0.35 4.65 6 0.20 4.80 7 0.10 4.90 8 0.04 4.96 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 2.94 2.94 17 1.78 1.78 18 1.09 1.09 19 0.68 0.68 20 0.43 0.43 21 0.27 0.27 22 0.18 0.18 23 0.11 0.11 24 0.07 0.07 25 0.05 0.05 26 0.03 0.03 27 0.02 0.02 28 0.01 0.01 29 0.01 0.01 30 0.00 0.00
1 6.86 2.81 2 3.24 3.96 3 1.51 4.52 4 0.67 4.78 5 0.24 4.92 6 0.03 4.99 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 7.19 2.30 17 3.50 1.12 18 1.76 0.56 19 0.92 0.29 20 0.49 0.16 21 0.26 0.08 22 0.15 0.05 23 0.09 0.03 24 0.05 0.01 25 0.03 0.01 26 0.02 0.00 27 0.02 0.00 28 0.00 0.00 29 0.00 0.00 30 0.00 0.00
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
( ) ⁄ 2. Model 2 y = 1,7771e0,0833x 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC)( ) ⁄ 3. Model 3 y = 2,4115e0,0627x 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC) Expon. (VC)( ) ⁄ 4. Model 4 y = 3,3417e0,0361x 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC)( ) ⁄
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
1. Model 1 y = 3,9285e0,022x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC)( ) ⁄ 2. Model 2 y = 107,61e-0,209x 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC)( ) ⁄ 3. Model 3 y = 448,35e-0,303x 0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Expon. (VC)4. Model 4
Analisis Data
Pada Percobaan kali ini saya memiliki beberapa kendala. Kendala yang pertama adalah masalah yang timbul saat mengerjakan percobaan praktikum di situs R-lab ini. Saat saya mencoba mengklik webcam ternyata webcamnya tidak muncul dan selalu muncul
y = 0,0266x2 - 1,3696x + 17,449 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5 10 15 20 25 30 35 VC t
VC
VC Poly. (VC) y = 0,0212x2 - 1,0733x + 13,382 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 35 VC tVC
VC Poly. (VC)please try again secara berulang-ulang. Hal ini menjadi masalah yang besar karena saya tidak bisa melihat rangkaian pada setiap model. Alhasil saya pun tidak mengetahui nilai dari R dan C pada setiap model, sehingga saya tidak bisa membandingkan koefisien waktu yang didapatkan dari grafik dengan koefisien yang didapatkan dari nilai komponen R dan C. Ini merupakan kendala yang sangat besar.
Karena saya tidak bisa mengetahui nilai R dan C, maka nilai koefisien waktu hanya bisa di dapatkan melalui persamaan grafik. Fungsi yang ditunjukkan bisa juga disajikan dengan penggunaan metode least square, namun pada office ini telah disediakan menu untuk langsung menjadikan suatu fungsi persamaan dari sebuah grafik.
Pada setiap model rangkaian kita mendapati nilai koefisien waktu yang berbeda-beda antara pada saat pengisian kapasitor dengan pelepasan muatan kapasitor. Hal ini mungkin terjadi karena pada saat pengisian kapasitor V pada kapasitor akan dibuat sama besar dengan V sumber sehingga hal ini tidak terlalu memakan waktu banyak dan konstanta waktunya akan lebih besar dibandingkan dengan pada saat pelepasan muatan kapasitor. Pada saat pelepasan muatan kapasitor penurunan V kapasitor relative melambat sehingga konstanta waktu yang didapatkan bernilai lebih kecil dibanding dengan pengisian kapasitor.
Arus listrik pada saat pengisian kapasitor juga kita dapatkan dan bisa dilihat mengalami penurunan. Arus ini akan naik lagi ketika terjadi pelepasan muatan kapasitor, namun selama pelepasan muatan kapasitor berlangsung arus listrik pun akan turun kembali secara perlahan.
Kesimpulan
Kita dapatkan grafik pengisian kapasitor dengan pelepasan muatan kapasitor berbeda. Kita bisa lihat perbedaannya pada koefisien waktu pada setiap grafik. Koefisien waktu pada saat pengisian kapasitor cenderung lebih besar dibandingkan dengan pada saat pelepasan muatan kapasitor. Arus listrik pada saat pengisian kapasitor akan turun hingga awal dari pelepasan muatan kapasitor. Pada awal dari pelepasan muatan kapasitor arus akan naik kembali dan pada saat berlangsungnya pelepasan muatan kapasitor tersebut arus
Referensi
- 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.
- Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga
