Laporan Praktikum LR 0 1

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM

Nama/NPM : Ketut Vanda Aryanthera Wisnu Nadia/1406608706 Fakultas/Program Studi : Teknik/Teknik Elektro

Group dan Kawan Kerja : Group 9

- Candra Ayu Widyanti - Seto Pratomo

- Raisa Adila - Mahdi

- Dahlia Canny

- Stella Faustine Loandy - Ibrahim Haryo Dwirekso - M. Yusuf Irfan

- Kevin Andreas Alexander Sirait No. dan Nama Percobaan : LR01 – Charge Discharge

Minggu Percobaan : Minggu ke-5 Tanggal Percobaan : 14 Oktober 2015

Asisten : Muhammad Waliyyulhaq

Laboratorium Fisika Dasar

UPP IPD

(2)

LR01

–

Charge Discharge

I.

Tujuan

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II.

Alat dan Bahan

1. Kapasitor 2. Resistor 3. Amperemeter 4. Voltmeter

5. Variable power supply 6. Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Teori

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 saa 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)

(3)

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 1

𝑒𝑉0 yang ditentukan dari besar hambatan dan

kapasitansi:

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 V_c_{(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.}

Gbr. 2 Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan konstanta waktu

(4)

Teori Tambahan

 Karakteristik Kapasitor

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan electron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10^18 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 = C . V

C = Capasitansi; Q = Muatan; V = Tegangan

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut :

C = (8.85 x 1012_{) (k A/t)}

 Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

(5)

Tegangan kapasitor menurun, arah arus berlawanan dari arah pengisian. Tegangan pada R menjadi negatif dan berangsur-angsur tegangannya menjadi 0 volt. Pengisian dan pengosongan masing-masing memerlukan 5 R.C (time constan).

IV. Cara Kerja

1. Mengaktifkan Web cam dengan mengeklik 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

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

VI. Pengolahan Data A. Rangkaian Model 1

 Tabel Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengisian kapasitor

Waktu IC VC

 Grafik Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengisian kapasitor

y = 1.7915e0.0829x R² = 0.7141

(11)

 Konstanta Waktu Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengisian kapasitor

Berdasarkan grafik charge rangkaian model 1, didapatkan persamaan eksponensial, yaitu:

y = 1,7915e0,0829x Dengan diketahui sebelumnya, bahwa :

V(t) = V0 e-t/τ

Sehingga dapat kita hitung nilai konstanta waktu dari rangkaian model 1 charge, yaitu:

−t

τ = 0,0829t

τ =

1

− 0,0829

τ = 12,063 s

 Tabel Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengosongan kapasitor

Waktu IC VC

(12)

 Grafik Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengosongan kapasitor

 Konstanta Waktu Rangkaian Model 1 pada saat keadaan pengosongan kapasitor

Berdasarkan grafik discharge rangkaian model 1, didapatkan persamaan eksponensial, yaitu:

y = 4,671e-0,209x Dengan diketahui sebelumnya, bahwa :

V(t) = V0 e-t/τ

(13)

B. Rangkaian Model 2

y = 2.4329e0.062x R² = 0.6334

Hubungan Tegangan terhadap Waktu

Model 2 Charge

(14)

V(t) = V0 e-t/τ

−t

τ = 0,062t

τ =

1

− 0,062

τ = 16,129 s

(15)

V(t) = V0 e-t/τ

y = 4.7264e-0.301x R² = 0.9997

(16)

C. Rangkaian Model 3

y = 3.4551e0.0331x R² = 0.5128

Hubungan Tegangan terhadap Waktu

Model 3 Charge

(17)

V(t) = V0 e-t/τ

−t

τ = 0,0331t

τ =

1

− 0,0331

τ = 30,211 s

Waktu IC VC

(18)

V(t) = V0 e-t/τ

y = 3.1551e-0.389x R² = 0.9914

(19)

D. Rangkaian Model 4

y = 4,0187e0,02x

Hubungan Tegangan terhadap Waktu

Model 4 Charge

(20)

V(t) = V0 e-t/τ

−t

τ = 0,02t

τ =

1

−0,02

τ = 50 s

Waktu IC VC

(21)

Konstanta waktu tidak dapat dicari karena persamaan yang dihasilkan dari grafik merupakan persamaan linear bukan persamaan eksponensial.

E. Perhitungan konstanta waktu (

τ

) berdasarkan rumus

Nilai konstanta waktu (

τ

) = hambatan ( R ) x kapasitansi ( C ). Berdasarkan percobaan di atas dapat diketahui bahwa nilai C1 = C3 dan C2 = C4. Namun, tidak diketahui seberapa

besar nilai hambatan ( R ), karena rangkaian di atas bukan merupakan rangkaian DC sehingga nilai R tidak dapat menggunakan rumus tegangan ( V ) = arus (I) x hambatan ( R ). Selain itu nilai kapasitansi ( C ) juga tidak diketahui, sehingga nilai konstanta waktu berdasarkan rumus tidak dapat dihitung.

y = 0,0081x R² = -0,258

0 0.5 1 1.5 2 2.5

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tegan

g

an

K

ap

asi

to

r

Waktu

(22)

VII. Analisis

A. Analisis Percobaan

Berdasarkan percobaan di atas diketahui bahwa tujuan dari percobaan ini adalah untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan (charge and discharge).

Langkah pertama yang harus dilakukan untuk memulai percobaan R-Lab LR01-Charge Discharge adalah mengaktifkan Web cam dengan mengeklik icon video pada halaman web r-Lab. Kemudian, mengatur model rangkaian yang akan digunakan , yaitu model 1. Setelah mengatur rangkaian di model 1, langkah selanjutnya adalah menghidupkan Power Supply. Setelah itu, alat akan mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian / pelepasan kapasitor. Langkah – langkah tersebut diulang kembali untuk rangkaian model 2 , 3, dan 4.

Selama percobaan berlangsung praktikan mengalami beberapa kendala, salah satunya disebabkan oleh akses internet yang kurang memadai. Selain itu, kendala juga muncul ketika praktikan mencoba untuk mengganti model satu ke model yang lainnya Pada saat pergantian model rangkaian tampilan dari laman praktikum R-Lab berubah sehingga praktikan tidak dapat mengambil data untuk model rangkaian yang berbeda. Hal ini terjadi, bisa disebabkan oleh adanya gangguan pada perangkat yang digunakan oleh praktikan atau kesalahan praktikan pada saat mengoperasikan alat.

B. Analisis Hasil

Hasil yang didapatkan percobaan adalah bahwa pada saat keadaan pengisian kapasitor (charge) nilai tegangan akan naik hingga mencapai tegangan maksimumnya. Hal ini dapat terjadi karena pada saat saklar / switch ditekan maka kapasitor akan membentuk loop tertutup dengan battery, maka kapasitor akan melakukan pengisian sampai dengan tegangan pada kapasitor sama dengan tegangan pada battery. Proses pengisian kapasitor (charge) berlangsung dari detik ke – 1 hingga detik ke – 15. Tegangan maksimum pada kapasitor terjadi pada saat detik ke – 15.

(23)

positif kapasitor akan terhubung singkat dengan polaritas negatif kapasitor, maka kapasitor akan melakukan pengosongan muatan sampai dengan tegangan pada kapasitor habis. Proses pengosongan kapasitor (discharge) berlangsung dari detik ke – 16 hingga detik ke – 30.

Data yang didapatkan dari percobaan LR01 – Charge Discharge ini, kemudian

diolah untuk mencari nilai konstanta waktu (

τ

)

. Konstanta waktu merupakan waktu yang dibutuhkan oleh perbedaan potensial di seluruh kapasitor (dalam rangkaian RC) untuk meningkatkan ke tingkat yang sama sebagai tegangan yang dikenakan. Tegangan kapasitansi bermuara di rata-rata eksponensial. Tegangan atas kapasitor juga jatuh pada tingkat yang sama.

Nilai konstanta waktu (τ) didapatkan dari persamaan eksponensial yang dihasilkan oleh grafik charge dan discharge. Di mana, V(t) = V0 e-t/τ sehingga dapat dicari

untuk nilai konstanta waktu (τ).

C. Analisis Grafik

Berdasarkan grafik di atas, yang merupakan grafik tegangan pada kapasitor terhadap waktu, nilai tegangan akan terus meningkat pada saat keadaan pengisian muatan di kapasitor (charge). Proses pengisian kapasitor berlangsung hingga detik ke – 15, di mana pada saat detik ke - 15, tegangan di dalam kapasitor merupakan tegangan maksimum yang sebesar nilai tegangan di battery.

Sedangkan pada saat proses pengosongan kapasitor (discharge) makan grafik akan terus mengalami penurunan dari detik ke – 16 hingga detik ke – 30. Proses pengosongan muatan ini berhenti hingga nilai tegangan di dalam kapasitor habis.

Grafik dari rangkaian model 1, 2, 3, dan 4 kurang lebih memiliki bentuk grafik yang sama. Hanya berbeda pada nilai – nilai tegangan di masing – masing detik, dari detik ke – 1 hingga detik ke – 30. Karena nilai tegangan yang berbeda, maka dihasilkan pula nilai persamaan eksponensial yang berbeda – beda untuk masing – masing grafik.

D. Kesimpulan

 Karaterisitik tegangan pada saat proses pengisian muatan di kapasitor (charge) adalah

(24)

 Karaterisitik tegangan pada saat proses pengosongan muatan di kapasitor (discharge) adalah mengalami penurunan hingga tegangan habis.

E. 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.

 http://elektronika-dasar.web.id/karakteristik-kapasitor/