PLAT KAPASITORVemba Giarini2113100503/ 25 Maret 2014TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

ABSTRAKTelah dilakukan percobaan Plat Kapasitor yang bertujuan untuk menentukan kapasitan dua plat sejajar, mengetahui pengaruh diameter plat dan tegangan terhadap kapasitan serta membandingkan besaran C hasil perhitungan dengan hasil pengamatan. Kapasitor adalah sistem dua konduktor yang akan bermuatan sama dan tandanya berlawanan jika dihubungkan dengan kutub kutub sumber tegangan, dikatakan telah terjadi perpindahan muatan dari konduktor yang satu ke konduktor yang lain. Sedangkan kapasitan adalah perbandingan antara muatan dan potensial. Nilai kapasitan darisuatu konduktor dapat dihitung dengan cara membagi muatan dengan tegangan dalam rangkaian sistem. Namun hasil perhitungan tersebut tidak seratus persen tepat, karena pada kenyataanya selalu ada faktor faktor luar yang berpengaruh terhadap nilai kapasitan dari suatu plat kapasitor sejajar. Sehingga diperlukan data hasil percobaan untuk mendapatkan nilai kapasitan yang sebenarnya. Metode atau cara yang dapat dilakukan adalah dengan mengalirkan arus ke suatu kapasitor, dan menghitung muatan yang tersimpan di dalamnya dengan menggunakan rangkaian plat kapasitor.

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Kapasitor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronika, komponen ini terdapat di hampir setiap barang elektronika. Maka dari itu diperlukan ketelitian dan keakuratan dalam menentukan perhitungan nilai kapasitan agar barang barang elektronik tersebut bisa bekerja dengan baik. Karena perhitungan melalui rumus dinilai kurang akurat, maka dilakukan percobaan plat kapasitor ini untuk mendapatkan nilai kapasitan yang sebenarnya dari suatu plat kapasitor.Di samping itu, percobaan ini diharapkan dapat menambah wawasan serta pemahaman yang lebih dalam kepada tiap praktikan agar untuk kedepannya para praktikan bisa mengaplikasikan ilmu-ilmu yang sudah mereka dapatkan dari percobaan ini dengan baik.1.2 Rumusan Masalah1. Bagaimana menentukan kapasitan pada dua buah plat sejajar?2. Bagaimana pengaruh jarak dan tegangan antar plat terhadap kapasitan?3. Bagaimana perbandingan besaran C hasil perhitungan dengan hasil pengamatan?1.3 Tujuan Pengamatan 1. Menentukan kapasotan dua plat sejajar.2. Mengetahui pengaruh diameter platdan tegangan terhadap kapasitan.3. Membandingkan besaran C hasil perhitungan dengan hasil pengamatan.

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Pengertian KapasitorKapasitor adalah piranti yang berguna untuk menyimpan muatan dan energi. Kapasitor terdiri atas dua konduktor yang berdekatan tetapi terisolasi satu sama lain dan membawa muatan yang sama besar dan berlawanan. Kapasitor memiliki banyak kegunaan. Pemberi cahaya kilat pada kamera dan menggunakan suatu kapasitor untuk menyimpan energi yang diperlukan untuk mencari cahaya kilat secara tiba-tiba. Kapasitor juga dipergunakan untuk memperhalus gerak yang timbul ketika arus bolak-balik dikonversi menjadi arus searah pada suatu daya, sehingga dapat digunakan pada kalkulator atau radio ketika baterai tidak dapat digunakan (Tipler,1996:109).Di beberapa sumber referensi lain, dijelaskan pengertian kapasitor dengan penjelasan yang berbeda, namun tetap pada satu konsep yang sama. Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut keping. Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah alat (komponen) listrik yang dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu. Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini sering disebut bahan (zat) dielektrik.Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantar dapat digunakan untuk membedakan jenis kapasitor. Beberapa kapasitor menggunakan bahan dielektrik berupa kertas, mika, plastik cairan dan lain sebagainya.Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:a) mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandungkumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakanb) menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronikc) memilih panjang gelombang pada radio penerimad) sebagai filter dalam catu daya (power supply)Bentuk-bentukkapasitor,antara lain :a) kapasitor kertas (besar kapasitas 0,1 F)b) kapasitor elektrolit (besar kapasitas 105 pF)c) kapasitorvariabel(besar kapasitas bisa di ubah-ubah dengan nilai kapasitas maksimum 500 pF)Kapasitor merupakan perangkat di mana sifat elektrik utamanya adalah kapasitansi, yaitu kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Kapasitor merupakan komponen penting dalam berbagai jenis peralatan listrik, termasuk pemancar dan penerima radio dan televisi, beberapa sistem pengapian mobil, dan beberapa jenis motor. Bentuk awal dari kapasitor, tabung Leyden, digunakan oleh para ilmuwan abad ke-18 dalam mempelajari sifat listrik dan saat ini digunakan di laboratorium fisika demonstrasi.

b) Kemampuan sebuah kapasitor untuk menyimpan muatan listrik berguna dalam mengendalikan aliran arus listrik. Dalam beberapa sistem pengapian mobil, misalnya, sebuah kapasitor (disebut kondensor) menyimpan sementara muatan pada saat poin breaker dari distributor terbuka. Jika tidak ada kondensor, muatan akan melonjak jauh dan merusak poin

c) Penggunaan lain kapasitor adalah dalam rangkaian filter sinyal elektrik. Sebuah kapasitor yang bersifat kapasitansi dapat divariasikan penggunaannya dalam rangkaian tuning penerima radio dan televisi. Memvariasikan kapasitansi, merubah frekuensi resonansi dari rangkaian tuner sehingga sesuai dengan frekuensi stasiun atau saluran yang diinginkan, menyaring sinyal dari semua frekuensi lainnya.d) Kapasitor komersial umumnya terdiri dari dua piring (konduktor seperti piring logam atau foil) dipisahkan satu sama lain oleh isolator, atau dielektrik, dengan masing-masing piring terhubung ke terminal. Ada dua jenis utamakapasitor, kapasitor dengan variabel kapasitansi kontinyu dan kapasitor dengan kapasitansi tetap.Ketika sumber tegangan ditempatkan bersilangan dengan terminal kapasitor tidak bermuatan, muatan mengalir sampai ke piring tapi tidak melintasi isolator, satu piring menerima muatan positif, yang lain muatan negatif.Ketika pelat menjadi bermuatan, tegangan yang dihasilkan di antara mereka yang berlawanan tegangan diterapkan secara eksternal.Ketika kedua tegangan memiliki besaran yang sama, arus listrik akan berhenti dan kapasitor dikatakan telah diisi muatan listrik. Sebuah kapasitor yang terisi muatan akan terbuang muatan listriknya dengan menurunkan tegangan eksternal, ketika hal ini terjadi, muatan mengalir dari pelat kapasitor, menghasilkan arus dan penurunan tegangan pada pelat sampai tegangan eksternal dan tegangan di pelat sama.

2.2 Prinsip Kerja Kapasitor Kapasitor (kondensator) terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh isolator (zat dielektrikum). Kapasitor berfungsi untuk : a) menyimpan muatan atau energi listrik b) digunakan dalam rangkaian penala, berfungsi untuk memilih panjang gelombang pada pesawat radio c) menghindari loncatan listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan jika tiba-tiba arus listrik putus. d) meratakan arus listrik pada rangakaian catu daya (memisahkan arus bolak-balik menjadi arus searah) e) mengontrol frekuensi pada rangkaian osilator f) penghubung (coupling) dan penyimpang arus (bypass)

2.3 Kapasitan KapasitorKetika kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan (misalnya baterai atau sumber tegangan yang lain) kapasitor akan menyimpan muatan. Besarnya kapasitas muatan yang tersimpan dalam kapasitor disebut kapasitas kapasitor. Besarnya kapasitas kapasitor disebut kapasitansi.Kapasitas kapasitor adalah banyak muatan yang tersimpan dalam kapasitor ketika di hubungkan dengan beda potensial tertentu. Besarnya kapasitansi (C) adalah.C =q / V........................................................... (i)Keterangan:C= kapasitas kapasitor,faradq = muatan yang tersimpan,coulombV = beda potensial, volt(Asrianto.2010:2)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 kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

2.4 FormulasiKapasitasKapasitorKepingSejajarUntuk menghitung kapasitas kapasitor ,kita tentukan dahulu kuat medan listrik homogen E, dalam ruang antara kedua keping, kemudiankitahitung V dan E.Kuat medan listrik, E, dalam ruang antar keeping sejajar adalahE =/0,dengan rapat muatan= q/A dengan demikian,

..........................(2.4.1)Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

C = q/V=k.0.A/d ..........................................................(2.4.2)

0= permitivitas vakum / udara = 8,85 x10-12dalam SIA = luas tiap kepingd = jarak pisah antar keping(Kapasitor/Listrik Magnet/SMAN 1 Gondang Mojokerto/Edisi 2011/halaman 28)

Ada tiga faktor utama pada konstruksi kapasitor yang mempengaruhi nilai kapasitansi yang dihasilkan. Faktor-faktor ini mempengaruhi kapasitansi yang menentukan seberapa banyak fluks medan (perbedaan relatif elektron antara kedua pelat) yang akan dihasilkan apabila suatu tegangan dipasangkan pada kapasitor.Luas penampang pelat : Apabila faktor-faktor lain tetap, penampang pelat yang lebih luas akan memberikan nilai kapasitansi yang lebih besar;semakin sempit luas penampang pelat maka semakin kecil nilai kapasitansinya.Semakin luas penampang pelat, menghasilkan semakin banyak fluks medan (muatan yang dikumpulkan pada pelat-pelat) pada nilai tegangan tertentu.Jarak antar pelat : Apabila semua faktor tetap, bila jarak antar kedua pelat semakin lebar maka kapasitansinya semakin kecil; semakin dekat jarak antar kedua plat, semakin besar nilai kapasitansinya. Penjelasan : semakin besar jarak antar kedua plat maka gaya medan yang dihasilkan juga semakin besar ( gaya medan sama dengan tegangan pada kapasitor dibagi jarak antar kedua plat ), yang menghasilkan fluks medan yang semakin besar (muatan yang dikumpulkan pada kedua pelat) untuk nilai tegangan tertentu pada kapasitor itu.

Bahan dielektrik : apabila faktor-faktor lain adalah tetap, semakin besar permitivitas dari bahan dielektrik memberikan nilai kapasitansi yang semakin besar pula; semakin kecil permitivitasnya, semakin kecil pula kapasitansinya.Penjelasan : Walaupun penjelasan ini rumit, beberapa bahan memberikan sedikit tolakan kepada fluks medan untuk nilai gaya medan tertentu. bahan dengan permitivitas yang besar membuat lebih banyak fluks medan (semakin kecil tolakan), sehingga muatan yang dikumpulkan akan semakin banyak untuk nilai tegangan tertentu.

Permitivitas relative berarti permitivitas dari suatu bahan relatif (dibandingkan) terhadap ruang hampa. Semakin besar angkanya, maka semakin besar nilai permitivitas bahan itu. Misalkan gelas, dengan permitivitas relatif sebesar 7, berarti permitivitas dari kaca adalah tujuh kali permitivitas dari ruang hampa, sehingga nilai fluks medan listrik yang dihasilkan tujuh kali lebih kuat dari pada ruang hampa, apabila faktor-faktor yang lain adalah konstan.

BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan BahanDalam percobaan ini, digunakan beberapa alat dan bahan yang digunakan selama percobaan. Alat dan bahan tersebut adalah I Measuring Amplifier D 1 (satu) buah, Moving Coil Instrument D 1 (satu) buah, Parallel Plat Kapasitor 1 (satu) pasang, Regulated Power Supply 0 300 V 1 (satu) buah, Voltmeter atu E Measuring instrument D 1 (satu) buah, dan Measuring Resistor 100 M.

3.2 Cara Kerja3.2.1 Skema Kerja

MetramaxMultimeterPower SupplyResistor 1 MPlat kapasitorMeasuringAmplifierVoltmeterGambar 1 : Rangkaian Plat kapasitor

3.2.2 Cara KerjaRangkai alat dan bahan seperti gambar di atas, kemudian atur tegangan pada power supply dan biarkan beberapa saat. Lepaskan kabel dari resistor pada kutub positif plat kemudian masukkan kabel koaksial dan catat harga V hasil pengamatan pada voltmeter. Lakukan hal serupa sebanyak beberapa kali dengan beberapa nilai variabel yang di bedakan.

BAB IVANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis DataDari percobaan pelat kapasitor yang telah dilakukan, diperoleh empat puluh lima pengambilan data sebagai berikut:

Tabel 4.1.1 Harga kapasitansi pada tegangan 5 VNo.TeganganJarakTegangan yang Didapat

IIIIIIIVV

1.5 Volt1 mm1,891,801,711,611,77

2.2 mm1,021,051,201,141,15

3.3 mm0,310,750,760,770,95

Tabel 4.1.2 Harga kapasitansi pada tegangan 6 VNo.TeganganJarakTegangan yang Didapat

IIIIIIIVV

1.6 Volt1 mm2,492,172,292,782,26

2.2 mm1,371,481,321,281,26

3.3 mm1,240,850,860,790,78

Tabel 4.1.3 Harga kapasitansi pada tegangan 7 VNo.TeganganJarakTegangan yang Didapat

IIIIIIIVV

1.7 Volt1 mm2,403,032,983,113,08

2.2 mm1,551,431,601,621,62

3.3 mm1,211,221,311,201,23

Sebagai contoh pada percobaan dengan tegangan 7 volt table nomor 1 dengan jari jari plat 13 cm 0,13 m dan menggunakan persamaan 2.4.2 diperoleh nilai C sebagai berikut :C = q/V=k.0.A/d = A/4d = 5.31 x /1.26 x = 4.21 F 4.2 Pembahasan4.2.1 Menentukan Kapasitan pada Plat Kapasitor Keping SejajarSebagaimana telah disebutkan, menentukan kapasitan pada plat kapasitor keping sejajar dapat dilakukan dengan dua metode. Yang pertama yaitu perhitungan secara langsung, dan yang kedua adalah dengan melakukan percobaan. Percobaan yang dilakukan dengan mengalirkan arus pada plat kapasitor keping sejajar, dan menghitung muatan yang tersimpan dengan amplyfier yang dihubungkan dengan volt meter. Dari cara tersebut akan didapat besarnya kapasitan pada plat kapasitor keping sejajar.

4.2.2 Pengaruh Jarak antar Plat dan tegangan terhadap kapasitanDilihat dari tabel hasil percobaan, terdapat perbedaan pada besarnya kapasitan dari kapasitor plat sejajar yang sama jika tegangan dan jarak antar plat nya diubah. Dari data hasil percobaan, Semakin besar tegangan, semakin besar pula nilai kapasitan suatu kapasitor plat sejajar. Sedangkan semakin besar jarak antar plat kapasitor keping sejajar, semakin kecil nilai kapasitannya.

4.2.3 Perbandingan Antara Nilai Kapasitan pada Percobaan dan Hasil PerhitunganUntuk mengetahui bagaimana perbandingan antara nilai kapasitan Hasil Percobaan dan nilai kapasitan hasil perhitungan, diadakan pengamatan terhadap hasil percobaan dan perhitungan.Pada perhitungan menggunakan rumus 2.4.2 :C = q/V=k.0.A/d Didapat, semakin besar tegangan, maka semakin kecil nilai kapasitannya. Dikarenakan C sebanding dengan 1/VSedangkan semakin besar jarak antar plat, maka semakin kecil nilai kapasitannya.Artinya, dalam perhitungan, semakin besar nilai tegangan dan jarak antar plat, nilai kapasitan yang didapat adalah semakin kecil.

Pada hasil pengamatan didapat :Semakin besar tegangan, semakin besar pula nilai kapasitan suatu kapasitor plat sejajar. Sedangkan semakin besar jarak antar plat kapasitor keping sejajar, semakin kecil nilai kapasitannya.

4.3 Grafik

BAB VKESIMPULAN

Nilai kapasitan dari kapasitor plat sejajar dapat diperoleh melalui percobaan dengan mengalirkan arus pada plat kapasitor keeping sejajar dan menghitung muatan yang tersimpan dalam amplifier yang dihubungkan dengan voltmeter. Selain melalui percobaan, nilai kapasitan juga dapat diperoleh melalui rumus kapasitan yang telah ditetapkan. Jarak antarpelat dan tegangan mempengaruhi nilai kapasitansi dengan hubungan berbanding terbalik (keduanya) terhadap nilai kapasitansi. Terdapat perbedaan hasil antara perhitungan nilai kapasitan dari kapasitor plat sejajar antara percobaan dan perhitungan. Hal ini dapat dikarenakan beberapa hal. Diantaranya yaitu, tidak konsisten saat pengambilan data saat percobaan. Yaitu adalah waktu yang digunakan saat mengalirkan arus ke plat kapasitor keping sejajar. Diameter plat berpengaruh pada nilai kapasitansi, namun yang difokuskankan adalah jarak antarpelat dan tegangan.

DAFTAR PUSTAKA1. Sears & Zemansky, University Physics (2nd Edition).2. Halliday Resnick; FISIKA edisi ketiga jilid 1; Penerbit Erlangga.3. SMAN 1 Gondang Mojokerto;Listrik Magnet/Edisi 20114. Dosen-dosen Fisika; Fisika Dasar I; FMIPA-ITS; Surabaya 1986