r lab charge discharge
DESCRIPTION
laporan r labTRANSCRIPT
Laporan Praktikum Nama : Aditia Aulia
NPM : 1106052455
Fakultas : Teknik
Jurusan : Teknik Mesin
Grup : A12
Nomor Percobaan : LR01
Nama Percobaan : Charge Discharge
Laboratorium Fisika 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
Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah
(1)
V(t)
Vc
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.
Gbr. 1 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.
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 Percobaan
Model 1
Waktu IC VC
1 3.97 1.03
2 3.17 1.83
3 2.54 2.46
4 2.03 2.97
5 1.62 3.38
6 1.30 3.70
7 1.04 3.96
8 0.83 4.17
9 0.65 4.35
10 0.52 4.48
11 0.41 4.59
12 0.32 4.68
13 0.24 4.76
14 0.19 4.81
15 0.14 4.86
16 3.89 3.89
17 3.12 3.12
18 2.51 2.51
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
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
y = 1,7771e0,0833x
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35
VC
t
VC
VC
Expon. (VC)
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
Model 2
Waktu IC VC
1 11.13 1.44
2 7.99 2.44
3 5.74 3.16
4 4.14 3.68
5 2.95 4.06
6 2.11 4.33
7 1.48 4.53
8 1.04 4.67
9 0.70 4.78
10 0.44 4.86
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)
11 0.27 4.91
12 0.14 4.96
13 0.03 4.99
14 0.00 5.00
15 0.00 5.00
16 11.30 3.62
17 8.19 2.62
18 5.96 1.91
19 4.35 1.39
20 3.19 1.02
21 2.34 0.75
22 1.73 0.55
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 0.23 0.07
30 0.17 0.05
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
\
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)
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
Model 3
Waktu IC VC
1 2.71 2.29
2 1.60 3.40
3 0.96 4.04
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 0.57 4.43
5 0.34 4.66
6 0.19 4.81
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 2.87 2.87
17 1.73 1.73
18 1.06 1.06
19 0.66 0.66
20 0.43 0.43
21 0.27 0.27
22 0.18 0.18
23 0.12 0.12
24 0.08 0.08
25 0.06 0.06
26 0.04 0.04
27 0.03 0.03
28 0.02 0.02
29 0.01 0.01
30 0.01 0.01
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
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)
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)
Model 4
Waktu IC VC
1 6.55 2.90
2 3.05 4.02
3 1.44 4.54
4 0.64 4.79
5 0.23 4.93
6 0.02 5.00
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 6.96 2.23
17 3.39 1.09
18 1.73 0.55
19 0.93 0.30
20 0.52 0.17
21 0.31 0.10
22 0.18 0.06
23 0.12 0.04
24 0.08 0.02
25 0.05 0.01
26 0.03 0.01
27 0.03 0.01
28 0.02 0.00
29 0.02 0.00
30 0.00 0.00
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
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)
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
t
VC
VC
Poly. (VC)
Analisis Data
Pada percobaan R lab pertama inin kelompok A12 mendapat kan percobaan bernama
pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor (charge discharge). Percobaan ini bertujuan untuk
melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan. Pada
percobaan ini praktikan menggunakan empat model rangkaian yang berbeda. Percobaan ini
dilakukan dengan memberikan arus yang mengalir melalui rangkaian menuju ke kapasitor, lalu
mengukur tegangan yang terdapat pada kapasitor. Waktu pengukuran yang diberikan untuk tiap
model adalah 30 detik. Kemudian pada setiap detiknya praktikan mendapatkan besaran arus dan
tegangan yang berbeda-beda. Hanya saja ada kekurangan yang membuat saya tidak dapat bekerja
secara maksimal untuk melakukan praktikum ini, yaitu ketika adanya gangguan pada webcam,
sehingga saya tidak dapat memantau secara langsung yang terjadi pada alat yang digunakan.
Menurut sumber informasi yang saya dapatkan waktu pengisian muatan pada kapasitor
berlangsung pada selang waktu 1 sampai 15 detik dan untuk pengosongan muatan berlangsung pada
selang waktu 16 sampai 30 detik. Dapat dilihat pada grafik pengisian muatan model 1 samapi model
4 memiliki bentuk yang cenderung sama, begitu pula pada grafik pengosongan kapasitor.
Berdasarkan literatur dijelaskan bahwa untuk menentukan konstanta waktu dilihat dari kurva
pengisian muatan kapasitor. Tetapi saya menghitung semua grafik, pengisian muatan maupun
pengosongan muatan kapasitor untuk perbandingan. Lalu ada dua grafik yang tidak dapat saya ubah
ke grafik eksponensial, antara lain grafik pengosongan kapasitor untuk model 3 dan model 4. Saya
tidak menemukan penyebab mengapa grafik tersebut tidak dapat saya ubah menjadi grafik
eksponensial.
Setelah mendapat konstanta waktu dari grafik, seharusnya saya dapat mencari nilai
hambatan dengan. Tetapi saya tidak dapat mencarinya karena saya tidak mengetahui berapa nilai
kapasitansi kapasitor yang digunakan pada tiap model.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil yg didapat kan terlihat bahwa grafik pengisian kapasitor dengan
pelepasan muatan kapasitor berbeda. Bisa dilihat 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 akan turun
kembali.
Referensi
- 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