Post on 21-Dec-2015
description
Laporan Praktikum
Remote Laboratory
Charge Discharge
Nama : Nadia Karima Izzaty
NPM : 1306369466
Fakultas/Prodi : Fakultas Teknik/Teknik Sipil
Judul Modul : Charge Discharge
Nomor Modul : LR01
Tanggal Praktikum : 6 Maret 2014
LABORATORIUM FISIKA DASAR
UPP IPD
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
LR01 – Charge Discharge
Tujuan
Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan
Peralatan
1. Kapasitor
2. Resistor
3. Amperemeter
4. Voltmeter
5. Variable power supply
6. Camcorder
7. 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 ditutup, arus akan mengalir. Saat rangkaian
tertutup, arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga saat 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
V ( t )=V 0 e−t /τ (1)
V(t)
Vc
Dengan adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang
dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1e
V 0 yang ditentukan dari besar hambatan dan
kapasitansi
τ=R C (2)
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah
V (t )=V 0 (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
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
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol rLab di bagian bawah
halaman ini.
1. Mengaktifkan web-cam.
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.
Tugas dan evaluasi
1. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiap
model rangkaian yang digunakan.
2. Membuat grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuk
tiap model rangkaian yang digunakan.
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.
Hasil Percobaan
Data Pengamatan
Model 1
Wakt
u IC VC
1 3.98 1.02
2 3.18 1.82
3 2.55 2.45
4 2.04 2.96
5 1.64 3.36
6 1.31 3.69
7 1.05 3.95
8 0.84 4.16
9 0.67 4.33
10 0.53 4.47
11 0.42 4.58
12 0.33 4.67
13 0.25 4.75
14 0.19 4.81
15 0.14 4.86
16 3.88 3.88
17 3.12 3.12
18 2.51 2.51
19 2.03 2.03
20 1.64 1.64
21 1.33 1.33
22 1.08 1.08
23 0.87 0.87
24 0.71 0.71
25 0.58 0.58
26 0.47 0.47
27 0.39 0.39
28 0.31 0.31
29 0.25 0.25
30 0.21 0.21
Model 2
Waktu IC VC
1 11.17 1.43
2 8.05 2.42
3 5.80 3.14
4 4.18 3.66
5 3.01 4.04
6 2.15 4.31
7 1.53 4.51
8 1.07 4.66
9 0.73 4.77
10 0.47 4.85
11 0.29 4.91
12 0.15 4.95
13 0.05 4.99
14 0.00 5.00
15 0.00 5.00
16 11.32 3.62
17 8.25 2.64
18 6.02 1.93
19 4.41 1.41
20 3.25 1.04
21 2.40 0.77
22 1.77 0.57
23 1.31 0.42
24 0.98 0.31
25 0.73 0.23
26 0.55 0.18
27 0.41 0.13
28 0.31 0.10
29 0.23 0.07
30 0.17 0.05
Model 3
Waktu IC VC
1 2.72 2.28
2 1.60 3.40
3 0.95 4.05
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 2.91 2.91
17 1.75 1.75
18 1.08 1.08
19 0.68 0.68
20 0.43 0.43
21 0.28 0.28
22 0.19 0.19
23 0.13 0.13
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
Model 4
Waktu IC VC
1 6.61 2.88
2 3.07 4.02
3 1.44 4.54
4 0.64 4.79
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 7.21 2.31
17 3.57 1.14
18 1.85 0.59
19 0.99 0.32
20 0.57 0.18
21 0.34 0.11
22 0.20 0.06
23 0.12 0.04
24 0.09 0.03
25 0.06 0.02
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
Pengolahan Data
1. Membuat grafik tegangan terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk setiap
model rangkaian yang digunakan
a. Model 1
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-
asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )
y = 1.782e0.083x
−t /τ=0.083 t
τ=12.048
b. Model 2
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )
y = 2.416e0.062x
−t /τ=0.062t
τ=16.129
c. Model 3
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )
y = 3.401e0.034x
−t /τ=0.034
τ=29.412
d. Model 4
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengisian Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 (1−e−t / τ )
y = 3.973e0.021x
−t /τ=0.021t
τ=47.619
2. Membuat grafik tegangan terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuk
setiap model rangkaian yang digunakan.
a. Model 1
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 e−t /τ
y = 4.691e-0.20x
−t /τ=−0.20 t
τ=5
b. Model 2
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 e−t /τ
y = 4.763e-0.30x
−t /τ=−0.30 t
τ=3.33
c. Model 3
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN exp( NaN x )
Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor
VCExponential (VC)
V ( t )=V 0 e−t /τ
y = 3.610e-0.40x
−t /τ=−0.40 t
τ=2.5
d. Model 4
0 2 4 6 8 10 120.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
f(x) = NaN x + NaN
Grafik V vs t Saat Pengosongan Kap-asitor
VCLinear (VC)
y = -0.099x + 1.119
Karena persamaan garisnya berupa persamaan linear, dan bukan persamaan
eksponensial, maka nilai τ pada model 4 tidak dapat dicari.
Analisis Hasil
Percobaan kali ini bernomor modul LR01, dengan judul modul Charge Discharge.
Tujuan dari dilakukannya praktikum ini adalah untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor
saat proses pengosongan dan pengisian muatan. Secara teoritis, arus hanya akan mengalir saat
rangkaian dalam status terbuka atau tertutup. Saat rangkaian ditutup, arus akan
mengakibatkan kapasitor dimuati oleh muatan hingga jangka waktu tertentu dan sampai V
tertentu. Sedangkan, sebaliknya, saat rangkaian dibuka, arus yang keluar mengakibatkan
kapasitor juga turut mengeluarkan muatannya. Karakteristik perubahan tegangan dalam
kapasitor dapat dijabarkan dengan fungsi eksponensial. Dalam percobaan ini, pengosongan
kapasitor terjadi pada t = 0 s hingga t = 15 s. Sedangkan, pengisian kapasitor terjadi pada t =
16 s hingga t = 30 s.
Ada beberapa alat yang diperlukan dalam mengerjakan praktikum ini, antara lain
adalah kapasitor, resistor, amperemeter, voltmeter, variable power supply, camcorder, dan
unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.
Cara pengerjaan praktikum ini tidak mengharuskan praktikan untuk datang ke
laboratorium untuk melakukan praktikum secara langsung, melainkan praktikum hanya
membutuhkan koneksi internet untuk melakukan proses pengambilan data lewat R-Lab
(Remote Laboratory). Langkah pertama dalam praktikum ini adalah mengaktifkan webcam
dan mengamati bentuk dari model-model rangkaian yang dipakai. Akan tetapi, entah karena
kendala aplikasi atau karena kendala teknis, webcam dari situs R-Lab tersebut tidak dapat
berfungsi dengan baik. Sehingga, praktikum terpaksa tidak mengamati wujud dari model-
model rangkaian yang digunakan. Namun, terlepas dari kesalahan teknis yang dialami oleh
praktikan, tidak ada kendala lain yang dihadapi oleh praktikan saat pelaksanaan praktikum.
Pertama-tama, praktikan membuka laman web E-Laboratory dan masuk ke dalam
laman web tersebut. Kemudian, praktikan memilih model rangkaian yang dipergunakan
dalam percobaan, dalam hal ini terdapat 4 model rangkaian yang berbeda, yaitu model 1,
model 2, model 3, dan model 4. Setelah memilih model rangkaian, praktikan mengaktifkan
tombol power supply. Lalu, barulah praktikan mengukur besar beda potensial di dalam
rangkaian tersebut. Praktikan harus mengulangi langkah-langkah yang sama untuk keempat
model rangkaian yang berbeda.
Dari percobaan ini, praktikan mendapatkan 120 buah data, masing-masing 30 data
untuk 4 model rangkaian kapasitor yang berbeda, untuk proses pengosongan dan pengisian
kapasitor. Setelah dibuat grafik, data-data ini dicari persamaan eksponensialnya. Dari
persamaan eksponensial tersebut akan didapatkan persamaan untuk mencari koefisien waktu.
Namun, karena praktikan tidak dapat mengamati wujud nyata dari rangkaian tersebut, hanya
bisa diperoleh koefisien terhadap waktu dari grafik tersebut, dan bukan nilai R dan C seperti
seharusnya.
Praktikan mendapatkan data koefisien waktu yang berbeda-beda untuk setiap
rangkaian. Kemungkinan, hal ini terjadi karena saat pengisian kapasitor tegangannya dibuat
sama besar dengan tegangan sumber sehingga tidak memakan waktu banyak dalam proses
pengisian tersebut. Pada saat proses pengosongan kapasitor, penurunan nilai tegangan relatif
melambat, sehingga koefisien waktu yang dihasilkan pun lebih kecil daripada saat pengisian
kapasitor.
Selain tegangannya, arus listriknya pun dapat diamati pula dari percobaan ini. Seiring
dengan terisinya kapasitor, arus listrik yang mengalir jumlahnya menurun secara gradual.
Sedangkan, saat awal pengosongan kapasitor arus listriknya akan bertambah kembali
jumlahnya. Kemudian, arus listrik pun akan turun kembali secara perlahan seiring dengan
proses pengosongan kapasitor tersebut.
Kesimpulan
Apabila arus masuk ke dalam kapasitor, maka terjadi pengisian kapasitor.
Saat arus listrik keluar dari kapasitor, maka terjadi pengosongan kapasitor.
Penurunan nilai tegangan dalam kapasitor cenderung lebih lambat saat
pengosongan kapasitor daripada saat pengisian kapasitor.
Seiring dengan terisinya kapasitor, arus listrik yang mengalir menurun. Hal yang
sama terjadi saat pengosongan kapasitor.
Daftar Pustaka
- 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
Link R-Lab
http://sitrampil6.ui.ac.id/lr01