LAPORAN PRAKTIKUM CHARGE DISCHARGE
Nama : Farha Kamilah NPM : 1106002476 Fakultas : Teknik Program Studi : Teknologi Bioproses Group : A-2
Nomor Percobaan : LR01 Minggu Percobaan : Minggu ke-4 Tanggal Percobaan : 15 Oktober 2012
LABORATORIUM FISIKA DASAR
Unit Pelaksana Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)
UNIVERSITAS INDONESIA Depok
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 2
Pengisian dan Pelepasan Muatan di Kapasitor
1. Tujuan
- Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan
2. Teori Dasar
Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf
“C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik,
dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan
oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011
cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut. Satuan kapasintasi adalah farad (‘F’). dalam
nilai yang sering digunakan untuk praktikum nilai yang sering digunakan microfarad ( µF) atau
10-6F.NanoFarad (Nf) atau 10-9F dan pikoFarad (pF) atau 10-12F.
Kapasitor memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat
memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C . V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
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 10-12) (k A/t)
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-
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 3
muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir
menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub
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
Pada rangkaian kapasitor seri, nilai kapasintasi adalah
1/Ctotal = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
Pada rangkaian kapasitor paralel, nilai kapasintasi total adalah
Ctotal = C1 + C2 + C3
Apabila saklar S1 ditutup, maka akan mengalir arus dari tegangan sumber melaului
hambatan R ke kapasitor C.tegangan pada C, tegangan pada C akan naik secara eksponensial
sesuai dengan persamaan berikut:
Vc = Vs (1-e – t / RC )
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 4
Dimana :
Vc = tegangan pada kapasitor (V)
Vs = tegangan sumber (V)
t = waktu pengisian kapasiitor (s)
R = Resistansi dari resistor
C = kapasintasi (F)
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
Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah
𝑉(𝑡) = 𝑉0𝑒−𝑡 𝜏⁄ (1)
Dengan τ adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang
dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1𝑒𝑉0 yang ditentukan dari besar hambatan dan
kapasitansi
𝜏 = 𝑅 𝐶 (2)
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah
V(t)
Vc
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 5
𝑉(𝑡) = 𝑉0�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
3. Peralatan
- Kapasitor
- Resistor
- Amperemeter
- Voltmeter
- Variable power supply
- Camcorder
- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 6
4. Prosedur Kerja
Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan masuk dalam sitrampil.ui.ac.id/elaboratory
kemudian meng-klik tombol rLab di bagian bawah.
1. Mengaktifkan Web cam ! (mengklik 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
5. PENGOLAHAN DATA DAN EVALUASI
1. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiap model
rangkaian yang digunakan !
Jawab :
A. Model 1
Metode 1
Waktu (s) Tegangan(v) 1 1.02 2 1.81 3 2.44 4 2.95 5 3.35 6 3.68 7 3.94 8 4.15 9 4.33 10 4.46 11 4.57 12 4.67 13 4.74 14 4.8 15 4.85
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 7
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengisian kapasitor untuk Model Rangkaian 1 :
B. Model 2
Metode 2
Waktu (s) Tegangan(v) 1 1.43 2 2.42 3 3.14 4 3.66 5 4.03 6 4.31 7 4.51 8 4.65 9 4.76 10 4.84 11 4.9 12 4.94 13 4.98 14 5 15 5
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 1)
Tega
ngan
(v)
Waktu (sekon)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 8
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengisian kapasitor untuk Model Rangkaian 2 :
C. Model 3
Metode 3
Waktu (s) Tegangan(v) 1 2.17 2 3.31 3 3.99 4 4.39 5 4.65 6 4.8 7 4.9 8 4.96 9 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 15 5
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20
Tega
ngan
(v)
Waktu (sekon)
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 2)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 9
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengisian kapasitor untuk Model Rangkaian 3:
\
D. Model 4
Metode 4
Waktu (s) Tegangan(v) 1 2.8 2 3.96 3 4.52 4 4.78 5 4.92 6 4.99 7 5 8 5 9 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 15 5
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 3)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 10
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengisian kapasitor untuk Model Rangkaian 4 :
2. Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuk tiap
model rangkaian yang digunakan!
Jawab :
A. Model Rangkaian 1
Metode 1
Waktu (s) Tegangan(v)
16 3.88 17 3.11 18 2.51 19 2.02 20 1.63 21 1.32 22 1.07 23 0.87 24 0.7 25 0.57 26 0.46 27 0.38 28 0.3 29 0.25 30 0.21
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 4)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 11
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengosongan kapasitor untuk Model Rangkaian 1 :
B. Model Rangkaian 2
Metode 2
Waktu (s) Tegangan(v) 16 3.62 17 2.63 18 1.92 19 1.4 20 1.03 21 0.76 22 0.56 23 0.42 24 0.31 25 0.23 26 0.17 27 0.13 28 0.09 29 0.07 30 0.05
0
1
2
3
4
5
15 20 25 30 35
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengosongan Kapasitor Model 1)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 12
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengosongan kapasitor untuk Model Rangkaian 2 :
C. Model Rangkaian 3
Metode 3
Waktu (s) Tegangan(v) 16 2.95 17 1.78 18 1.09 19 0.68 20 0.43 21 0.27 22 0.18 23 0.11 24 0.07 25 0.05 26 0.03 27 0.02 28 0.01 29 0.01 30 0
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengosongan kapasitor untuk Model Rangkaian 3 :
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengosongan Kapasitor Model 2)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 13
D. Model Rangkaian 4
Metode 4
Waktu (s) Tegangan(v) 16 2.31 17 1.12 18 0.57 19 0.29 20 0.16 21 0.08 22 0.05 23 0.03 24 0.01 25 0.01 26 0 27 0 28 0 29 0 30 0
Grafik tegangan V terhadap waktu saat pengosongan kapasitor untuk Model Rangkaian 4 :
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengosongan Kapasitor Model 3
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 14
3. Hitung besar konstanta waktu dari tiap rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang
diperoleh?
Jawab :
Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor dengan
menarik garis tangensial dari kurva pengisian pada titik t = 0 sekon dan kemudian
menarik garis asimtot dari kurva pengisian. Setelah itu, membuat garis yang tegak lurus
dari titik perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke sumbu x. Titik yang
diperoleh pada sumbu merupakan nilai konstanta waktu (dalam sekon).
Model Rangkaian 1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengosongan Kapasitor Model 4)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 15
Konstanta waktu ( τ ) yang diperoleh pada model 1 ± 4.8 sekon
Model Rangkaian 2
Konstanta waktu ( τ ) yang diperoleh pada model 2 ± 3.5 sekon
Model Rangkaian 3
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 1)
Tega
ngan
(v)
Waktu (sekon)
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Tega
ngan
(v)
Waktu (sekon)
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 2)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 16
Konstanta waktu ( τ ) yang diperoleh pada model 3 ± 2.5 sekon
Model Rangkaian 4
Konstanta waktu ( τ ) yang diperoleh pada model 3 ± 2 sekon
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 3)
Te
gang
an(v
)
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Grafik tegangan terhadap Waktu (Pengisian Kapasitor Model 4)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
Waktu (sekon)
Tega
ngan
(v)
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 17
4. Berdasarkan data yang saudara peroleh pada saat pengosongan kapasitor di tiap
rangkaian , berapakah besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0.
Jawab :
Besar tegangan kapasitor dapat dirumuskan :
V(t) = V0e−tτ
Model Rangkaian 1 (𝑡 = 4.8 sekon)
Tegangan pada detik ke-16 yaitu 3.8 volt, maka :
V(1) = V0e−14.8
3.88 = V0 x 0.811
𝐕𝟎 = 𝟒.𝟕𝟖 𝐕𝐨𝐥𝐭
Model Rangkaian 2 (𝜏 = 3.5 sekon)
Tegangan pada detik ke-16 yaitu 3.53 volt, maka :
V(1) = V0e−13.5
3.62 = V0 x 0.751
𝐕𝟎 = 4.81 Volt
Model Rangkaian 3 (𝜏 = 2.5 sekon)
Tegangan pada detik ke-16 yaitu 5 volt, maka :
V(1) = V0e−12.5
2.95 = V0 x 0.670
𝐕𝟎 = 4.40 Volt
Model Rangkaian 4 (𝜏 = 2.0 sekon)
Tegangan pada detik ke-16 yaitu 2.26 volt, maka :
V(1) = V0e−12.0
2.31 = V0 x 0.606
𝐕𝟎 = 𝟑.𝟖𝟎 𝐕𝐨𝐥𝐭
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 18
5. Berdasarkan konsanta waktu yang saudara peroleh. Hitung nilai R yang digunakan untuk
tiap-tiap rangkaian yang digunakan. Catatan : C1 = 10000 mikroFarad dan C2 = 4700
mikroFarad )
Jawab :
Karena besar nilai konstanta waktu dapat ditentukan dari rumus τ = R. C, maka hambatan
yang ada pada rangkaian dapat dicari dengan persamaan :
R =τC
Model Rangkaian 1
R = τC1
= 4.8 sekon10000 µF
= 480 𝛀
Model Rangkaian 2
R = τC2
= 3.5 sekon4700 µF
= 744,68 𝛀
Model Rangkaian 3
Karena besar kapasitas dari kapasitor yang digunakan pada rangkaian 3 sama dengan
kapasitor yang digunakan pada rangkaian 1, maka besar kapasitas yang digunakan
adalah C1.
R = τC1
= 2.5 sekon10000 µF
= 250 𝛀
Model Rangkaian 4
Karena besar kapasitas dari kapasitor yang digunakan pada rangkaian 4 sama dengan
kapasitor yang digunakan pada rangkaian 2, maka besar kapasitas yang digunakan
adalah C2
R = τC2
= 2 sekon4700 µF
= 425,532 Ω
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 19
5. Analisis a. Analisis percobaan
Percobaan charge discharge merupakan percobaan pengisian dan pengosongan muatan
kapasitor. Percobaan ini bertujuan untuk melihat karakteristik tegangan kapasitro pada saat
pengisian dan pelepasan muatan. Percobaan ini dilakukan dalam 4 model rangkaian. Perbedaan
model ini bertujuan agar praktikan mendapatkan range data yang bermacam-macam dan
mendapatkan hasil perbandingan yang lebih baik. Percobaan dimulai dengan menghidupkan atau
mengaktifkan web cam terlebih dahulu. Hal ini dilakukan agar praktikan dapat mengamati
jalannya proses praktikum. Selanjutnya memilih tombol (button) model untuk menentukan
model rangkaian pertama yang digunakan. Setelah itu, praktikan menghidupkan power supply
untuk menghubungkan rangkaian pada sumber tegangan, dan memilih tombol ukur untuk
mencatatt hasil percobaan.
Gambar 1. Rangkaian Percobaan Charge-Discharge
Saat saklar ditutup dan rangkaian dihubungkan dengan kapasitor dalam satu rangkaian
seri, aliran listrik dari sumber tegangan akan memulai mengisi kapasitor hingga kapasitor penuh.
Kemudian saat rangkaian dibuka/saklar dibuka, kapasitor akan mulai melepaskan muatan yang
dikandungnya. Model 1 dan 2 pada percobaan menggunakan jenis kapasitor yang sama.
Sedangkan model 3 menggunakan kapasitor yang sama dengan percobaan model 4.
Pengisian dan pengurangan kapasitor tentu membutuhkan waktu yang dapat dihitug
dengan menggunakan 2 metode, yaitu metode grafik dan metode manual. Metode grafik
dilakukan dengan membuat grafik perbandingan tegangan terhadap waktu, setelah itu mencari
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 20
nilai gradient dari grafik tersebut. Sedangkan dengan metode manual dilakukan dengan cara
mencari nilai resistor (hambatan) dengan rumus :
R = V / I
Setelah menemukan nilai resistor, waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor dapat juga
dicari dengan rumus :
t = R . C
sehingga kita dapat membandingkan nilai kapasitansi dari kedua metode di atas tersebut.
Percobaan ini dilakukan secara online, sehingga praktikan tidak dapat memegang alatnya
secara langsung dan pengamatan dilakukan melalui button video yang ada dalam situs. Oleh
karena itu, hasil percobaan sangat bergantung pada koneksi internet dan kestabilan server itu
sendiri. Namun pada saat percobaan, video web cam tidak dapat ditampilkan sehingga praktikan
sulit menganalisa secara lebih lanjut.
b. Analisis hasil percobaan dan grafik
Dalam percobaan ini praktikan mendapatkan data sebanyak 120 buah, dimana masing-
masing rangkaian diambil data sebanyak 30 kali. Pada percobaan ini pula, data yang didapatkan
untuk pengukuran tegangan dan arus tidak tetap, tetapi bervariasi terhadap waktu, karena adanya
pengisian dan pengosongan pada kapasitor di dalam rangkaian tersebut. Secara umum data yang
diperoleh dapat dibedakan menjadi 3 variabel yang bebeda, yaitu waktu, arus kapasitor dan
tegangan. Tujuan pengambilan data sebanyak 30 kali untuk setiap model rangkaian yakni untuk
memperoleh gambaran rinci akan kenaikan atau penurunan yang terjadi, baik pada arus maupun
tegangan kapasitor. Selain itu, bertujuan juga untuk memperkecil error yang mungkin timbul
pada saat percobaan maupun perhitungan data.
Pada percobaan ini, terdapat 5 soal yang harus praktikan jawab. Soal pertama, kedua, dan
ketiga berupa bentuk soal pembuatan grafik. Grafik yang praktikan dapatkan saat percobaan
berupa grafik naik turun. Grafik naik menunjukkan bahwa kapasitor sedang melakukan pengisian
dan grafik turun menandakan kapasitor sedang melakukan pengosongan. Pada saat grafik naik,
tegangan akan naik terhadap waktu dan sampai pada suatu titk hingga grafik tersebut mencapai
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 21
titik pusatnya dan kemudian turun untuk melakukan pengosongan. Grafik ini telah sesuai dengan
teori dasar secara umum.
Pada saat saklar dihubungkan dengan kapasotor, saat itulah pengisian mulai terjadi.
Saklar tidak boleh dihubungkan pada kabel paralel di sebelah kapasitor, karena hai itu akan
mengakibatkan arus listrik tidak melewati dan tidak mengisi kapasitor, justru akan masuk
melewati kabel penghubung. Hal ini karena sifat dari arus listrik tersebut yang melewati
konduktor tanpa penghambat.
6. Kesimpulan
• Nilai konstanta waktu dari proses charge-discharge kapasitor dapat ditentukan
berdasarkan kurva pengisian tegangan kapasitor.
• Besarnya nilai konstanta waktu (𝜏) mempengaruhi tegangan kapasitor.
• Nilai hambatan (R) dan kapasitas (C) merupakan faktor penentu nilai konstanta waktu (𝜏)
dari suatu rangkaian RC.
• Kurva pengisian tegangan kapasitor bersifat eksponesial.
• Jika waktu yang diperlukan untuk pengisian kapasitor semakin sempit maka nilai
tegangan akan semakin kecil.
LR01 – Charge Discharge
Farha Kamila-1106002476 Page 22
Daftar Pustaka
David Halliday, Robert Resnick. 1994. Fisika Jilid II . Surabaya: PT Erlangga
Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid II (terjemahan). Jakarta: PenebitErlangga
Top Related