Post on 04-Aug-2015
LAPORAN PRAKTIKUM
Nama/NPM : Indira Anindita / 1106139784Fakultas/Program Studi : Teknik / Paralel Teknik SipilGroup & Kawan Kerja : A19
1. Rudi Agus Widono2. Sang Putu Sanat Kumara3. Senditia Dilang Ramadhan4. Saleh Ardiansyah5. Srikandi Wahyu Arini6. Rizka Yuliani7. Sunaryo8. Susanto Agus Wijaya
No & Nama Percobaan : LR-01 Charge DischargeMinggu Percobaan : Pekan 6Tanggal Percobaan : 31 Oktober 2011
Laboratorium Fisika Dasar
UPP IPD Universitas
Indonesia
LR01 β CHARGE DISCHARGE
I. Tujuan Praktikum
Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan.
II. Peralatan1. Kapasitor2. Resistor3. Amperemeter4. Voltmeter5. Variable Power Supply6. Camcorder7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
III. Landasan Teori
Pada rangkaian arus searah seperti pada Gambar 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 Vo. Sebaliknya, kapasitor akan melepaskan muatan
melalui resistor saat rangkaian dibuka. Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat
diterangkan dengan fungsi eksponensial.
Gambar 1. Rangkaian kapasitor dan resistor arus searah
Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalahππ(π‘π‘) = ππππ ππβπ‘π‘ /ππ (1)
Dengan ππ adalah konstanta waktu [s]. konstanta waktu atau paruh adalah waktu
yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1 ππ yang ditentukan dari besar hambatan
dan kapasitans.ππ 0
Ο = π π πΆπΆ (2)
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah
ππ(π‘π‘) = ππππ (1 β ππβπ‘π‘ /ππ ) (3)
Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan kapasitor Vc(t) turun secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini dapat dilihat pada Gambar 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 x adalah konstanta waktu.
Gambar 2. 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 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama. Untuk model 2 dan 4 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama.
No Waktu IC VC
123456789
10111213141516
15161718192021222324252627282930
0.153.883.112.512.021.631.321.070.870.7
0.570.460.380.310.250.21
4.853.883.112.512.021.631.321.070.870.7
0.570.460.380.310.250.21
IV. Prosedur Percobaan
Memasuki http://sit ra mp i l.ui. ac .id/ e l a bo r a to r y kemudian masuk ke jadwal user ,
meng-klik LR01 β Charge Discharge pada jadwal praktikum pekan ke-6.
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 hingga 6 untuk model rangkaian 2 , 3 dan 4
V. Pengolahan Data dan Evaluasi
a. Pengolahan Data
1. Data Percobaan
Model 1
Charge DischargeNo Waktu IC VC
123456789
10111213141516
0123456789
101112131415
03.983.182.552.041.641.311.050.840.670.530.420.330.250.2
0.15
01.021.822.452.963.363.693.954.164.334.474.584.674.754.8
4.85
No Waktu IC VC
123456789
10111213141516
15161718192021222324252627282930
011.29
8.25.994.383.212.371.741.3
0.960.720.530.4
0.310.230.17
53.612.621.921.4
1.030.760.560.420.310.230.170.130.1
0.070.05
No Waktu IC VC
123456789
10111213141516
15161718192021222324252627282930
02.921.761.090.670.430.270.180.120.080.050.030.020.010.01
0
52.921.761.090.670.430.270.180.120.080.050.030.020.010.01
0
Model 2
Charge DischargeNo Waktu IC VC
123456789
10111213141516
0123456789
101112131415
011.178.035.794.183.012.151.531.070.730.470.290.170.06
00
01.432.433.153.664.044.314.514.664.774.854.914.954.98
55
Model 3
Charge DischargeNo Waktu IC VC
123456789
10111213141516
0123456789
101112131415
02.781.650.990.590.350.20.1
0.050000000
02.223.354.014.414.654.84.9
4.955555555
Discharge
No Waktu IC VC
123456789
10111213141516
161718192021222324252627282930
7.133.471.760.920.5
0.270.170.090.060.030.030.02
000
2.281.110.560.290.160.090.050.030.020.010.01
0000
Model 4
Charge
No Waktu IC VC
123456789
10111213141516
123456789
101112131415
6.773.181.480.660.240.03
000000000
2.833.984.534.794.924.99
555555555
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
2. Grafik Hubungan Antara Waktu (t) dan Tegangan (V)
Model 1
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian KapasitorModel 1
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
(a)
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengosongan KapasitorModel 1
6
5
4
3
2
1
0
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Waktu t (sec)
(b)
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Grafik Perbandingan Hubungan t vs V Saat Pengisian danPengosongan Kapasitor Model 1
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian Model 1
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengosongan Model 1
(c)
Gambar 3. (a) Grafik t vsV pada pengisian kapasitor model 1. (b) Grafik t vs V pada pengosongan kapasitor model 1. (c) Grafik perbandingan t vs V saatpengisian dan pengosongan kapasitor.
Model 2
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian KapasitorModel 2
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
(a)
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Grafik Hubungan t vs V Saat PengosonganKapasitor Model 2
6
5
4
3
2
1
0
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Waktu t (sec)
(b)
Grafik Perbandingan Hubungan t vs V SaatPengisian dan Pengosongan Kapasitor Model 2
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian Model 2
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengosongan Model 2
(c)
Gambar 4. (a) Grafik t vsV pada pengisian kapasitor model 2. (b) Grafik t vs V pada pengosongan kapasitor model 2. (c) Grafik perbandingan t vs V saat pengisian dan pengosongan kapasitor model 2.
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Model 3
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian KapasitorModel 3
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
(a)
Grafik Hubungan t vs V Saat PengosonganKapasitor Model 3
6
5
4
3
2
1
0
15 17 19 21 23 25 27 29 31
Waktu t (sec)
(b)
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Grafik Perbandingan Hubungan t vs V SaatPengisian dan Pengosongan Kapasitor Model 3
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian Model 3
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengosongan Model 3
(c)
Gambar 5. (a) Grafik t vsV pada pengisian kapasitor model 3. (b) Grafik t vs V pada pengosongan kapasitor model 3. (c) Grafik perbandingan t vs V saatpengisian dan pengosongan kapasitor model 3.
Model 4
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian KapasitorModel 4
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu t (sec)
(a)
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Grafik Hubungan t vs V Saat PengosonganKapasitor Model 4
6
5
4
3
2
1
0
-1 15 17 19 21 23 25 27 29 31
Waktu t (sec)
(b)
Grafik Perbandingan Hubungan t vs V SaatPengisian dan Pengosongan Kapasitor Model 4
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16-1
Waktu t (sec)
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengisian Model 4
Grafik Hubungan t vs V Saat Pengosongan Model 4
(c)
Gambar 6. (a) Grafik t vsV pada pengisian kapasitor model 4. (b) Grafik t vs V pada pengosongan kapasitor model 4. (c) Grafik perbandingan t vs V saat pengisian dan pengosongan kapasitor model 4.
ππIo = ππ R =ππIoDengan : πΌπΌππ = nilai arus yang dibaca tepat saat sakelar di ππππ = nilai tegangan yang dibaca tepat saat sakelar di
R = nilai hambatan pada rangkaian, ohm (Ξ©)
3. Perhitungan Konstanta Waktu Pada Kapasitori. Menggunakan nilai Hambatan R dan Kapasitor C
π π
Io = πππππ‘π‘
Qo = Iππ
π‘π‘
Dengan : Qo = nilai muatan yang melewati rangkaian, C
t = waktu yang dihitung mulai dari saat sakelar dihubungkan, sec
ππππππππ = πΆπΆ C ππππDengan : C = nilai kapasitas kapasitor, mF
Dapat juga menggunakan regresi eksponensial yang terdapat pada perangkatlunak microsoft excel.
ii. Menggunakan regresi eksponensial
β’ Model 1
Charge = DischargeCara1
ππ(π‘π‘) = ππ0 ππβπ‘π‘ βπππ‘π‘ππ= 0.2
ππ(π‘π‘) = 110. ππβ0.21π₯π₯ ππ = 10,21ππ = 4,76 π π
β’ Model 2
Charge = Dischargeππ(π‘π‘) = ππ0 ππβπ‘π‘ βπππ‘π‘ππ= 0.3
ππ(π‘π‘) = 447.4ππβ0.30π₯π₯ ππ = 10,3ππ = 3.33 π π
Tega
ngan
V (V
)
β’ Model 3
Charge = Discharge
ππ(π‘π‘) = ππ0 ππβπ‘π‘ βπππ‘π‘ππ= 0.45
ππ(π‘π‘) = 3795ππ β0.45π₯π₯ ππ = 10,45ππ = 2.22 π π
β’ Model 4
Charge = Dischargeππ(π‘π‘) = ππ0 ππβπ‘π‘ βπππ‘π‘ππ= 0.58
ππ(π‘π‘) = 21102ππ0.58π₯π₯ ππ = 10,58ππ = 1,72 π π
iii. Menggunakan cara penarikan garis tangensial
β’ Model 1Charge = Discharge
Grafik Hubungan t vs V Saat PengisianKapasitor Model 1
6543210
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu t (sec)
Dari penarikan garis tangensial didapat nilai konstanta waktu ππ adalah 4,7
s.
β’ Model 2
Charge = Discharge
Tega
ngan
V (V
)Te
gang
an V
(V)
Grafik Hubungan t vs V Saat PengisianKapasitor Model 2
6543210
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu t (sec)
Dari penarikan garis tangensial didapat nilai konstanta waktu ππ adalah 3,3
s.
β’ Model 3
Charge = Discharge
Grafik Hubungan t vs V Saat PengisianKapasitor Model 3
6
5
4
3
2
1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu t (sec)
Dari penarikan garis tangensial didapat nilai konstanta waktu ππ adalah 2,05
s.
β’ Model 4
Tega
ngan
V (V
)
Charge = Discharge
Grafik Hubungan t vs V Saat PengisianKapasitor Model 4
6
5
4
3
2
1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu t (sec)
Dari penarikan garis tangensial didapat nilai konstanta waktu ππ adalah 1,8 s.
4. Perbandingan hasil perhitungan konstanta waktu dengan cara analisis dan cara garis tangensial
ModelKonstanta Waktu Ο (sec)
Cara Analisis Cara Garis Tangensial
1 4,76 4,7
2 3,33 3,3
3 2,22 2,05
4 1,72 1,8
b. Analisis Praktikum
1. Analisis PercobaanPercobaan yang dilakukan di rlab tidak memberikan informasi yang cukup
untuk menggambarkan proses percobaan. Praktikan tidak dapat melihat alat uji dan
proses percobaan secara langsung. Video yang terdapat pada halaman r-lab juga
tidak dapat dijalankan sehingga praktikan tidak dapat memberikan penjelasan
lengkap mengenai jalannya percobaan.
Pengambilan data dilakukan dengan memasuki halaman r-lab terlebih
dahulu, lalu melakukan log-in. ada 4 model kapasitor yang menjadi objek
percobaan. Power supply dihidupkan dengan cara meng-klik bulatan disebelah
kanan power supply lalu meng-klik perintah untuk melakukan percobaan. Cara yang
sama dilakukan untuk percobaan terhadap 3 model kapasitor yang tersisa.
Setiap data hasil percobaan yang muncul tersimpan secara otomatis pada
account r-lab praktikan. Data tersebut kemudian disimpan kedalam bentuk
microsoft excel.
2. Analisis HasilData hasil percobaan berupa waktu yang dibutuhkan kapasitor untuk
mencapai kapasitas maksimum dan saat pengosongan kembali (t), arus yang terjadi
pada rangkaian selama proses pengisian dan pengosongan (I), dan tegangan yang
dihasilkan selama proses pengisian dan pengosongan kapasitor, sehingga total data
percobaan berjumlah 360 data yaitu: 30 data waktu pengisian dan pengosongan
kapasitor t, 30 data arus, dan 30 data tegangan yang terjadi. Masing β masing data
untuk 4 model kapasitor yang berbeda.
Hasil dari praktikum ini berupa perbandingan antara nilai konstanta waktu Ο
berdasarkan rumus
Ο = π π πΆπΆ
lalu membandingkannya dengan cara menarik garis tangensial seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2. Pada landasan teori disebutkan bahwa nilai konstanta
waktu Ο dapat ditentukan dengan menggunakan nilai hambatan R dan nilai kapasitas
kapasitor C. Tetapi praktikan tidak menemukan kedua variabel itu di halaman r-lab,
sehingga praktikan menggunakan cara lain yaitu menggunakan regresi eksponensial
yang disediakan oleh perangkat lunak microsoft excel. Data yang telah tersimpan
direpresentasikan dalam bentuk grafik hubungan antara konstanta waktu t dan
tegangan V. Klik kanan pada garis grafik dan pilih menambahkan trendline
eksponensial pada garis grafik serta aktifkan equation untuk menampilkan
persamaaneksponensial dari grafik tersebut. Dari persamaan yang muncul dapat
diketahui nilai konstanta π‘π‘ππ. Berikutnya gunakan nilai t = 1 sec agar dapat
menentukan nilai konstanta waktu Ο.
Berikutnya menggunakan metode garis tangensial untuk menentukan nilai
konstanta waktu Ο. Setelah membandingkan nilai Ο hasil analisis dengan hasil grafis,
diketahui bahwa nilainya tidak jauh berbeda.
ModelKonstanta Waktu Ο (sec) Kesalahan Relatif
Cara Analisis Cara Garis Tangensial (%)1 4,76 4,7 62 3,33 3,3 33 2,22 2,05 174 1,72 1,8 8
Kesalahan relatif rerata adalah 6+3+17+8
= 8,5
% 4Kesalahan yang dapat terjadi akibat pengamatan yang kurang cermat oleh
praktikan terhadap garis singgung yang digunakan dan kesalahan penentuan nilai
garis asimtotik untuk mencari nilai konstanta waktu Ο. Kesalahan juga disebabkan
oleh praktikan yang tidak mengerti sepenuhnya mengenai materi yang diuji kali ini.
Dari kesalahan yang terjadi selama pengolahan data, diketahui bahwa kesalahan
relatif yang terjadi jika menggunakan cara grafis adalah sebesar 8,5 %.
Pengaruhnya tidak besar untuk perencanaan rangkaian dengan kapasitor sederhana.
tapi sebaiknya digunakan cara analisis jika ingin membuat rangkaian yang tidak
sederhana.
Hasil percobaan ini membuktikan bahwa untuk mendapatkan nilai konstanta
waktu Ο dapat dilakukan paling tidak dengan dua cara, yaitu :
- Cara analisis dengan regresi eksponensial
- Cara grafis dengan menarik garis tangensial
Ini sesuai dengan teori yang telah dibahas sebelumnya.
3. Analisis Grafik
Dari data percobaan berupa kapasitor dengan 4 model berbeda yang
telah direpresentasikan menjadi grafik oleh praktikan, terlihat bahwa:
- Hubungan variabel waktu t (X) dan variabel tegangan (Y) pada
pengisian dan pengosongan kapasitor adalah berupa grafik eksponensial.
- Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi kapasitor dapat diasumsikan
sama dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan kapasitor.
- Grafik dapat dikatakan baik karena bentuknya yang berupa grafik eksponensial
dan bentuk pengisian dan pengosongan kapasitor terlihat saling bercerminan
sesuai dengan teori yang tertera pada literatur.
- Nilai konstanta waktu Ο bisa didapatkan dengan metode penarikan garis
tangensial dari titik nol terhadap grafik.
VI. Kesimpulan
Dari percobaan dan analisis yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil pengukuran tidak dapat diperiksa kevalidannya karena alat praktikum tidak
dapat dilihat secara langsung oleh praktikan.
2. Nilai konstanta waktu Ο dapat dilakukan paling tidak dengan dua cara, yaitu dengan
regresi eksponensial dan penarikan garis tangensial terhadap grafik.
3. Kesalahan relatif yang terjadi pada metode garis tangensial adalah 8,5 %.
4. Hubungan variabel waktu t (X) dan variabel tegangan (Y) pada pengisian
dan pengosongan kapasitor adalah berupa grafik eksponensial.
5. Waktu yang digunakan untuk mengisi kapasitor bisa diasumsikan sama
dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan kapasitor.
VII. Referensi
Halliday, Resnick, Walker; Fisika, Edisi 3, Jilid 2, Erlangga, 1994.
Tipler, Paul A., Mosca, Gene. Physics for Scientists and Engineers, fifth edition. W.H Freeman, California, 2003