LAPORAN PRAKTIKUM

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 – 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 adalah𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉𝑜𝑜 𝑒𝑒−𝑡𝑡 /𝜏𝜏 (1)

Dengan 𝜏𝜏 adalah konstanta waktu [s]. konstanta waktu atau paruh adalah waktu

yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1 𝑉𝑉 yang ditentukan dari besar hambatan

dan kapasitans.𝑒𝑒 0

τ = 𝑅𝑅 𝐶𝐶 (2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉𝑜𝑜 (1 − 𝑒𝑒−𝑡𝑡 /𝜏𝜏 ) (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 – 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


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


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


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)



(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


6

5

4

3

2

1

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Waktu t (sec)

(a)


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)


6

5

4

3

2

1

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Waktu t (sec)



(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


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)


6

5

4

3

2

1

0

-1 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Waktu t (sec)

(b)


6

5

4

3

2

1

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16-1

Waktu t (sec)



(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.

𝑉𝑉Io = 𝑜𝑜 R =𝑉𝑉IoDengan : 𝐼𝐼𝑜𝑜 = nilai arus yang dibaca tepat saat sakelar di 𝑉𝑉𝑜𝑜 = nilai tegangan yang dibaca tepat saat sakelar di

R = nilai hambatan pada rangkaian, ohm (Ω)

3. Perhitungan Konstanta Waktu Pada Kapasitori. Menggunakan nilai Hambatan R dan Kapasitor C

𝑅𝑅

Io = 𝑄𝑄𝑜𝑜𝑡𝑡

Qo = I𝑜𝑜

𝑡𝑡

Dengan : Qo = nilai muatan yang melewati rangkaian, C

t = waktu yang dihitung mulai dari saat sakelar dihubungkan, sec

𝑄𝑄𝑜𝑜𝑉𝑉𝑜𝑜 = 𝐶𝐶 C 𝑄𝑄𝑉𝑉Dengan : C = nilai kapasitas kapasitor, mF

Dapat juga menggunakan regresi eksponensial yang terdapat pada perangkatlunak microsoft excel.

ii. Menggunakan regresi eksponensial

• Model 1

Charge = DischargeCara1

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉0 𝑒𝑒−𝑡𝑡 ⁄𝜏𝜏𝑡𝑡𝜏𝜏= 0.2

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 110. 𝑒𝑒−0.21𝑥𝑥 𝜏𝜏 = 10,21𝜏𝜏 = 4,76 𝑠𝑠

• Model 2

Charge = Discharge𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉0 𝑒𝑒−𝑡𝑡 ⁄𝜏𝜏𝑡𝑡𝜏𝜏= 0.3

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 447.4𝑒𝑒−0.30𝑥𝑥 𝜏𝜏 = 10,3𝜏𝜏 = 3.33 𝑠𝑠

Tega

ngan

V (V

)

• Model 3

Charge = Discharge

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉0 𝑒𝑒−𝑡𝑡 ⁄𝜏𝜏𝑡𝑡𝜏𝜏= 0.45

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 3795𝑒𝑒 −0.45𝑥𝑥 𝜏𝜏 = 10,45𝜏𝜏 = 2.22 𝑠𝑠

• Model 4

Charge = Discharge𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 𝑉𝑉0 𝑒𝑒−𝑡𝑡 ⁄𝜏𝜏𝑡𝑡𝜏𝜏= 0.58

𝑉𝑉(𝑡𝑡) = 21102𝑒𝑒0.58𝑥𝑥 𝜏𝜏 = 10,58𝜏𝜏 = 1,72 𝑠𝑠

iii. Menggunakan cara penarikan garis tangensial

• 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 𝜏𝜏 adalah 4,7

s.

• Model 2

Charge = Discharge

Tega

ngan

V (V

)Te

gang

an V

(V)


6543210

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Waktu t (sec)


s.

• Model 3

Charge = Discharge


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)


s.

• Model 4

Tega

ngan

V (V

)

Charge = Discharge


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 𝜏𝜏 adalah 1,8 s.

4. Perbandingan hasil perhitungan konstanta waktu dengan cara analisis dan cara garis tangensial

ModelKonstanta Waktu τ (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 – masing data

untuk 4 model kapasitor yang berbeda.

Hasil dari praktikum ini berupa perbandingan antara nilai konstanta waktu τ

berdasarkan rumus

τ = 𝑅𝑅 𝐶𝐶

lalu membandingkannya dengan cara menarik garis tangensial seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2. Pada landasan teori disebutkan bahwa nilai konstanta

waktu τ 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 𝑡𝑡𝜏𝜏. Berikutnya gunakan nilai t = 1 sec agar dapat

menentukan nilai konstanta waktu τ.

Berikutnya menggunakan metode garis tangensial untuk menentukan nilai

konstanta waktu τ. Setelah membandingkan nilai τ hasil analisis dengan hasil grafis,

diketahui bahwa nilainya tidak jauh berbeda.

ModelKonstanta Waktu τ (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 τ. 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 τ 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 τ 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 τ 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

LAPORAN PRAKTIKUM

Documents

Transcript of LAPORAN PRAKTIKUM