Laporan Praktikum R-Lab Fisika Dasar Charge Discharge

LR-01
Laporan Praktikum
Nama
: Aldiansah Prayogi
R-Lab Fisika
Dasar
NPM
: 0906557511
Fakultas
Charge :Discharge
Teknik
Departemen
: Teknik Elektro
Kode Praktikum
: LR-01
Tanggal Praktikum
: 13 Oktober 2010
Unit Pelaksanaan Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
Depok
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
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.
V(t)
Vc
Gbr.1. Rangkaian kapaitor dan resisitor arus searah
1
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
(1)
Dengan  adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang
dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 1𝑒 𝑉0 yang ditentukan dari besar hambatan dan
kapasitans
𝜏=𝑅𝐶
(2)
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah
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
2
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
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 Hasil Percobaan
Waktu
1
2
3
4
5
6
IC
3.98
3.19
2.56
2.05
1.64
1.32
VC
1.02
1.81
2.44
2.95
3.36
3.68
3
LR-01
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1.06
0.85
0.67
0.54
0.43
0.33
0.26
0.20
0.15
3.88
3.11
2.50
2.02
1.63
1.32
1.07
0.87
0.70
0.57
0.46
0.38
0.31
0.25
0.21
11.18
8.05
5.82
4.20
3.02
2.17
1.54
1.08
0.75
0.50
0.31
0.18
0.08
0.00
0.00
11.29
8.19
5.97
3.94
4.15
4.33
4.46
4.57
4.67
4.74
4.80
4.85
3.88
3.11
2.50
2.02
1.63
1.32
1.07
0.87
0.70
0.57
0.46
0.38
0.31
0.25
0.21
1.42
2.42
3.14
3.66
4.03
4.31
4.51
4.65
4.76
4.84
4.90
4.94
4.98
5.00
5.00
3.61
2.62
1.91
4
LR-01
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
4.37
3.21
2.35
1.74
1.28
0.95
0.70
0.53
0.40
0.29
0.21
0.17
2.79
1.67
1.00
0.60
0.35
0.20
0.10
0.04
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
2.94
1.78
1.09
0.68
0.43
0.27
0.18
0.11
0.07
0.05
0.03
0.02
0.01
0.01
0.00
1.40
1.03
0.75
0.56
0.41
0.30
0.22
0.17
0.13
0.09
0.07
0.05
2.21
3.33
4.00
4.40
4.65
4.80
4.90
4.96
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
2.94
1.78
1.09
0.68
0.43
0.27
0.18
0.11
0.07
0.05
0.03
0.02
0.01
0.01
0.00
5
LR-01
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
6.86
3.24
1.51
0.67
0.24
0.03
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
7.19
3.50
1.76
0.92
0.49
0.26
0.15
0.09
0.05
0.03
0.02
0.02
0.00
0.00
0.00
2.81
3.96
4.52
4.78
4.92
4.99
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
5.00
2.30
1.12
0.56
0.29
0.16
0.08
0.05
0.03
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengisian Kapasitor
1. Model 1
6
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
25
y = 1.7771e0.0833x
20
VC
15
VC
10
Expon. (VC)
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 1,7771𝑒 0,0833𝑥
−𝑡
= 0,0833𝑡
𝜏
𝜏 = 12,004
2. Model 2
7
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
18
16
y = 2.4115e0.0627x
14
VC
12
10
VC
8
Expon. (VC)
6
Expon. (VC)
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 2,4115𝑒 0,0627𝑥
−𝑡
= 0,0627𝑡
𝜏
𝜏 = 15,948
3. Model 3
8
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
12
10
y = 3.3417e0.0361x
VC
8
6
VC
Expon. (VC)
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 3,3417𝑒 0,0361𝑥
−𝑡
= 0,0361𝑡
𝜏
𝜏 = 27,701
4. Model 4
9
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
8
y = 3.9285e0.022x
7
6
VC
5
4
VC
3
Expon. (VC)
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 3,9285𝑒 0,022𝑥
−𝑡
= 0,022𝑡
𝜏
𝜏 = 45,454
Grafik Tegangan V vs t Saat Pengosongan kapasitor
1. Model 1
10
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
100
90
80
70
VC
60
50
VC
40
Expon. (VC)
30
20
10
y = 107.61e-0.209x
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 107,61𝑒 −0,209𝑥
−𝑡
= −0.209𝑡
𝜏
𝜏 = 4,785
2. Model 2
11
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
350
300
250
VC
200
VC
150
Expon. (VC)
100
50
y = 448.35e-0.303x
0
0
5
10
15
20
25
30
35
t
𝑉(𝑡) = 𝑉0 𝑒 −𝑡⁄𝜏
𝑦 = 448,351𝑒 −0,303𝑥
−𝑡
= −0.303𝑡
𝜏
𝜏 = 3,300
3. Model 3
12
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
LR-01
VC
18
16
14
12
VC
10
8
VC
6
Poly. (VC)
4
2
y = 0.0266x2 - 1.3696x + 17.449
0
-2
0
5
10
15
20
25
30
35
t
4. Model 4
VC
14
12
10
VC
8
VC
6
Poly. (VC)
4
2
y = 0.0212x2 - 1.0733x + 13.382
0
-2
0
5
10
15
20
25
30
35
t
Analisis Data
Pada Percobaan kali ini saya memiliki beberapa kendala. Kendala yang pertama
adalah masalah yang timbul saat mengerjakan percobaan praktikum di situs R-lab ini. Saat
saya mencoba mengklik webcam ternyata webcamnya tidak muncul dan selalu muncul
13
LR-01
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
please try again secara berulang-ulang. Hal ini menjadi masalah yang besar karena saya
tidak bisa melihat rangkaian pada setiap model. Alhasil saya pun tidak mengetahui nilai dari
R dan C pada setiap model, sehingga saya tidak bisa membandingkan koefisien waktu yang
didapatkan dari grafik dengan koefisien yang didapatkan dari nilai komponen R dan C. Ini
merupakan kendala yang sangat besar.
Karena saya tidak bisa mengetahui nilai R dan C, maka nilai koefisien waktu hanya
bisa di dapatkan melalui persamaan grafik. Fungsi yang ditunjukkan bisa juga disajikan
dengan penggunaan metode least square, namun pada office ini telah disediakan menu
untuk langsung menjadikan suatu fungsi persamaan dari sebuah grafik.
Pada setiap model rangkaian kita mendapati nilai koefisien waktu yang berbedabeda antara pada saat pengisian kapasitor dengan pelepasan muatan kapasitor. Hal ini
mungkin terjadi karena pada saat pengisian kapasitor V pada kapasitor akan dibuat sama
besar dengan V sumber sehingga hal ini tidak terlalu memakan waktu banyak dan konstanta
waktunya akan lebih besar dibandingkan dengan pada saat pelepasan muatan kapasitor.
Pada saat pelepasan muatan kapasitor penurunan V kapasitor relative melambat sehingga
konstanta waktu yang didapatkan bernilai lebih kecil dibanding dengan pengisian kapasitor.
Arus listrik pada saat pengisian kapasitor juga kita dapatkan dan bisa dilihat
mengalami penurunan. Arus ini akan naik lagi ketika terjadi pelepasan muatan kapasitor,
namun selama pelepasan muatan kapasitor berlangsung arus listrik pun akan turun kembali
secara perlahan.
Kesimpulan
Kita dapatkan grafik pengisian kapasitor dengan pelepasan muatan kapasitor
berbeda. Kita bisa lihat 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.
14
LR-01
[LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR]
Referensi
-
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
15