Persentasi kapasitor3 [Compatibility Mode]

MEMPERSEMBAHKAN
Kelompok
Achmad Ferdiyan R
Anne Farida R U
(0602421)
(0605860)
Problem 1 : Pengisian kapasitor
Problem 2 : Kapasitor disusun seri dan
paralel
Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap
waktu penurunan arus pada
pengisian kapasitor
A. Tujuan
Problem 1 : Menentukan perubahan arus
terhadap waktu pada
rangkaian RC.
Problem 2 : Mengetahui pengaruh susunan
kapasitor terhadap padamnya
lampu.
Problem 3 : Mengetahui pengaruh hambatan
terhadap waktu paruh penurunan
arus pada pengisian kapasitor.
B. Alat dan Bahan
1. Catudaya
2. Kapasitor
3. Hambatan bangku
4. Ampermeter
5. Voltmeter
6. Stopwatch
7. Saklar
8. Kabel
1 buah
3 buah
1 buah
1 buah
1 buah
1 buah
1 buah
C. Dasar Teori
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan
muatan listrik. Sebagai penyimpan muatan listrik, suatu kapasitor
mempunyai batas tampung dan bergantung pada daya tampungnya.
Daya tampung inilah yang disebut dengan Kapasitansi kapasitor,
kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor
untuk dapat menampung muatan elektron.
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Secara sederhana kapasitor terdiri dari dua
konduktor (penghantar) yang dipisahkan oleh
bahan penyekat (bahan dielektrik). Kemudian
tiap konduktor ini disebut dengan keping atau
plat.
Secara skematis sebuah kapasitor keping
sejajar dapat digambarkan seperti pada suatu
rangkaian listrik.
Ketika saklar ditutup, maka arus akan mengalir dalam rangkaian
dan melewati kapasitor. Pada saat ini, kapasitor mengalami
charging (termuati). Muatan akan timbul pada kedua ujung plat
kapasitor, yang besarnya sama akan tetapi berlawanan tanda.
Adanya kapasitor akan menyebabkan arus yang mengalir dalam
rangkaian berubah terhadap waktu
Secara kualitatif
q
0,632 Cε
t
Pola penurunan arus terhadap waktu
Susunan kapasitor paralel
C1
C2
(b)
Susunan kapasitor seri
C1
C2
(c)
1
Hubungan waktu paruh terhadap hambatan
t ½ (s)
R (Ω)
D. Prosedur
Problem 1 : Pengisian kapasitor
1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar (a).
2. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan
kosong (tidak bermuatan).
3. Tentukan nilai hambatan bangku (Rb) dan kapasitansi
kapasitor (C) yang akan digunakan pada rangkaian, bila
anda ragu diskusikan dengan asisten lab.
4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs).
5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan.
6. Ukur dan catat perubahan arus (i) dan tegangan (Vc)
secara bersamaan yang di tunjukan ampermeter dan
voltmeter dalam selang waktu 3 detik.
7. Masukan hasil percobaan ke dalam tabel data.
Problem 2 : Kapasitor disusun seri
dan paralel
1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar
rangkaian (b).
2. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan
kosong (tidak bermuatan).
3. Tentukan nilai hambatan bangku (Rb) dan
kapasitansi kapasitor (C) yang akan digunakan pada
rangkaian, bila anda ragu diskusikan dengan asisten
lab.
4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs).
5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan.
6. Ukur dan catat perubahan arus (i) yang di tunjukan
ampermeter dalam selang waktu 3 detik.
7. Masukan hasil percobaan ke dalam tabel data.
8. Lakukan langkah 2 sampai 7 dengan menggunakan
rangkaian (c) dan (d).
Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap
waktu penurunan arus pada
pengisian kapasitor
1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar 1.
2. Tentukan harga hambatan bangku (Rb) dan kapasitansi
kapasitor (C) yang akan digunakan pada rangkaian, bila anda
ragu diskusikan dengan asisten lab
3. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan kosong (tidak
bermuatan).
4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs).
5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan.
6. Catat harga arus awal yang ditunjukkan amperemeter saat
saklar ditutup.
7. Ukur dan catat perubahan waktu saat amperemeter
menunjukkan harga arus setengah dari harga arus awalnya.
8. Ulangi langkah 2 sampai 7 dengan nilai hambatan bangku yang
berdeda-beda.
9. Ulangi langkah 2 sampai 8 dengan nilai kapasitansi kapasitor
yang berbeda.
E. Data Hasil Eksperimen
Data Laboratorium
Sebelum Praktikum
Setelah Praktikum
Tekanan ( cmHg)
68,6 ± 0,005
68,6 ± 0,005
Suhu (°C)
26,5 ± 0,25
26,5 ± 0,25
Problem 1 : Pengisian kapasitor
Vs = 10 Volt
No.
1
2
3
4
5
t (s)
0
3
6
9
12
Rb = 1 kΩ
I (mA)
9
5
3
2
1
C = 4700 μF
VC (Volt)
0
5
6,5
7
7,5
Problem 2 : Kapasitor disusun seri dan
paralel
Vs = 10 Volt Rb = 1 kΩ C = 4700 μF
No
t (s)
1
2
3
4
5
0
3
6
9
12
I pada rangkaian
Ib (mA)
Ic (mA)
Id (mA)
9
9
9
5
7
2
3
5
1
2
3
0
1
2
0
Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap
waktu penurunan arus pada
pengisian kapasitor
• Vs = 10 Volt ; C = 4700 µF
No.
R(Ω)
Io(A)
½ Io(A)
t ½ (s)
1.
1000
10 x 10-3
10 x 10-3
3,53
2.
2200
4,5 x 10-3
2,25x 10-3
6,84
3.
4700
2,1 x 10-3
1,05 x 10-3
13,39
•Vs = 10 Volt ; C = 2200 μF
No.
R(Ω)
Io(mA)
½ Io(mA)
t ½ (s)
1.
2.
3.
1000
2200
4700
10 x 10-3
4,5 x 10-3
2,1 x 10-3
10 x 10-3
2,25x 10-3
1,05 x 10-3
2,22
3,74
6,74
Problem 1: Pengisian kapasitor
Berikut grafik perubahan arus (I) terhadap waktu (t)
Berikut grafik perubahan Vc terhadap waktu (t)
Berikut grafik perubahan Vr terhadap waktu (t)
Analisis
Berdasarkan eksperimen diperoleh grafik I – t (grafik arus yang
mengalir dalam rangkaian terhadap waktu), grafik Vc – t (grafik beda
potensial antara ujung–ujung kapasitor terhadap waktu), serta
grafik VR – t (grafik beda potensial antara ujung-ujung resistor
terhadap waktu).
Ketiga grafik ini sesuai dengan prediksi, dimana ketiga grafik
bersifat eksponensial. Dari ketiga grafik tadi dapat dinyatakan :
Untuk I terhadap t
Besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian berkurang seiring
pertambahan waktu
Untuk grafik Vc – t
Besarnya beda potensial antara ujung-ujung kapasitor makin lama
semakin besar
Untuk grafik VR – t
Besarnya beda potensial antara ujung-ujung resistor semakin lama
semakin kecil
Ketiga pernyataan diatas, sesuai dengan prediksi yang telah dibuat
sebelumnya.
Problem 2
Berikut grafik perubahan arus (I) terhadap waktu (t)
Analisis
Dari grafik arus terhadap waktu untuk rangkaian (b), (c), (d) yang
didapat dari percobaan menunjukkan bahwa grafik tersebut sama
dengan grafik pada prediksi.
Kesamaan dari grafik yang didapat dari percobaan dan prediksi
adalah
Urutan rangkaian yang membuat lampu padam adalah rangkaian
(d), (b), dan rangkaian (c).
Bentuk grafik arus terhadap waktu seperti grafik eksponensial
dimana menunjukkan semakin lama waktu akan semakin kecil arus
yang mengalir pada rangkaian tersebut atau mendekati nol bahkan
sampai nol pada saat inilah lampu yang dipasang pada rangkaian
tersebut akan mati atau padam.
Problem 3
Berikut grafik perubahan waktu (t 1/2) yang diperlukan arus untuk
berkurang menjadi1/2 arus mula-mula terhadap hambatan (R)
C = 4700µF
C = 2200µF
Berikut grafik perubahan arus terhadap paruh waktu (t 1/2)
C = 4700µF
C = 2200µF
Analisis
dari grafik perubahan arus terhadap paruh waktu sangat
terlihat bahwa waktu yang diperlukan arus untuk berkurang
menjadi ½ arus mula-mula terhadap hambatan itu sendiri jika
hambatan(R) diubah sedangkan nilai dari kapasitansi (C) tetap
maka arus tersebut akan berubah terhadap waktu yaitu semakin
besar R maka arus yang mengalir akan semakin kecil, sehingga
waktupn akan semakin lama.
Sedangkan pada grafik perubahan waktu (t 1/2) yang diperlukan
arus untuk berkurang menjadi1/2 arus mula-mula terhadap
hambatan (R) yaitu waktu paruh berbanding lurus dengan
hambatan (R) artinya semakin besar hambatan yang semakin
besar pula waktu paruhnya.
Problem 1
Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil
pengukuran sesuai dengan prediksi. Dimana ketiga grafik bersifat
eksponensial termasuk juga grafik I terhadap t, dimana arus berubah
terhadap waktu secara eksponensial.
Besar arus yang mengalir dalam rangkaian akan berkurang seiring
perubahan waktu. Dimana arus yang awal besarnya adalah ε/R.
Kondisi seperti ini adalah saat setelah saklar ditutup, dimana
kapasitor belum bermuatan. Lama-lama arus yang mengalir pada
rangkaian berkurang seperti yang ditunjukan pada grafik. Hal ini
disebabkan kapasitor yang awalnya kosong (tidak bermuatan)
perlahan-lahan terisi, sehingga pada ujung-ujung kapasitor timbul
beda potensial. Semakin lama beda potensial ini akan semakin besar,
dan peningkatan beda potensial ini sebanding dengan penurunan
beda potensial pada ujung-ujung resistor.
Hingga suatu saat ketika kapasitor telah termuati penuh, tidak ada
lagi arus yang mengalir dalam rangkaian.
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka kita dapat menjawab
permasalahan tentang perancangan pencahayaan pada panggung
teater. Agar lampu padam secara perlahan-lahan, kita cukup
memasang sebuah kapasitor dengan kapasitansi tertentu pada
rangkaian listriknya dan untuk menentukan seberapa cepat lampu
padam, kita tinggal menentukan besarnya konstanta waktu RC.
Problem 2
Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil
pengukuran didapat grafik arus terhadap waktu sesuai dengan
prediksi. Kesesuaian ini dapat terlihat dalam hal berikut :
Urutan rangkaian yang membuat lampu padam adalah rangkaian
(d), (b), dan rangkaian (c).
Bentuk grafik arus terhadap waktu seperti grafik eksponensial
dimana menunjukkan semakin lama waktu akan semakin kecil arus
yang mengalir pada rangkaian tersebut atau mendekati nol bahkan
ada yang sampai nol, pada saat inilah lampu yang dipasang pada
rangkaian tersebut padam.
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka kita dapat menjawab
permasalahan tentang rangkaian yang paling tepat digunakan agar
lampu lebih lambat padam. Agar lampu lebih lambat padam.
Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian (c). Dimana dua buah
kapasitor yang dipasang secara paralel. Yang menyebabkan lampu
lambat padam karena pemasangan dari kapasitor yang dipasang
paralel akan meningkatkan ukuran plat. Peningkatan luas area plat
dapat menyimpan muatan lebih banyak karenanya menyebabkan
kapasitansi menjadi lebih besar. Sehingga semakin besar
kapasitansi semakin besar arus yang mengalir dalam rangkaian.
Problem 3
Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil
pengukuran didapat grafik yang sesuai dengan grafik prediksi.
Adapun penyimpangan titik pada grafik hasil eksperimen
disebabkan oleh kesalahan pada saat pengukuran. Hal tersebut
terjadi karena :
1. Alat yang digunakan kondisinya kurang begitu baik
2. Tidak teliti saat menetukan waktu ketika arusnya berkurang
setengah dari arus mula-mula
3. Nilai ketelitian alat ukur (amperemeter) terlalu besar, sehingga
sulit melihat penurunan arus saat pengukuran.
Pengaruh waktu terhadap tegangan adalah jika waktunya makin
lama tegangan antara ujung-ujung kapasitor makin besar, tegangan
antara ujung-ujung resistor makin lama makin kecil, tegangan
sumber akan konstan tidak berubah terhadap waktu
Harga waktu paruh pada rangkaian didapat dari :
C = 4700 µF = 4700 x 10 -6 F
R1 = 1 KΩ = 1 x 103
R2 = 2,2 KΩ = 2,2 x 103
R3 = 4,7 KΩ = 4,7 x 103
t ½ = ln 2 RC
C = 2200 µF = 4700 x 10 -6 F
R1 = 1 KΩ = 1 x 103
R2 = 2,2 KΩ = 2,2 x 103
R3 = 4,7 KΩ = 4,7 x 103
t ½ = ln 2 RC
= 0,69 x (1 x 103) x (4700 x 10 -6)
= 0,69 x (1 x 103) x (2200 x 10 -6)
= 3,24 s
= 1,5 s
t ½ = ln 2 RC
t ½ = ln 2 RC
= 0,69 x (2,2 x 103) x (4700 x 10 -6)
= 0,69 x (2,2 x 103) x (2200 x 10 -6)
= 7,13 s
= 3,34 s
t ½ = ln 2 RC
t ½ = ln 2 RC
= 0,69 x (4,7 x 103) x (4700 x 10 -6)
= 0,69 x (4,7 x 103) x (2200 x 10 -6)
= 15,24 s
= 7,13 s
Berdasarkan problem soulving yang telah kami lakukan,
maka kami menyarankan beberapa hal sebagai berikut:
1. Sebelum melakukan pengukuran pastikan terlebih dahulu
alat-alat yang akan dipakai dalam keadaan baik dan
dapat berfungsi dengan baik.
2. Perhatikan tegangan awal yang akan digunakan. Jangan
terlalu kecil karena akan sulit untuk menentukan
perubahan arusnya dan jangan terlalu besar karena akan
merusak kapasitor tersebut.
3. Prediksikan terlebih dahulu waktu yang diperlukan arus
untuk berkurang menjadi setengah arus mula-mula dan
pengaruh hambatan terhadap waktu agar lebih akurat
dalam pengukuran waktunya.
4. Lakukan pengukururan dengan penuh ketelitian.
Halliday dan Resnick. 1978.
Fisika Edisi
Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains
dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta:
Erlangga.