Rangkaian RC Pengisisan Kapasitor

EKSPERIMEN
FISIKA DASAR 2
Rangkaian RC
PENGISIAN KAPASITOR
CREATED BY :
AAN SUHIRSO
ABDURRAHIM
AGUS KURNIAWAN
DEWANTI NURUL FAZRIN
M. FAIZAL
NURLAELI R .
NURUL ASHRI
YULIANI SUSILAWATI
(0602673)
(0605604)
(0605586)
(060231)
(0605798)
(0605621)
(06095693)
(060946)
TUJUAN EKSPERIMEN
• Menentukan grafik hubungan arus terhadap waktu
pada pengisian kapasitor
• Menentukan grafik hubungan beda potensial antara
ujung-ujung hambatan terhadap waktu
• Menentukan grafik hubungan beda potensial antara
ujung-ujung kapsitor terhadap waktu
• Menentukan grafik hubungan arus terhadap waktu
pada rangkaian seri dan parallel
• Menentukan rangkaian yang dapat membuat lampu
lebih lambat padam
• Menentukan pengaruh arus terhadap waktu paruh
• Menentukan grafik hubungan antara waktu paruh
terhadap hambatan maupun kapasitor
• Menentukan pengaruh waktu terhadap tegangan
LANDASAN TEORITIS
Kapasitor adalah piranti yang berguna untuk
menyimpan muatan dan energi. Kapasitor terdiri
dari dua konduktor yang berdekatan tetapi
terisolasi satu sama lain dan membawa muatan
yang sama besar dan berlawanan.
+
V
−
+Q
−Q
KEGUNAAN
KAPASITOR
Pemberi cahaya kilat pada kamera
Memperluas riak yang timbul ketika arus bolakbolak-balik
dikonversi menjadi arus searah pada catu daya,
sehingga dapat digunakan pada kalkulator atau radio
ketika baterai tidak dapat digunakan
Memilih frekuensi pada radio penerima (tuner)
Meratakan fluktuasi tegangan dari keluaran catu
daya (adaptor)
Memisahkan arus bolakbolak-balik dari arus searah (filter)
Meredam loncatan bunga api dalam rangkaian lampu
TL
Sebagai catu daya cadangan ketika listrik PLN padam
KAPASITANSI
Kapasitansi adalah suatu ukuran dari “kapasitas”
penyimpanan muatan untuk suatu perbedaan
potensial tertentu.
Kapasitas suatu kapasitor didefinisikan sebagai
perbandingan antara muatan pada salah satu pelat
kapasitor dengan beda potensial diantara kedua
pelat. Secara matematis C = Q/V.
Satuan dari C adalah farad (F), tetapi kebanyakan
kapasitor memiliki nilai C dalam renting picofarad
ke microfarad (pF ke µF). Simbol kapasitor dalam
rangkaian listrik adalah
PENGISIAN KAPASITOR
Jika kapasitor yang mula-mula tidak
bermuatan terhubung dengan piranti
bermuatan seperti baterai yang terjadi adalah
muatan dari satu konduktor dipindahkan ke
konduktor lainnya sampai perbedaan potensial
antara konduktor-konduktor akibat-muatanmuatan yang sama dengan beda potensial
antara ujung-ujung baterai, hal ini disebut
pengisisan kapasitor.
Gambar di bawah menunjukkan suatu rangkaian
penghantar yang dihubungkan dengan baterai,
switch, dan kapasitor. Kapasitor pada Gambar
belum diisi. Tidak ada beda-potensial antar plat
Ketika switch ditutup, seperti gambar dibawah,
ada suatu loncatan arus sesaat melalui
penghantar dari dan menuju plat kapasitor.
Kemudian arus mengalir dari negatif baterai ke
negatif kapasitor.
Ketika reaktansi sama dengan tegangan dari
baterai, maka menunjukkan bahwa kapasitor
sudah terisi penuh. Karena perbedaan muatan
pada plat, maka terdapat sumber energi
potensial pada kapasitor tersebut. Energi yang
disimpan adalah energi yang diperlukan untuk
mengisi kapasitor.
PENGOSONGAN KAPASITOR
Jika switch ditutup, seperti gambar di bawah, arus
seketika mengalir sepanjang plat negatif ke pelat
positif. Terjadilah pengosongan kapasitor.
PROBLEM 1
Alat dan bahan yang digunakan:
Power Supply
Resistor
Kapasitor
Saklar
Amperemeter
Voltmeter
Stopwatch
Kabel-kabel
Prosedur Percobaan
Merangkai alat dan bahan seperti gambar
rangkaian berikut
Rangkaian (a)
Memastikan kapasitor dalam keadaan kosong,
untuk memastikannya yaitu dengan
menghubungkan kedua ujung kapasitor sampai
tidak ada loncatan listrik diantara kedua ujung
kapasitor tersebut
Memberi tegangan ± 10 Volt, pada power supply
Prosedur pecobaan (lanjutan)
Menutup saklar
bersamaan dengan
dinyalakannya
stopwatch, kemudian
mengukur arus dan
beda potensial antara
ujung-ujung kapasitor
dengan amperemeter
dan voltmeter
Pengukuran dilakukan
dari t = 0 sampai
dengan arus yang
terukur pada
amperemeter
konnstan.
Mencatat hasil
percobaan dalam tabel
seperti berikut
No
t (s)
I (mA)
Vc (Volt)
VR (Volt)
1.
2.
3.
4.
5.
Keterangan:
t = waktu sampai dengan arus
konstan
I = arus yang mengalir
Vc = beda potensial antara ujungujung kapasitor
VR = beda potensial antara ujungujung resistor yang diperoleh
dari persamaan
HASIL PERCOBAAN
Keadaan laboratorium
Temperatur (oC)
Tekanan (cmHg)
Sebelum Eksp
25,5 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Setelah Eksp
26,0 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Tabel Pengamatan rangkaian (a): Pengisian Kapasitor,
dengan menggunakan R = 1KΩ
No.
t (s)
I (mA)
Vc (Volt)
VR (Volt)
1.
0
9
0
9
2.
3
5
5,5
5
3.
6
3
6,5
3
4.
9
2
7
2
5.
12
2
7,5
1
a) Grafik hubungan arus terhadap waktu
10
i(mA)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
2
4
6
t (s)
8
10
12
b) Grafik hubungan beda potensial antara ujung-ujung
kapasitor terhadap waktu
8
7
6
Vc (Volt)
5
4
3
2
1
0
-1
1
2
3
t (s)
4
5
c) Grafik hubungan beda potensial antara ujung-ujung
resistor terhadap waktu
10
9
8
Vr (Volt)
7
6
5
4
3
2
1
0
2
4
6
t (s)
8
10
12
ANALISIS
Dari grafik yang dihasilkan dapat dianalisis bahwa
grafiknya sesuai dengan prediksi yakni pada grafik
arus terhadap waktu serta grafik beda potensial
antara ujung-ujung resistor merupakan grafik
penurunan eksponensial. Begitupun dengan grafik
beda potensial antara ujung-ujung kapasitor yang
sangat persis dengan grafik prediksi.
PROBLEM 2
Alat dan bahan yang digunakan:
Power Supply
Resistor
2 buah Kapasitor dengan kapasitansi yang sama
Saklar
Amperemeter
Voltmeter
Stopwatch
Kabel-kabel
Prosedur Percobaan
Merangkai alat dan bahan seperti gambar
rangkaian berikut
Rangkaian (c)
Rangkaian (b)
Rangkaian (d )
Memastikan kapasitor dalam keadaan kosong,
untuk memastikannya yaitu dengan
menghubungkan kedua ujung kapasitor sampai
tidak ada loncatan listrik diantara kedua ujung
kapasitor tersebut
Memberi tegangan ± 10 Volt, pada power supply
Prosedur Percobaan
(lanjutan)
Menutup saklar
No
t (s)
I (mA)
Vc (Volt)
V (Volt)
bersamaan dengan
1.
dinyalakannya
stopwatch, kemudian
2.
mengukur arus dan
3.
beda potensial antara
ujung-ujung kapasitor
4.
dengan amperemeter
5.
dan voltmeter
Pengukuran dilakukan Keterangan:
t = waktu sampai dengan arus
dari t = 0 sampai
konstan
dengan arus yang
I = arus yang mengalir
terukur pada
Vc = beda potensial antara ujungamperemeter konnstan.
ujung kapasitor
VR = beda potensial antara ujungMencatat hasil
ujung resistor yang diperoleh
percobaan dalam tabel
dari persamaan
seperti berikut
R
HASIL PERCOBAAN
Keadaan laboratorium
Temperatur (oC)
Tekanan (cmHg)
Sebelum Eksp
25,5 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Setelah Eksp
26,0 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Tabel Pengamatan rangkaian (b)
No
t (s)
I (mA)
1.
0
9
2.
3
5,5
3.
6
3
4.
9
2
5.
12
2
Tabel Pengamatan rangkaian (c)
No
t (s)
I (mA)
1.
0
9
2.
3
7
3.
6
5
4.
9
3
5.
12
2
Tabel Pengamatan rangkaian (d)
No
t (s)
I (mA)
1.
0
7
2.
3
2
3.
6
1
4.
9
0
5.
12
0
a) Grafik hubungan arus terhadap waktu pada
rangkaian (b,c dan d)
Grafik arus terhadap Waktu pada rangkaian c
12
10
i (mA)
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
t (s)
7
8
9
10
Grafik arus terhadap waktu pada rangkaian
(d)
8
7
6
i (mA)
5
4
3
2
1
0
-1
0
2
4
6
8
10
12
)
s
(
t
Grafik arus terhadap waktu pada rangkaian
(b)
100
80
Vr (Volt)
60
40
20
0
1
2
3
t (s)
4
5
ANALISIS
Grafik yang diperoleh dari hasil percobaan hampir mendekati
grafik prediksi, perbedaannya adalah grafik yang diperoleh sedikit
kurang eksponensial, artinya masih ada yang mendekati linear
seperti pada grafik yang diperoleh dari rangkaian c. Akan tetapi
hal ini kiranya bisa dimaklumi karena nilai yang diperolehpun
mungkin masih dapat dikategorikan eksponensial seperti yang
terlihat dalam grafik. Perbedaan ini terjadi mungkin karena
adanya kesalahan paralaks, atau kesalahan dalam melakukan
pengukuran.
PROBLEM 3
Alat dan bahan yang digunakan:
Power Supply
Resistor
Kapasitor
Saklar
Amperemeter
Voltmeter
Stopwatch
Kabel-kabel
Prosedur Percobaan
Merangkai alat dan bahan seperti gambar rangkaian
berikut
Rangkaian problem3
Mencatat besar hambatan dan kapasitansi kapasitor
yang dipergunakan
Memastikan kapasitor dalam keadaan kosong yaitu
dengan menghubunkan kedua ujung kapasitor
sampai tidak ada loncatan listrik antara kedua ujung
kapasitor tersebut
Menghidupakan power supply dengan memberikan
tegangan ± 10 Volt
Prosedur Percobaan (lanjutan)
Menutup saklar berbarengan dengan
dinyalakannya stopwatch
Mencatat harga waktu saat amperemeter
menunjukkan harga arus yang setengah dari harga
arus awalnya. Mencatat pula harga arus awal
tersebut.
Mengulangi langkah 1-5 dengan mengubah-ubah
harga hambatan.
Mengulangi lagi langkah satu sampai enam dengan
menggunakan kapasitor yang berbeda.
Mencatat hasil percobaan dalam tabel berikut
Tabel pengamatan dengan nilai C=…
No.
R(KΩ)
Io (mA)
1/2Io (mA)
t1/2 (s)
1.
2.
3.
• Tabel pengamatan dengan nilai C=…
No.
1.
2.
3.
R(KΩ)
Io (mA)
1/2Io (mA)
t1/2 (s)
HASIL PERCOBAAN
Keadaan laboratorium
Temperatur (oC)
Tekanan (cmHg)
Sebelum Eksp
25,5 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Setelah Eksp
26,0 ± 0,025
68,6 ± 0,05
Tabel pengamatan dengan nilai C=4700 µF
No.
R(KΩ)
Io (mA)
1/2Io (mA)
t1/2 (s)
1.
1
10
5
3,5
2.
2,2
4,5
2,25
6,8
3.
4,7
2,1
1,05
9,4
• Tabel pengamatan dengan nilai C=2200 µF
No.
R(KΩ)
Io (mA)
1/2Io (mA)
t1/2 (s)
1.
1
10
5
2,2
2.
2,2
4,5
2,25
3,9
3.
4,7
2,1
1,05
5,6
Grafik ½ Io terhadap waktu
Dengan C = 4700µF
Grafik ½ Io terhadap waktu
Dengan C = 2200µF
5
4
)
A
m
3
(
o
I
2
/
1
2
1
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
t 1/2 (s)
4,5
5,0
5,5
6,0
a) Grafik hubungan waktu paruh terhadap resistor dengan
C = 4700 µF
10
9
8
t 1/2 (s)
7
6
5
4
3
2
1
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
R (K ohm)
3,5
4,0
4,5
5,0
b) Grafik hubungan waktu paruh terhadap resistor dengan
C = 2200 µF
6,0
5,5
5,0
4,5
t 1/2 (s)
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
R(K ohm)
3,5
4,0
4,5
5,0
c) Grafik hubungan waktu paruh terhadap kapasitor
dengan R= 2,2 KΩ
7.0
6.5
6.0
t 1/2 (s)
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
2000
2500
3000
3500
C (µF)
4000
4500
5000
ANALISIS
Dari grafik yang dihasilkan dapat dianalisis bahwa
grafiknya sesuai dengan prediksi yakni pada grafik
waktu paruh terhadap resistor dengan C = 4700
µF, waktu paruh terhadap resistor dengan C = 2200
µF dan waktu paruh terhadap kapasitor dengan R
= 2,2 KΩ dan yang kesemuanya itu merupakan
grafik linier.
KESIMPULAN
Dari hasil pengolahan data dapat disimpulkan
bahwa grafik hasil eksperimen sesuai dengan
prediksi, yakni grafik yang diperoleh persis sama
berbentuk linier.
Adapun harga waktu paruh dalam rangkaian
dengan kapasitansi yang berbeda ditunjukan
dalam tabel berikut.
t ½ (s)
R (KΩ)
C = 2200 µF
C = 4700 µF
1
2,2
3,5
2,2
3,9
6,8
4,7
5,6
9,4
Pengaruh waktu terhadap tegangan sesuai dengan
hasil eksperimen problem 1, diperoleh grafik
dengan penjelasan sebagai berikut.
Grafik beda potensial antara ujung-ujung resistor
terhadap waktu adalah eksponensial, dengan
demikian waktu mempengaruhi VR, atau dengan
kata lain waktu dapat mempengaruhi penurunan
tegangan resistor.
Grafik antara ujung-ujung kapasitor terhadap
waktu menjelaskan bahwa waktupun berpengaruh
pada Vc, dimana hal ini menunjukan bahwa waktu
dapat mempengaruhi kenaikan tegangan Vc.
Waktu pada tegangan sumber atau tegangan yang
dihasilkan power supply tidak berpengaruh.
Selesai