Laporan Charge Discharge

8/3/2019 Laporan Charge Discharge

1/20

[

Charge Discharge

Nama : Dina Isholawa

NPM : 1106139203Fakultas : Teknik

Jurusan : Teknik Kimi

Grup : A12

Nomor Percobaan : L

Nama Percobaan : CH

Unit Pelaksana Pe

Type the document title]

i

01

RGE DISCHARGE

didikan Ilmu Pengetahuan Dasar (

Universitas Indonesia

Depok

Page 1

PP-IPD)


2/20

[Type the document title]

Charge Discharge Page 2

CHARGE DISCHARGE

I. Tujuan

- Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II. Peralatan

- Kapasitor- Resistor- Amperemeter- Voltmeter- Variable power supply- Camcorder- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatisIII. LANDASAN TEORI

Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan

huruf "C"adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan

listrik, dengancara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor

ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad

= 9 x 1011cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu

bahandielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik,

gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan

positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama

muatan muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat

mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke

ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan

elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.


3/20



Gbr 1. Prinsip Kerja Kapasitor

Kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik,

dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan

dielektrik). Atau dengan kata lain, kapasitor terbentuk dari dua konduktor sembarang yang

dipisahkan oleh sebuah isolator (atau ruang hampa). Suatu kapasitor memiliki lambang

berikut ini:

Gbr.2 Lambang Kapasitor

Dalam rangkaian listrik, kapasitor dapat digunakan sebagai :

1. Pencari gelombang radio (tuning)

2. Salah satu komponen pengapian

3. Penyimpan energi dalam rangkaian penyala elektronik

4. Filter dalam catu daya

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat

menampung muatan elektron. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik

dinyatakan oleh besaran kapasitas atau kapasitansi (yang dinotasikan dengan C), dan

didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik Q yang tersimpan dalam kapasitor

dan beda potensial V antara kedua keping.

Dimana:

Q = muatan elektron, satuan C (coulomb)

C = nilai kapasitansi, satuan F (farad)

V = besar tegangan, satuan V (volt)


4/20



Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.3, 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 rangkaiandibuka. Karakteristik tegangan pada kapasitor dapat diterangkan dengan fungsi eksponensial.

Gbr.3. Rangkaian kapaitor dan resisitor arus searah

Besar tegangan saat rangkaian terbuka adalah

{ " (1)

Dengan adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang

dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi#

" yang ditentukan dari besar hambatan dan

kapasitansi.

(2)

Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah

{ " . (3)

Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan kapasitorVc(t) turun

secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini dapat dilihat pada Gbr. 4

Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor. Tarik garis

tangensial dari kurva pengisian pada titikt= 0 s dan tarik garis asimtot dari kurva pengisian.

Buat garis yang tegak lurus dari titik perpotongan antara tangensial dengan garis asimtot ke

sumbux . Titik yang diperoleh pada sumbu adalah konstanta waktu.

V(t)

Vc


5/20



Gbr. 4 Kurva charge discharge 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 mengunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama, Untuk Model 2

dan 4 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama.

IV. Prosedur Eksperimen


6/20



1. Mengaktifkan Web cam . (mengklik icon video pada halaman web r-Lab) .2. Memperhatikan tampilan video dariperalatan 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 kapasitor6. Mengulangi langkah 4 dan 6 untuk model rangkaian 2 , 3 dan 4

V. Tugas dan Evaluasi

1.Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengisian kapasitor untuk tiapmodel rangkaian yang digunakan !

2.Buatlah grafik tegangan V terhadap waktu (V vs t) saat pengosongan kapasitor untuktiap model rangkaian yang digunakan!

3.Hitung besar konstanta waktu dari rangkaian kapasitor berdasarkan kurva yang dibuat dan besar konstanta waktu yang dihitung dari nilai kompenen R dan C ! Bandingkan

hasilnya!

VI. Data hasil percobaan

Tabel model 1

Waktu IC VC

1 3.98 1.02

2 3.18 1.82

3 2.55 2.45

4 2.04 2.965 1.64 3.36

6 1.31 3.69

7 1.05 3.95

8 0.84 4.16

9 0.67 4.33

10 0.53 4.47

11 0.42 4.58

12 0.33 4.67

13 0.25 4.75

14 0.19 4.81

15 0.15 4.85


7/20



16 3.88 3.88

17 3.11 3.11

18 2.51 2.51

19 2.02 2.02

20 1.63 1.6321 1.32 1.32

22 1.07 1.07

23 0.87 0.87

24 0.70 0.70

25 0.57 0.57

26 0.46 0.46

27 0.38 0.38

28 0.31 0.31

29 0.25 0.25

30 0.21 0.21

Pada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat twaktu 1 hingga 15 sekon.

Kurva t (waktu) vs V ( Tegangan )

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 4.674 e-0.20x

Dari persamaan yang kita ketahui,

Maka, kita dapat menghitung besar konstanta waktu dari rangkaian model 1, sebagai berikut.

V (t) = V0 . et/

y = 1,783 e-0,083x

y = 1.7826e0.0832x

R = 0.8611

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20VK

apasitor(V)

t ( s )

Charge

Charge

Expon. (Charge)

Expon. (Charge)

V (t) = V0 . et/


8/20



= - 0, 083 ( x menunjukkan variabel waktu t)

#

= 0,083

=#

""%

= 12,048 ( s )

Pada Discharge kapasitor berlaku :

Dari literatur didapat hubungan :

= (1 0,632 ). 12,048 sekon

= 4, 434 sekon

Pada saat pengosongan kapasitor (discharge), data praktikum yang diambil yaitu padasaat t waktu 16 hingga 30 sekon.

V (t) = V0 . et/

y = 107,8 e-0,20x


Untuk mendapatkan nilai tetapan waktu R-C, maka x bisa dimisalkan sebagai t, sehingga:

y = 107.82e-0.209x

R = 0.99980

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40

VK

apasitor(V)

t ( s )

Discharge

Discharge

Expon. (Discharge)

Expon. (Discharge)

V (t) = V0 . ( 1- et/ )


9/20



#

= 0,20

=#

"$"

= 5 ( s )

Apabila tetapan waktu tersebut dibandingkan maka diperoleh perbedaan waktu yang

tidak terlalu signifikan karena pada dasarnya konstanta waktu charge = konstanta waktu

discharge :

. = 5 4,434 sekon

. = 0,566 sekon

Tabel Model 2

Waktu IC VC

1 11.17 1.43

2 8.03 2.43

3 5.80 3.14

4 4.18 3.66

5 3.01 4.046 2.15 4.31

7 1.53 4.51

8 1.07 4.66

9 0.73 4.77

10 0.49 4.84

11 0.29 4.91

12 0.17 4.95

13 0.06 4.98

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

16 11.29 3.61

17 8.20 2.62

18 5.97 1.91

19 4.37 1.40

20 3.21 1.03

21 2.35 0.75

22 1.74 0.56

23 1.28 0.41

24 0.96 0.31

25 0.72 0.23


10/20



26 0.53 0.17

27 0.40 0.13

28 0.29 0.09

29 0.23 0.07

30 0.17 0.05


Kurva t (waktu) vs V( Tegangan )

V (t) = V0 . et/

y = 2, 419 e0,062x


#

= 0,062

=#

""$

= 16,129 ( s )


y = 2.4195e0.0624x

R = 0.6349

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

VK

apasitor(V)

t ( s )

Charge

Charge

Expon. (Charge)

Expon. (Charge)

V (t) = V0 . ( 1- e t/

)


11/20




= (1 0,632 ). 16,129 sekon

= 5,935 sekon


V (t) = V0 . et/

y = 446,1 e-0,30x



#

= 0,30

= #"%"

= 3,334 ( s )

Apabila tetapan waktu tersebut dibandingkan maka terdapat perbedaan waktu yang

signifikan karena walaupun seharusnya besarnya konstanta waktu charge = konstanta waktu

discharge. Hal ini dapat dijelaskan karena nilai korelasi charge R = 0,634 yang berarti relasi

data tersebut tidak terlalu akurat.

y = 446.18e-0.303x

R = 0.99980

1

2

3

4

0 10 20 30 40

VK

apasito

r(V)

t ( s )

Discharge

Discharge

Expon. (Discharge)

Expon. (Discharge)


12/20



. = 5,935 3,334 sekon

. = 2,601 sekon

Tabel model 3

Waktu IC VC

1 2.77 2.23

2 1.64 3.36

3 0.98 4.02

4 0.59 4.41

5 0.34 4.66

6 0.20 4.80

7 0.10 4.908 0.04 4.96

9 0.00 5.00

10 0.00 5.00

11 0.00 5.00

12 0.00 5.00

13 0.00 5.00

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

16 2.92 2.92

17 1.76 1.76

18 1.08 1.08

19 0.67 0.67

20 0.43 0.43

21 0.27 0.27

22 0.18 0.18

23 0.12 0.12

24 0.08 0.08

25 0.05 0.05

26 0.03 0.0327 0.02 0.02

28 0.01 0.01

29 0.01 0.01

30 0.01 0.01


13/20





V (t) = V0 . et/

y = 3, 362 e0,035x

= 0,035 ( x menunjukkan variabel waktu t)

#

= 0,035

=#

""%'

= 28,57 ( s )



= (1 0,632 ). 28,57 sekon

y = 3.3629e0.0355x

R = 0.5114

0

1

23

4

5

6

7

0 5 10 15 20

VK

apa

sitor(V)

t ( s )

Charge

Charge

Expon. (Charge)

V (t) = V0 . ( 1- et/ )


14/20



= 10,514 sekon


V (t) = V0 . et/

y = 2425 e-0,43x



#

= 0,43

=#

"&%

= 2,326 ( s )





. = 10,514 2,326 sekon

. = 8,19 sekon

y = 2425.2e-0.43x

R = 0.99130

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40

Discharge

Discharge

Expon. (Discharge)


15/20



Tabel model 4

Waktu IC VC

1 6.74 2.84

2 3.16 3.993 1.48 4.53

4 0.66 4.79

5 0.24 4.92

6 0.03 4.99

7 0.00 5.00

8 0.00 5.00

9 0.00 5.00

10 0.00 5.00

11 0.00 5.00

12 0.00 5.00

13 0.00 5.00

14 0.00 5.00

15 0.00 5.00

16 7.12 2.28

17 3.45 1.10

18 1.76 0.56

19 0.92 0.29

20 0.50 0.16

21 0.27 0.0922 0.17 0.05

23 0.09 0.03

24 0.06 0.02

25 0.03 0.01

26 0.02 0.00

27 0.02 0.00

28 0.00 0.00

29 0.00 0.00

30 0.00 0.00


16/20





V (t) = V0 . et/

y = 3, 95 e

0,021x

= 0,021 ( x menunjukkan variabel waktu t)

#

= 0,021

=#

""$#

= 47,619 ( s )



= (1 0,632 ). 47,619 sekon

= 17,52 sekon

y = 3.95e0.0215x

R = 0.4029

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20

V

Kapasitor(V)

t ( s )

Charge

Charge

Expon. (Charge)

Expon. (Charge)

V (t) = V0 . ( 1- et/ )


17/20



Pada saat pengosongan kapasitor (discharge), data praktikum yang diambil yaitu padasaat t waktu 16 hingga 30 sekon

V (t) = V0 . et/

y = 23984 e-0,59x



#

= 0,59

=#

"'

= 1,695 ( s )





. = 17,52 1,695 sekon

. = 15,825 sekon

y = 23984e-0.59x

R = 0.99610

0.5

1

1.5

2

2.5

0 10 20 30 40

VK

apasitas(V)

t ( s )

Discharge

Discharge

Expon. (Discharge)


18/20



VII. ANALISIS DATA

Praktikum Charge Discharge merupakan percobaan yang dilakukan dengan

menggunakan remote laboratory (Rlab) sehingga praktikan dapat melakukan praktikum

melalui situs yang sudah disediakan oleh sitrampil. Meskipun praktikan tidak melakukan

percobaan di laboratorium (dilakukan secara online), praktikum ini pada dasarnya dapat

memvisualisasikan keadaan yang sebenarnya dalam lab sehingga praktikan tetap merasakan

keadaan praktikum melalui fasilitas yang sudah disediakan (web cam).

Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik tegangan kapasitor pada saat

pengisian dan pelepasan muatan. Dalam praktikum rlab, praktikan hanya tinggal mengklik

tombol power suppy untuk mengalirkan energi dan menekan tombol setting untuk

mempersiapkan prosedur percobaan serta tombol ukur yang menghasilkan data pengamatan.

Adapun spesifikasi data percobaan yang sudah disediakan (setelan awal yang tertera pada

peralatan) saat melakukan percobaan rlab berupa tegangan dan kuat arus rangkaian. Pada

percobaan ini, tegangan yang tertera pada voltmeter adalah 1,78 V dan kuat arus pada

amperemeter sebesar 1,14 mA.

Dari data pengamatan yang dihasilkan dengan mengikuti prosedur, didapat empat

buah model data yang terdiri dari data waktu, tegangan, dan kuat arus. Dari data yang

dihasilkan dan disajikan dalam bentuk grafik, praktikan dapat melihat untuk 15 detik awalmerupakan waktu pengisian kapasitor, sedangkan detik berikutnya (sampai detik ke 30),

mengalami pelepasan kapasitor. Dari data yang diperoleh praktikan dapat mendapatkan

tetapan waktu rangkaian RC dengan pada saat pengisian kapasitor dengan hubungan:

Sedangkan untuk pelepasan kapasitor tetapan waktu rangkaian R-C dapat dicari dengan

hubungan:

Lebih lanjut lagi dari pengolahan menggunakan grafik didapat data yang berbentuk

eksponensial sehingga praktikan dapat mensubstitusikan persamaan grafik eksponensial

dengan rumus di atas dan mendapatkan nilai tetapan waktu rangkaian R-C.

V (t) = V0 . et/

V (t) = V0 . ( 1- et/ )


19/20



Faktor-faktor yang menyebabkan keberhasilan praktikum ini adalah:

1. Pengambilan data dilakukan secara otomatis (dari rlab) sehingga kesalahan

pengambilan data oleh praktikan dapat diminimalisir semaksimal mungkin.

2. Pengambilan pengamatan data yang banyak menyebabkan peningkatan akurasi dalampengolahan data.

3.Perhitungan dibantu dengan peralatan dan software seperti kalkulator dan Ms. Word

maupun excel.

4. Meskipun terdapat banyak data, data grafik terdistribusi membentuk suatu pola

eksponensial sehingga tetap mudah dibaca.

5. Jenis data dan rumus yang dipakai tidak terlalu banyak sehingga kesalahan memasukkan

variabel ke dalam rumus dapat diminimalisir.

Adapun kesulitan yang dialami selama pengolahan data adalah cara menentukan

tetapan waktu rangkaian R-C model 4 pada saat kondisi discharge. Pada awalnya membuat

grafik dengan fungsi eksponensial tidak keluar persamaan , pada akhirnya menggunakan cara

lain yang ada di Ms Excel ,tidak lama kemudian keluar nilai eksponensialnya. Disamping itu,

kendala yang dihadapi dalam percobaan pengisian dan pelepasan muatan di kapasitor seperti

banyaknya pengamatan data yang diperoleh dapat diatasi dengan perhitungan dengan

software seperti Ms word dan excel. Sedangkan kesulitan pembacaan data pada grafik dapat

diatasi dengan memperhatikan pola eksponensial yang ada.

Pada akhirnya, apabila praktikan membandingkan data tetapan waktu rangkaian R-C

pada saat pengisian maupun pelepasan muatan di kapasitor dari hasil percobaan, maka

didapat hasil yang hampir sama pada korelasi R2 yang tinggi. Adapun perbedaan yang terjadi

mungkin akibat adanya faktor-faktor kesalahan pembuatan grafik sehingga menghasilkan

perbedaan dengan hasil teoritis yang seharusnya terjadi. Akan tetapi, secara umum pengisian

dan pelepasan muatan di kapasitor tetap dapat menggambarkan bagaimana pola pengisian

dan pelepasan (Charge Discharge) kapasitor terjadi. Oleh karena itu, percobaan yang

dilakukan oleh praktikan dapat dikatakan berhasil karena tujuan untuk mempelajari pengisian

dan pelepasan muatan di kapasitor dapat dicapai.


20/20



VIII. KESIMPULAN

Setelah melakukan praktikum R-Lab maka praktikan dapat menyimpulkan :

1. Karateristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan dapat

dipelajari melaui praktikum Charge Discharge.2. Grafik tegangan pada saat pengisian dan pengeluaran kapasitor berbentuk

eksponensial.

3. Nilai konstanta waktu rangkaian R-C untuk pengisian dan pengeluaran

kapasitor relatif sama (secara teori harusnya sama).

4. Konstanta waktu dapat dicari dengan mensubtitusikan persamaan tengangan

pada rangkaian R-C.

IX . DAFTAR PUSTAKA

Charge Discharge .(n.d.). Diambil pada tanggal 21 Oktober 2011, darihttp://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php

Giancoli, D.C.2000; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall,NJ.

Halliday, Resnick,2005. Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, ExtendedEdition, JohnWiley & Sons, Inc., NJ.

Prinsip dan Cara Kerja Kapasitor. (2011). Diambil pada tanggal 22 November 2011,dari

http://www.smkmuh3ku.sch.id/
http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php?id=980&exp=44http://www.smkmuh3ku.sch.id/http://www.smkmuh3ku.sch.id/http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory/kuliah/view_experiment.php?id=980&exp=44

Documents

Laporan Charge Discharge