i
PLAT KAPASITOR (L7)
NOVITA ANGGREINI
1413100034
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
ABSTRAK
Telah dilakukan percobaan plat kapasitor (L7). Percobaan ini dilakukan dengan
memanfaatkan prinsip kapasitor pada plat sejajar. Kapasitor, kadang – kadang disebut
kondensator adalah piranti elektronik yang berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik
(Q). Sedangkan kapasitan adalah kemampuan dari kapasitor untuk menyimpan muatan.
Untuk menentukan kapasitansi pada 2 buah plat sejajar pada saat pengamatan yaitu
dengan menggunakan rumus C = q/v, sedangkan untuk menentukan kapasitansi pada 2
buah plat sejajar pada saat perhitungan yaitu dengan menggunakan rumus C = ε0 x A/d.
Dilakukan variasi diameter (1 mm, 3 mm, 5 mm, dan 7 mm) yang bertujuan untuk
mengetahui pengaruh diameter plat terhadap kapasitansi. Hasil yang diperoleh
menunjukkan rata – rata besar kapasitansi (C) dalam perhitungan adalah 1.899 x 10-10
Farad. Sedangkan rata – rata besar kapasitansi (C) dalam pengamatan adalah 1.00 x 10 -10
Farad. Percobaan ini memiliki kesalahan sebesar 9.12%.
Kata kunci : kapasitor, kapasitansi (C), plat sejajar, muatan listrik (Q), dan variasi
diameter.
ii
DAFTAR ISI
BAB I...................................................................................................................................1
PENDAHULUAN...............................................................................................................1
1.1 Latar Belakang...............................................................................................................1
1.2 Rumusan Masalah..........................................................................................................1
1.3 Tujuan............................................................................................................................1
BAB II..................................................................................................................................2
DASAR TEORI...................................................................................................................2
2.1 Muatan Listrik................................................................................................................2
2.2 Arus DC.........................................................................................................................3
2.3 Potensial Listrik dan Beda Potensial..............................................................................3
2.4 Kapasitor........................................................................................................................5
2.5 Kapasitor Keping Sejajar...............................................................................................6
2.6 Dielektrikum..................................................................................................................7
BAB III..............................................................................................................................11
METODOLOGI PERCOBAAN........................................................................................11
3.1 Peralatan dan Bahan.....................................................................................................11
3.2 Cara Kerja....................................................................................................................11
BAB IV..............................................................................................................................13
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN.......................................................................13
4.1 Analisis Data................................................................................................................13
4.2 Perhitungan..................................................................................................................14
4.3 Pembahasan..................................................................................................................18
BAB V................................................................................................................................20
KESIMPULAN..................................................................................................................20
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................21
iii
LAMPIRAN.......................................................................................................................22
RALAT PERHITUNGAN.................................................................................................22
A. Ralat Perhitungan Muatan (Q)...................................................................................22
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Kerja dilakukan oleh medan listrik pada waktu memindahkan muatan positif
dari posisi a ke posisi b........................................................................................................4
Gambar 2 Kapasitor : Diagram dari (a) pelat sejajar, (b) bentuk silinder (pelat sejajar
yang digulung, (c) Foto kapasitor yang sebenarnya............................................................5
Gambar 3 Kapasitor pelat sejajar dihubungkan ke sebuah baterai......................................6
Gambar 4 Pandangan molekuler mengenai efek dielektrikum..........................................10
Gambar 5 Rangkaian alat percobaan Plat Kapasitor..........................................................11
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Konstanta Dielektrikum (20° C).............................................................................8
Tabel 2 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 1 milimeter...........................................13
Tabel 3 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 3 milimeter...........................................13
Tabel 4 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 5 milimeter...........................................13
Tabel 5 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 7 milimeter...........................................14
Tabel 6 Data hasil pengukuran plat kapasitor....................................................................14
Tabel 7 Data besar Kapasitansi hasil perhitungan.............................................................14
Tabel 8 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 10-3 m......................................15
Tabel 9 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 3 x 10-3 m................................16
Tabel 10 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 5 x 10-3 m..............................17
Tabel 11 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 7 x 10-3 m..............................17
Tabel 12 Ralat pengukuran Q pada d = 1 mm...................................................................22
Tabel 13 Ralat pengukuran Q pada d = 3 mm...................................................................23
Tabel 14 Ralat pengukuran Q pada d = 5 mm...................................................................23
Tabel 15 Ralat pengukuran Q pada d = 7 mm...................................................................24
vi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Di kehidupan sehari - hari banyak peralatan – peralatan yang memanfaatkan plat
kapasitor. Kapasitor atau kadang - kadang disebut kondensator adalah sebuah alat yang
dapat menyimpan muatan listrik, dan terdiri dari dua benda yang merupakan penghantar
(biasanya pelat atau lembaran) yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling menyentuh.
Kapasitor banyak digunakan pada rangkaian – rangkaian elektronik, salah satunya
penyimpan muatan untuk penggunaan akhir, seperti lampu kilat kamera, dan sebagai
cadangan energi pada komputer jika listrik mati.
Dengan banyaknya pemanfaatan dari kapasitor di kehidupan sehari – hari. Maka perlu
dilakukan percobaan ini untuk mengetahui serta memahami lebih lanjut mengenai
kapasitan pada dua buah plat sejajar serta pengaruh diameter plat dan tegangan terhadap
kapasitan.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang muncul dalam percobaan plat kapasitor adalah bagaimana cara
menentukan kapasitan pada 2 (dua) buat plat sejajar, menentukan pengaruh diameter plat
dan tegangan terhadap kapasitan, dan membandingkan besaran C (kapasitan) hasil
perhitungan dengan pengamatan.
1.3 Tujuan
Tujuan percobaan plat kapasitor adalah untuk menentukan kapasitan pada 2 (dua)
buat plat sejajar, menentukan pengaruh diameter plat dan tegangan terhadap kapasitan,
dan membandingkan besaran C (kapasitan) hasil perhitungan dengan pengamatan.
1
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Muatan Listrik
Muatan listrik pada benda bersifat tercatu atau terkuantisasi. Artinya, nilai
muatan itu selalu merupakan kelipatan bulat dari muatan elementer (e) yang besarnya
1,602 x 10-19 coulomb. Diketahui bahwa muatan elektron senilai dengan –e dan proton (p)
senilai dengan muatan +e. Artinya, besar muatan pada elektron dan proton sama, hanya
saja jenis muatan elektron adalah negatif, sedangkan p positif.
Jumlah muatan listrik bersifat kekal (conserved static), sehingga “dalam setiap
reaksi pada sistem tertutup atau terisolasi maka jumlah muatan listrik yang terlibat selalu
kekal”. Hal ini dicontohkan pada beberapa peristiwa berikut ini :
a. Peluruhan α pada uranium alam (U238) : 92U238 → 2He4 + 90Th234
b. Peluruhan β pada karbon 14 (C14) : 6C14 → -1e + 7N14 + v
c. Annihilasi (penggabungan elektron dengan positron dan menghasilkan sinar
gamma) : -1e + +1e → 2γ. Positron adalah partikel elementer yang massa dan
muatannya sama dengan elektron, namun muatan listriknya positif.
Sifat interaksi antarmuatan dian yang sejenis adalah saling tolak, dan muatan
berlawanan tanda (tidak sejenis) adalah saling tarik. Gaya interaksi ini disebut gaya
Coulomb. Penghantar (konduktor) listrik merupakan bahan yang kaya partikel elementer
bermuatan listrik negatif dan muatan itu bebas bergerak. Partikel itu disebut elektron
bebas (eb). Namun, elektron di dalam isolator tidaklah bebas, dikatakan bahwa isolator
merupakan bahan yang miskin kandungan eb. Bahan semikonduktor memiliki kerapatan
eb berada antara konduktor dengan isolator. Sifat saling tolak antarmuatan senama,
menyebabkan eb di konduktor selalu berada di posisi terjauh satu sama lainnya sehingga
gaya tolak antarmuatan itu minimal. Itulah yang menyebabkan eb selalu berada di
permukaan konduktor. Adapun bagian dalam dari konduktor selalu bersifat netral secara
kelistrikan. Pada isolator, elektron tidak mudah bergerak, sehingga muatan kelistrikan
atom penyusunnya dapat tersebar ke seluruh bagian benda, baik di permukaan maupun di
sebelah dalam benda (Priyambodo, 2010).
2
2.2 Arus DC
Arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran muatan listrik yang melalui suatu
luasan penampang lintang. Jika ΔQ adalah muatan yang mengalir melalui penampang
lintang A dalam waktu Δt, arus adalah :
I = ΔQΔt 2.1
Satuan SI untuk arus adalah ampere (A) :
1 A = 1 C/s 2.2
(Tipler, 1991).
Arus listrik diukur dalam coulomb per detik; satuan ini diberi nama khusus,
ampere (disingkat amp atau A), dari nama fisikawan Perancis Andre Ampere (1775 –
1836). Berarti, 1 A = 1 C / det. Satuan –satuan terkecil yang sering kali digunakan adalah
seperti miliampere (1 mA = 10-3 A) dan mikroampere (1 μA = 10-6 A) (Giancoli, Physics :
Principles with Applications, 1998).
Arus listrik dibedakan menjadi dua jenis, yaitu arus listrik searah (direct current
= DC) dan arus bolak – balik (alternating current = AC). DC disebabkan oleh sumber
arus berkutub tetap, sedangkan AC oleh sumber arus dengan kutub berubah terhadap
waktu. Pada sumber DC mengenal kutub positif dan negatif, sedangkan untuk AC tidak
mengenal kedua kutub itu (Priyambodo, 2010).
2.3 Potensial Listrik dan Beda Potensial
Potensial listrik sebagai energi potensial per satuan muatan. Potensial listrik
dinyatakan dengan simbol V. Jika titik muatan q memiliki energi potensial listrik EPa
pada titik a, potensial listrik Va pada titik ini adalah
Va = EPa
q 2.3
Hanya perbedaan potensial yang bisa diukur secara fisik. Berarti hanya selisih
pada potensial atau beda potensial, antara dua titik a dan b (seperti a dan b pada Gambar
1) yang dapat diukur. Karena selisih energi potensial, EPa – EPb, sama dengan negatif dari
3
kerja, Wba, yang dilakukan oleh gaya listrik untuk memindahkan muatan dari titik b ke
titik a, kita mendapatkan beda potensial Vab sebesar
Vab = Va – Vb = Wba
q 2.4
Satuan potensial listrik, dan beda potensial adalah joule / coulomb dan diberikan
nama khusus, volt untukmenghormati Alessandro Volta (1745 – 1827 : ia terutama
dikenal sebagai penemu baterai listrik). Volt disingkat menjadi V, sehingga 1 V = 1 J / C.
Pelat positif berada pada potensial yang lebih tinggi dari pelat negatif, berarti benda
bermuatan positif bergerak secara alami dari potensial tinggi ke potensial rendah. Muatan
negatif melakukan yang sebaliknya. Beda potensial, karena diukur dalam volt, disebut
juga voltase atau tegangan.
Karena potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial per satuan muatan,
maka perubahan energi potensial muatan q ketika berpindah di antara dua titik a dan titik
b adalah
ΔEP = EPb – EPa = qVba 2.5
Maka, jika sebuah benda dengan muatan q bergerak melewati beda potensial Vba, energi
potensialnya berubah sebesar qVba (Giancoli, Fisika, 2001).
4
Gambar 1 Kerja dilakukan oleh medan listrik pada waktu memindahkan muatan
positif dari posisi a ke posisi b.
2.4 Kapasitor
Kapasitor, kadang – kadang disebut kondensator, adalah sebuah alat yang dapat
menyimpan muatan listrik, dan terdiri dari dua benda yang merupakan penghantar
(biasanya pelat atau lembaran) yang diletakkan berdekatan tetapi tidak saling menyentuh.
Kapasitor banyak digunakan pada rangkaian – rangkaian elektronik: penyimpan muatan
untuk penggunaan akhir, seperti lampu kilat kamera, dan sebagai cadangan energi pada
komputer jika listrik mati; kapasitor menahan limpahan muatan dan energi untuk
melindungi rangkaian; kapasitor – kapasitor kecil berperan sebagai memori untuk “satu”
dan “nol” dari kode biner pada Random Acces Memory (RAM) di komputer; dan
kapasitor melayani banyak aplikasi lainnya. Sebuah kapasitor biasanya terdiri dari
sepasang pelat sejajar dengan luas A yang dipisahkan oleh jarak d yang kecil (Gambar 2).
Sering kali kedua pelat tersebut digulung menjadi bentuk silinder dengan kertas atau
isolator lainnya dipakai sebagai pemisah pelat – pelat tersebut (Gambar 2; Gambar 2
adalah foto dari beberapa kapasitor yang dipakai untuk berbagai aplikasi). Pada diagram,
kapasitor digambarkan dengan simbol
[simbol kapasitor]
(Giancoli, Physics : Principles with Applications, 1998).
Kapasitor pertama untuk menyimpan muatan listrik yang besar adalah botol (jar)
dengan lempengan emas di dalam dan di luarnya yang disebut Leyden jar. Kapasitor
tersebut ditemukan pada abad ke- 18 di Leyden (Belanda) oleh para eksperimentalis, yang
5
Gambar 2 Kapasitor : Diagram dari (a) pelat sejajar, (b) bentuk silinder (pelat
sejajar yang digulung, (c) Foto kapasitor yang sebenarnya.
ketika mempelajari pengaruh muatan listrik terhadap manusia dan hewan, mendapatkan
ide untuk mencobs menyimpan sejumlah besar muatan ke dalam botol air (Tipler, 1991).
2.5 Kapasitor Keping Sejajar
Kapasitor yang biasa digunakan adalah kapasitor keping sejajar yang
menggunakan dua keping konduktor sejajar. Dalam praktek, keping ini dapat berupa
lapisan – lapisan logam yang tipis, yang terpisah dan terisolasi satu sama lain dengan
suatu tumpukan kertas. Ketika keping – keping terhubung pada piranti yang bermuatan,
contohnya baterai, muatan dipindahkan dari satu konduktor ke konduktor lainnya sampai
perbedaan potensial antara konduktor – konduktor, akibat muatan – muatan yang sam dan
berlawanan tanda yang miliki konduktor – konduktor tersebut, sama dengan beda
potensial antara ujung – ujung baterai. Jumlah muatan pada keping bergantung pada
perbedaan potensial dan pada geometri dari kapasitor, contohnya pada luas dan jarak
antarkeping pada kapasitor keping sejajar. Misalkan Q adalah besar muatan pada tiap
keping dan V adalah perbedaan potensial antara keping – keping. Rasio Q/V disebut
kapasitansi C :
C = QV 2.7
Kapasitansi adalah suatu ukuran dari “kapasitas” penyimpananmuatan untuk
suatu perbedaan potensial tertentu. Satuan SI dari kapasitansi adalah Coulomb per volt,
yamg sering disebut farad (F) setelah didefinisikan oleh eksperimentalis besar dari
Inggris Michael Faraday :
1 F = 1 C/V 2.6
6
Gambar 3 Kapasitor pelat sejajar dihubungkan ke sebuah baterai.
Karena farad merupakan satuan yang cukup besar, sering digunakan subkelipatan dari
farad seperti mikrofarad (1 μF = 10-6 F) atau picofarad (1pF = 10-12 F).
Misalkan suatu kapasitor keping sejajar terdiri dari dua keping yang sama luasnya
A dan terpisah dengan jarak s. Harga s lebih kecil dibandingkan panjang dan lebar
keping. Kita berikan muatan +Q pada satu keping dan –Q pada keping lainnya. Karena
keping-keping ini berdekatan, medan listrik pada suatu titik di antara keping (tidak
termasuk titik-titik di dekat ujung keping) mendekati besar medan yang diakibatkan oleh
dua bidang tak terhingga yang sejajar tetapi muatannya berlawanan. Tiap bidang
memberikan medan listrik seragam sebesar σ/2 ε0, sehingga medan total di antara keping
adalah E = σ/ ε0, dimana σ = Q/A adalah muatan per satuan luas pada tiap bidang. Karena
medan listrik antara bidang – bidang kapasitor bersifat seragam, perbedaan potensial
antara bidang sama dengan medan dikali jarak pemisah s :
V = Es = σε s =
QsεA 2.7
Dengan demikian kapasitansi dari kapasitor keping sejajar adalah :
C = QV =
εAs 2.8
Catat bahwa karena V sebanding dengan Q maka kapasitansi tidak bergantung pada
muatan maupun tegangan kapasitor tetapi hanya pada faktor – faktor geometri. Untuk
suatu kapasitor keping sejajar, kapasitansi sebanding dengan luas keping dan berbanding
terbalik dengan jarak pemisah. Secara umum, kapasitansi bergantung pada ukuran,
bentuk, dan pengaturan geometri dari konduktor – konduktor. Karena kapasitansi
dinyatakan dengan farad dan A/s dalam meter, maka satuan SI untuk permitivitas ruang
hampa ε0 juga dapat ditulis sebagai farad per meter sesuai dengan persamaan 2.4 :
ε0 = 8,85 x 10-12 F/m = 8,85 pF/m 2.9
Suatu perhitungan numerik akan menggambarkan bagaimana besarnya satuan kapasitansi
(Tipler, 1991).
2.6 Dielektrikum
Sebagian besar kapasitor memiliki lembaran isolator (misalnya kertas atau
plastik) yang disebut dielektrikum yang diletakkan di antara pelat – pelatnya. Hal ini
7
dilakukan untuk beberapa tujuan. Pertama, karena tegangan yang lebih tinggi dapat
diberikan tanpa adanya muatan yang melewati ruang antar pelat, walaupun tidak secepat
udara, dielektrikum terputus (muatan tiba – tiba mulai mengalir melaluinya ketika
tegangan cukup tinggi). Di samping itu dielektrikum memungkinkan pelat diletakkan
lebih dekat satu sama lain tanpa bersentuhan, sehingga memungkinkan naiknya
kapasitansi karena d lebih kecil. Dan akhirnya, secara eksperimental ditemukan bahwa
jika dielektrikum memenuhi ruang antara kedua konduktor tersebut, kapasitansi akan naik
sebesar faktor K yang dikenal sebagai konstanta dielektrikum (Tabel 1). Maka untuk
kapasitor pelat sejajar,
C = K ε0 Ad 2.10
Persamaan ini juga dapat dituliskan
C = ε0 Ad 2.11
di mana
ε = K ε0 2.12
merupakan permitivitas bahan tersebut (Giancoli, Physics : Principles with Applications,
1998).
Tabel 1 Konstanta Dielektrikum (20° C)
Bahan Konstanta Dielektrikum, K
Hampa Udara 1,0000
Udara (1 atm) 1,0006
Parafin 2,2
Karet, padatan 2,8
Vinyl (plastik) 2,8 – 4,5
Kertas 3 – 7
Kuarsa 4,3
Kaca 4 – 7
Porselen 6 – 8
Mika 7
8
Ethyl alkohol 24
Air 80
(Giancoli, Fisika, 2001)
Sekarang kita teliti dari sudut pandang molekuler, mengapa kapasitansi sebuah
kapasitor bertambah bila dielektrikum disisipkan antara kedua pelatnya. Perhatikan
sebuah kapasitor yang pelat – pelatnya dipisahkan oleh udara. Kapasitor ini mempunyai
muatan +Q pada satu pelat dan –Q di pelat lain (Gambar 4a). kapasitor diisolasi (tidak
dihubungkan ke baterai) sehingga muatan tidak bisa mengalir ke atau dari pelat – pelat
tersebut. Beda potensial antara kedua pelat V0, dinyatakan oleh persamaan Q = C0 V0;
indeks (0) menunujukkan situasi ketika di antara pelat – pelat tersebut terdapat udara.
Sekarang kita sisipkan dielektrikum di antara kedua pelat (Gambar 4b) karena adanya
medan listrik antara pelat – pelat tersebut, molekul – molekul akan cenderung menjadi
terorientasi sebagaimana digambarkan. Efek netto pada setiap kasus adalah seakan – akan
ada muatan negatif total pada sisi luar dielektrikum yang menghadap pelat positif, dan
muatan positif total pada sisi yang berlawanan, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar
2.4c.
Gaya diperkecil oleh faktor K, konstanta dielektrikum. Hal ini ditunjukkan
dengan kenyataan bahwa beberapa garis medan listrik sebenarnya tidak menembus
dielektrikum, tetapi berakhir (dan mulai kembali) pada muatan – muatan yang diinduksi
pada permukaan dielektrikum (Gambar 4c). Karena gaya pada muatan tes diperkecil
sebesar faktor K, kerja yang diperlukan untuk memindahkannya dari satu pelat ke yang
lainnya diperkecil oleh faktor K. Tegangan, yang merupakan kerja yang dilakukan per
satuan muatan, dengan demikian harus berkurang juga sebesar faktor K. Maka, tegangan
antar pelat menjadi:
V = V 0K 2.13
Sekarang muatan Q pada pelat tidak berubah., karena terisolasi. Jadi kita dapatkan
Q = CV 2.14
di mana C adalah kapasitansi bila ada dielektrikum. Jika kita gabungkan persamaan ini
dengan hubungan, V = V0 / K, kita mendapatkan
9
C = QV
= QV 0 /K
=QKV 0 = KC0 2.15
karena C0 = Q / V0. Dengan demikian, dari sudut pandang atomik, kita memahami
mengapa kapasitansi bertambah dengan faktor K.
Banyak keyboard komputer beroperasi dengan kapasitansi. Setiap tuts dihubungkan ke
pelat teratas kapasitor. Pelat teratas bergerak ke bawah ketika tuts ditekan, berarti
memperkecil jarak antara pelat – pelat kapasitor, dan menaikkan kapasitansi. Perubahan
kapasitansi menjadi terdeteksi oleh rangkaian elektronik. Kapasitor tersebut dirancang
sedemikian rupa agar perubahan kapasitansi berbeda untuk setiap tuts. Artinya,
perubahan kapasitansi yang terdeteksi merupakan pertanda tuts mana yang ditekan
(Giancoli, Physics : Principles with Applications, 1998).
Pembuatan kapasitor elektronis pada kawasan kapasitansi dipilih berdasar
geometri kapasitor atau jenis dielektrik yang digunakan. Dielektrik pada kapasitor
memiliki keterbatasan, sebab kuat medan listrik yang besar dapat mengakibatkan ionisasi
pada dielektrik sehingga dielektrik yang semula isolator dapat berubah menjadi
konduktor, dan menyebabkan dielektrik dadal (breakdown) sehingga kapasitor bocor.
Kuat medan listrik maksimum (Emak) yang masih dapat digunakan pada sebuah
dielektrik kapasitordisebut kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik ini bergantung pada
struktur fisis isolator. Medan listrik maksimum (Emak) disebut juga medan listrik dadal
dilambangkan Ebd dan ini terjadi pada saat beda potensial antarpelat maksimum Vmak.
Beda potensial itu disebut pula tegangan dadal (break down voltage) yang dilambangkan
Vbd. Jika pada pelat sejajar itu berjarak antarpelat d maka Ebd dinyatakan dalam kV/mm,
dan memenuhi kaitan :
10
Gambar 4 Pandangan molekuler mengenai efek dielektrikum
Ebd = V bd
d 2.16
(Priyambodo, 2010)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Peralatan dan Bahan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam percobaan plat kapasitor antara
lain : sebuah I-Measuring Amplifier D, Sebuah Parallel Plat Kapasitor D, Sebuah
Regulated Power Supply 0-300 V, dan dua buah Voltmeter.
3.2 Cara Kerja
Keterangan Gambar : 1. Power Supply
2. I-Measuring
3. Voltmeter
4. Kabel Resistor
5. Kabel Koaksial
11
Gambar 5 Rangkaian alat percobaan Plat Kapasitor
6. Sepasang Plat Kapasitor
7. Tempat mengatur diameter Plat
Langkah pertama yang dilakukan yaitu disusun peralatan seperti pada gambar
3.1. Diatur tegangan pada power supply yaitu 7 volt dan dilakukan pengisian selama 30
detik. Dilepas kabel dari resistor pada kutub positif plat kemudian dimasukkan kabel
koaksial dan dicatat harga “V” hasil pengamatan pada voltmeter. Diulangi langkah seperti
diatas untuk jarak antar plat kapasitor berbeda, yaitu dengan variasi 1 mm, 3 mm, 5 mm,
dan 7 mm.
12
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Data
Dari percobaan plat kapasitor yang telah dilakukan, didapatkan data muatan (Q)
dalam tabel berikut :
Tabel 2 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 1 milimeter
No. Tegangan (Volt) Jarak (mm) Muatan (C)
1 7 1 2.0 x 10-9
2 7 1 1.5 x 10-9
3 7 1 2.0 x 10-9
4 7 1 1.5 x 10-9
5 7 1 1.5 x 10-9
Tabel 3 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 3 milimeter
No. Tegangan (Volt) Jarak (mm) Muatan (C)
1 7 3 5x 10-10
2 7 3 5x 10-10
3 7 3 5x 10-10
4 7 3 5x 10-10
5 7 3 5x 10-10
Tabel 4 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 5 milimeter
No. Tegangan (Volt) Jarak (mm) Muatan (C)
1 7 5 3x 10-10
2 7 5 4x 10-10
3 7 5 4x 10-10
4 7 5 5x 10-10
13
5 7 5 3x 10-10
Tabel 5 Data hasil pengamatan Q pada jarak d = 7 milimeter
No. Tegangan (Volt) Jarak (mm) Muatan (C)
1 7 7 1 x 10-10
2 7 7 3 x 10-10
3 7 7 2 x 10-10
4 7 7 2 x 10-10
5 7 7 3 x 10-10
Tabel 6 Data hasil pengukuran plat kapasitor
No. Ukuran Nilai
1 Keliling 0.802 m
2 Jari – Jari 0.1277 m
3 Luas 0.05121 m2
4.2 Perhitungan
4.2.1 Besar C (Kapasitansi) hasil Perhitungan
Diketahui :
Jarak antar Plat Kapasitor : d = 3 mm = 3 x 10-3 m
Luas Kapasitor : A = 5.121 x 10-2 m2
Permivitas Hampa : ε0 = 8.85 x 10-12 C2/NM2
Besar Kapasitansi :
C =ε0 A
d =
8.85 x 10−12 C2
N M 2 x5.121 x 10−2 m2
¿3 x10−3 ¿
= 1.511 x 10-10 Farad
14
Tabel 7 Data besar Kapasitansi hasil perhitungan
NO d (m) A (m2) ε0 (C2/NM2) C (Farad)
1 1 x 10-3 5.121 x 10-2 8.85 x 10-12 4.532 x 10-10
2 3 x 10-3 5.121 x 10-2 8.85 x 10-12 1.511 x 10-10
3 5 x 10-3 5.121 x 10-2 8.85 x 10-12 9.064 x 10-11
4 7 x 10-3 5.121 x 10-2 8.85 x 10-12 6.474 x 10-11
Rata-Rata 1.899 x 10-10
4.2.2 Besar C (Kapasitansi) hasil pengamatan dengan d = 10-3 m
Diketahui : Q = 1.5 x 10-9 C
V = 7.0 volt
d = 10-3 m
Ditanya : Besar Kapasitansi ?
Jawab :
C = QV = 1.5 x 10−9 C
7volt = 2.142 x 10-10 Farad
Tabel 8 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 10-3 m
NO Tegangan (Volt) Jarak (m) Muatan ( C ) C (Farad)
1 7 0.001 2.0 x 10-9 2.857x 10-10
2 7 0.001 1.5x 10-9 2.142x 10-10
3 7 0.001 2.0 x 10-9 2.857x 10-10
4 7 0.001 1.5x 10-9 2.142x 10-10
5 7 0.001 1.5x 10-9 2.142x 10-10
rata-rata 1.7 x 10-9 2.428x 10-10
15
4.2.3 Besar C (Kapasitansi) hasil pengamatan dengan d = 3 x 10-3 m
Diketahui : Q = 5 x 10-10 C
V = 7.0 volt
d = 3 x 10-3 m
Ditanya : Besar Kapasitansi ?
Jawab :
C = QV = 5x 10−10C
7 volt = 7.143 x 10-11 Farad
Tabel 9 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 3 x 10-3 m
N
o.Tegangan (Volt ) Jarak (m) Muatan ( C ) C (Farad)
1 7 0.003 5x 10-10 7.143 x 10-11
2 7 0.003 5x 10-10 7.143 x 10-11
3 7 0.003 5x 10-10 7.143 x 10-11
4 7 0.003 5x 10-10 7.143 x 10-11
5 7 0.003 5x 10-10 7.143 x 10-11
rata-rata 5x 10-10 7.143 x 10-11
4.2.4 Besar C (Kapasitansi) hasil pengamatan dengan d = 5 x 10-3 m
Diketahui : Q = 4.0 x 10-10 C
V = 7.0 volt
d = 5 x 10-3 m
16
Ditanya : Besar Kapasitansi ?
Jawab :
C = QV = 4.0 x10−10C
7 volt = 5.714 x 10-11 Farad
Tabel 10 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 5 x 10-3 m
No
.Tegangan (Volt ) Jarak (m) Muatan ( C ) C (Farad)
1 7 0.005 3x 10-10 4.285x 10-11
2 7 0.005 4x 10-10 5.714x 10-11
3 7 0.005 4x 10-10 5.714x 10-11
4 7 0.005 5x 10-10 7.142x 10-11
5 7 0.005 3x 10-10 4.285x 10-11
rata-rata 3.8 x 10-10 5.428x 10-11
4.2.5 Besar C (Kapasitansi) hasil pengamatan dengan d = 7 x 10-3 m
Diketahui : Q = 3.0 x 10-10 C
V = 7.0 volt
d = 7 x 10-3 m
Ditanya : Besar Kapasitansi ?
Jawab :
C = QV = 3.0 x 10−10C
7 volt = 4.285 x 10-11 Farad
17
Tabel 11 Besar Kapasitansi hasil pengamatan dengan d = 7 x 10-3 m
No. Tegangan (Volt ) Jarak (m) Muatan ( C ) C (Farad)
1 7 0.007 1 x 10-10 1.428 x 10-11
2 7 0.007 3 x 10-10 4.285 x 10-11
3 7 0.007 2 x 10-10 2.857 x 10-11
4 7 0.007 2 x 10-10 2.857 x 10-11
5 7 0.007 3 x 10-10 4.285 x 10-11
rata-rata 2.2 x 10-10 3.142 x 10-11
4.3 Pembahasan
Dalam percobaan plat kapasitor (L7) didapatkan hasil nilai kapasitan pada 2 (dua)
buat plat sejajar yang diperoleh dari muatan (Q) yang diketahui dalam percobaan. Selain
itu, dalam percobaan ini diberi variasi diameter (1 mm, 3 mm, 5 mm, dan 7 mm) agar kita
sebagai praktikan dapat mengetahui pengaruh plat terhadap kapasitansi (C). Kemudian,
setelah mendapatkan besaran kapasitansi (C) hasil pengamatan dan dibandingkan dengan
besaran kapasitansi (C) hasil perhitungan. Untuk menentukan kapasitansi pada 2 buah
plat sejajar pada saat pengamatan yaitu dengan menggunakan rumus C = q/v, sedangkan
untuk menentukan kapasitansi pada 2 buah plat sejajar pada saat perhitungan yaitu
dengan menggunakan rumus C = ε0 x A/d. Dengan ε0 (permitivitas hampa udara) = 8,85 x
10-12 F/m = 8,85 pF/m = 8,85 x 10-12 C2/N.m2. V sebanding dengan Q maka kapasitansi
tidak bergantung pada muatan maupun tegangan kapasitor tetapi hanya pada faktor –
faktor geometri. Untuk suatu kapasitor keping sejajar, kapasitansi sebanding dengan luas
keping dan berbanding terbalik dengan jarak pemisah. Secara umum, kapasitansi
bergantung pada ukuran, bentuk, dan pengaturan geometri dari konduktor – konduktor.
Percobaan plat kapasitor (L7) dilakukan dengan merangkai alat seperti Gambar
3.1. Lalu diatur tegangan pada power supply yaitu 7 volt dan dilakukan pengisian selama
18
30 detik. Dilepas kabel dari resistor pada kutub positif plat kemudian dimasukkan kabel
koaksial dan dicatat harga “V” hasil pengamatan pada voltmeter. Pergantian dilakukan
secara cepat, agar muatan listrik yang telah tersimpan tidak berkurang. Diulangi langkah
seperti diatas untuk jarak antar plat kapasitor berbeda, yaitu dengan variasi 1mm, 3mm,
5mm, dan 7mm dan diulangi masing-masing sebanyak 5x. Pengulangan bertujuan untuk
memperoleh hasil kapasitansi (C) yang lebih akurat atau tepat.
Pada percobaan plat kapasitor diperoleh besar kapasitansi (C) melalui
perhitungan yaitu (dengan variasi diameter 1 mm, 3 mm, 5 mm, dan 7 mm) : 4.532 x 10 -
10, 1.511 x 10-10, 9.064 x 10-11, 6.474 x 10-11. Sehingga dapat diambil rata-ratanya yaitu
sebesar 1.899 x 10-10 Farad.
Pada percobaan plat kapasitor diperoleh besar kapasitansi (C) melalui
pengamatan yaitu : saat variasi diameter 1 mm diperoleh rata-rata C = 2.428x 10 -10 Farad;
variasi diameter 3 mm diperoleh rata-rata C = 7.143 x 10-11; variasi diameter 5 mm
diperoleh rata-rata C = 5.428x 10-11; dan variasi diameter 7 mm diperoleh rata-rata C =
3.142 x 10-11. Kemudian dapat diambil rata-rata kapasitansi (C) pada pengamatan adalah
1.00 x 10-10 Farad.
Terdapat perbedaan hasil akhir besaran kapasitansi (C) antara perhitungan dan
pengamatan. Adapun penyebab terjadinya perbedaan tersebut antara lain : kesalahan
praktikam, dalam hal ini praktikan kurang cermat dan teliti dalam mengambil data
(contohnya pada saat percobaan praktikan kurang teliti saat jarum voltmeter tidak di
angka nol dan saat pengisian praktikan tidak tepat melakukannya selama 30 detik),
sehingga akan mempengaruhi hasil dalam data percobaan tersebut. Selain itu
penyebabnya adalah pada saat perhitungan, dalam hal ini adalah pembulatan angka
desimal, dari angka desimal tersebut kemudian dilakukan pembulatan angka dimana dari
pembulatan tersebut akan menyebabkan krtidak akuratan dari nilai kapasitansi (C).
19
BAB V
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan, sebagai berikut :
1. Menentukan kapasitan pada plat sejajar dengan pehitungan menggunakan rumus :
C = QV
2. Menentukan kapasitan pada plat sejajar dengan pengamatan menggunakan rumus :
C = ε0 Ad
3. Hasil rata – rata kapasitansi pada :
d = 10-3 m diperoleh C = 2.428x 10-10 F
d = 3 x 10-3 m diperoleh C = 7.143 x 10-11 F
d = 5 x 10-3 m diperoleh C = 5.428x 10-11 F
d = 7 x 10-3 m diperoleh C = 3.142 x 10-11 F
4. Diameter (d) mempengaruhi besar kapasitan pada plat sejajar. Semakin besar d maka
semakin kecil kapasitansinya.
5. Besar kapasitansi hasil rata-rata perhitungan adalah 1.899 x 10-10 Farad, sedangkan
besar kapasitansi hasil rata-rata pengamatan adalah 1.00 x 10-10 Farad.
20
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Jakarta: Erlangga.
Giancoli, Douglas C. 1998. Physics : Principles with Applications. Upper Saddle River:
Pearson Education, Inc.
Priyambodo, Tri Kuntoro. 2010. Fisika Dasar: Listrik – Magnet – Optika – Fisika
Modern. Yogyakarta: ANDI.
Tipler, Paul A. 1991. Physics for Scientists and Engineers. New York: WH. Freeman.
21
LAMPIRAN
RALAT PERHITUNGAN
A. Ralat Perhitungan Muatan (Q)
Tabel 12 Ralat pengukuran Q pada d = 1 mm
NO X (m) (X-X ) (X−X )2
1 2.0 0.3 0.09
2 1.5 -0.2 0.04
3 2.0 0.3 0.09
4 1.5 -0.2 0.04
5 1.5 -0.2 0.04
X 1.7 ∑(X−X )2=0.30
Ralat Mutlak : ∆ =[√∑( X−X)2
n (n−1) ]= [√ 0.3
20 ]= √0.015
= 0.1 m
Ralat Nisbi : I = ∆X x 100%
= 0.11.7 x 100%
22
= 10%
Keseksamaan : K = 100% - 10% = 90%
Tabel 13 Ralat pengukuran Q pada d = 3 mm
NO X (m) (X-X ) (X−X )2
1 0.5 0 0
2 0.5 0 0
3 0.5 0 0
4 0.5 0 0
5 0.5 0 0
X 0.5 ∑(X−X )2=0
Ralat Mutlak : ∆ = [√∑( X−X)2
n (n−1) ]= [√ 0
20 ]= √0
= 0
Ralat Nisbi : I = ∆X x 100%
= 0 x 100%
= 0%
Keseksamaan : K = 100% - 0% = 100%
23
Tabel 14 Ralat pengukuran Q pada d = 5 mm
NO X (m) (X-X ) (X−X )2
1 0.3 -0.08 0.0064
2 0.4 0.02 0.0004
3 0.4 0.02 0.0004
4 0.5 0.12 0.0144
5 0.3 -0.08 0.0064
X 0.038 ∑(X−X )2=0.0280
Ralat Mutlak : ∆ = [√∑( X−X)2
n (n−1) ]= [√ 0.028
20 ]= √0.015
= 0.037 m
Ralat Nisbi : I = ∆X x 100%
= 0.0370.38 x 100%
= 9.7%
Keseksamaan : K = 100% - 9.7% = 90.3%
Tabel 15 Ralat pengukuran Q pada d = 7 mm
NO X (m) (X-X ) (X−X )2
1 0.1 -0.12 0.0144
24
2 0.3 0.08 0.0064
3 0.2 -0.02 0.0004
4 0.2 -0.02 0.0004
5 0.3 0.08 0.0064
X 0.22 ∑(X−X )2=0.28
Ralat Mutlak : ∆ = [√∑( X−X)2
n (n−1) ]= [√ 0.028
20 ]= √0.015
= 0.037 m
Ralat Nisbi : I = ∆X x 100%
= 0.0370.22 x 100%
= 16.8%
Keseksamaan : K = 100% - 16.8% = 83.2%
25
26