Ardiansah 1506673523 Charge Discharge Laporan R-Lab
Ardiansah 1506673523 Charge Discharge Laporan R-Lab
Ardiansah 1506673523 Charge Discharge Laporan R-Lab
Nama : Ardiansah
NPM : 1506673523
Fakultas : Teknik
Jurusan : Teknik Kimia
Group : Group 3
Nomor dan Nama Praktikum : LR 01 Charge Discharge
Minggu Praktikum : Pekan 7
Tanggal Praktikum : 8 November 2016
I. Tujuan Percobaan
Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan
muatan
II. Alat
1. Kapasitor
2. Resistor
3. Amperemeter
4. Voltmeter
5. Variable power supply
6. Camcorder
7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur
sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.
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.
Saat pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor, lamanya pengisian dan
pengosongan muatannya tergantung dari besarnya nilai resistansi dan kapasitansi yang
digunakan pada rangkaian. Kapasitor yang sudah diisi (charged) adalah semacam reservoir
energi. Dalam pengisian (charging) dibutuhkan suatu aliran arus dari sumber tegangan. Bila
pelat pelat kapasitor tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar maka akan terjadi
pengosongan (discharging) pada kapasitor yang akan menimbulkan panas pada penghantar
tersebut. Pada saat saklar menghubungkan ke titik 1 arus listrik mengalir dari sumber-sumber
tegangan melalui komponen R menuju komponen C. Tegangan pada kapasitor meningkat dari
0 volt sampai sebesar tegangan sumber, kemudian tak terjadi aliran, saklar dipindahkan
posisinya ke titik 2 maka terjadi proses pengosongan.
Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan menjadi hambatan tak
hingga. Hanya saat rangkaian dibuka dan ditutup, arus akan mengalir. Saat rangkaian tertutup,
arus akan mengakibatkan kapasitor dimuati hingga saat 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.
Pada saat kapasitor sudah terisi oleh sebagian atau penuh muatan listrik, maka kapasitor
tersebut dapat dikosongkan dengan cara menghubungkan saklar (S) pada ground. Akibatnya,
tegangan kapasitor dan arus akan berkurang secara eksponensial sampai nol.
() = 0 . / (1)
Dengan adalah konstanta waktu [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang
1
dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi 0 yang ditentukan dari besar hambatan dan
kapasitans
Hal yang sama, besar tegangan saat rangkaian tertutup adalah :
() = 0 . (1 / ) (2)
Penurunan tegangan akan melambat sebanding dengan waktu. Tegangan kapasitor V(t)
turun secara asimtotik menjadi nol. Kurva karakteristik ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan konstanta waktu
(www.sitrampil.ui.ac.id)
Kapasitor sering juga disebut dengan kondensator. Kapasitor termasuk dalam elemen
pasif atau elemen yang tidak menghasilkan energy. Elemen ini hanya bisa menerima energy
dalam bentuk menyerap atau menyimpan energy. Kapasitor mempunyai fungsi untuk
membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energy dalam
bentuk medan listrik. Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat
kapasitor, luas penampang kapasitor, dan jarak antara dua keping penyusun kapasitor tersebut.
Secara sistematis :
.
= (3)
di mana :
C : Kapasitansi
: permitivitas bahan
A : luas penampang bahan
d : jarak antara dua keping
Kapasitansi adalah ukuran kemampuan kapasitor menyimpan energi dalam medan
listrik. Kapasitansi dinyatakan dalam farad. 1 farad adalah kemampuan kapasitor untuk
menyimpan muatan listrik 1 coulomb apabila diberi tegangan 1 volt. Fungsi penggunaan
kapasitor dalam rangkaian adalah :
Pada percobaan 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.
Eksperimen r-Lab ini dapat dilakukan dengan meng-klik tombol r-Lab di bagian
bawah halaman r-Lab pada website http://sitrampil.ui.ac.id
1. Mengaktifkan Web-Cam dengan cara menge-klik icon video pada halaman web r-
Lab.
2. Memerhatikan 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.
V. Data Percobaan
A. Model 1
Waktu IC VC
1 3.97 1.03
2 3.17 1.83
3 2.54 2.46
4 2.03 2.97
5 1.62 3.38
6 1.30 3.70
7 1.04 3.96
8 0.83 4.17
9 0.65 4.35
10 0.52 4.48
11 0.41 4.59
12 0.32 4.68
13 0.24 4.76
14 0.18 4.82
15 0.14 4.86
16 3.89 3.89
17 3.12 3.12
18 2.52 2.52
19 2.03 2.03
20 1.64 1.64
21 1.33 1.33
22 1.08 1.08
23 0.87 0.87
24 0.71 0.71
25 0.58 0.58
26 0.47 0.47
27 0.39 0.39
28 0.31 0.31
29 0.26 0.26
30 0.21 0.21
B. Model 2
Waktu IC VC
1 11.13 1.44
2 8 2.44
3 5.77 3.15
4 4.14 3.68
5 2.96 4.05
6 2.12 4.32
7 1.5 4.52
8 1.04 4.67
9 0.7 4.78
10 0.46 4.85
11 0.27 4.91
12 0.14 4.96
13 0.03 4.99
14 0 5
15 0 5
16 11.35 3.63
17 8.26 2.64
18 6.03 1.93
19 4.43 1.42
20 3.25 1.04
21 2.41 0.77
22 1.79 0.57
23 1.33 0.43
24 0.99 0.32
25 0.73 0.23
26 0.55 0.18
27 0.41 0.13
28 0.32 0.1
29 0.24 0.08
30 0.18 0.06
C. Model 3
Waktu IC VC
1 2.61 2.39
2 1.52 3.48
3 0.9 4.1
4 0.54 4.46
5 0.31 4.69
6 0.18 4.82
7 0.09 4.91
8 0.04 4.96
9 0 5
10 0 5
11 0 5
12 0 5
13 0 5
14 0 5
15 0 5
16 2.81 2.81
17 1.69 1.69
18 1.04 1.04
19 0.65 0.65
20 0.42 0.42
21 0.28 0.28
22 0.19 0.19
23 0.13 0.13
24 0.09 0.09
25 0.07 0.07
26 0.05 0.05
27 0.04 0.04
28 0.03 0.03
29 0.02 0.02
30 0.02 0.02
D. Model 4
Waktu IC VC
1 6.25 3
2 2.89 4.08
3 1.34 4.57
4 0.6 4.81
5 0.21 4.93
6 0.02 5
7 0 5
8 0 5
9 0 5
10 0 5
11 0 5
12 0 5
13 0 5
14 0 5
15 0 5
16 6.84 2.19
17 3.34 1.07
18 1.73 0.55
19 0.93 0.3
20 0.53 0.17
21 0.32 0.1
22 0.21 0.07
23 0.14 0.04
24 0.11 0.03
25 0.08 0.02
26 0.06 0.02
27 0.05 0.01
28 0.03 0.01
29 0.03 0.01
30 0.02 0
Jawab :
A. Model 1
5
4
3
2
y = 1.7941e0.0828x
1 R = 0.7141
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu (s)
Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t = 16 s hingga t = 30 s
3 R = 0.9998
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
Waktu (s)
B. Model 2
5
4
3
2 y = 2.4325e0.0621x
R = 0.6334
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu (s)
Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t = 16 s hingga t = 30 s
y = 378.95e-0.294x
2.5 R = 0.9991
2
1.5
1
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
Waktu (s)
C. Model 3
5
Tegangan (Volt)
3 y = 3.4816e0.0324x
R = 0.5103
2
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu (t)
Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t = 16 s hingga t = 30 s
2.5
Tegangan (Volt)
2 y = 600.03e-0.357x
R = 0.9845
1.5
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
Waktu (s)
D. Model 4
5
Tegangan (Volt)
2 y = 4.0423e0.0194x
R = 0.4021
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Waktu (s)
Pengosongan kapasitor terjadi pada saat t = 16 s hingga t = 30 s
2
Tegangan (Volt)
1.5 y = 583.95e-0.395x
R = 0.9448
1
0.5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
Waktu (s)
Jawab :
Setelah diperoleh persamaan garis dari kurva untuk setiap model, baik saat pengisian
maupun pengosongan, maka untuk menentukan konstanta waktu dari rangkaian kapasitor dapat
dihitung dengan metode sebagai berikut.
A. Model 1
= 0,208
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,208
1
= 0,208
= = ,
.
B. Model 2
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang
didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,0621
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,0621
1
= 0,0621
= = ,
.
Sedangkan berdasarkan grafik saat pengosongan kapasitor diatas, maka persamaan
eksponensial yang didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,294
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,294
1
= 0,294
= = ,
,
C. Model 3
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang
didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,0324
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,0324
1
= 0,324
= = ,
.
Sedangkan berdasarkan grafik saat pengosongan kapasitor diatas, maka persamaan
eksponensial yang didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,357
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,357
1
= 0,357
= = ,
.
D. Model 4
Berdasarkan grafik pengisian kapasitor diatas, persamaan eksponensial yang
didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,0194
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,0194
1
= 0,0194
= = ,
.
Sedangkan berdasarkan grafik saat pengosongan kapasitor diatas, maka persamaan
eksponensial yang didapatkan
= , ,
Maka, untuk mencari besar konstanta waktu dari rangkaian pengisian model 1 adalah:
() = 0 . (1 / )
= 0,395
Karena x adalah variable yang menunjukkan waktu t, maka x dapat diganti dengan t, menjadi:
= 0,395
1
= 0,395
= = ,
.
VII. Analisis
1. Analisis Percobaan
Percobaan yang berjudul Charge Discharge ini bertujuan untuk melihat karakteristik
tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan. Praktikum ini merupakan
praktikum remote Laboratorium, dimana percobaan dilakukan dengan sistem online pada situs
sitrampil yang hanya dapat dilakukan apabila terkoneksi dengan internet. Meskipun praktikum
ini berbasis online, namun percobaan ini sudah divisualisasikan seperti keaadan sebenarnya,
seperti pada laboratorium sehingga praktikan tetap merasakan keadaan praktikum melalui
fasilitas yang sudah disediakan (Web-Cam). Tentunya, setiap praktikan harus memahami
terlebih dulu prosedur praktikum online kali ini dengan membaca petunjuk yang tertera pada
situs sitrampil serta melihat video mengenai alat yang sebenarnya bekerja di laboratorium pada
laman praktikum, agar praktikum ini dapat dilakukan secara benar, maksimal, dan sesuai
prosedur.
Prinsip dari praktikum remote Laboratorium ini adalah mengambil data arus dan
tegangan pada setiap jenis model yang dapat diatur. Pada percobaan ini tegangan yang tertera
pada gambar voltmeter r-Lab adalah 1,78 V dan kuat arus yang tertera pada amperemeter
adalah 1,14 mA. Selain itu, jenis model pada percobaan ini terdiri dari empat model, yaitu
model 1, model 2, model 3, dan model 4. Untuk mendapatkan data arus dan tegangan pada
setiap model tersebut, pertama-tama bagian model harus diatur terlebih dahulu pada jenis
model 1, 2, 3, atau 4. Kemudian tombol hidupkan tombol power supply di-klik, dan diikuti
dengan menge-klik ikon ukur untuk mengukur tegangan dan arus yang terukur pada
voltmeneter dan amperemeter pada setiap waktu. Kemudian akan muncul data waktu, nilai arus
dan tegangan yang ditampilkan padal laman r-Lab secara otomatis. Tentunya, nilai arus dan
tegangan yang terukur berbeda-beda untuk setiap model.
Pada setiap model, pengukuran dilakukan selama 30 detik, di mana dari t = 1 detik sampai
t = 15 detik merupakan saat pengisian kapasitor, sedangkan pada t = 16 detik sampai t = 30
detik terjadi pengosongan kapasitor. Sesuai dengan teori, saat kapasitor dialiri arus listrik maka
kapasitor akan menyimpan muatan dan selama kapasitor belum terisi penuh maka proses
penyimpanan akan terus berjalan sampai penuh dan kapasitor akan berhenti menyimpan.
Proses pelepasan muatan terjadi ketika kedua kaki kapasitor mendapatkan potensial listrik yang
terbalik pada saat pengisian atau dengan kata lain adanya perbedaan potensial antara kapasitor
dengan rangkaian yang terhubung pada rentang waktu dari t = 16 detik sampai t = 30 detik.
Sedangkan selama pengisian kapasitor, arus yang mengalir pada rangkaian akan semakin kecil
dan bisa mencapai 0 ampere ketika kapasitor penuh sehingga waktu pengisian terjadi pada
rentang t = 0 detik sampai t = 15 detik. Total data nilai tegangan dan arus yang terukur pada
semua model rangkaian di percobaan ini adalah 120 data. Kemudian data tersebut
direpresentasikan dalam grafik untuk setiap model agar bisa diketahui persamaan
eksponensialnya dimana persamaan eksponensialnya digunakan untuk menentukan besar
waktu kapasitor saat pengisian dan pengosongan kapasitor.
Data percobaan yang dihasilkan dari praktikum ini adalah nilai tegangan serta arus pada
voltmeter dan amperemeter untuk setiap model pada setiap kondisi pengisian dan pengosongan
kapasitor (Charge Discharge), yaitu model 1, model 2, model 3, dan model 4. Hasil yang
diperoleh sesuai teori, di mana pada setiap model terjadi kenaikan nilai tegangan pada saat
proses pengisian kapasitor, sementara nilai arusnya semakin berkurang (untuk t = 1 detik
sampai t = 15 setik). Sementara itu, pada saat proses pengosongan kapasitor (t = 16 detik
sampai t = 30 detik), nilai tegangan yang terukur semakin berkurang dan nilai arusnya pun
semakin berkurang.
Hal tersebut terjadi karena pada saat kapasitor sedang kosong dan pertama kali rangkaian
ditutup, terjadi penyerapan arus yang besar akibat konsumsi listrik oleh kapasitor. Namun arus
tersebut semakin berkurang ketika kapasitor mendekati kondisi penuh karena penyerapan arus
yang besar sudah tidak terjadi lagi. Sementara itu nilai tegangan pada kapasitor semakin
membesar ketika kapasitor mendekati kondisi penuh. Lalu pada saat kapasitor dikosongkan
dari kondisi penuh, nilai arus mula-mula akan besar lalu akan berkurang seiring dengan
berkurangnya muatan pada kapasitor. Begitu pula dengan nilai tegangan yang terukur, semakin
mengecil karena semakin berkurangnya nilai beda potensial yang terjadi dari muatan listrik.
Kemudian dari perhitungan persamaan grafik yang telah dibuat, diperoleh nilai konstanta
waktu pada saat pengisian kapasitor dan pengosongan kapasitor untuk model 1, 2, 3, dan 4
masing-masing berturut-turut adalah 12,077 detik, 4,807 detik, 16,103 detik, 3,401 detik, 30,
864 detik, 2,801 detik, dan 51,546 detik, dan 2,531 detik.
3. Analisis Grafik
Pada percobaan ini terdapat 8 buah grafik, di mana untuk keempat model terdiri dari dua
buah grafik, yaitu grafik pada saat pengisian kapasitor dan grafik pada saat pengosongan
kapasitor. Grafik menunjukan hubungan antara nilai tegangan (V) dengan waktu (t). Kedelapan
grafik menunjukan pola yang sama, yaitu untuk semua grafik pengisian kapasitor, kurva
cenderung menaik secara eksponensial searah sumbu x positif. Sementara untuk semua grafik
pengosongan kapasitor, terjadi penurunan kurva searah sumbu x positif. Hal tersebut
menunjukan nilai tegangan berbanding lurus terhadap waktu saat terjadi pengisian kapasitor,
sementara pada saat pengosongan kapasitor, tegangan berbanding terbalik terhadap waktu.
4. Analisis Perhitungan
Dengan menggunakan persamaan eksponensial yang ada pada setiap grafik, dapat
ditentukan nilai konstanta waktu untuk setiap model. Persamaan eksponesial pada model 1
adalah = 1,7941 0,0828 dan = 106 0,208 . Sedangkan untuk model 2 persamaan
grafiknya adalah = 2,4325 0,0621 dan = 378,95 0,294 . Untuk model 3
persamaannya adalah = 3,481 0,0324 dan = 600,03 0,357 . Kemudian untuk model
4 persamaan grafiknya adalah = 583,95 0,395 . Nilai dari pangkat bilangan natural pada
persamaan eksponensial grafik tersebut merupakan perbandingan antara waktu dengan
konstanta waktu, sehingga dapat dilakukan perhitungan nilai konstanta waktu secara langsung.
Nilai dari konstanta waktu seperti yang sudah dipaparkan sebelumnya, pada saat pengisian
kapasitor nilai konstanta waktunya lebih besar dibandingkan saat pengosongan kapasitor.
5. Analisis Kesalahan
Pada percobaan remote Laboratorium ini terdapat kemungkinan kesalahan yang terjadi
akibat dua faktor utama, yakni sistem r-Lab yang sedang error dan koneksi internet yang
kurang stabil yang menghambat pengambilan data. Karena data yang diperoleh merupakan data
yang diambil secara otomatis oleh sistem r-Lab, maka sedikit sulit untuk menentukan letak
kesalahan yang terjadi. Namun secara keseluruhan hasil dari data yang diperoleh telah
menunjukan kesesuaian dengan teori yang ada.
VIII. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan r-Lab yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Pada saat pengisian kapasitor, nilai tegangan berbanding lurus terhadap waktu.
Semakin lama, nilai tegangannya semakin besar hingga kapasitor penuh karena terdapat
beda potensial akibat muatan listrik yang bertambah pada kapasitor.
2. Pada saat pengosongan kapasitor, nilai tegangan berbanding terbalik terhadap waktu.
Semakin lama, nilai tegangannya semakin kecil hingga kapasitor kosong.
3. Nilai arus pada awal mula pengisian kapasitor bernilai besar akibat dari konsumsi
kapasitor yang besar dari kedaan kosong hingga mencapai penuh, namun semakin
berkurang karena konsumsi oleh kapasitor juga berkurang ketika sudah mencapai
kondisi penuh.
4. Nilai arus pada awal mulai pengosongan kapasitor juga besar dan semakin mengecil
hingga kapasitor kosong akibat dari pelepasan muatan secara besar di awal
pengosongan namun semakin menurun seiring berkurangnya muatan pada kapasitor.
5. Grafik hubungan antara tegangan terhadap waktu pada saat pengisian maupun
pengosongan kapasitor berupa grafik eksponensial dengan tegangan naik atau turun
secara asimtotik.
IX. Referensi
Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 9th Edition, Extended Edition, John
Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.
Giancoli, D.C. (2000). Physics for Scientists & Engineers. Prentice Hall: New Jersey.
Serway, R. A. & Jewett, J. W. (2004). Physic for Scientists and Engineers, 6th Edition.
California: Thomson Brook/Cole.
Young, Freedman. 2006. Fisika Universitas. Jakarta : Erlangga