Tasya
Tasya
Tasya
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering tidak menyadari bahwa banyak
perangkat elektronik di sekitar kita mengaplikasikan prinsip kerja arus transien.
Misalnya, arus transien digunakan dalam berbagai aspek, seperti dalam
pengoperasian blitz pada kamera, pengaturan intensitas lampu, pengendalian
remot, serta pengolahan sinyal dalam pesawat televisi. Jika kita mengotak-atik
perangkat-perangkat ini, kita akan menemukan bahwa banyak kapasitor
digunakan sebagai komponen utama.
Pemanfaatan lain transien adalah ketika kita menyalakan lampu atau
menghidupkan kipas angin. Saat lampu dinyalakan, biasanya cahayanya akan
redup sejenak sebelum menjadi terang, dan ketika kita menghidupkan kipas angin,
kipas tidak akan langsung berputar dengan kecepatan maksimum, melainkan akan
memulai dari kecepatan rendah sebelum akhirnya berputar dengan cepat. Dari
kedua contoh ini dapat diketahui adanya pengaplikasian dari arus transien tetapi
akibat sangat cepat hal itu sukar diamati secara langsung.
Peristiwa pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor memegang
peranan penting dalam elektronika. Arus yang berhubungan dengan ini mengecil
terhadap waktu sehingga disebut dengan arus transien yang berarti arus yang
hanya timbul sesaat atau bukan arus konstan. Peristiwa ini digunakan
untukmengubah dan mengolah denyut dalam pesawat televisi, penundaan waktu,
menghasilkan pengapitan cahaya, dan sebagainya.
Arus transien biasanya disebabkan oleh perubahan cepat dalam kondisi
sirkuit listrik. Ini dapat terjadi saat tombol sakelar ditekan, ketika peralatan
elektronik dinyalakan atau dimatikan, atau saat terjadi gangguan seperti petir atau
hubung singkat. Untuk melindungi peralatan elektronik dari dampak arus transien,
perlu ada perangkat perlindungan seperti surge protector, varistor, dan fuse.
Perlindungan ini dirancang untuk meredakan lonjakan tegangan atau arus yang
terjadi selama arus transien. Arus transien memerlukan analisis khusus.
Teknik-teknik analisis arus transien digunakan untuk memahami perilaku arus
selama perubahan cepat dalam sirkuit. Analisis ini dapat membantu insinyur
merancang sistem listrik yang lebih handal dan peralatan elektronik yang lebih
tahan terhadap perubahan kondisi. Gangguan dalam sistem listrik, seperti hubung
singkat atau gangguan hubung tanah, dapat menyebabkan arus transien yang
tinggi. Kegagalan peralatan listrik seperti pemutus sirkuit atau transformator juga
dapat menghasilkan arus transien.
Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa prinsip kerja arus transien
melibatkan penggunaan arus yang timbul sesaat, bukan arus konstan, dan untuk
mencapai ini, digunakan kapasitor. Kapasitor adalah komponen elektronika yang
berfungsi untuk menyimpan muatan, dan oleh karena itu, kapasitor merupakan
komponen yang sangat penting dalam elektronika.
Kapasitor merupakan salah satu alat elektronika yang sangat penting yang
pasti ada disetiap alat elektronik. Walaupun secara fisik kapasitor tak ada pada
alat elektronik tetapi sifat kapasitas tetap ada ada komponen elektronika lainnya
seperti resistor, diode, atau transistor. Kapasitor juga komponen yang paling
banyak digunakan dalam rangkaian elektronik dan komponen yang mengerjakan
berbagai fungsi. Karena pada dasarnya, kapasitor merupakan komponen
penyimpanan muatan listrik yang terbentuk dari dua permukaan yang saling
berhubungan tetapi memiliki penyekat yang memisahkan kedua permukaan
tersebut. Kapasitor merupakan komponen pasif, yang sering dipakai untuk
memblok arus DC, Filter, dan penyimpanan energi listrik.
Berdasarkan hal tersebut, peristiwa pengisian dan pengosongan muatan
kapasitor sangat perlu diketahui. Dimana saat proses pengisian dan pengosongan
muatan kapasitor berlangsung akan terjadi perubahan arus dan tegangan. Oleh
karena itu, perlunya dilakukan penyelidikan hubungan antara waktu pengisian dan
pengosongan muatan dengan tegangan dan kuat arus. Berdasarkan hal itu, maka
dilakukan praktikum dengan judul “Arus Transien” untuk memahami prinsip
kerja arus transien dalam pengisian dan pengosongan kapasitor, untuk mengetahui
konstanta waktu kapasitif. dan kapasitansi kapasitor berdasarkan kurva arus dan
tegangan terhadap waktu pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor.
Serta mengetahui bagaimana tegangan dan arus yang timbul akibat peristiwa
pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor.
B. Tujuan Praktikum
Setelah melakukan percobaan ini, diharapkan mahasiswa dapat:
1. Memplot kurva arus dan tegangan terhadap waktu pengisian dan
pengosongan muatan pada kapasitor.
2. Menginterpretasi grafik pengisian dan pengosongan muatan kapasitor.
3. Menentukan tetapan waktu kapasitif dan kapasitansi kapasitorberdasarkan
kurva arus dan tegangan terhadap waktu.
C. Manfaat Praktikum
Adapun manfaat praktikum terdiri atas, yaitu:
1. Manfaat Teoritis
a. Manfaat praktikum secara teoritis yaitu diantaranya, mahasiswa
mampu membuat plot kurva arus dan tegangan terhadap waktu dan
pengosongan muatan kapasitor.
b. Mahasiswa dapat menginterpretasikan grafik pengisian dan
pengosongan muatan kapasitor.
c. Mahasiswa dapat menentukan tetapan waktu kapasitif dan kapsitansi
berdasarkan kurva arus dan tegangan terhadap waktu.
2. Manfaat Praktis
Secara praktis dengan dilakukannya praktikum ini, kita dapat mengetahui
apakah yang dimaksud dengan arus transien serta gejalanya sehingga kita bisa
mencegah dan memperhitungkan transien listrik pada suatu peralatan agar tidak
melebihi kekuatan peralatan listrik sehingga terjadi kerusakan peralatan listrik.
BAB II
LANDASAN TEORI
Gejala transien atau gejala peralihan merupakan salah satu peristiwa dalam
rangkaian listrik yang perlu diperhatikan. Peristiwa ini biasa terjadi, namun jika
tidak ditangani secara baik dapat terjadinya hal-hal yang sangat merugikan berupa
kerusakan peralatan. Dalam sistem penyaluran energi, pemutusan dan
penyambungan rangkaian merupakan hal yang sering terjadi (Sudirham, 2013).
Fenomena transien terjadi karena perubahan parameter dalam rangkaian,
yang biasanya disebabkan oleh faktor seperti kesalahan, rangkaian terbuka (open
circuit), atau hubung singkat (short circuit), serta perubahan dalam operasi
sumber daya listrik, dan sebab lainnya. Transien merupakan perubahan mencakup
variabel tegangan dan arus yang terjadi saat peralihan dari satu kondisi stabil ke
kondisi lainnya. Titik perubahan arus dan tegangan selama transien memerlukan
waktu, meskipun perubahan ini terjadi dengan cepat dalam hitungan milidetik
bahkan mikrodetik (Prayitno, dkk., 2013).
Peristiwa pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor memegang
peranan penting dalam elektronika. Arus yang berhubungan dengan ini mengecil
terhadap waktu sehingga disebut arus transier yang berarti arus yang hanya timbul
sebentar, jadi bukan arus tetap. Pada umumnya rangkaian listrik terdiri dari
berbagai komponen yang tersusun secara mudah maupun rumit dan juga
rangkaian diantaranya kelompok hambatan yang seri dan paralel (Ariska, 2015).
Kapasitor merupakan salah satu komponen pasif elektronika, artinya tidak
dapat membangkitkan tegangan atau arus dengan sendirinya sehingga
memerlukan sumber arus atau sumber tegangan. Kapasitor adalah sebuah benda
yang dapat menyimpan muatan listrik. Yang terdiri dari dua pelat konduktor yang
dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersentuhan (Putra, 2019).
Menurut (Naim, 2020) kapasitor dikenal juga dengan kondensator atau
kapasitansi. Mempunyai fungsi untuk dapat menyimpan energi dalam bentuk
medan listrik dan membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor. Nilai suatu
kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas
penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari
kapasitor tersebut. Satuan dari kapasitor adalah Farad (F). Secara matematis dapat
dituliskan:
C = ε . A/d (2.1)
Dengan,
ε = permitivitas bahan
A = luas penampang bahan
d = jarak dua keping
(2.3a)
(2.3b)
VC = V (1 – e-t/CR) (2.2)
VR = Ve-t/CR (2.3)
i = 𝑉 𝑒−𝑡/𝐶𝑅 (2.4)
𝑅
BAB III
METODE
PRAKTIKUM
A. Identifikasi Variabel
a.
Variabel Kontrol : Tegangan Sumber (VS) (Volt), Hambatan (R) (Ω),
dan Kapasitansi Kapasitor (C) (Farad).
b.
Variabel Manipulasi : Waktu (t) (s)
c.
Variabel Respon : Arus Transien (I) (mA) dan Tegangan Transien
(V) (Volt).
B. Definisi Operasional Variabel
a.
Tegangan Sumber (VS), adalah nilai tegangan pada power supply yang
digunakan pada praktikum yang diukur dengan voltmeter dengan satuan
volt (V).
b.
Hambatan (R), adalah nilai yang tertera pada resistor yang digunakan
pada praktikum yang diukur berdasarkan perhitungan kode warna pada
resistor dengan satuan ohm (Ω).
c.
Kapasitansi Kapasitor (C), adalah nilai yang tertera pada kapasitor yang
digunakan pada praktikum dengan satuan farad (F).
d.
Waktu (t), adalah selisih waktu yang telah ditetapkan pada saat
melakukan tahap pengisian dan pengosongan muatan kapasitor untuk
mengukur nilai tegangan dan arus transiennya, yang diukur dengan
menggunakan stopwatch dengan satuan sekon (s).
e.
Arus Transien (I), adalah nilai kuat arus yang mengalir pada kapasitor
pada saat pengisian muatan kapasitor dan pengosongan muatan kapasitor
dengan selang waktu yang telah ditetapkan yang diukur dengan
amperemeter, dengan satuan milli ampere (mA).
f.
Tegangan Transien (V), adalah nilai tegangan yang mengalir pada
kapasitor pada saat pengisian muatan kapasitor dan pengosongan muatan
kapasitor dengan selang waktu yang telah ditetapkan yang diukur dengan
voltmeter (V).
C. Alat dan Bahan
1. Komutator (double trew switch) (1 buah)
2. Kapasitor elektrolit (2200μF50V) (1 buah)
3. Resistor (33000±5%Ω) (1 buah)
4. Stopwatch (1 buah)
5. Power supply 0 - 12 Vdc (1 buah)
6. Voltmeter digital 0 - 50 Vdc (1 buah)
7. Ampermeter digital 0 - 1 Adc (1 buah)
8. Kabel penghubung (11 buah)
D. Prosedur kerja
1. Sebuah power supply disediakan kemudian diatur pada posisi DC lalu
tegangan keluarannya sebesar 12 V diukur secara langsung dengan
sebuah multimeter digital. Nilai tegangan ini dicatat sebagai Vs.
2. Alat disusun seperti pada gambar berikut. Polaritas sumber tegangan dan
kapasitor dipastikan benar.
𝑉𝑡 = 𝑉𝑠 ( 1 − 0,37) (2.9)
𝑉𝑡 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 (0,63) (2.10)
4. Menghitung kuat arus (I) yang digunakan untuk menentukan nilai τ dari
hasil plot grafik pengisian muatan kapasitor, dengan menggunakan
persamaan:
−𝑡⁄
𝐼𝑡 = (𝑒 𝑅𝐶 ) (2.11)
𝐼𝑜
𝐼𝑡 = 𝐼𝑜 (0,37) (2.12)
𝐼𝑡 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 (0,37) (2.13)
5. Bandingkan nilai τ yang diperoleh secara teori dan nilai τ yang diperoleh
𝐼𝑡 = (𝑒
−𝑡⁄
𝑅𝐶 ) (2.22)
𝐼𝑜
𝐼𝑡 = 𝐼𝑜 (0,37) (2.23)
𝐼𝑡 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 (0,37) (2.24)
4. Bandingkan nilai τ yang diperoleh secara teori dan nilai τ yang diperoleh
dari praktikum dengan menggunakan rumus:
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝜏𝑣
𝜏𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝜏𝑉 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝜏𝑣 =
| 𝜏𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 | × 100% (2.25)
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 τI
𝜏𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝜏𝐼 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 τI = | 𝜏𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
| × 100% (2.26)
A. Hasil Pengamatan
Kegiatan 1 : Pengisian Muatan pada Kapasitor
R = │22.00 ± 0.01│kΩ C = 2200 µF Vs =│ 12.00 ± 0.01│Volt
Tabel 4.1 Pengisian Kapasitor Trial 1
No Waktu Trial 1
(Sekon) Vc (Volt) I (mA)
1 | 00,00 ± 0,01 | | 0,21 ± 0,01 | | 0,35 ± 0,01 |
2 | 10,00 ± 0,01 | | 0,53 ± 0,01 | | 0,31 ± 0,01 |
3 | 20,00 ± 0,01 | | 2,74 ± 0,01 | | 0,29 ± 0,01 |
4 | 30,00 ± 0,01 | | 3,90 ± 0,01 | | 0,24 ± 0,01 |
5 | 40,00 ± 0,01 | | 4,87 ± 0,01 | | 0,21 ± 0,01 |
6 | 50,00 ± 0,01 | | 5,75 ± 0,01 | | 0,19 ± 0,01 |
7 | 60,00 ± 0,01 | | 6,51 ± 0,01 | | 0,16 ± 0,01 |
8 | 70,00 ± 0,01 | | 7,19 ± 0,01 | | 0,15 ± 0,01 |
9 | 80,00 ± 0,01 | | 8,28 ± 0,01 | | 0,12 ± 0,01 |
10 | 90,00 ± 0,01 | | 8,67 ± 0,01 | | 0,10 ± 0,01 |
11 | 100,00 ± 0,01 | | 9,09 ± 0,01 | | 0,09 ± 0,01 |
12 | 110,00 ± 0,01 | | 9,43 ± 0,01 | | 0,08 ± 0,01 |
13 | 120,00 ± 0,01 | | 9,74 ± 0,01 | | 0,08 ± 0,01 |
14 | 130,00 ± 0,01 | | 10,03 ± 0,01 | | 0,07 ± 0,01 |
15 | 140,00 ± 0,01 | | 10,23 ± 0,01 | | 0,06 ± 0,01 |
16 | 150,00 ± 0,01 | | 10,47 ± 0,01 | | 0,05 ± 0,01 |
17 | 160,00 ± 0,01 | | 10,65 ± 0,01 | | 0,04 ± 0,01 |
18 | 170,00 ± 0,01 | | 10,84 ± 0,01 | | 0,04 ± 0,01 |
19 | 180,00 ± 0,01 | | 10,99 ± 0,01 | | 0,03 ± 0,01 |
20 | 190,00 ± 0,01 | | 11,26 ± 0,01 | | 0,03 ± 0,01 |
21 | 200,00 ± 0,01 | | 11,36 ± 0,01 | | 0,03 ± 0,01 |
22 | 210,00 ± 0,01 | | 11,46 ± 0,01 | | 0,02 ± 0,01 |
23 | 220,00 ± 0,01 | | 11,54 ± 0,01 | | 0,02 ± 0,01 |
24 | 230,00 ± 0,01 | | 11,61 ± 0,01 | | 0,02 ± 0,01 |
25 | 240,00 ± 0,01 | | 11,68 ± 0,01 | | 0,01 ± 0,01 |
26 | 250,00 ± 0,01 | | 11,73 ± 0,01 | | 0,01 ± 0,01 |
27 | 260,00 ± 0,01 | | 11,78 ± 0,01 | | 0,01 ± 0,01 |
28 | 270,00 ± 0,01 | | 11,83 ± 0,01 | | 0,01 ± 0,01 |
29 | 280,00 ± 0,01 | | 280,00 ± 0,01 | | 0,01 ± 0,01 |
B. Analisis
Data Trial 1
a. Pengisian Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,83 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,83 V (0,63)
Vt = 7,4529 V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 73 s
b) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,35 Ma
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,35 mA (0,37)
It = 0,1295 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 78 s
c) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
73 + 78
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 75,5 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 75,5 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 3,9944903581 %
b. Pengosongan Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,83 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,83 V
(0,63) Vt = 7,4529
V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 33 s
b) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,35 Ma
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,35 mA (0,37)
It = 0,1295 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 85 s
c) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
33 + 85
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 59 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 59 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 18,7327823691 %
Trial 2
a. Pengisian Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,95 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,95 V
(0,63) Vt = 7,5285
V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 75 s
b) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,35 Ma
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,35 mA (0,37)
It = 0,1295 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 85 s
c) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
75 + 85
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 80 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 80
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 10,192837466 %
b. Pengosongan Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,62 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,62 V
(0,63) Vt = 7,3206
V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 46 s
b) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,33 Ma
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,33 mA (0,37)
It = 0,1221 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 90 s
c) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
46 + 90
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 68 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 68 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 6,33608815427 %
Trial 3
a. Pengisian Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,93 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,93 V
(0,63) Vt = 7,5159
V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 72 s
a) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,36 mA
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,36 mA (0,37)
It = 0,1332 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 92 s
b) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
72 + 92
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 82 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 82 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 12,947658402 %
b. Pengosongan Muatan Kapasitor
1) Secara teori
𝜏=R×C
𝜏 = 33.000 Ω × 0,0022 F
𝜏 = 72,6 s
2) Secara praktikum
a) Tegangan terhadap waktu
Vmaks = 11,68 V
−𝑡⁄
Vt = Vs (1 − 𝑒 𝑅𝐶 )
Vt = Vs (1 − 0,37)
Vt = Vmaks (0,63)
Vt = 11,68 V
(0,63) Vt = 7,3584
V
Maka berdasarkan grafik 𝜏𝑣 = 39 s
b) Arus terhadap waktu
Imaks = 0,35 Ma
−𝑡⁄
It = I0 (𝑒 𝑅𝐶 )
It = I0 (𝑒−1)
It = Imaks (0,37)
It = 0,35 mA (0,37)
It = 0,1295 Ma
Maka berdasarkan grafik τ𝐼 = 78 s
c) Muatan kapasitor rata-rata
𝜏𝑣 + τ 𝐼
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
39 + 78
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =
2
τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 58,5 s
3) % Error
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 58,5 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 19,4214876033 %
D. Analisis Grafik
Analisis grafik log I terhadap waktu pengosongan muatan kapasitor.
1. Trial 1
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐
𝑦 = −0,0059𝑥 + 0,4375
𝑦 = 0,4434
𝑚 = 𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3)𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3) 𝑚
−1
τ=
(2,3) (−0,0059)
τ = 73,69 s
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑝𝑟𝑎𝑘
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 73,69 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1,5013774105 %
2. Trial 2
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐
𝑦 = −0,0061𝑥 + 0,4176
𝑦 = 0,4115
𝑚 = 𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3)𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3) 𝑚
−1
τ=
(2,3) (−0,0061)
τ = 71,28 s
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑝𝑟𝑎𝑘
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 71,28 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1,8181818181 %
3. Trial 3
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑐
𝑦 = −0,0059𝑥 + 0,4553
𝑦 = 0,4494
𝑚 = 𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3)𝑅𝐶
−1
τ=
(2,3) 𝑚
−1
τ=
(2,3) (−0,0059)
τ = 73,69 s
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖− τ 𝑝𝑟𝑎𝑘
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
τ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖
72,6 s − 73,69 s
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = | | × 100 %
72,6 𝑠
% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1,5013774105 %
E. Pembahasan
Percobaan kali ini berjudul arus transien. Adapun tujuan dari percobaan ini
adalah memplot kurva arus dan tegangan terhadap waktu pengisian dan
pengosongan muatan pada kapasitor, menginterprestasikan grafik pengisian dan
pengosongan muatan kapasitor, serta menentukan tetapan waktu kapasitif dan
kapasitansi kapasitor berdasarkan kurva arus dan tegangan terhadap waktu.
Menurut teori arus transien merupakan arus yang mengecil terhadap terhadap
waktu yang berarti semakin lama waktu yang digunakan, maka arus akan semakin
kecil. Peristiwa ini biasa terjadi pada peristiwa pengisian dan pengosongan
kapasitor. Peristiwa pengisian dan pengosongan muatan kapasitor memegang
peranan penting dalam elektronika. Peristiwa ini digunakan untuk mengubah
denyut, mengolah denyut dalam pesawat televisi, penundaan waktu, menghasilkan
pengapitan tegangan, dan lain-lain.
Pada percobaan arus transien, terdapat dua kegiatan yang dilakukan yaitu
pengisian muatan pada kapasitor dan pengosongan muatan pada kapasitor.
Kapasitor yang digunakan pada praktikum ini berupa kapasitor elektrolit dengan
nilai 2.200 µF dan nilai hambatan yang digunakan yaitu 33.000 Ω, dengan power
supply yang telah diatur DC yaitu 12 Volt.
Hasil percobaan dapat dilihat pada tabel maupun grafik. Pada kegiatan
pengisian muatan pada kapasitor, grafik menunjukkan bahwa tegangan
berbanding lurus dengan waktu, maksudnya semakin banyak waktu yang kita
gunakan maka semakin besar dan semakin meningkat tegangan pada kapasitor
tersebut. Begitupun dengan arus dapat kita lihat melalui grafik hubungan antara
arus dengan waktu, sehingga dalam grafik tersbut menunjukkaan bahwa arus
berbanding terbalik dengan waktu, maksudnya jika semakin banyak waktu yang
digunakan dalam percobaan tersebut, maka arusnya akan menjadi semakin kecil.
Hal ini sesuai dengan teori yang ada, dimana berdasarkan teori arus transien
adalah arus yang mengecil terhadap waktu.
Pada kegiatan pengosongan muatan dilakukan dua pengukuran yaitu
pengukuran arus, dan tegangan dimana variabel manipulasinya yaitu waktu.
Berdasarkan hasil pengamatan yang disajikan dalam bentuk tabel maupun grafik,
dapat dilihat bahwa data arus menunjukkan penurunan setiap selang waktu yang
ditentukan hingga mencapai suatu keadaan konstan, yang dibuktikan dengan plot
grafik dari tiga data yang diperoleh dari hasil praktikum tersebut sehingga
menghasilkan kurva arus yang menurun terhadap waktu. Pada data arus yang
diperoleh menunjukkan nilai arus positif yang menunjukkan bahwa arus yang
mengalir berupa arus yang tidak berpolaritas. Sedangkan tegangan yang diperoleh
dari tiga data tersebut menunjukkan penurunan setiap selang waktu yang
ditentukan hingga mencapai keadaan konstan yang tunjukkan melalui plot grafik
yang menghasilkan kurva tegangan terhadap waktu yang menurun.
Untuk grafik analisis hubungan antara log 1 terhadap waktu pengosongan
muatan pada kapasitor (s) pada trial 1, trial 2 dan trial 3 diperoleh τ teori sebesar
72,6 s sedangkan τ praktikum berturut turut sebesar 73,69 s, 71,28 s, dan 73,69 s.
Dengan %error secara berturut-turut sebesar 1,50%, 1,81% dan 1,50% , sehingga
dapat dikatakan bahwa τ praktikum yang diperoleh sesuai dengan τ teori.
Berdasarkan analisis yang telah diperoleh tetapan waktu secara teori yang
berbeda-beda tidak berbeda jauh dari hasil tetapan waktu kapasitif secara
praktikum. Jadi dapat disimpulkan bahwa hasil yang diperoleh secara teori dan
praktikum tidak berbeda jauh dari hasil praktikum yang diperoleh yang
menandakan bahwa praktikum yang dilakukan berhasil. Dan adapun %error yang
di dapat terjadi dikarenakan kekeliruan pada praktikan atau pada alat yang
digunakan sehingga dapat mempengaruhi data hasil praktikum.
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada saat pengisian muatan pada kapasitor, arus yang terdapat pada
kapasitor mengecil dan tegangan meningkat terhadap waktu. Sehingga
grafik yang ditunjukkan pada hubungan tegangan terhadap waktu yaitu
grafik berbanding lurus. Sedangkan grafik antara hubungan arus terhadap
waktu menunjukkan grafik yang berbanding terbalik.
2. Pada pengosongan muatan kapasitor, arus yang diperoleh menunjukkan
penuruan setiap selang waktu yang ditentukan dengan nilai arus positif
yang menunjukkan bahwa arus yang mengalir berupa arus yang tidak
berpolaritas dan begitupun pada tegangan yang mengecil terhadap waktu.
Sehingga grafik yang ditunjukkan pada hubungan arus terhadap waktu
yaitu grafik berbanding terbalik dan grafik yang menunjukkan hubungan
tegangan terhadap waktu juga merupakan grafik yang berbanding terbalik.
3. Tetapan waktu kapasitif dapat ditentukan menggunakan analisis grafik,
dengan menarik garis dari sumbu y dari hasil perkalian tegangan
maksimum dan kuat arus maksimum, lalu menarik garis dari sumbu x
untuk mendapatkan konstanta waktu kapasitif. Untuk kapasitansi
kapasitor dapat dilihat secara langsung warna gelang pada kapasitor
B. Saran
a. Untuk Asisten
Untuk Asisten, agar kedepannya tetap mempertahankan keramahan dan
mempertahankan cara penjelasan mengenai praktikum ini serta penjelasan
mengenai analisisnya.
b. Untuk Praktikan Selanjutnya
Untuk praktikan selanjutnya, agar memahami prosedur kerja yang akan
dilakukan terutama dalam membaca sebuah rangkaian dan merangkainya
serta mahir menggunakan alat ukur kelistrikan seperti amperemeter dan
voltmeter.
c. Untuk Laboran
Untuk laboran, agar memilah alat yang masih bisa digunakan yang baik
dan yang sudah tidak baik, agar saat praktikum tidak perlu lagi mencari-
cari alat yang mana seharusnya yang digunakan terurama alat yang
digunakan dalam pengukuran.
DAFTAR PUSTAKA
Ariska, M. (2015). Studi pemahaman konsep siswa pada sub konsep rangkaian
listrik arus searah di kelas XI SMA Negeri 1 Palembang. Jurnal Inovasi
Dan Pembelajaran Fisika, 2(2), 147-154.
Naim, M. (2022). Buku Ajar Teori Dasar Listrik dan Elektronika. Penerbit NEM.
Prayitno, A. A., Suhendar, S., & Herudin, H. (2015). Analisis Arus dan Tegangan
Transien Akibat Pelepasan Beban pada Sis Primer Transformer Unit 5, Unit
6, dan Unit 7 Suralaya. Setrum: Sistem Kendali-Tenaga-elektronika-
telekomunikasi-komputer, 2(1), 30-41.
Putra, V. G. V., Wijayono, A., Purnomosari, E., Ngadiono, N., & Irwan, I. (2019).
Metode pengukuran kapasitansi dengan menggunakan mikrokontroler
arduino uno. JIPFRI (Jurnal Inovasi Pendidikan Fisika Dan Riset
Ilmiah), 3(1), 36-45.
Siagian, W. (2020). Analisis Prinsip Kerja Proses Charge Dan Discharge Pada
Capasitor Dengan Rangkaian Rc. Jurnal Ilmiah Simantek, 4(2), 44-53.