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