Charge Discharge_LR01__Dennie Widya Hutomo_0806331506_Teknik MEtalurgi Dan Material

8/8/2019 Charge Discharge_LR01__Dennie Widya Hutomo_0806331506_Teknik MEtalurgi Dan Material

1/26

LAPORAN R-LAB

Charge Discharge

Nama : Dennie Widya Hutomo

NPM : 0806331506

Fakultas : Teknik

Departemen : Metalurgi dan Material

Kelompok

Kode Praktikum

: 19

: LR01

Tanggal Praktikum : 07 Oktober 2009

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Depok


2/26

Charge Discharge

I. Tujuan PraktikumMelihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan

II. Peralatan1. Kapasitor2. Resistor3. Amperemeter4. Voltmeter5. Variable power supply6.

Camcorder

7. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatisIII. Landasan Teori

Pada rangkaian arus searah seperti pada Gbr.1, kapasitor akan berubah menjadi

hambatan tak hingga. Hanya pada saat rangkaian dibuka dan ditutup, arus akan

mengalir melalui rangkaian. Pada saat rangkaian ditutup, arus akan mengakibatkan

kapasitor dimuati hingga sebesar sama dengan tegangan yang diberikan (Vo).

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.


3/26

Lamanya proses peng

dipakai pada rangka

kapasitor.

Tegangan kapa

o Vs / Vbernilai

kapasit

Apabila digambarkan

akan membentuk grafi

Pada saat pengisian ka

digunakan untuk men

untuk mengatur konsta

Pada rangkaian pengis

arus yang mengalir da

tidak tetap karena a

menurun seiring denga

songan kapasitor ini juga akan bergantung

an. Berikut ini adalah rumus umum u

sitor saat dikosongkan selama t detik , Vc(t)

0 adalah tegangan kapasitor sebelum diko

sama dengan tegangan input pengisi

r diisi sampai penuh fully charged.

ke dalam grafik, maka tegangan pada pen

eksponensial sebagai berikut.

pasitor diperlukan sebuah sumber tegangan

uplai muatan ke kapasitor dan sebuah resist

nta waktu pengisian () serta membatasi arus

an kapasitor dibawah ini, saat saklar (S) dit

i sumber tegangan (Vin) menuju ke kapasito

anya bahan dielektrik pada kapasitor. Ar

n meningkatnya jumlah muatan pada kapasit

leh nilai R-C yang

tuk pengosongan

songkan. Vs akan

kapasitor apabila

osongan kapasitor

konstan (Vin) yang

or yang digunakan

pengisian.

tup maka akan ada

. Besarnya arus ini

s pengisian akan

or, dimana


4/26

Secara umum, rumus

berikut :

Tegang

( apabil

kapasit

Penurunan tegangan

Vc(t) turun secara asi

tegangan pada pengi

berikut.

Konstanta waktu dap

adalah konstanta wakt

VcVin ........ ( saat i=0 )

pengisian kapasitor untuk tegangan dapat

an kapasitor saat t detik

a sebelum pengisian tidak terdapat adanya t

r, Vc (0) = 0V , maka persamaan diatas aka

kan melambat sebanding dengan waktu.

totik menjadi nol. Apabila digambarkan d

ian kapasitor akan membentuk grafik ek

t dihitung berdasarkan kurva pengisian ka

u [s]. Konstanta waktu atau waktu paruh

dinyatakan seperti

egangan awal pada

menjadi :

egangan kapasitor

alam grafik, maka

ponensial sebagai

pasitor. Dengan

dalah waktu yang


5/26

dibutuhkan hingga tegangan jatuh menjadi yang ditentukan dari besar hambatan

dan kapasitans

= R C

Pada kurva tersebut, tarik garis tangensial dari kurva pengisian pada titik t= 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.

Gbr. 2 Kurva pengisian dan pengosongan 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 Percobaan1. Mengatur model rangkaian yang akan digunakan , yaitu model 1.2. Menghidupkan Power Supply yang digunakan.


6/26

3. Mengukur beda potensial di kaki-kaki kapasitor dan arus pengisian / pelepasankapasitor.

4. Mengulangi langkah 4 dan 6 untuk model rangkaian 2 , 3 dan 4.V. Hasil dan Evaluasi

Pengolahan Data

Untuk Rangkaian Model 1

Pada saat pengisian kapasitor terjadi proses charge

Pada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat t waktu 1

hingga 15 sekon.

t (s) I kapasitor (A) V kapasitor (V)

1 3,99 1,01

2 3,21 1,79

3 2,58 2,42

4 2,08 2,92

5 1,68 3,32

6 1,36 3,64

7 1,1 3,9

8 0,9 4,1

9 0,73 4,27

10 0,6 4,4

11 0,48 4,52

12 0,4 4,6

13 0,32 4,68

14 0,26 4,74

15 0,22 4,78


7/26

Kurva t (s) vs U (V)

Pada saat pengosongan kapasitor terjadi proses discharge

Pada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat t waktu

16 hingga 30 sekon.


16 3,8 3,8

17 3,05 3,05

18 2,46 2,46

19 1,98 1,98

20 1,6 1,6

21 1,29 1,29

22 1,05 1,05

23 0,85 0,85

24 0,69 0,69

25 0,56 0,56

26 0,45 0,45

27 0,37 0,37

28 0,3 0,3

29 0,24 0,24

30 0,2 0,2

y = 1,760e0,083x

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,007,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Vk

apasitor(V)

t (s)

charge

charge

Expon. (charge)


8/26


9/26

y = 108,8e-0,21(0)

y = 108,8(1)

y = 108,8 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 108,8 Volt

Untuk menghitung besar hambatan yang digunakan pada rangkaian, kita menggunakan

rumus

= R C

Perlu diketahui bahwa kapasitor yang digunakan pada model 1 yaitu kapasitor dengan 10000

F . Sehingga besar R hambatan yang digunakan yaitu sebagai berikut.

= R C

=

=4,76

10.000 10

= 476

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 476

Ohm.




hingga 15 sekon.


1 11,18 1,42

2 8,13 2,4

3 5,93 3,1

4 4,34 3,61

5 3,19 3,98

6 2,35 4,25

nilai x, menunjukkan variabel

waktu t disubstitusi dengan 0


10/26

7 1,74 4,44

8 1,3 4,58

9 0,96 4,69

10 0,72 4,77

11 0,53 4,8312 0,4 4,87

13 0,31 4,9

14 0,23 4,93

15 0,17 4,95




16 hingga 30 sekon.


16 11,06 3,54

17 8,03 2,57

18 5,85 1,87

19 4,28 1,37

20 3,15 1,01

21 2,31 0,74

22 1,71 0,55

y = 2,389e0,062x

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

Vk

apasitor(V)

t (s)

Charge

charge

Expon. (charge)


11/26

23 1,27 0,41

24 0,93 0,3

25 0,7 0,22

26 0,52 0,17

27 0,4 0,1328 0,29 0,09

29 0,21 0,07

30 0,17 0,05


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 424,8e -0,30x

. Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

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

y = 424,8e-0,30x

= 0,30 ( JJIJ II I )

1

= 0,30

y = 424,8e-0,30x

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 5 10 15 20 25 30 35

Vk

apasitor(V)

t (s)

Discharge

discharge

Expon. (discharge)


12/26

=1

0,30

= 3,3333 3,33 (s)

Dari persamaan y = 424,8e-0,30x

, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t= 0, yaitu sebagai berikut.

y = 424,8e-0,30x

y = 424,8e-0,30(0)

y = 424,8(1)

y = 424,8 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 424,8 Volt


rumus

= R C



= R C

=

=3,33

4700 10

= 708,51

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar

708,51 Ohm.






13/26


hingga 15 sekon.


1 2,82 2,18

2 1,71 3,29

3 1,06 3,94

4 0,66 4,34

5 0,42 4,58

6 0,26 4,74

7 0,17 4,83

8 0,11 4,89

9 0,07 4,93

10 0,04 4,9611 0,03 4,97

12 0,02 4,98

13 0,01 4,99

14 0 5

15 0 5




16 hingga 30 sekon.

y = 3,280e0,037x

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Vk

apasitor(V)

t (s)

charge

charge

Expon. (charge)


14/26


16 2,9 2,9

17 1,76 1,76

18 1,08 1,08

19 0,67 0,6720 0,42 0,42

21 0,26 0,26

22 0,17 0,17

23 0,11 0,11

24 0,07 0,07

25 0,05 0,05

26 0,03 0,03

27 0,02 0,02

28 0,01 0,0129 0,01 0,01

30 0 0


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 3326e -0,44x



y = 3326e-0,44x

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 5 10 15 20 25 30 35

Vk

apasitor(V)

t (s)

discharge

discharge

Expon. (discharge)


15/26

y = 3326e-0,44x

= 0,44 ( JJIJ II I )

1

= 0,44

=1

0,44

= 2,2727 2,27 (s)

Dari persamaan y = 3326e-0,44x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t

= 0, yaitu sebagai berikut.

y = 3326e-0,44x

y = 3326e-0,44(0)

y = 3326(1)

y = 3326 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 3326 Volt


rumus

= R C



= R C

=

=2,27

10000 10

= 227




16/26

Jadi, kita dapatkan besar hambatan yang digunakan pada rangkaian model 1 yaitu sebesar 227

Ohm.




hingga 15 sekon.


1 6,98 2,77

2 3,41 3,91

3 1,73 4,45

4 0,89 4,72

5 0,46 4,85

6 0,24 4,92

7 0,14 4,96

8 0,06 4,98

9 0,03 4,99

10 0,02 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5


y = 3,860e0,023x

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20

Vk

apasitor(V)

t (s)

charge

charge

Expon. (charge)


17/26

Pada saat pengosongan kapasitor terjadi proses dischargePada saat pengisian kapasitor (charge), data praktikum yang diambil yaitu pada saat t waktu

16 hingga 30 sekon.


16 7,1 2,27

17 3,47 1,11

18 1,74 0,56

19 0,9 0,29

20 0,47 0,15

21 0,26 0,08

22 0,14 0,04

23 0,08 0,02

24 0,05 0,01

25 0,03 0,01

26 0,02 0

27 0,02 0

28 0 0

29 0 0

30 0 0


y = 53245e-0,63x

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 5 10 15 20 25 30

Vka

pasitor(V)

t (s)

discharge

discharge

Expon. (discharge)


18/26

Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu y = 53245e-0,63x



y = 53245e-0,63x

= 0,63 ( JJIJ II I )

1

= 0,63

=1

0,63

= 1,5873 1,59 (s)

Dari persamaan y = 53245e-0,63x, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada saat t

= 0, yaitu sebagai berikut.

y = 53245e-0,63x

y = 53245e-0,63x (0)

y = 53245(1)

y = 53245 V

Besarnya tegangan kapasitor pada saat t = 0, yaitu V(0) = 53245 Volt


rumus

= R C



= R C




19/26


20/26

(V0) kaki-kaki kapasitor, dan arus pengisian / pengosongan kapasitor. Untuk masing-masing

model, didapatkan masing-masing 30 buah data.

Berdasarkan pengolahan data waktu (t) dengan beda potensial (V) menjadi sebuah grafik,

akan didapatkan suatu hasil bahwa pada saat t = 1 hingga t = 15 terjadi proses pengisian

(charge) muatan pada kapasitor. Sedangkan pada saat t = 16 hingga t = 30 terjadi proses

pengosongan ( discharge ) muatan pada kapasitor. Hasil ini didapatkan dengan

membandingkan model kurva yang didapatkan dengan model kurva, baik saat pengisian atau

pengosongan kapasitor, yang terdapat pada literatur. Berikut ini salah satu sampel kurva yang

didapatkan berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, yaitu praktikum model 1.

y = 1,760e0,083x

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Vk

apasitor(V)

t (s)

charge

charge

Expon. (charge)

y = 108,8e-0,21x

0

0,51

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 5 10 15 20 25 30 35

Vk

apasitor(V)

t (s)

discharge

discharge

Expon. (discharge)


21/26

Untuk mencari besar dari konstanta waktu tiap-tiap model rangkaian, digunakan persamaan

eksponensial dari grafik pengosongan muatan kapasitor, karena persamaan eksponensial itu

yang paling mendekati nilai kebenaran (dapat terlihat dari grafik discharge bahwa bentuk

grafik eksponensial hampir sempurna menyerupai grafik data.

Untuk menghitung besar konstanta waktu, digunakan persamaan eksponensial yang

didapatkan dari grafik discharge. Seperti pada contoh rangkaian model pertama. Kita

telah mendapatkan rumus yang menyatakan bahwa :

kita dapat memasukkan kedua persamaan diatas untuk mendapatkan besar konstanta

waktu nya.

y = 108,8e-0,21x

= 0,21

(JI JJIJ II I , IIIJ I), maka

1

= 0,21

=1

0,21

= 4,7619 4,76 (s)

Setelah ita mendapatkan nilai dari konstanta waktu tiap-tiap rangkaian, kita juga dapat

menghitumg besar hambatan pada tiap-tiap rangkaian, yaitu dengan meggunakan rumus

= R C

=

Sebagai contoh yaitu perhitungan besar hambatan rangkaian model 1, sebagai berikut. ( perlu

diketahui besar kapasitans kapasitor model 1 yaitu 10.000)

=


22/26

=4,76

10.000 10

= 476

Berikut ini adalah tabel perbandingan keempat model rangkaian RC yang dipraktikum-kan.

Rangkaian Kapasitor Konstanta waktu

()

Hambatan

(R)

Model 1 10000 4,76 s 476

Model 2 4700 3,33 s 708,51

Model 3 10000 2,27 s 227

Model 4 4700 1,59 s 338,30

Dari tabel diatas, kita dapat memperoleh beberapa karakteristik kapasitor pada saat pengisian

dan pengosongan muatan. Hasil perhitungan diatas menggunakan persamaan eksponensial

yang didapatkan pada grafik pendosongan kapasitor. Ketika kapasitansi semakin besar, maka

besar hambatan yang timbul pada rangkaian akan kecil. Maka, hambatan (R) berbanding

terbalik dengan kapasitansi (C) kapasitor.

1

Dari tabel diatas pun kita akan mendapatkan informasi bahwa besar konstanta waktu tidak

bergantung pada besaran lainnya. Hal ini juga didukung pada perhitungan mencari itu

sendiri sebagaimana yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya. Dengan kata lain,

berdiri sendiri.

1

= 0,21

=1

0,21

Nilai yang didapatkan dari

grafik pengosongan kapasitor


23/26

VI. KesimpulanDari praktikum ini, dapat kita simpulkan beberapa hal sebagai berikut.

1.

Proses pengisian atau pengosongan kapasitor dapat dibedakan berdasarkan bentukgrafiknya yang spesifik.

2. Persamaan eksponensial pada proses pengosongan (discharging) kapasitor digunakanuntuk mendapatkan besar dari konstanta waktu ().

3. Nilai konstanta waktu tidak bergantung pada besaran lainnya.4. Hambatan (R) pada rangkaian berbanding terbalik dengan kapasitansi (C) kapasitor

VII.

Referensi

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

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John

Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : PenebitErlangga

VIII. LampiranData Pengamatan

t waktu I kapasitor V kapasitor

Model 1

1 4 1,01

2 3,21 1,793 2,58 2,42

4 2,08 2,92

5 1,68 3,32

6 1,36 3,64

7 1,1 3,9

8 0,9 4,1

9 0,73 4,27

10 0,6 4,4

11 0,48 4,5212 0,4 4,6


24/26

13 0,32 4,68

14 0,26 4,74

15 0,22 4,78

16 3,8 3,8

17 3,05 3,0518 2,46 2,46

19 1,98 1,98

20 1,6 1,6

21 1,29 1,29

22 1,05 1,05

23 0,85 0,85

24 0,69 0,69

25 0,56 0,56

26 0,45 0,4527 0,37 0,37

28 0,3 0,3

29 0,24 0,24

30 0,2 0,2

Model 2

1 11,18 1,42

2 8,13 2,4

3 5,93 3,1

4 4,34 3,615 3,19 3,98

6 2,35 4,25

7 1,74 4,44

8 1,3 4,58

9 0,96 4,69

10 0,72 4,77

11 0,53 4,83

12 0,4 4,87

13 0,31 4,914 0,23 4,93

15 0,17 4,95

16 11,06 3,54

17 8,03 2,57

18 5,85 1,87

19 4,28 1,37

20 3,15 1,01

21 2,31 0,74

22 1,71 0,55

23 1,27 0,41


25/26

24 0,93 0,3

25 0,7 0,22

26 0,52 0,17

27 0,4 0,13

28 0,29 0,0929 0,21 0,07

30 0,17 0,05

Model 3

1 2,82 2,18

2 1,71 3,29

3 1,06 3,94

4 0,66 4,34

5 0,42 4,58

6 0,26 4,747 0,17 4,83

8 0,11 4,89

9 0,07 4,93

10 0,04 4,96

11 0,03 4,97

12 0,02 4,98

13 0,01 4,99

14 0 5

15 0 516 2,9 2,9

17 1,76 1,76

18 1,08 1,08

19 0,67 0,67

20 0,42 0,42

21 0,26 0,26

22 0,17 0,17

23 0,11 0,11

24 0,07 0,0725 0,05 0,05

26 0,03 0,03

27 0,02 0,02

28 0,01 0,01

29 0,01 0,01

30 0 0

Model 4

1 6,98 2,77

2 3,41 3,913 1,73 4,45


26/26

4 0,89 4,72

5 0,46 4,85

6 0,24 4,92

7 0,14 4,96

8 0,06 4,989 0,03 4,99

10 0,02 5

11 0 5

12 0 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5

16 7,1 2,27

17 3,47 1,1118 1,74 0,56

19 0,9 0,29

20 0,47 0,15

21 0,26 0,08

22 0,14 0,04

23 0,08 0,02

24 0,05 0,01

25 0,03 0,01

26 0,02 0

27 0,02 0

28 0 0

29 0 0

30 0 0

Charge Discharge_LR01__Dennie Widya Hutomo_0806331506_Teknik MEtalurgi Dan Material

Documents