(LR01)_Musa Maulana_1406577354_Teknik Metalurgi Dan Material

7/25/2019 (LR01)_Musa Maulana_1406577354_Teknik Metalurgi Dan Material

1/27

LAPORAN R-LAB

Charge Discharge

Nama : Musa Maulana

NPM : 14066577354`

Fakultas : Teknik

Departemen : Metalurgi dan Material

Group

Nomor Praktikum

: 1

: LR 01

Tanggal Praktikum : 4 Oktober 2015

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD)

Universitas Indonesia

Charge Discharge


2/27

2 Laporan Praktikum LR01 Charge and Discharge | Musa Maulana

I. Tujuan Praktikum

Melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat pengisian dan pelepasan muatan.

II.

Peralatan

1.

Kapasitor

2.

Resistor

3. Amperemeter

4.

Voltmeter

5.

Variable power supply

6.

Camcorder

7.

Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III.

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.


3/27

3 Laporan Praktikum LR

Pada saat kapasitor sudah

tersebut dapat dikosong

Akibatnya, tegangan kapa

Lamanya proses pengoso

dipakai pada rangkaian. B

Tegangan kap

o Vs / V0 adala

sama dengan t

penuh fully c

Apabila digambarkan ke

membentuk grafik ekspon

Pada saat pengisian kap

digunakan untuk menyu

untuk mengatur konstanta

Vc(t) = (

01 Charge and Discharge | Musa Maulana

terisi oleh sebagian atau penuh muatan list

an dengan cara menghubungkan saklar

sitor dan arus akan berkurang secara ekspon

ngan kapasitor ini juga akan bergantung o

erikut ini adalah rumus umum untuk pengos

sitor saat dikosongkan selama t detik , Vc(t)

h tegangan kapasitor sebelum dikosongkan

egangan input pengisi kapasitor apabila ka

arged.

alam grafik, maka tegangan pada pengoson

ensial sebagai berikut.

sitor diperlukan sebuah sumber tegangan

lai muatan ke kapasitor dan sebuah resist

waktu pengisian () serta membatasi arus pe

V(t) = Voe-t/t

s)(e-t/RC

)

ik, maka kapasitor

(S) pada ground.

nsial sampai nol.

eh nilai R-C yang

ngan kapasitor.

. Vs akan bernilai

asitor diisi sampai

gan kapasitor akan

onstan (Vin) yang

r yang digunakan

gisian.


4/27

4 Laporan Praktikum LR

Pada rangkaian pengisian

arus yang mengalir dari

tidak tetap karena adanya

seiring dengan meningkat

Secara umum, rumus p

berikut :

Tegangan kapasit

( apabila sebelum

Vc (0) = 0V , ma

Penurunan tegangan akan

turun secara asimtotik m

pada pengisian kapasitor

01 Charge and Discharge | Musa Maulana

kapasitor dibawah ini, saat saklar (S) ditu

umber tegangan (Vin) menuju ke kapasitor.

bahan dielektrik pada kapasitor. Arus pengi

ya jumlah muatan pada kapasitor, dimana

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

engisian kapasitor untuk tegangan dapat

or saat t detik

pengisian tidak terdapat adanya tegangan a

a persamaan diatas akan menjadi :

melambat sebanding dengan waktu. Tegan

njadi nol. Apabila digambarkan dalam gra

kan membentuk grafik eksponensial sebagai

up maka akan ada

Besarnya arus ini

sian akan menurun

dinyatakan seperti

al pada kapasitor,

gan kapasitor Vc(t)

ik, maka tegangan

berikut.


5/27


Konstanta waktu dapat dihitung berdasarkan kurva pengisian kapasitor. Dengan adalah

konstanta waktu [s].

Konstanta waktu atau waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan hingga tegangan jatuh

menjadi yang ditentukan dari besar hambatan dan kapasitansi

= 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 sumbu x . Titik yang diperoleh pada sumbu

adalah konstanta waktu.

Gbr. 2Kurva pengisian dan pengosongan dari kapasitor serta penentuan konstanta waktu

Pada percobaan di R-Lab akan digunakan 4 buah model rangkaian , yaitu Model 1 , 2 , 3dan 4. Untuk Model 1 dan 3 mengunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama, Untuk

Model 2 dan 4 menggunakan kapasitor dengan kapasitas yang sama.


6/27


IV. Prosedur Percobaan

1. Mengatur model rangkaian yang akan digunakan , yaitu model 1.

2. Menghidupkan Power Supply yang digunakan.

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

kapasitor.

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


7/27


V. Hasil dan Evaluasi

Rangkaian Model 1

Pada saat pengisian kapasitorterjadi proses charge

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

waktu 1 hingga 15 sekon.

Waktu IC VC

1 3.96 1.04

2 3.17 1.83

3 2.54 2.46

4 2.03 2.97

5 1.63 3.37

6 1.3 3.77 1.04 3.96

8 0.83 4.17

9 0.66 4.34

10 0.52 4.48

11 0.41 4.59

12 0.32 4.68

13 0.24 4.76

14 0.19 4.81

15 0.14 4.86

Kurva t (s) vs U (V)

Pada saat pengosongan kapasitorterjadi proses discharge

0

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tegangan

Kapasitator(V)

Waktu (s)


8/27




Waktu IC VC

16 3.87 3.87

17 3.11 3.11

18 2.51 2.51

19 2.02 2.02

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

270.39 0.39

28 0.31 0.31

29 0.26 0.26

30 0.21 0.21


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


9/27


Dari grafik discharge diatas, kita mendapatkan persamaan eksponensial, yaitu

y = 108,8e-0,21x.

Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu

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

berikut,

y = 108,8e-0,21x

= 0,21 ( )

1

= 0,21

=1

0,21

= 4,7619 4,76 (s)

Dari persamaan y = 108,8e-0,21x , kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada

saat t = 0, yaitu sebagai berikut.

y = 108,8e-0,21x

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

nilai x, menunjukkan variabel

waktu tdisubstitusi dengan 0


10/27


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.


11/27


Rangkaian Model 2





y = 2.389e0.062x

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20

Vk

apas

itor(V

)

t ( s )

Charge

charge

Expon. (charge)

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

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 4,257 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 4,9

14 0,23 4,93

15 0,17 4,95


12/27





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

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

24 0,93 0,3

25 0,7 0,22

26 0,52 0,17

27 0,4 0,13

28 0,29 0,09

29 0,21 0,07

30 0,17 0,05


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)


13/27


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

0,30x

. Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu


berikut.

y = 424,8e-0,30x

= 0,30 ( )

1

= 0,30

=1

0,30

= 3,3333 3,33 (s)

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

, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada


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






14/27


= R C

=

=3,33

4700 10

= 708,51


708,51 Ohm.


15/27


Rangkaian Model 3




Waktu IC VC

1 2.63 2.37

2 1.54 3.46

3 0.91 4.09

4 0.55 4.45

5 0.32 4.68

6 0.19 4.81

7 0.1 4.9

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



0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15


16/27




Waktu IC VC

16 2.86 2.86

17 1.74 1.74

18 1.09 1.09

19 0.69 0.69

20 0.45 0.45

21 0.3 0.3

22 0.2 0.2

23 0.14 0.14

24 0.1 0.1

25 0.07 0.07

26 0.05 0.05

270.04 0.04

28 0.03 0.03

29 0.02 0.02

30 0.02 0.02



y = 3326e-0,44x

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Series1


17/27


. Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu


berikut.

y = 3326e-0,44x

= 0,44 ( )

1

= 0,44

=1

0,44

= 2,2727 2,27 (s)

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


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




18/27


=

=2,27

10000 10

= 227


227 Ohm.

Rangkaian Model 4



19/27




Waktu IC VC

1 6.32 2.98

2 2.93 4.06

3 1.37 4.56

4 0.61 4.8

5 0.24 4.92

6 0.03 4.99

7 0 5

8 0 5

9 0 5

10 0 5

11 0 5

120 5

13 0 5

14 0 5

15 0 5


0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

VK

apasitor

t (waktu)


20/27





Waktu IC VC

16 7.12 2.28

17 3.57 1.14

18 1.88 0.6

19 1.04 0.33

20 0.6 0.19

21 0.37 0.12

22 0.23 0.07

23 0.15 0.05

24 0.11 0.03

25 0.08 0.0226 0.06 0.02

27 0.05 0.01

28 0.03 0.01

29 0.02 0

30 0.02 0


0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25 30

Vk

apasitor(V

)

t ( s )

Discharge


21/27



y = 53245e-0,63x

.

Dari persamaan yang kita ketahui, yaitu


berikut.

y = 53245e-0,63x

= 0,63 ( )

1

= 0,63

=1

0,63

= 1,5873 1,59 (s)

Dari persamaan y = 53245e-0,63x

, kita dapat menghitung besar tegangan kapasitor pada


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




22/27




= R C

=

=1,59

4700 10

= 338,30


338,30 Ohm.


23/27


VI. Analisa

1.

Analisa percobaan

Percobaan ini bertujuan untuk melihat karakteristik tegangan kapasitor pada saat

pengisian dan pelepasan muatan. Pada praktikum ini, digunakan 4 model rangkaianRC (atau Rangkaian Resistor-Capacitor) sebagai perbandingan. Pada model pertama

dan ketiga, digunakan kapasitor dengan besar kapasitans 10.000 , sedangkan pada

model kedua dan keempat digunakan kapasitor dengan besar kapasitans 4700 .

Pada awal melakukan percobaan, praktikan terlebih dahulu diharuskan untuk

mengaktifkan web cam yang akan memantau nilai dari tegangan awal kapasitor, yang

diinginkan agar sedekat mungkin dengan 0. Percobaan r-lab mengenai charge

discharge ini dilakukan dengan memberikan arus yang akan mengalir melaluirangkaian RC tersebut menuju kapasitor, lalu mengukur beda potensial yang terdapat

pada kaki-kaki kapasitor. Hal ini dilakukan agar diperoleh data yang bervariasi

sehingga hasil perhitungan menjadi lebih akurat.

Kekurangan yang terjadi pada praktikum kali ini yaitu tidak berfungsinya fasilitas

webcam yang memantau keadaan rangkaian RC tersebut. Sehingga, pada praktikum

kali ini terdapat beberapa data praktikum yang miss, yang tidak dapat digunakan

dalam perhitungan. Hal itu dikarenakan kita tidak dapat memantau keadaan tegangan

awal rangkaian dimana diharuskan untuk mendekati 0.

2. Analisa Hasil, Pengolahan Data, dan Grafik

Dari praktimum ini, kita akan mendapatkan 3 buah jenis data, yaitu data waktu (t)

baik padda saat proses pengisian (charge) dan pengosongan (discharge) dari kapasitor,

beda potensial (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.


24/27


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 yangdidapatkan 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.


25/27


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

=

Berikut ini adalah tabel perbandingan keempat model rangkaian RC yang dilakukan.

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 di atas menggunakan

persamaan eksponensial yang didapatkan pada grafik pendosongan kapasitor. Ketika

kapasitansi semakin besar, maka besar hambatan yang timbul pada rangkaian akankecil. 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.


26/27


VII. Kesimpulan

Proses pengisian atau pengosongan kapasitor dapat dibedakan berdasarkan bentuk

grafiknya yang spesifik.

Persamaan eksponensial pada proses pengosongan (discharging) kapasitor digunakan

untuk mendapatkan besar dari konstanta waktu ().

Nilai konstanta waktu tidak bergantung pada besaran lainnya.

Hambatan (R) pada rangkaian berbanding terbalik dengan kapasitansi (C) kapasitor.

VIII. 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 II (terjemahan), Jakarta : PenebitErlangga


27/27


IX. Lampiran

Data Pengamatan

Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC

1 3.96 1.04 1 11.1 1.45 1 2.63 2.37 1 6.32 2.98

2 3.17 1.83 2 7.99 2.44 2 1.54 3.46 2 2.93 4.06

3 2.54 2.46 3 5.76 3.16 3 0.91 4.09 3 1.37 4.56

4 2.03 2.97 4 4.15 3.67 4 0.55 4.45 4 0.61 4.8

5 1.63 3.37 5 2.98 4.05 5 0.32 4.68 5 0.24 4.92

6 1.3 3.7 6 2.14 4.32 6 0.19 4.81 6 0.03 4.99

7 1.04 3.96 7 1.51 4.52 7 0.1 4.9 7 0 5

8 0.83 4.17 8 1.05 4.66 8 0.04 4.96 8 0 5

9 0.66 4.34 9 0.72 4.77 9 0 5 9 0 5

10 0.52 4.48 10 0.47 4.85 10 0 5 10 0 5

11 0.41 4.59 11 0.29 4.91 11 0 5 11 0 512 0.32 4.68 12 0.15 4.95 12 0 5 12 0 5

13 0.24 4.76 13 0.05 4.99 13 0 5 13 0 5

14 0.19 4.81 14 0 5 14 0 5 14 0 5

15 0.14 4.86 15 0 5 15 0 5 15 0 5

Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC Waktu IC VC

16 3.87 3.87 16 11.29 3.61 16 2.86 2.86 16 7.12 2.28

17 3.11 3.11 17 8.26 2.64 17 1.74 1.74 17 3.57 1.14

18 2.51 2.51 18 6.08 1.95 18 1.09 1.09 18 1.88 0.6

19 2.02 2.02 19 4.49 1.44 19 0.69 0.69 19 1.04 0.33

20 1.64 1.64 20 3.33 1.07 20 0.45 0.45 20 0.6 0.19

21 1.33 1.33 21 2.46 0.79 21 0.3 0.3 21 0.37 0.12

22 1.08 1.08 22 1.83 0.59 22 0.2 0.2 22 0.23 0.07

23 0.87 0.87 23 1.37 0.44 23 0.14 0.14 23 0.15 0.05

24 0.71 0.71 24 1.02 0.33 24 0.1 0.1 24 0.11 0.03

25 0.58 0.58 25 0.76 0.24 25 0.07 0.07 25 0.08 0.02

26 0.47 0.47 26 0.58 0.19 26 0.05 0.05 26 0.06 0.02

27 0.39 0.39 27 0.44 0.14 27 0.04 0.04 27 0.05 0.01

28 0.31 0.31 28 0.34 0.11 28 0.03 0.03 28 0.03 0.01

29 0.26 0.26 29 0.24 0.08 29 0.02 0.02 29 0.02 0

30 0.21 0.21 30 0.18 0.06 30 0.02 0.02 30 0.02 0

(LR01)_Musa Maulana_1406577354_Teknik Metalurgi Dan Material

Documents