MEMPERSEMBAHKAN Kelompok Achmad Ferdiyan R Anne Farida R U (0602421) (0605860)
Problem 1 : Pengisian kapasitor Problem 2 : Kapasitor disusun seri dan paralel Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap waktu penurunan arus pada pengisian kapasitor
A. Tujuan Problem 1 : Menentukan perubahan arus terhadap waktu pada rangkaian RC. Problem 2 : Mengetahui pengaruh susunan kapasitor terhadap padamnya lampu. Problem 3 : Mengetahui pengaruh hambatan terhadap waktu paruh penurunan arus pada pengisian kapasitor.
B. Alat dan Bahan 1. Catudaya 1 buah 2. Kapasitor 3 buah 3. Hambatan bangku 1 buah 4. Ampermeter 1 buah 5. Voltmeter 1 buah 6. Stopwatch 1 buah 7. Saklar 1 buah 8. Kabel
C. Dasar Teori Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Sebagai penyimpan muatan listrik, suatu kapasitor mempunyai batas tampung dan bergantung pada daya tampungnya. Daya tampung inilah yang disebut dengan Kapasitansi kapasitor, kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt) Secara sederhana kapasitor terdiri dari dua konduktor (penghantar) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik). Kemudian tiap konduktor ini disebut dengan keping atau plat. Secara skematis sebuah kapasitor keping sejajar dapat digambarkan seperti pada suatu rangkaian listrik.
Ketika saklar ditutup, maka arus akan mengalir dalam rangkaian dan melewati kapasitor. Pada saat ini, kapasitor mengalami charging (termuati). Muatan akan timbul pada kedua ujung plat kapasitor, yang besarnya sama akan tetapi berlawanan tanda. Adanya kapasitor akan menyebabkan arus yang mengalir dalam rangkaian berubah terhadap waktu
Secara kualitatif q 0,632 Cε t
Pola penurunan arus terhadap waktu
Susunan kapasitor paralel C1 C2 (b)
Susunan kapasitor seri C1 C2 (c)
t ½ (s) 1 Hubungan waktu paruh terhadap hambatan R (Ω)
D. Prosedur Problem 1 : Pengisian kapasitor 1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar (a). 2. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan kosong (tidak bermuatan). 3. Tentukan nilai hambatan bangku (Rb) dan kapasitansi kapasitor (C) yang akan digunakan pada rangkaian, bila anda ragu diskusikan dengan asisten lab. 4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs). 5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan. 6. Ukur dan catat perubahan arus (i) dan tegangan (Vc) secara bersamaan yang di tunjukan ampermeter dan voltmeter dalam selang waktu 3 detik. 7. Masukan hasil percobaan ke dalam tabel data.
Problem 2 : Kapasitor disusun seri dan paralel 1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar rangkaian (b). 2. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan kosong (tidak bermuatan). 3. Tentukan nilai hambatan bangku (Rb) dan kapasitansi kapasitor (C) yang akan digunakan pada rangkaian, bila anda ragu diskusikan dengan asisten lab. 4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs). 5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan. 6. Ukur dan catat perubahan arus (i) yang di tunjukan ampermeter dalam selang waktu 3 detik. 7. Masukan hasil percobaan ke dalam tabel data. 8. Lakukan langkah 2 sampai 7 dengan menggunakan rangkaian (c) dan (d).
Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap waktu penurunan arus pada pengisian kapasitor 1. Rangkailah alat-alat eksperimen seperti gambar 1. 2. Tentukan harga hambatan bangku (Rb) dan kapasitansi kapasitor (C) yang akan digunakan pada rangkaian, bila anda ragu diskusikan dengan asisten lab 3. Pastikan terlebih dahulu kapasitor dalam keadaan kosong (tidak bermuatan). 4. Nyalakan power supply, atur tegangan awal (Vs). 5. Tutup saklar bersamaan stopwatch dinyalakan. 6. Catat harga arus awal yang ditunjukkan amperemeter saat saklar ditutup. 7. Ukur dan catat perubahan waktu saat amperemeter menunjukkan harga arus setengah dari harga arus awalnya. 8. Ulangi langkah 2 sampai 7 dengan nilai hambatan bangku yang berdeda-beda. 9. Ulangi langkah 2 sampai 8 dengan nilai kapasitansi kapasitor yang berbeda.
E. Data Hasil Eksperimen Data Laboratorium Sebelum Praktikum Setelah Praktikum Tekanan ( cmhg) 68,6 ± 0,005 68,6 ± 0,005 Suhu ( C) 26,5 ± 0,25 26,5 ± 0,25 Problem 1 : Pengisian kapasitor Vs = 10 Volt Rb = 1 kωω C = 4700 μf No. t (s) I (ma) V C (Volt) 1 0 9 0 2 3 5 5 3 6 3 6,5 4 9 2 7 5 12 1 7,5
Problem 2 : Kapasitor disusun seri dan paralel Vs = 10 Volt Rb = 1 kω C = 4700 μf No t (s) I pada rangkaian I b (ma) I c (ma) I d (ma) 1 0 9 9 9 2 3 5 7 2 3 6 3 5 1 4 9 2 3 0 5 12 1 2 0
Problem 3 : Pengaruh hambatan terhadap waktu penurunan arus pada pengisian kapasitor Vs = 10 Volt ; C = 4700 µf No. R(Ω) Io(A) ½ Io(A) t ½ (s) 1. 1000 10 x 10-3 10 x 10-3 3,53 2. 2200 4,5 x 10-3 2,25x 10-3 6,84 3. 4700 2,1 x 10-3 1,05 x 10-3 13,39
Vs = 10 Volt ; C = 2200 μf No. R(Ω) Io(mA) ½ Io(mA) t ½ (s) 1. 1000 10 x 10-3 10 x 10-3 2,22 2. 2200 4,5 x 10-3 2,25x 10-3 3,74 3. 4700 2,1 x 10-3 1,05 x 10-3 6,74
Problem 1: Pengisian kapasitor Berikut grafik perubahan arus (I) terhadap waktu (t)
Berikut grafik perubahan Vc terhadap waktu (t)
Berikut grafik perubahan Vr terhadap waktu (t)
Analisis Berdasarkan eksperimen diperoleh grafik I t (grafik arus yang mengalir dalam rangkaian terhadap waktu), grafik V c t (grafik beda potensial antara ujung ujung kapasitor terhadap waktu), serta grafik V R t (grafik beda potensial antara ujung-ujung resistor terhadap waktu). Ketiga grafik ini sesuai dengan prediksi, dimana ketiga grafik bersifat eksponensial. Dari ketiga grafik tadi dapat dinyatakan : Untuk I terhadap t Besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian berkurang seiring pertambahan waktu Untuk grafik V c t Besarnya beda potensial antara ujung-ujung kapasitor makin lama semakin besar Untuk grafik V R t Besarnya beda potensial antara ujung-ujung resistor semakin lama semakin kecil Ketiga pernyataan diatas, sesuai dengan prediksi yang telah dibuat sebelumnya.
Problem 2 Berikut grafik perubahan arus (I) terhadap waktu (t)
Analisis Dari grafik arus terhadap waktu untuk rangkaian (b), (c), (d) yang didapat dari percobaan menunjukkan bahwa grafik tersebut sama dengan grafik pada prediksi. Kesamaan dari grafik yang didapat dari percobaan dan prediksi adalah Urutan rangkaian yang membuat lampu padam adalah rangkaian (d), (b), dan rangkaian (c). Bentuk grafik arus terhadap waktu seperti grafik eksponensial dimana menunjukkan semakin lama waktu akan semakin kecil arus yang mengalir pada rangkaian tersebut atau mendekati nol bahkan sampai nol pada saat inilah lampu yang dipasang pada rangkaian tersebut akan mati atau padam.
Problem 3 Berikut grafik perubahan waktu (t 1/2) yang diperlukan arus untuk berkurang menjadi1/2 arus mula-mula terhadap hambatan (R) C = 4700µF C = 2200µF
Berikut grafik perubahan arus terhadap paruh waktu (t 1/2) C = 4700µF C = 2200µF
Analisis dari grafik perubahan arus terhadap paruh waktu sangat terlihat bahwa waktu yang diperlukan arus untuk berkurang menjadi ½ arus mula-mula terhadap hambatan itu sendiri jika hambatan(r) diubah sedangkan nilai dari kapasitansi (C) tetap maka arus tersebut akan berubah terhadap waktu yaitu semakin besar R maka arus yang mengalir akan semakin kecil, sehingga waktupn akan semakin lama. Sedangkan pada grafik perubahan waktu (t 1/2) yang diperlukan arus untuk berkurang menjadi1/2 arus mula-mula terhadap hambatan (R) yaitu waktu paruh berbanding lurus dengan hambatan (R) artinya semakin besar hambatan yang semakin besar pula waktu paruhnya.
Problem 1 Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil pengukuran sesuai dengan prediksi. Dimana ketiga grafik bersifat eksponensial termasuk juga grafik I terhadap t, dimana arus berubah terhadap waktu secara eksponensial. Besar arus yang mengalir dalam rangkaian akan berkurang seiring perubahan waktu. Dimana arus yang awal besarnya adalah ε/r. Kondisi seperti ini adalah saat setelah saklar ditutup, dimana kapasitor belum bermuatan. Lama-lama arus yang mengalir pada rangkaian berkurang seperti yang ditunjukan pada grafik. Hal ini disebabkan kapasitor yang awalnya kosong (tidak bermuatan) perlahan-lahan terisi, sehingga pada ujung-ujung kapasitor timbul beda potensial. Semakin lama beda potensial ini akan semakin besar, dan peningkatan beda potensial ini sebanding dengan penurunan beda potensial pada ujung-ujung resistor. Hingga suatu saat ketika kapasitor telah termuati penuh, tidak ada lagi arus yang mengalir dalam rangkaian.
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka kita dapat menjawab permasalahan tentang perancangan pencahayaan pada panggung teater. Agar lampu padam secara perlahan-lahan, kita cukup memasang sebuah kapasitor dengan kapasitansi tertentu pada rangkaian listriknya dan untuk menentukan seberapa cepat lampu padam, kita tinggal menentukan besarnya konstanta waktu RC. Problem 2 Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil pengukuran didapat grafik arus terhadap waktu sesuai dengan prediksi. Kesesuaian ini dapat terlihat dalam hal berikut : Urutan rangkaian yang membuat lampu padam adalah rangkaian (d), (b), dan rangkaian (c). Bentuk grafik arus terhadap waktu seperti grafik eksponensial dimana menunjukkan semakin lama waktu akan semakin kecil arus yang mengalir pada rangkaian tersebut atau mendekati nol bahkan ada yang sampai nol, pada saat inilah lampu yang dipasang pada rangkaian tersebut padam.
Seperti yang telah diuraikan sebelumnya, maka kita dapat menjawab permasalahan tentang rangkaian yang paling tepat digunakan agar lampu lebih lambat padam. Agar lampu lebih lambat padam. Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian (c). Dimana dua buah kapasitor yang dipasang secara paralel. Yang menyebabkan lampu lambat padam karena pemasangan dari kapasitor yang dipasang paralel akan meningkatkan ukuran plat. Peningkatan luas area plat dapat menyimpan muatan lebih banyak karenanya menyebabkan kapasitansi menjadi lebih besar. Sehingga semakin besar kapasitansi semakin besar arus yang mengalir dalam rangkaian.
Problem 3 Sesuai yang diuraikan pada bagian analisis, dimana hasil pengukuran didapat grafik yang sesuai dengan grafik prediksi. Adapun penyimpangan titik pada grafik hasil eksperimen disebabkan oleh kesalahan pada saat pengukuran. Hal tersebut terjadi karena : 1. Alat yang digunakan kondisinya kurang begitu baik 2. Tidak teliti saat menetukan waktu ketika arusnya berkurang setengah dari arus mula-mula 3. Nilai ketelitian alat ukur (amperemeter) terlalu besar, sehingga sulit melihat penurunan arus saat pengukuran. Pengaruh waktu terhadap tegangan adalah jika waktunya makin lama tegangan antara ujung-ujung kapasitor makin besar, tegangan antara ujung-ujung resistor makin lama makin kecil, tegangan sumber akan konstan tidak berubah terhadap waktu
Harga waktu paruh pada rangkaian didapat dari : C = 4700µF = 4700 x 10-6 F R 1 = 1 KΩ = 1 x 10 3 R 2 = 2,2 KΩ = 2,2 x 10 3 R 3 = 4,7 KΩ = 4,7 x 10 3 t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (1 x 10 3 ) x (4700 x 10-6 ) = 3,24 s t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (2,2 x 10 3 ) x (4700 x 10-6 ) = 7,13 s t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (4,7 x 10 3 ) x (4700 x 10-6 ) = 15,24 s C = 2200µF = 4700 x 10-6 F R 1 = 1 KΩ = 1 x 10 3 R 2 = 2,2 KΩ = 2,2 x 10 3 R 3 = 4,7 KΩ = 4,7 x 10 3 t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (1 x 10 3 ) x (2200 x 10-6 ) = 1,5 s t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (2,2 x 10 3 ) x (2200 x 10-6 ) = 3,34 s t ½ = ln 2 RC = 0,69 x (4,7 x 10 3 ) x (2200 x 10-6 ) = 7,13 s
Berdasarkan problem soulving yang telah kami lakukan, maka kami menyarankan beberapa hal sebagai berikut: 1. Sebelum melakukan pengukuran pastikan terlebih dahulu alat-alat yang akan dipakai dalam keadaan baik dan dapat berfungsi dengan baik. 2. Perhatikan tegangan awal yang akan digunakan. Jangan terlalu kecil karena akan sulit untuk menentukan perubahan arusnya dan jangan terlalu besar karena akan merusak kapasitor tersebut. 3. Prediksikan terlebih dahulu waktu yang diperlukan arus untuk berkurang menjadi setengah arus mula-mula dan pengaruh hambatan terhadap waktu agar lebih akurat dalam pengukuran waktunya. 4. Lakukan pengukururan dengan penuh ketelitian.
Halliday dan Resnick. 1978. Fisika Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Tipler, Paul A. 1991. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga.