Arus-Transien-Tri-Hardiyanti-Wulandari.docx

ARUS TRANSIEN Haryati Bahar, Irwansyah, Risnawati, Tri Hardiyanti Wulandari*) Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Fisika Universitas Negeri Makassar Tahun 2014 Abstrak. Percobaan dengan judul “Arus Transien”, bertujuan untuk memplot kurva arus dan tegangan terhadap waktu pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor, menginterpretasikan grafik pengisian dan pengosongan muatan kapasitor, menentukan tatapan waktu kapasitif dan kapasitansi kapasitor berdasarkan kurva arus dan tegangan terhadap waktu. Dalam setiap kajian rangkaian RC, fenomena arus transien pada percobaan adalah dalam proses pengisian dan pengosongan muatan kapasitor. Arus yang berhubungan dengan percobaann ini merupakan arus yang mengecil terhadap waktu, yang berarti arusnya hanya timbul sesat atau bukan arus yang konstan dan muatannya juga konstan tiap waktu, bedasarkan data yang diperoleh maka pada saat pengisian dan pengosongan arus yang masuk sama dengan arus yang keluar, dan berdasarkan plot grafik dapat di interpretasikan bahwa arus dan tegangan berbanding lurus, dan saat arus serta tegangannya mencapai maksimum maka arus dan tegangan akan perlahan-lahan menurun hingga mencapai titik minimum ( 0,0). Pada percobaan ini dilakukan tiga kali pengukuran pengisian dan pengosongan muatan kapasitor dengang tegangan sumber yang sama yaitu 12 v dan resistansi yang digunakan 10000 ohm, adapun kesimpulan dari percoban ini yaitu Arus transien adalah arus yang mengecil terhadap waktu pada peristiwa pengisian dan pengosongan muatan kapasitor, yang berarti arus ini hanya timbul sesaat atau bukan arus konstan.. Dari grafik pengisian dan pengosongan muatan kapasitor dapat diketahui nilai waktu kapasitif berdasarkan hasil pratikium yaitu data 1 pengisian 23s dan 23s, pengosongan 24s dan 24s, sedangkan pada data 2 pengisian 24s dan 24s, pengosongan 21s dan 19s. Kapasitor yang bersifat menyimpan tegangan searah atau DC akan menimbulkan adanya sifat sementara rangkaian atau transien. sifatapotensial kapasitor menurun secara eksponensial seperti halnya dengan arus dalam rangkaian. Catatan bahwa pada saat t = RC, untuk kedua proses peningkatan dan penurunan secara eksponensial. Pada waktu tersebut, RC, disebut sebagai konstanta waktu kapasitif yang disimbolkan dengan . Kata kunci, pengisian, pengosongan, kapasitor, tegangan, kuat arus, waktu.

PENDAHULUAN TEORI SINGKAT Pengisian Muatan Pada Kapasitor Gambar 2.1 memperlihatkan sebuah rangkaian dasar RC yang dapat digunakan untuk mengkaji proses pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor.

Saklar terbuka pada awalnya, lalu ditutup ke posisi S1 pada saat t = 0. Muatan mulai mengalir melalui resistor dan menuju plat positif kapasitor. Jika muatan pada kapasitor pada beberapa saat adalah Q dan arus rangkaian adalah I, aturan simpal Kirchhoff memberikan

V f  VR  VC  0

Atau

Vf  I R 

Gambar 2.1. Rangkaian RC.

Q 0 C

[2.1] Dalam rangkaian ini, arus sama dengan laju di mana muatan pada kapasitor

I  meningkat : disubstitusi ke menghasilkan :

Vf  R

dQ dt (a)

, yang selanjutnya dalam Pers. [2.1]

dQ Q  dt C

[2.2] Dengan sedikit matematika untuk memisahkan antara besaran Q dan t, diperoleh







Q  C V f 1  e  t / RC  Q f 1  e  t / 



[2.3]

(b)

di mana Qf = C Vf adalah muatan akhir yang dapat pula dinyatakan dalam tegangan,



V (t )  V f 1  e  t / 



[2.4] di mana V(t) adalah tegangan pada suatu saat dalam kapasitor dan Vf adalah tegangan maksimum atau akhir pada ujungujung kapasitor sedangkan  disebut konstanta waktu kapasitif,  = RC, adalah waktu yang dibutuhkan muatan untuk bertambah dari nilai awalnya. Arus diperoleh dengan mendiferensialkan Persamaan [2.3] :

I 

dQ   C V f e  t / RC ( 1 / RC ) dt

atau

I 

Vf R

e  t / RC  I 0 e  t /

[2.5] Gambar 2.2 (a) dan (b) menunjukkan kurva tegangan dan arus sebagai fungsi waktu dalam proses pengisian muatan pada kapasitor.

Pelepasan Muatan Pada Kapasitor Dengan rangkaian seperti pada Gambar 2.1, setelah kapasitor terisi penuh oleh muatan, saklar kemudian dibuka untuk mencegah muatan mengalir ke resistor. Beda potensial pada kapasitor mula-mula V0 = Q0/C, dengan C adalah kapasitansi. Karena tidak ada arus ketika saklar terbuka, tidak ada beda potensial pada resistor. Saklar ditutup ke posisi S2 pada waktu t = 0. Karena kini terdapat beda potensial pada resistor, maka ada arus yang melewati resistor. Arus mula-mula adalah

I0 

V0 Q  0 R RC

[2.6] Arus ini disebabkan oleh aliran muatan dari plat positif kapasitor ke plat negatif kapasitor melalui resistor. Setelah beberapa waktu, muatan pada kapasitor berkurang. Karena muatan pada kapasitor berkurang, dengan mengambil arah arus searah jarum jam sebagai positif, besar arus sama dengan laju pengurangan muatan. jika Q adalah muatan pada kapasitor pada suatu waktu, arus pada waktu tersebut adalah

I 

dQ dt

[2.7] Aturan loop Kirchhoff memberikan :

Gambar 2.3 (a) dan (b) menunjukkan kurva pengosongan muatan pada kapasitor dalam rangkaian RC sebagai fungsi waktu.

Q  IR0 C [2.8] di mana Q dan I merupakan fungsi waktu dan dihubungkan oleh Persamaan [2.7]. Substitusi – dQ / dt untuk I dalam Persamaan [2.8], diperoleh

Q dQ R 0 C dt

(a)

atau

dQ 1  Q dt RC [2.9] Dan dengan sedikit matematika untuk memisahkan variabel-variabel Q dan t, diperoleh

Q (t )  Q0 e  t / RC  Q0 e  t /  Atau

V (t )  V0 e  t / RC  V0 e  t / [2.10] di mana  adalah konstanta waktu kapasitif,  = RC, yaitu waktu yang dibutuhkan oleh muatan untuk berkurang menjadi 1/e dari nilai awalnya. Arus bisa diperoleh dengan mendiferensialkan Persamaan [2.10] :

I 

Q dQ  0 e t / RC dt RC [2.11]

atau

V I  0 e  t / R C  I 0 e  t / R [2.12] di mana I0 = Q0/RC = V0 /R adalah arus mula-mula. Arus juga menurun secara eksponensial terhadap waktu dan jatuh hingga 1/e dari nilai awalnya setelah t =  = RC. Tipe penurunan ini disebut penurunan eksponensial, sangat umum terjadi di alam. Hal ini terjadi pada laju di mana suatu kuantitas berkurang sebanding dengan kuantitas itu sendiri.

(b) Gambar 2.3 (a) Plot tegangan pada kapasitor sebagai fungsi waktu untuk proses pelepasan muatan. (b) Plot arus terhadap waktu untuk proses pelepasan muatan.

METODOLOGI PERCOBAAN Prosedur Kerja a. Memperhatikan power supply. Pilih keluaran DC yang variabel atau tegangan dapat diubah dengan bebas. b. Memperhatikan voltmeter dan ammeter yang akan digunakan, atur agar dapat mengukur tegangan hingga 12 volt. Perhatikan pula polaritas voltmeter dan ammeter jangan sampai terbalik. Catat hambatan dalamnya. (jika ada c. Menyusun alat seperti pada gambar berikut tetapi tanpa kapasitor. Menutup saklar dan atur tegangan masukan

hingga voltmeter menunjukkan 12 volt. Membuka kembali saklar setelah mengatur tegangan masukannya.

d. Mengosongkan muatan kapasitor dengan cara menghubung singkat kedua kaki kapasitor selama beberapa detik. e. Memasang kapasitor pada tempatnya sesuai dengan polaritasnya. f. Menutup saklar K (komutator) ke posisi A serentak dengan menekan tombol stopwatch dan catat tegangan dan arus yang terbaca tepat pada saat t = 0, melanjutkan pengukuran untuk setiap selang waktu 10 detik. g. Mengarahkan komutator ke posisi B untuk melakukan proses pengosongan kapasitor dan mencatat tegangan dan arus yang terbaca setiap rentang waktu 10 detik. Identifikasi Variabel a. Variabel manipulasi : Waktu (t)dalam satuan sekon (s) b. Variabel respon : Tegangan(v)da;lam satuan volt (v) dan kuat arus (I) dalamu satuan milliamper (mA) c. Variabel kontrol : Hambatan(R) dalam satuan ohm (Ω) Definisi Operasional Variabel a. Waktu merupakan manipulasi pada percobaan ini karena setiap 10 sekon dilakukan pembacaan pada alat ukur volt meter dan ammeter. Disimbolkan dengan t dan satuan s, diukur dengan menggunakan stopwatch. b. Tegangan merupakan diukur dengan menggunakan menggunakan voltmeter disimbolkan dengan V dengan satuan volt(v) dan berubah terhadap waktu dan tegangan masukan c. Kuat arus listrik yaitu berubah terhadap waktu dan tegangan masukan diukur dengan

menggunakan ammeter yang dismbolkan dengan I dan bersatuan milliamper(mA) d. Hambatan merupakan komponen yang dibuat dengan mendapatkan untuk mendapatkan resistansi tertentu, yang nilainya ditentukan dengan pembacaan warna cincinya disimbolkan dengan R dan satuan ohm (Ω). Alat dan Bahan a. Komutator (double trew switch), 1 buah b. Elco (kapasitor elektrolit), 1 buah c. Resistor, 1 buah d. Stopwatch atau scaler counter, I buah e. Power supply 0-12 Vdc, 1 buah f. Voltmeter 0-50 Vdc, 1 buah g. Amperemeter 0-1 Adc, 1 buah h. Kabel penghubung

HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS DATA A. Hasil Percobaan R = 20000 Ω C = 1 . 10-3 F RC = 20 s Tabel 1.1 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengisian muatan pada kapasitor VC t (s) I (mA) Log I (Volt) 0 0,3 0,74 -0,13077 10 5,46 0,47 -0.3279 20 8,61 0,30 -0.52288 30 10,83 0,20 -0.69897 40 12,22 0,13 -0.88606 50 13,11 0,09 -1,04576 60 13,69 0,06 -1,22185 70 14,08 0,04 -1,39794 80 14,33 0,03 -1,52288 90 14,50 0,02 -1,69897 100 14,61 0,01 -2 110 14,69 0,01 -2 120 14,74 0,00 130 14,77 0,00 140 14,80 0,00 150 14,82 0,00 160 14,83 170 14,84

180 190 200 210 220

14,84 14,85 14,85 14,85 14,85

Tabel 1.2 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengosongan muatan pada kapasitor VC t (s) I (mA) Log I (volt) 0 14,48 -0,73 -0,13668 10 9,52 -0,46 -0,33724 20 6,16 -0,30 -0,52288 30 3,95 -0,19 -0,72125 40 2,54 -0,12 -0,92082 50 1,66 -0,08 -1,09691 60 1,08 -0,05 -1,30103 70 0,71 -0,03 -1,52288 80 0,48 -0,02 -1,69897 90 0,32 -0,01 -2 100 0,22 -0,00 110 0,15 -0,00 120 0,11 -0,00 130 0,07 -0,00 140 0,05 150 0,04 160 0,03 170 0,02 180 0,02 190 0,01 200 0,01 210 0,01 220 0,01 R = 20000 Ω C = 2,2 . 10-3 F RC = 44 s Tabel 2.1 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengisian muatan pada kapasitor t (s) VC (Volt) I (mA) Log I 0 1,68 0,65 -0,18709 10 3,10 0,59 -0,22915 20 5,27 0,48 -0,31876 30 7,24 0,38 -0,42022 40 8,73 0,31 -0,50864 50 9,94 0,24 -0,61979 60 10,87 0,20 -0,69897 70 11,67 0,16 -0,79588 80 12,25 0,13 -0,88606 90 12,74 0,10 -1

100 13,14 0,08 -1,09691 110 13,45 0,07 -1,1549 120 13,71 0,05 -1,30103 130 13,92 0,04 -1,39749 140 14,08 0,03 -1,52288 150 14,21 0,03 -1,52288 160 14,32 0,02 -1,69897 170 14,40 0,02 -1,69897 180 14,48 0,01 -2 190 14,53 0,01 -2 200 14,58 0,01 -2 210 14,61 0,01 -2 220 14,65 0,00 230 14,67 0,00 240 14,69 0,00 250 14,71 0,00 260 14,72 270 14,73 280 14,74 290 14,75 300 14,75 310 14,76 320 14,76 330 14,77 340 14,77 350 14,77 360 14,77 Tabel 2.2 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengosongan muatan pada kapasitor VC t (s) I (mA) Log I (volt) 0 14,25 -0,67 -0,17393 10 11,39 -0,57 -0,24413 20 9,27 -0,46 -0,33724 30 7,49 -0,37 -0,43180 40 6,01 -0,29 -0,53760 50 4,84 -0,24 -0,61979 60 3,85 -0,19 -0,72125 70 3,07 -0,15 -0,82391 80 2,46 -0,12 -0,92082 90 1,98 -0,09 -1,04576 100 1,58 -0,07 -1,15490 110 1,27 -0,05 -1,30103 120 0,97 -0,04 -1,39794 130 0,81 -0,03 -1,52288 140 0,66 -0,03 -1,52288 150 0,57 -0,02 -1,69897 160 0,48 -0,02 -1,69897 170 0,40 -0,01 -2 180 0,34 -0,01 -2 190 0,28 -0,01 -2

200 0,24 -0,01 -2 210 0,20 -0,00 220 0,17 -0,00 230 0,15 -0,00 240 0,12 -0,00 250 0,10 260 0,09 270 0,08 280 0,07 290 0,06 300 0,05 310 0,04 320 0,04 330 0,03 340 0,03 350 0,03 360 0,02 370 0,02 380 0,02 390 0,02 R = 20000 Ω C = 4,7 . 10-3 F RC = 94 s Tabel 3.1 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengisian muatan pada kapasitor VC t (s) I (mA) Log I (volt) 0 0,01 0,74 -0,13077 10 1,85 0,65 -0,18709 20 3,43 0,57 -0,24413 30 4,90 0,49 -0,30980 40 6,13 0,43 -0,36653 50 7,20 0,38 -0,42022 60 8,18 0,33 -0,48149 70 8,99 0,29 -0,53760 80 10,30 0,25 -0,60206 90 10,86 0,22 -0,65758 100 11,31 0,19 -0,72125 110 11,70 0,17 -0,76955 120 12,10 0,15 -0,82391 130 12,38 0,13 -0,88606 140 12,65 0,12 -0,92082 150 12,91 0,11 -0,95861 160 13,11 0,09 -1,04576 170 13,28 0,08 -1,09691 180 13,46 0,07 -1,15490 190 13,61 0,06 -1,22185 200 13,74 0,06 -1,22185 210 13,84 0,05 -1,30103 220 13,95 0,05 -1,30103 230 14,03 0,04 -1,39794

240 14,12 0,03 -1,52288 250 14,18 0,03 -1,52288 260 14,24 0,03 -1,52288 270 14,30 0,03 -1,52288 280 14,35 0,02 -1,69897 290 14,39 0,02 -1,69897 300 14,43 0,02 -1,69897 310 14,46 0,02 -1,69897 320 14,49 0,01 -2 330 14,51 0,01 -2 340 14,54 0,01 -2 350 14,56 0,01 -2 360 14,58 370 14,60 380 14,61 390 14,63 400 14,64 410 14,65 420 14,67 430 14,67 440 14,67 Tabel 3.2 Hubungan waktu terhadap tegangan V dan kuat arus I pada pengosongan muatan pada kapasitor VC t (s) I (mA) Log I (volt) 0 14,63 -0,72 -0,14267 10 12,70 -0,63 -0,20066 20 11,13 -0,55 -0,25964 30 9,76 -0.49 -0,30980 40 8,53 -0,43 -0,36653 50 7,45 -0,37 -0,43180 60 6,54 -0,33 -0,48149 70 5,72 -0,27 -0,56864 80 5,04 -0,24 -0,61979 90 4,41 -0,21 -0,67778 100 3,86 -0,19 -0,72125 110 3,40 -0,16 -0,79588 120 2,99 -0,14 -0,85387 130 2,62 -0,12 -0,92082 140 2,31 -0,11 -0,95861 150 2,02 -0,09 -1,04576 160 1,77 -0,08 -1,09691 170 1,57 -0,07 -1,15490 180 1,38 -0,06 -1,22185 190 1,21 -0,05 -1,30103 200 1,07 -0,05 -1,30103 210 0,94 -0,04 -1,39794 220 0,83 -0,03 -1,52288 230 0,74 -0,03 -1,52288 240 0,65 -0,03 -1,52288 250 0,57 -0,02 -1,69897

260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540

0,51 0,45 0,40 0,36 0,31 0,28 0,25 0,22 0,20 0,18 0,16 0,15 0,13 0,11 0,09 0,08 0,07 0,07 0,07 0,06 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03

-0,02 -0,01 -0,01 -0,01 -0,01 -0,01 -0,01 -0,00 -0,00 -0,00

-1,69897 -2 -2 -2 -2 -2 -2

1. Data pertama a. Pengisian kapasitor

Tegangan (V)

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 Waktu (s)

Grafik Hubungan tegangan (V) terhadap waktu (s) pada pengisian kapasitor 1000 µF

0 -0.1 0 -0.2 -0.3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

f(x) = - 0.02x - 0.17 R² = 1

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 Log I (mA)

-1 -1.1 -1.2 -1.3 -1.4 -1.5 -1.6 -1.7 -1.8 -1.9 -2 -2.1 Waktu (s)

65

70

75

80

85

90

95 100 105 110 115

Grafik Hubungan antara Log I (mA) terhadap waktu (s) pada pengisian kapasitor b. Pengosongan kapasitor

Tegangan (V)

0

10

20

30 40

50

60

70

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 Waktu (s)

Grafik Hubungan tegangan (V) terhadap waktu (s) pada pengosongan kapasitor 1000

0 -0.05

0

10

20

30

40

50

60

70

-0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 Kuat Arus (mA)

-0.4 -0.45 -0.5 -0.55 -0.6 -0.65 -0.7 -0.75 -0.8 Waktu (s)

80

90

100

110

120

130

Grafik Hubungan antara kuat arus (mA) terhadap waktu (s) pada pengosongan kapasitor 1000 µF

0 -0.1 0 -0.2 -0.3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

f(x) = - 0.02x - 0.17 R² = 1

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9

Log I (mA)

-1 -1.1 -1.2 -1.3 -1.4 -1.5 -1.6 -1.7 -1.8 -1.9 -2 -2.1

Waktu (s)

Grafik Hubungan antara Log I (mA) terhadap waktu (s) pada pengosongan kapasitor 1000 µF

95 100 105 110 115

2. Data kedua a. Pengisian kapasitor

Tegangan (V)

10 0

30 20

50 40

70 60

80

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Waktu (s)

Grafik Hubungan tegangan (V) terhadap waktu (s) pada pengisian kapasitor

0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 Kuat Arus (mA)

0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 0

30 20

50 40

70 60

90 80

110 130 150 170 190 210 230 250 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Waktu (s)

Grafik Hubungan kuat arus (mA) terhadap waktu (s)

0 0

10 20 30 40 f(x) = - 0.01x - 0.13 R² = 0.99

50

60

70

80

90

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

-0.5

-1 Log I (mA) -1.5

-2

-2.5 Waktu (s)

Grafik Hubungan log I (mA) terhadap waktu (s)

b. Pengosongan kapasitor

Tegangan (V)

10 0

30 20

50 40

70 60

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Waktu (s)


0 -0.05 0

10

30 20

50 40

70 60

90 80

110 130 150 170 190 210 230 250 100 120 140 160 180 200 220 240

-0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 Kuat Arus (mA)

-0.35 -0.4 -0.45 -0.5 -0.55 -0.6 -0.65 -0.7 -0.75 Waktu (s)


0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

f(x) = - 0.01x - 0.15 R² = 0.99 -0.5

-1 Log I (mA) -1.5

-2

-2.5 Waktu (s)


3. Data ketiga a. Pengisian kapasitor

16 15 14 13 12 11 10 9 Tegangan (V)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 Waktu (s)

Grafik Hubungan tegangan (V) terhadap waktu (s)

0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 Kuat Arus (mA)

0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 0

30 20

50 40

70 60

80

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Waktu (s)


0 -0.1 -0.2 -0.3

10

0

30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 f(x) = - 0.01x - 0.16 R² = 0.99

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 Log I (mA)

-1 -1.1 -1.2 -1.3 -1.4 -1.5 -1.6 -1.7 -1.8 -1.9 -2 -2.1 Waktu (s)


b. Pengosongan kapasitor

16 15 14 13 12 11 10 9 8 Tegangan (V)

7 6 5 4 3 2 1 0 20 0

60 40

80

100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 Waktu (s)


0 -0.05 0

10

30 20

50 40

70 60

80

90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

-0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 Axis Title

-0.4 -0.45 -0.5 -0.55 -0.6 -0.65 -0.7 -0.75 -0.8 Waktu (s)

Grafik Hubungan Kuat Arus (mA) terhadap waktu (s)

0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 0 f(x) = 20- 0.01x 40 - 0.12 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 -0.2 R² = 0.99 -0.3 -0.1

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 Kuat Arus (mA)

-1 -1.1 -1.2 -1.3 -1.4 -1.5 -1.6 -1.7 -1.8 -1.9 -2 -2.1 Waktu (s)


B. Analisis Data

−3

τ teori =2000 Ω . 4,7.10 F

Menentukan tetapan waktu kapasitif

τ teori =94 s

a. Secara teori Data pertama

b. Secara praktik

τ teori =RC

Data pertama

τ teori =2000 Ω .1. 10−3 F

1) Pengisian kapasitor

V =0,63 . V s

τ teori =20 s Data kedua

V =0,63 .14, 85 V

τ teori =RC V =9,36V −3

τ teori =2000 Ω .2,2. 10 F

(proyeksikan ke sumbu x)

τ V =21 s τ teori =44 s I =0,37 . I s Data ketiga

τ teori =RC

I =0,37 . 0,74 I =0.27 s


y=−0.0174 x−0.1659

τ I =23 s

( 2,31RC ) t+ log I

τ=

τ V +τ I 2

log I =−

τ=

21 s +23 s 2

−1 =m 2.3 RC

τ =22 s

|

diff =

|

τ teori −τ praktik 100 ´τ

s 100 |20 s−22 21 s |

diff =

diff =9,52 Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap waktu

y=mx +c

τ=

−1 2,3 m

τ=

−1 2,3 .−0.0174

τ=

−1 −0,04

τ =25 s 2) Pengosongan kapasitor

V =0,63 . V s

s

V =0,63 .14, 48 V V =9,12V

s−17 s 100 |2018,5 s |

diff =

I =0,37 . I s

diff =16,22

I =0,37 . 0,73

Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap waktu

y=mx +c (proyeksikan ke sumbu x)

τ I =22 s τ +τ τ= V I 2 12 s +22 s τ= 2 τ =17 s

|



τ V =12 s

I =0.27 s

|

diff =

y=−0.0174 x−0.1659

( 2,31RC ) t+ log I

log I =−

−1 =m 2.3 RC τ=

−1 2,3 m

s

τ=

−1 2,3 .−0.0174

I =0.24 s (proyeksikan ke sumbu x)

τ I =50 s τ=

−1 −0,04 τ=

τ V +τ I 2

τ=

45 s+ 50 s 2

τ =25 s Data kedua 1) Pengisian kapasitor

τ =47,5 s

V =0,63 . V s V =0,63 .14, 77 V V =9,30V


τ V =45 s I =0,37 . I s

|

diff =

|


s−47,5 s 100 |4445,75 s |

diff =

diff =7,65 Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap waktu

I =0,37 . 0,65

y=mx +c

V =0,63 . V s

y=−0.0097 x−0.1304

V =0,63 .14, 25 V

( 2,31RC ) t+ log I

log I =−

V =8,98 V s


τ V =22 s −1 =m 2.3 RC τ=

−1 2,3 m

−1 τ= 2,3 .−0.0097 τ=

−1 −0,022

I =0,37 . I s I =0,37 . 0,75 I =0.25 s (proyeksikan ke sumbu x) τ I =48 s

τ=

τ V +τ I 2

τ=

22 s +48 s 2

τ =45,45 s 2) Pengosongan kapasitor

τ =35 s

|

diff =

|


s−35 s 100 |4439,5 s |

diff =

diff =22,78

y=mx +c

τ=

−1 2,3 .−0.01

τ=

−1 −0,023

Data ketiga 1) Pengisian kapasitor

y=−0.01 x−0.1473

(

−1 2,3 m

τ =43,48 s


log I =−

τ=

1 t+ log I s 2,3 RC

)

V =0,63 . V s V =0,63 .14, 67 V V =9,24 V

−1 =m 2.3 RC

τ V =72 s


diff =25,15

I =0,37 . I s


I =0,37 . 0,74 I =0.27 s

y=mx +c (proyeksikan ke sumbu x)

y=−0.0054 x−0.1623

τ I =74 s

( 2,31RC ) t+ log I

log I =−

τ +τ τ= V I 2

−1 =m 2.3 RC

72 s +74 s τ= 2 τ =73 s

|


|

94 s−73 s 100 83,5 s

diff =

diff =

|

|

τ=

−1 2,3 m

τ=

−1 2,3 .−0.0054

τ=

−1 −0,012

s

τ =83,33 s

τ=

36 s+70 s 2

2) Pengosongan kapasitor

τ =53 s

V =0,63 . V s V =0,63 . 14, 63V V =9,22V


τ V =36 s

I =0,37 . 0,72

τ I =70 s

|


s−53 s 100 |9473,5 s |

diff =

diff =55,78

I =0,37 . I s

I =0.27 s

|

diff =



y=mx +c y=−0.0062 x−0.1164

( 2,31RC ) t+ log I

log I =− τ +τ τ= V I 2

s

−1 =m 2.3 RC τ=

−1 2,3 m

τ=

−1 2,3 .−0.0062

τ=

−1 −0,014

τ =71,43 s

saklar terbuka, maka tidak ada arus. sehingga tidak ada pula beda botensial pada resistor. Pada kegiatan ini digunakan resistor dengan nilai 20.000 ± 5 % Ω dan menggunakan 3 kapasitor dengan nilai 1 . 10-3 F

, 2,2. 10−3 F , dan 4,7 . 10-3 F. Dimana dilakukan tiga kali

pengambilan data. Sesuai dengan tujuannya kurva arus terhadap waktu pengisian dan pengosongan muatan kapasitor yaitu semakin lama waktu yang diperlukan untuk mengalirkan arus maka semakin besar pula arus yang dapat terukur, begitu pula untuk tegangan semakin lama waktu yang digunakan maka semakin besar pula tegangan yang diperoleh saat pengisian dan saat pengosongan semakin lama waktu yang digunakan maka semakin kecil pula tegangan yang diperoleh. Pada kegiatan pertama, Berdasarkan teori, untuk data pertama diperoleh

τ =20 s , untuk data kedua

untuk data ketiga

PEMBAHASAN Pada kegiatan ini dilakukan percobaan dengan judul ”Arus Transien”, pengisian muatan kapasitor, saklar yang mula- mulanya terbuka, kemudian ditutup saat t = 0, muatan pun mengalir menuju ke plat positif kapasitor dan arusnya merupakan perbandingan antara tegangan terhadap muatan yang mengalir. Pada pelepasan muatan kapasitor, saklar dibuka kembali untuk mencegah muatan mengalir ke resistor. Oleh karena

τ =94 s .

τ

τ =44 s , dan

tersebut diperoleh dari

hasil kali nilai resistansi resistor dengan nilai kapasitansi kapasitor, yang mana nilai tersebut telah tertera pada bahnnya. Berdasarkan praktikum, untuk data pertama pada saat pengisian kapasitor diperoleh penjumlahan

τ I dan τ V

τ =22 s

yang didapat dari

lalu dibagi dengan 2. Diperoleh

diff =9,52 , yang artinya terdapat perbedaan 9,52%. antara data yang diperoleh berdasarkan teori dengan data hasil

praktikum. Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap arus, diperoleh τ =25 s . Untuk data pertama pada saat pengosongan kapasitor diperoleh

τ =17 s

yang didapat dari penjumlahan


τI

dan

τV

diff =16,22 , yang artinya

terdapat perbedaan 16,22 % antara data yang diperoleh berdasarkan teori dengan data hasil praktikum. Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap arus, diperoleh τ =25 s . Berdasarkan data kedua pada saat pengisian kapasitor diperoleh

τ =17 s

yang didapat dari penjumlahan


τI

dan

τV

diff =16,22 , yang artinya

terdapat perbedaan 16,22 % antara data yang diperoleh berdasarkan teori dengan data hasil praktikum. Berdasarkan grafik hubungan log I terhadap arus, diperoleh τ =25 s . Berdasarkan hasil analisis terdapat persendiff yang besar hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu pada saat melakukan percobaan waktu yang digunakan tidak serentak dengan dibuka atau ditutupnya saklar, adanya waktu yang tak bersaamaan ketika melakukan pengambilan data- data, kurangnya kecermatan dan ketelitian saat pembacaan alat ukur.

KESIMPULAN 1. Berdasarkan kurva yang tersebut diberikan muatan dihasilkan akan semakin arusnya semakin menurun, hukum Ohm.

diplot jika rangkaian maka tegangan yang meningkat, sedangkan hal ini sesuai dengan

2. Semakin lama waktu yang diberikan maka semakin meningkat pula tegangannya, sehingga grafiknya naik. sedangkan hubungan Arus terhadap waktu adalah semakin lama waktu yang diberikan maka arusnya akan semakin lambat, karena Arusnya telah mencapai titk maximum, sehingga arusnya menurun hingga 0 A,sehingga grafiknya terlihat Turun.

DAFTAR PUSTAKA Tim Elektronika Dasar. 2014. Penuntun Elektronika Dasar 1, Makassar: Laboratorium Elektronika dan instrumentasi

Arus-Transien-Tri-Hardiyanti-Wulandari.docx

Recommend Documents