Rangkaian RC - Rijal Ahmad M - 20410017 [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR 2 RANGKAIAN RC



DISUSUN OLEH: RIJAL AHMAD MUJTAHID 20410017 1T1



PROGRAM STUDI TEKNIK TEKSTIL POLITEKNIK STTT BANDUNG 2020



ABSTRAK Pada lapoaran ini akan membahas hasil praktikum dari rangkaian RC. Pada praktikum ini kita mempelajari karakteristik rangkaian RC, serta mempelajari proses charging-discharging sebuah kapasitor. Rangkaian RC atau yang biasa disebut dengan rangkaian Resistor dan Kapasitor sering kita jumpai dalam suatu rangkaian elektronika. Rangkaian RC tersusun dari dari satu resistor dan satu kapasitor yang merupakan rangkaian RC paling sederhana. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk mempelajari karakteristik rangkaian RC, mempelajari proses charging-discharging berdasarkan praktikum. PENDAHULUAN Rangkaian RC adalah rangkaian yang terdiri atas resistor dan kapasitor. secara struktur prinsip kapasitor terdiri dari dua buah pelat konduktor yang berlawanan muatan, masing-masing memiliki luas permukaan A, dan mempunyai muatan persatuan luas σ. Konduktor yang dipisahkan oleh sebuah zat dielektrik yang bersifat isolator sejauh d. Muatan berada pada permukaan konduktor yang jumlah totalnya adalah nol. Hal ini disebabkan jumlah muatan negatif dan positif sama besar. Ketika rangkaian hanya terdiri dari satu kapasitor bermuatan dan satu resistor, kapasitor tersebut akan melepaskan energi yang di simpannya melalui resistor. Beda potensial di kapasitor, yang tergantung pada waktu dapat di hitung menggunakan hukum Kirchoff. Dalam hukum Kirchoff menyatakan bahwa arus yang melewati kapasitor harus sama dengan arus yang melewati resistor. Hasil dari arus kedua ini berupa persamaan diferensial linier. Rangakaian RC dipastikan akan selalau memiliki sebuah kapasitor dan resistor , karena kedua elemen atau komponen ini memiliki fungsi yang yang saling berhubungan satu sama lain nya.



BAB 1 DASAR TEORI Arus bolak-balik (AC/alternating current) Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besar dan arah arus berubah-ubah secara bolak-balik. Arus bolak-balik hanya pergerakan muatan listrik melalui media yang mengubah berubah arah secara berkala. Hal ini berbeda dengan arus searah (DC), di mana pergerakan muatan hanya dalam satu arah dan konstan. Arus bolak-balik merupakan arus yang arah dan besarnya setiap saat berubah-rubah. Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan.



Kapasitor (C) Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron-elektron selama



waktu yang tertentu atau komponen



elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian adalah dengan mengalirkan elektron menuju kapasitor. Pada saat kapasitor sudah di penuhi dengan elektron, tegangan akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir menuju rangkaian yang membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan reaktif suatu rangkaian. Kapasitas dari sebuah kapasitor adalah perbandingan antara banyaknya muatan listrik dengan tegangan kapasitor. C=



Q Vc



(1)



Ket: C : Kapsitas Kapasitor (Farad) Q : Muatan listrik yang disimpan (Coulomb) Vc : Beda potensial kedua ujung (Volt)



Resistor Resistor adalah suatu benda yang mempunyai nilai tahanan tertentu dan menyerap energi dalam bentuk panas. Dalam prakteknya resistor juga disebut tahanan atau hambatan listrik. salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa terminal dua komponen elektronik yang menghasilkan tegangan pada terminal. Dalam kehidupan sehari-hari Resistor memilki banyak kegunaan, terutama dalam bidang elektro. Adapun kegunaan Resistor sebagai berikut: a. Pembangkit potensi listrik. Maksudnya bahwa Resistor bisa menimbulkan potensial listrik dengan nilai tertentu. b. Memperkecil tegangan (potensial) listrik Maksudnya dengan pemasangan ini kita barhasil menurunkan tegangan listrik dari suatu sumber listrik. Misalnya bila kita berkehendak memutar suatu motor listrik dengan tegangan 6 volt sedang kita memiliki accu 7,5 volt atau 12 volt, maka caranya bisa dipasangkan tahanan dengan perhitungan tertentu. Bila motor listrik tersebut memiliki tahanan dalam sebesar 3 ohm maka agar diperoleh potensial 6 volt sebagai dimaksud kita harus memasangkan tahanan sebesar 3 ohm pada accu 12 volt. c. Memperkecil arus listrik Maksudnya yaitu jika dipasangkan suatu tahanan dakam suatu rangkaian kawat maka akibatnya arus listrik yang mengalir menjadi lebih kecil. d. Pembagi tegangan listrik Maksudnya bahwa dengan pemakaian tahanan ini kita akan berhasil membagi tegangan listrik dari suatu sumbar listrik, tetapi bila hasil pembagian itu dijumlahkan hasilnya akan sama dengan tegangan sumbernya.



Resistor dapat dilihat nilainya dengan melihat warna yang terdapat pada resistor tersebut, adapun warna tersebut dapat dilihat pada Gambar 1. dibawah ini. Gambar 1. Kode Warna Resistor



Pada penampakan resistor berikut, dapat dilihat resistor memiliki pita warna yang memiliki nilai tergantung pada warna pita seperti pada Gambar 2 dibawah ini. Gambar 2. Warna pita pada resistor yang memiliki nilai yang berbeda-beda



Rangkaian R-C Jika suatu kapasitor dalam kondisi tidak bermuatan dan pada waktu awal rangkaian dalam kondisi terbuka, maka saat switch t=0 dalam kondisi tertutup maka kapasitor dalam kondisi dimuati maka besar tegangan antara kedua plat semakin bertambah. Saat muatan maksimum pada kapasitor tercapai, maka besar arusnya adalah nol sedangkan besar tegangannya maksimum. Besar arus yang terukur pada kondisi rangkaian tertutup adalah sebagai berikut: 𝑉=



Q = (1 –e−¿ ¿ ) C t RC



(2)



dengan besar tegangan adalah :



t RC



𝑉 =Vs e−¿



(3)



¿



Untuk menentukan nilai tegangan secara teori maka dapat menggunakan persamaan dibawah ini : b=



1 RC



(4)



Persamaan



tersebut



berasal



dari



rumus



charging



untuk



proses



pengisian,yaitu; (5)



Vc=ε ( 1 – e−tb )



Perbedaan antara tegangan secara eksperimen dan teori sangat sedikit untuk melihat nilai keakuratannya maka dicari R 2 dari kurva tersebut dengan menggunakan teorema fitting berikut data hasil perhitungan R 2 R2=1−



( vte−vex)2 ¿ vavg−vexp ¿2



(6)



Dapat dilihat dari R2 nya bahwa tegangan secara eksperimen sesuai dengan tegangan secara teori, hal ini menunjukan metode ini dapat digunakan untuk menentukan kapasitansi suatu kapasitor. Berdasarkan nilai R 2 diatas dapat dikatakan bahwa antara ekperimen dan teori hasilnya hamper mendekati nilai yang sama. Kemudian dicari nilai kapasitor secara eksperimen melalui persamaan berikut 𝐶=



1 Rb



(8)



BAB 2 MATERIAL & METODE ALAT & BAHAN Alat dan bahan yang dipakai pada eksperimen ini adalah: 1) Kapasitor 2) Resistor 3) Osiloskop 4) Kabel 5) Breadboard 6) Stopwatch 7) Arduino Uno 8) Program Arduino



Cara Kerja  Praktikum pengosongan kapasitor (Discharging) 1. Buatlah tabel hasil percobaan seperti gambar II pada jurnal praktikum 2. Rangkai kapasitor,resistor,catudaya,danoiloskop seperti gambar I 3. Nyalakan catu daya dan amati kenaikan tegangan pada kapasitor melalui oiloskop 4. Tunggu sampai beda tegangan pada kapasitor menunjukkan angka yang cukup tinggi (mendekati beda tegangan sumber) 5. Matikan catu daya dan amati penurunan tegangan pada kapasitor 6. Catat besar penurunan tegangan pada kapasitor setiap 5 detik 7. Buat grafik Vc terhadap t dari hasil percobaan yang dilakukan



 Praktikum pengisian kapasitor (Charging) 1) Buatlah tabel hasil percobaan sepeti gambar II pada jurnal praktikum 2) Rangkai kapasitor,resistor,catu daya dan oiloskop seperti gambar I 3) Nyalakan catu daya dan pada nilai tegangan tertentu amati dan catat kenaikan tegangan setiap 5 detik 4) Buat grafik Vc terhadap t dari hasil percobaan yang dilakukan



BAB 3 KAJIAN TEORI & EKSPERIMEN TUGAS RC NPM GRUP (GANJIL) 1. Charging Kapasitor Jika R= Jingga, hitam, merah, emas dan nilai kapasitor yang dipakai waktu praktikum C(kapasitor) 1000 μF a. Buatlah tabel Charging V eksperimen



waktu



b



0 0,65



0 0,069976 2



0,93



4



1,37



6



1,78



8



1,95



10



2,68



12



2,97



14



3,21



16



3,59



18



3,83



20



3,95



22



4,18



24



4,34



26



4,58



28



4,66



30



4,73



32



Vteori 0 0,65169 8 1,21828 4 1,71087 4 2,13913 1 2,51145 7 2,83515 7 3,11658 1 3,36125 1 3,57396 7 3,75890 2 3,91968 5 4,05946 9 4,18099 7 4,28665 4 4,37851 1 4,45837 2



(Vteori-Veks)^2



(Vavg-Veks)^2



0 2,88468E-06



11,34158698 7,386041529



0,083107937



5,942514256



0,116194996



3,990914256



0,128974828



2,520877893



0,315233655



2,00995062



0,024073595



0,472968802



0,021486028



0,158186983



0,022876956



0,024877893



0,000257047



0,049405165



0,005054861



0,213696074



0,000919006



0,339041529



0,014527724



0,659786983



0,025281901



0,945314256



0,086052078



1,469605165



0,079235881



1,669968802



0,073781619



1,855786983



4,87



34



4,91



36



4,94



38



4,98



40



4,99



42



4,52780 3 4,58816 7 4,64064 6 4,68627 2 4,72593 9



3,367727



0,11709856



2,256823347



0,10357672



2,378605165



0,089612564



2,472041529



0,086275956



2,599423347



0,069727992



2,631768802



1,463352787



53,38918636



b. Buatlah grafik V teori ∧V eksperimendari tabel yang telah dibuat 6 5 4 3 2 1 0



0



5



10



15



𝑅 2 = 1−(V teori −V eksperimen )2



20



25



30



(Vteori−Veksperimen)2 (Vavg−Veksperimen)2



= 1 - 1.463352787 53.38918636 = 1 – 0,0274091607 = 0,972590839



35



40



45



c. Berapa nilai C (Kapasitor) secara eksperimen Jingga 3



Hitam 0 Tabel warna resistor



R=30.102 =3000 Ωtoleransi ±5 % C teori=1000 μF=1.10−3 F RC=3000× 0,001=3 Bteori =



1 1 = =0,33 RC 3



𝖼= 𝑉



= 5 𝑣𝑜𝑙𝑡



𝑉 𝑀𝑢𝑙𝑎𝑖



= 0𝑉



𝑉 𝑁𝑎𝑖𝑘



= 5𝑉



𝑡 𝑛𝑎𝑖𝑘



= 42 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛



Bsolver =0,069976 



C eksperimen = ¿



1 R.b



1 3000× 0,069976



Merah 102



Emas 5%



¿ 0,004763 F ¿ 4763 μF Jadi nilai C eksperimen adalah 4763 μF Perbandingan ¿ C teori : C eksperimen ¿ 1000 μF :4763 μF



2. Discharging Kapasitor Jika R= Jingga, hitam, merah, emas dan nilai kapasitor yang dipakai waktu praktikum C(kapasitor) 1000𝜇F a. Buatlah tabel Discharging b. Veksperim en 5



wakt u 0



4,62



2



4,31



4



4,13



6



3,55



8



3,16 2,85



10 12



2,37



14



2,02



16



1,87



18



1,43



20



1,12



22



0,89



24



0,58



26



0,35



28



0,25



30



0,12



32



0,09



34



0,07



36



0,05



38



0,03



40



b 0,06372 1



Vteori



(Vteori-Veks)^2



(Vavg-Veks)^2



5



0



10,9561



4,40172 3 3,87503 3 3,41136 4 3,00317 6 2,64383 2,32748 1 2,04898 5 1,80381 3 1,58797 7 1,39796 7 1,23069 3 1,08343 4 0,95379 5 0,83966 8 0,73919 7 0,65074 8 0,57288 3 0,50433 4 0,44398 8 0,39086 2



0,047644904



8,5849



0,18919642



6,8644



0,516437488



5,9536



0,299016574



3,4596



0,266431853 0,273026032



2,1609 1,3456



0,103050417



0,4624



0,046736766



0,1089



0,079536919



0,0324



0,001026112



0,0676



0,01225287



0,3249



0,037416568



0,64



0,139722638



1,2321



0,239774925



1,7956



0,239314024



2,0736



0,281693817



2,4649



0,233175783



2,56



0,188646242



2,6244



0,155226483



2,6896



0,130221642



2,7556



0,01



42



0



44



0,34409 4 0,30292 1



1,69



0,111618505



2,8224



0,091761069



2,8561



3,682928049



64,8356



c. Buatlah grafik V teori ∧V eksperimen dari tabel yang telah dibuat 6



5



4



3



2



1



0



0



5



10



15



20



25



3



( V teori−V eksperimen )



30



35



40



2



R =1− ¿ 1−



¿¿¿



3.682928049 64.8356



¿ 1−0,0568041022 ¿ 0,943195898



d. Berapa nilai C (Kapasitor) secara eksperimen



45



50



Jingga 3



Hitam 0 Tabel warna resistor



R=30. 10 2=3000 Ω toleransi ±5 % C teori=1000 μF=1.10−3 F RC =3000× 0,001=3 Bteori =



1 1 = =0,33 RC 3



C=V =5 Volt V mulai =0 V V naik =5V t naik =44 sekon Bsolver =0,069976 



C eks= ¿



1 R.b 1 3000× 0,063721



¿ 0,004763 F ¿ 0,005231 μF Jadi nilai C eksperimen adalah 5231 μF Perbandingan = 𝐶 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 ∶



𝐶 𝑒𝑘𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛



1000 𝜇𝐹 ∶ 5231 µ𝐹



Merah 102



Emas 5%



BAB 4 PENUTUP KESIMPULAN Setelah dilakukan percobaan dengan menggunakan rangkain seri dan mendapatkan hasil 𝐶𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 dan 𝑅2 adalah sebagai berikut:



𝑪𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛 Charging



4763 µ𝐹



𝑹2 0,972590839



Discharging



5231 µ𝐹



0,943195898



Dari praktikum kali ini dapat disimpulkan bahwa rangkaian RC adalah suatu rangkaian listrik kombinasi dari komponen resisitor dan kapasitor. Dengan dilakukanya praktikum pengisian dan pengosongan kapasitor ini dapat diukur tegangan dan arus saat pengisian dan pengosongan kapasitor. Dengan demikian, dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin besar resistor maka waktu yang dibutuhkan dalam proses charging atau discharging semakin panjang. Ketelitian dan keuletan pun sangat dibutuhkan pada praktikum ini.