lungguk sibuea

21
PERCOBAAN III 1. Judul Percobaan : Kapasitansi Seri dan Paralel 2. Tujuan Untuk menentukan nilai-nilai dari susunan kapasitor baik secara seri maupun paralel. Untuk menguji bentuk gelombang dari arus yang dihubungkan dengan pengisian dan pelepasan. 3. Daftar Alat 1 Unit Komputer Software Livewire 4. Pendahuluan Dua konduktor sembarang yang dipisahkan oleh sebuah isolator (atau ruang hampa) membentuk sebuah kapasitor. Kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik). Tiap konduktor disebut keping.

Upload: lungguk-yusrial-sibuea

Post on 27-Jun-2015

103 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: lungguk sibuea

PERCOBAAN III

1. Judul Percobaan : Kapasitansi Seri dan Paralel

2. Tujuan

Untuk menentukan nilai-nilai dari susunan kapasitor baik secara seri maupun

paralel.

Untuk menguji bentuk gelombang dari arus yang dihubungkan dengan

pengisian dan pelepasan.

3. Daftar Alat

1 Unit Komputer

Software Livewire

4. Pendahuluan

Dua konduktor sembarang yang dipisahkan oleh sebuah isolator (atau

ruang hampa) membentuk sebuah kapasitor.

Kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan

muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan

oleh bahan penyekat (bahan dielektrik). Tiap konduktor disebut keping.

Dalam diagram rangkaian, kapasitor dinyatakan oleh salah satu dari

simbol – simbol ini :

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang

dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum

dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat

Page 2: lungguk sibuea

metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada

salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama, muatan-muatan

negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat

mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa

menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-

konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-

ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat

terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Prinsip kerja kapasitor

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk

dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1

coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat

bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika tegangan 1

volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat

ditulis :

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan

mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal

dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis

sebagai berikut :

C = (8.85 x 10-12) (k A/t) …(2)

Page 3: lungguk sibuea

Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik dinyatakan oleh

besaran kapasitas atau kapasitansi (yang dinotasikan dengan “C”), dan

didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik Q yang tersimpan dalam

kapasitor dan beda potensial V antara kedua keping.

Dimana:

Q = muatan elektron, satuan C (coulomb)

C = nilai kapasitansi, satuan F (farad)

V = besar tegangan, satuan V (volt)

Satuan kapasitansi dalam SI adalah farad, sehingga dari persamaan di atas

dapat diperoleh hubungan :

Kita definisikan kapasitansi C dengan hubungan tegangan arus, di mana v

dan i memenuhi konvensi untuk sebuah elemen pasif, seperti pada gambar di

bawah ini :

Menghitung Kapasitansi - Kapasitor Dalam Ruang Hampa

Page 4: lungguk sibuea

+Q A

Vab d

-Q

2T

Apabila pada rangkaian tersebut diberikan beda potensial V, akan terbentuk

medan listrik, dan kapasitor mendapat muatan. Semakin besar beda potensial,

semakin besar pula muatannya.

Meskipun besaran Q dan V dalam persamaan tersebut tampak menentukan

nilai C, namun kapasitas itu sendiri bernilai konstan. Kapasitas suatu kapasitor

tergantung pada jenis konstruksi fisiknya, yaitu luas keping kapasitor, jarak antara

keduanya, dan bahan jenis dielektrik yang digunakannya.

Jika sebuah kapasitor keping sejajar diberi beda potensial V, sehingga setiap

kapasitor mendapat muatan listrik Q, kemudian dengan menggunakan hukum Gauss,

kuat medan listrik (E) dapat diperoleh dari:

ϕ = E.A =

Dimana, E = permitivitas dielektrik yang digunakan, berarti:

E = , karena E =

Maka: =

Sehingga:

Page 5: lungguk sibuea

C =

Dengan E =

= permitivitas relatif bahan dielektrik

= permitivitas vakum (8,54 x 10-12 C2 N-1 m-2)

Jika ruang diantara kedua keping kapasitor adalah vakum atau udara, besarnya

kapasitas adalah:

Permitivitas relatif suatu bahan dielektrik dapat didefinisikan sebagai

perbandingan antara kapasitas dalam bahan dielektrik dan kapasitas dalam vakum

(udara).

Beda Potensial Kedua Keping

Jika pada suatu kapasitor keping sejajar beda potensial antar kepingnya

diijinkan berubah, maka prinsip yang kita pegang: muatan adalah kekal. Jadi, muatan

kapasitor sebelum disisipkan bahan penyekat (q0) sama dengan muatan kapasitor

sedudah disisipkan bahan penyekat (qb).

q0 = qb

C0V0 = CbVb V0 =

V0 = Er Vb

Jadi, beda potensial kedua keping setelah disisipkan bahan penyekat Vb,

berkurang dibandingkan dengan beda potensial dalam vakum atau udara V0.

(Dikutip dari Modul Praktikum Rangkaian Listrik)

Page 6: lungguk sibuea

Berbagai jenis kondensator

Secara umum jenis kondensator dinamai menurut bahan dielektriknya, sehingga jika

anda menemui kondensator keramik artinya bahan dielektrik dari kondensator

tersebut adalah keramik, dst. dibawah ini macam-macam kondensator yang banyak

ditemui di pasaran.

1. Kondensator Keramik

Memiliki nilai kapasitansi antara 5 pF - 1 uF dengan

toleransi ± 10% dan tegangan kerja 50 volt hingga ribuan

volt, memiliki kesetabilan yang tinggi dan baik digunakan

untuk frekwensi tinggi, biasanya memiliki bentuk fisik bulat

pipih berwarna coklet muda atau hijau muda, juga tersedia

dalam kemasan SMD

2. Kondensator Polyester ( Polyethylene Terephthalate )

Memiliki nilai kapasitansi antara 100 pF - 2 uF dengan

toleransi ± 5% dan tegangan kerja maksimum 400 volt,

memiliki kesetabilan yang cukup, biasanya memiliki bentuk

fisik persegi empat dan berwarna hijau itulah sebabnya

kenapa kondensator ini sering disebut sebagai greencaps,

meskipun terkadang ada yang dibungkus dengan plastik

warna merah maupun coklat. Kondensator ini biasa juga

disebut dengan kondensator mylar. Pengembangan dari

Page 7: lungguk sibuea

kondensator polyester adalah type metalized polyester film atau yang umum dikenal

dengan kondensator MKT

3. Kondensator Polystyrene

Memiliki nilai kapasitansi antara 50 pF - 500 nF dengan toleransi ± 1% dan tegangan

kerja maksimum 500 volt, memiliki kesetabilan yang sangat baik, biasanya memiliki

bentuk fisik silinder. Sering digunakan untuk operasi tegangan tinggi.

5. Kondensator Polypropylene (MKP)

Memiliki nilai kapasitansi antara 1 nF - 100 uF dengan toleransi ± 5% dan tegangan

kerja maksimum 900 volt, memiliki kesetabilan yang cukup.

6. Kondensator Kertas

Memiliki nilai kapasitansi antara 10 nF - 10 uF dengan toleransi ± 10% dan tegangan

kerja maksimum 600 volt, memiliki kesetabilan yang lumayan, biasanya memiliki

bentuk fisik persegi empat bening.

7. Kondensator Mika Perak

Memiliki nilai kapasitansi antara 5 pF

- 10 nF dengan toleransi ± 0.5% dan tegangan kerja maksimum 400 volt, memiliki

kesetabilan yang sangat baik.

8. Kondensator Electrolit Aluminium (Elco)

Memiliki nilai kapasitansi antara 1 uF - 1 F dengan toleransi ± 50% dan tegangan

kerja maksimum 400 volt terpolarisasi, memiliki kesetabilan yang cukup.

Page 8: lungguk sibuea

9. Kondensator Electrolit Tantalum

Memiliki nilai kapasitansi antara 1 uF - 2000 uF dengan toleransi ± 10% dan

tegangan kerja maksimum 60 volt terpolarisasi, memiliki kesetabilan yang baik.

10. Kondensator Trimmer (TC)

Memiliki nilai kapasitansi antara 1 pF - 200 pF dengan toleransi ± 10% dan tegangan

kerja maksimum 60 volt, memiliki kesetabilan yang cukup, termasuk golongan

capasitor variabel, cara mangubah kapasitansinya dengan menggunakan obeng trim.

(http://www.forumsains.com/teknik-elektro/pembahasan-pengenalan-

komponen2-elektronika/25/?wap2)

CAPACITOR

A. Definisi

Istilah Kapasitansi atau kapasitas adalah “ Kemampuan untuk menyimpan “.

Kapasitor merupakan komponen elektronika yang memiliki kemampuan dapat

menyimpan muatan listrik.

Kapasistor memiliki bagian-bagian penting yang terdiri dari dua buah konduktor yang

tersekat antara satu dengan yang lainnya. Bahan penyekatnya adalah berupa bahan

isolator semacam : mika, gelas, kertas, keramik, udara, dan lainnya. Bahan penyekat

ini disebut denganDielectricum.

Didalam dunia elektronika, Kapasitor memiliki satuan yang disebutFARRAD

Page 9: lungguk sibuea

(disingkat dengan huruf F).

B. Ragam dan Jenis Kapasitor

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa kapasitor memiliki ragam pada bagian

penyekatnya. Sehingga berdasarkan hal tersebut maka kapasitor memiliki ragam jenis

baik secara fisik ataupun kegunaannya. Berikut adalah ragam kapasitor berdasarkan

fungsi :

Jenis

Simbol

Kapasitor umum

Kapasitor Elektrolit

Kapasitor Variable

(http://www.docstoc.com/docs/25722712/Impedance-matching-techniques)

Kondensator Seri dan Paralel

Jika kondensator dihubungkan secara seri maka nilai kapasitansinya akan semakin

mengecil, tetapi jika kondensator dihubungkan secara paralel maka nilai

kapasitansinya akan semakin bertambah besar.

Persamaan untuk menghitung nilai kondensator setelah dihubungkan secara seri

adalah :

Page 10: lungguk sibuea

Sedangkan persamaan untuk menghitung nilai kondensator setelah dihubungkan

secara paralel adalah :

Dibawah ini adalah skema kondensator yang dihubungkan secara seri dan paralel

Kerusakan yang sering ditemui pada kondensator

Jenis Kerusakan Penyebab

Kertas

Hubung singkatKebocoran seal. Kejutan mekanik, termal atau

perubahan-perubahan tekanan

Sirkuit terbuka Kejutan mekanik / thermal

Keramik

Hubung singkat Pecahnya dielektrika karena kejutan atau getaran

Sirkuit terbuka Pecahnya sambungan

Perubahan nilai

kapasitansiElektroda perak tidak melekat benar pada perak

Film

PlastikSirkuit terbuka

Kerusakan pada semprotan diujung, ketika fabrikasi

atau asembeling

Elco Sambung singkat, Hilangnya dielektrika. Temperatur tinggi

Page 11: lungguk sibuea

karena bocor

Kapasitansi mengecilHilangnya elektrolit karena tekanan, kejutan mekanik

atau temperatur

Sirkuit terbuka Pecahnya sambungan internal

Mika

Hubung singkatPerpindahan perak disebabkan oleh kelembaban yang

tinggi

Sirkuit terbuka Perak tidak menempel ke mika

(http://ilmu-elektronika.co.cc/index.php/arus-searah-dc/rangkaian-seri-dan-

paralel.html)

Uncategorizedsederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan

penyekat

(bahan dielektrik). Atau dengan kata lain, kapasitor terbentuk dari dua konduktor

sembarang yang dipisahkan oleh sebuah isolator (atau ruang hampa).

Suatu kapasitor memiliki lambang berikut ini: Lambang kapasitor dengan C =

1 μF Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh

suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara

vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan

listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda)

metalnya dan pada saat yang sama, muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung

metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif

Page 12: lungguk sibuea

dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena

terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan”

selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena

kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di

awan.

(Dikutip dari http://physicslesson.wordpress.com/2009/04/29/kapasistansi-seri-dan-

paralel/)

Prinsip kerja kapasitor

Dalam rangkaian listrik, kapasitor dapat digunakan sebagai : 1. Pencari

gelombang radio (tuning) 2. Salah satu komponen pengapian 3. Penyimpan energi

dalam rangkaian penyala elektronik 4. Filter dalam catu daya Kapasitansi

didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung

muatan elektron. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik dinyatakan

oleh besaran kapasitas atau kapasitansi (yang dinotasikan dengan “C”), dan

didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik Q yang tersimpan dalam

kapasitor dan beda potensial V antara kedua keping.

Dimana: Q = muatan elektron, satuan C (coulomb) C = nilai kapasitansi,

satuan F (farad) V = besar tegangan, satuan V (volt) Satuan kapasitansi dalam SI

adalah farad, sehingga dari persamaan di atas dapat diperoleh hubungan : [Modul

Praktikum Rangkaian Listrik, hal. 13-15]. Kita definisikan kapasitansi C dengan

hubungan tegangan arus, di mana v dan i memenuhi konvensi untuk sebuah elemen

pasif, sehingga : Jika dan v = 0 pada t = 0 ; Maka: 2 Jadi, pada kapasitor pun terjadi

penyimpanan energi dalam bentuk medan listrik. [Prinsip Dasar Elektroteknik, hal.

13].

Page 13: lungguk sibuea

Hubungan Kapasitor Salah satu pertimbangan penting dalam menggunakan

sebuah kapasitor adalah pemilihan kapasitas yang sesuai dengan kebutuhan. Apabila

sebuah kapasitor tunggal dengan kapasitas dan tegangan kerja yang diinginkan tidak

tersedia, maka pada umumnya kita dapat mengkombinasikan dua atau lebih kapasitor

untuk memperoleh kapasitas maupun tegangan yang dibutuhkan. Ada dua cara yang

umum untuk menghubungkan beberapa kapasitor, yaitu seri dan paralel. [Bob Foster.

Terpadu Fisika SMU Jilid 2A, hal. 36].

Hubungan Seri Jika beberapa kapasitor dihubungkan satu sama lain dengan

cara menghubungkan keping – keping yang bermuatan berlawanan seperti pada

gambar, hubungan tersebut dinamakan hubungan seri. Setelah seimbang, semua

kapasitor akan mempunyai muatan yang sama. Akibatnya, muatan ekivalen di dalam

garis putus – putus adalah nol sehingga muatan gabungan sama dengan muatan setiap

kapasitor, sama dengan q. Sumber tegangan V yang dihubungkan pada kapasitor

hanya akan mengakibatkan pergeseran muatan.

Pada hubungan seri diperoleh: Karena, qtotal = q = q1 = q2 = q3 Vtotal = V1

+ V2 + V3 Maka, atau Secara umum, untuk n buah kapasitor yang disusun seri,

kapasitas gabungan (Ctot) dirumuskan sebagai: Catatan: Khusus untuk dua

kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku: Khusus untuk n buah kapasitor yang

kapasitasnya sama dan dirangkai secara seri berlaku: Dari persamaan di atas

diperoleh bahwa kapasitas pengganti susunan seri beberapa buah kapasitor selalu

lebih kecil dari kapasitas terkecil kapasitor dalam rangkaian tersebut.

(dikutipndarihh ttp://www.myfisika.net/materi/Fadli_Yusuf_kapasitor/New%20/

Folder/index.htm l)

Page 14: lungguk sibuea

5. Prosedur Percobaan

Dalam percobaan ini kita akan mengukur harga kapasitansi yang didasarkan

pada sistem time konstan baik yang panjang maupun yang pendek,

penggambaran hasil oscilloscope dan gelombang persegi.

Untuk lebih memudahkan perhitungan, perhatikan gambar C1 dan C2

mengenai rangkaian proses pengisian dan pelepasan yang berbanding

langsung dengan time constant, dimana :

T (time constant) = C (kapasitansi) x R (resistansi)

Set-lah function generator pada gelombang persegi dengan 5 Vpeak to peak.

Page 15: lungguk sibuea

Catat pada tabel hasil time constant yang didapat berdasarkan inputan yang

diberikan.

Gambar C1

Rangkaian Seri Kapasitor

Gambar C2

Rangkaian parallel kapasitor

Page 16: lungguk sibuea

C (µF) R (Ω) Frekuensi (Hz) V peak-peak Vc Vx

5

10

Seri

Paralel