L5 - Efek Transien Rangkaian RC

I. Tujuan Percobaan

1. Mempelajari proses pengisian dan pelepasan muatan pada kapasitor.
2. Mempelajari efek transien pada rangkaian RC dengan menggunakan multimeter.
3. Menghitung konstanta waktu rangkaian RC.

II. Peralatan

1. Resistor dan kapasitor.
2. Sumber arus searah.
3. Voltmeter
4. Stopwatch.

III. Teori

Apabila sumber arus searah dihubungkan dengan sebuah kapasitor, muatan-muatan dari
sumber dipompakan pada kapasitor. Akibatnya lempeng-lempeng dalam kapasitor, yang semula
netral, membentuk polaritas yang berbeda. Melalui hambatan R yang dirangkai seri dengan
kapasitor, pengisian muatan mengalami hambatan. Oleh karenanya, selain bergantung pada
tegangan sumber, pengisian muatan juga bergantung pada waktu.
Gambar 1
Gambar 1 memperlihatkan rangkaian seri yang dihubungkan dengan sumber DC.
Hubungan potensial saat kapasitor dimuati adalah :

Vo = VR + VC (1)
VR = Ri = dt / dq (2)
VC = C / q (3)

dengan Vo , VR , dan VC menyatakan potensial sumber, potensial pada hambatan dan potensial
pada kapasitor, q adalah muatan yang mengisi kapasitor, i adalah arus yang melewati rangkaian
dan C adalah besar kapasitas dari kapasitor.
Dengan menggunakan persamaan (2) dan (3), persamaan (1) dapat diselesaikan untuk
menentukan potensial kapasitor saat pengisian muatan :
VC = Vo ( 1 - e-t/RC ) (4)
Apabila sumber dilepas dan rangkaian RC dihubung-singkat (seperti pada gambar 2), maka
kapasitor akan melepaskan muatannya. Hubungan potensial pada kondisi ini adalah :
Vo = VR + VC (5)
Persamaan (5) ini dapat diselesaikan menjadi :
VC = VCO e-t/RC (6)
VC menyatakan potensial kapasitor saat pelepasan muatan dan VCO merupakan potensial
kapasitor mula-mula.

IV. Cara Kerja :

A. Menghitung Konstanta Waktu Rangkaian RC dengan Voltmeter.
1. Susun rangkaian seperti gambar 3, saklar muka-mula pada kondisi 1. Atur tegangan
sumber 10 Volt. Perhatikan polaritas kapasitor.
Gambar 3
2. Pindahkan saklar keposisi 2 dan catat VC setiap 40 detik sebanyak 15 data.
3. Pindahkan saklar ke kondisi 1, dan catat VC setiap 40 detik sebanyak 15 data.
4. Ulangi untuk harga R dan C yang lain.

V. Tugas Pendahuluan & Jawabannya

1. Jelaskan proses yang terjadi pada saat sebuah kapasitor dialiri sumber tegangan DC, gambarkan grafik antara tegangan vs waktu pada proses tersebut ?

Saat arus DC diberikan pada suatu kapasitor, maka kapasitor akan menyimpan suatu muatan. Makin besar nilai kapasitor, makin besar muatan yang dapat disimpannya. Hal ini dapat dianalogikan dengan besarnya daya tampung air pada suatu penampung air dengan volume tertentu.

2. Jelaskan beberapa kegunaan kapasitor dalam rangkaian listrik dan kapasitor jenis apa yang dipergunakan dalam rangkaian tersebut ?

-kapasitor poliprolyene
-kapasitor kertas
-kapasitor mica
-kapasitor kramik
-kapasitor tantalum
-kapasitor polister film
-kapasitor elektrolit
-kapasitor epoxy
-kapasitor variable

Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:
-mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakan
-menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
-memilih panjang gelombang pada radio penerima sebagai filter dalam catu daya (power supply)

3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Energi potensial dan Rapat energi pada sebuah kapasitor, tuliskan rumus beserta satuannya !

energi potensial

Energi potensial adalah bentuk energi yang dimiliki oleh suatu partikel, benda atau sistem akibat posisinya dalam ruang parameter1 atau akibat konfigurasinya. Energi dalam bentuk ini membuat partikel, benda atau sistem tersebut memiliki kecenderungan untuk berubah keadaannya (posisi atau konfigurasinya) dari keadaan dengan suatu energi potensial tertentu menjadi keadaan dengan energi potensial yang lebih rendah atau lebih tinggi. Ke arah mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut

rapat energi

Rapat Energi : Energi per satuan volume
maka persamaan rapat energi ( pw ) adalah:

dengan : o = Permivitas vakum udara = 8,85 X 10-12
E = Kuat medan listrik ( m )
w = Rapat energi ( J/m3)
V = Volume ( m3 )

4. Jika diketahui rumus : VC = VCO . e-t/RC , bagaimana cara menetukan nilai konstanta waktu dari rumus tersebut?

perkalian hambatan R dengan kapasitas kapasitor C dinamakan konstanta waktu.

cara menentukan nilai konstanta dari rumus diatas ialah :
Konstanta waktu = RC -> t=R.C