Laporan Praktikum Plat Kapasitor

Plat Kapasitor

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Sifat menyimpan energi listrik / muatan listrik. Listrik merupakan salah satu bentuk energy. Energy listrik telah menjadi bagian penting dalam kehidupan manusia. Dengan adanya revolusi yang dilakukan oleh ilmuwan pada akhir 1700-an, menimbulkan dampak adanya perubahan kehidupan manusia, yaitu pemanfaatan daya listrik yang kuat.

      Pada percobaan kali ini dilakukan bertujuan untuk menentukan kapasitan 2 plat sejajar kemudian agar dapat mengetahui pengaruh diameter plat serta tegangan terhadap kapasitan dan lalu membandingkan besaran kapasitor hasil perhitungan dengan hasil pengamatan. Dengan itu praktikan diharapkan lebih memahami mengenai masalah plat kapasitor sejajar.

1.2  Permasalahan

Percobaan ini memberikan permasalahan yaitu bagaimana menentukan kapasitan pada 2 plat sejajar dan mengetahui pengaruh diameter plat dan tegangan terhadap kapasitan serta membandingkan besaran C (kapasitor) hasil perhitungan dengan hasil pengamatan.

1.3  Tujuan

Tujuan adanya percobaan adalah untuk menentukan kapasitan pada duab buah plat sejajar, mengetahui pengaruh diameter plat dan tegangan terhadap kapasitan, serta membandingkan besaran C hasil perhitungan dengan hasil pengamatan.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kapasitor

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang terdiri dari dua buah plat penghantar sejajar yang disekat satu sama lain dengan suatu bahan elektrik. Komponen ini sangat penting dalam elektronika atau listrik karena mempunyai sifat-sifat:

·              Dapat menyimpan muatan listrik

·              Dapat menahan arus searah

·              Dapat melewatkan arus bolak balik

Dengan menggunakan pasangan, baik pelat datar luas, kulit bola, atau pun kulit silinder, yang diberi muatan yang sama besarnya dengan jenis muatan yang berbeda dapat dibentuk suatu alat yang disebut sebagai kapasitor C. Alat ini berfungsi sebagai penyimpan muatan atau energi listrik.

       (Viridi, 2010, 67)

Pada dasarnya kapasitor dibagi menjadi 2 bagian yaitu kapasitor Polar dan Non Polar.

a)      Kapasitor Polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai polaritas positif dan negatif, biasanya kapasitor Polar bahan dielektriknya terbuat dari eleketrolit dan biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik.

b)      Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang yang pada kutubnya tidak mempunyai polaritas artinya pada kutup kutupnya dapat dipakai secara berbalik. biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil dan bahan dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll.

kapasitor berdasarkan nilai kapasitansinya dibagi menjadi 2 bagian:

a.       Kapasitor tetap adalah suatu kapasitor yang nilainya konstan dan tidak berubah-ubah.(nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah). Contoh kapasitor tetap adalah sebagai berikut

a)      Kondensator Keramik (Ceramic Capacitor)

Gambar 2.1 Kondensator keramik

Bentuknya ada yang bulat tipis, ada yang persegi empat berwarna merah, hijau, coklat dan lain-lain.Dalam pemasangan di papan rangkaian (PCB), boleh dibolak-balik karena tidak mempunyai kaki positif dan negatif. Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko Farad sampai dengan ratusan Kilopiko Farad (KpF). Dengan tegangan kerja maksimal 25 volt sampai 100 volt, tetapi ada juga yang sampai ribuan volt.

b)      Kapasitor Polyester

Gambar 2.2 Kapasitor Polyester

Pada dasarnya sama saja dengan kondensator keramik begitu juga cara menghitung nilainya. Bentuknya persegi empat seperti permen. Biasanya mempunyai warna merah, hijau, coklat dan sebagainya.

c)      Kapasitor Kertas

Gambar 2.3 Kapasitor Kertas

Kapasitor kertas ini sering disebut juga kapasitor padder. Misal pada radio dipasang seri dari spul osilator ke variabel condensator. Nilai kapasitas yang dipakai pada sirkuit oscilator antara lain:

         Kapasitas 200 pF – 500 pF untuk daerah gelombang menengah (Medium Wave / MW) = 190 meter – 500 meter.

         Kapasitas 1.000 pF – 2.200 pF untuk daerah gelombang pendek (Short Wave / SW) SW 1 = 40 meter – 130 meter.

         Kapasitas 2.700 pF – 6.800 pF untuk daerah gelombang SW 1, 2, 3 dan 4, = 13 meter – 49 meter.                                                          

b.      Kapasitor variable adalah kapasitor yang dapat diubah nilainya. Biasanya kapasitor ini digunakan sebagai tuning pada sebuah radio. Ada 2 macam kapasitor variable yaitu varco (variable Capacitor) dengan inti udara dan varaktor (dioda varaktor). Pada dasarnya varaktor adalah sebuah Dioda tetapi dipasang terbalik, dioda varaktor dapat mengubah kapasitansi dengan memberikan tegangan reverse kepada ujung anoda dan katodanya. Biasanya varaktor digunakan sebagai tuning pada radio digital dengan fasilitas auto search.

c.       Kondensator elektrolit atau Electrolytic Condenser (Elco) adalah kondensator yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negatif, ditandai oleh kaki yang panjang positif sedangkan yang pendek negatif atau yang dekat tanda minus ( – ) adalah kaki negatif. Nilai kapasitasnya dari 0,47 μF (mikroFarad) sampai ribuan mikroFarad dengan voltase kerja dari beberapa volt hingga ribuan volt.

Dalam percobaan ini kita menggunakan kapasitor plat sejajar. Setiap plat dibentuk dari sepasang plat paralel. Setiap plat tersambung pada sebuah baterai, yang berperan sebagai sumber beda potensial. Jika kapasitor awalnya bermuatan, baterai membuat medan listrik di kawat penghubung ketika tersambung. Medan listrik membuat elektron yang berada di luar plat bergerak ke dalam plat. Pergerakan ini terjadi terus-menerus hingga plat, kawat, dan baterai berada di potensial listrik yang sama. Setelah itu, tidak ada lagi beda potensial lagi di antara baterai dan plat. Sehingga medan listrik tidak ada lagi di dalam kawat dan pergerakan elektron berhenti. Kini, plat membawa muatan negatif. Proses yang sama terjadi pada plat yang lain, dengan elektron bergerak dari plat ke kawat, membuat plat menjadi bermuatan positif. Pada akhirnya, beda potensial yang melintasi plat kapasitor sama dengan baterai.

        (Raymond A. Serway,2004,767)

2.2 Kapasitansi

Kapasitansi dari kapasitor yang dimuati dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

C =

Dimana :

C = Kapasitansi kapasitor {F}

Q = Muatan yang diisikan pada plat +Q dan -Q {C}

V = Tegangan yang diberikan (V)

Tampak bahwa satuan kapasitansi adalah coulomb/Volt atau {C/V} atau Farad {F}. Satu farad adalah jumlah muatan listrik sebesar satu coulomb yang disimpan di dalam elektrik {zat perantara} dengan beda potensial sebesar satu volt. Jadi kapasitansi dari suatu kapasitor adalah kemampuan dari kapasitor tersebut untuk menyimpan muatan pada plat-platnya. Kapasitansi suatu kapasitor bergantung pada :

1.            Bahan dielektrik yang digunakan

2.            Luas dari plat-plat

3.            Jarak antara plat-plat

2.3 Hukum Gauss

Hukum Gauss berbunyi adalah sebagai berikut:

“Jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus suatu permukaan

tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan

tertutup tersebut”

Yaitu;

Dimana;

Φ         = fluks magnetic

E         = kuat medan listrik

A         = luas permukaan tertutup

Pada kapasitor pelat sejajar, muatan pada salah satu pelat dapat dihitung dengan mengambil permukaan Gauss berbentuk silinder yang arah sumbu tegaknya sejajar dengan arah medan lisrik dalam kapasitor. Plat dianggap luas dengan jarak antar pelat kapasitor dianggap jauh lebih kecil daripadanya.

          (Electricity and Magnetism, 2005, 251)

dengan rapat muatan seragam kapasitor adalah . Selanjutnya jika kedua plat terpisahkan dengan jarak d dan terletak pada bidang-yz dengan plat bermuatan positif berada pada bidang x = – d, maka potensial listrik antara kedua keping dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.

di mana umumnya diambil bahwa potensial listrik pada plat bermuatan negatif V_–  = 0 dan pada plat bermuatan positif V₊  = V. Kemudian, persamaan

yang menunjukkan bahwa nilai kapasitansi hanya bergantung pada faktor geometri kapasitor dan tidak pada beda potensial listrik yang digunakan.

2.4 Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keping konduktor sejajar yang dipisahkan oleh bahan dielektrik.

Plat tersebut dipisahkan dengan jarak d dan luas masing masing A. jika plat-plat itu diberi muatan, maka medan listrik itu hampir sepenuhnya dialokasikan dalam daerah diantaranya plat-plat itu. Medan diantaranya plat plat seperti itu pada pokoknya homogeny, dan muatan pada plat itu didistribusikan secara homogeny pada permukaan yang berhadapan.

                                                                                           (www.te.ugm.ac.id,2012)

2.5 Dielektrik

Dielektrik adalah suatu bahan isolator listrik yang dapat dibutuhkan dengan cara menempatkan bahan dielektrik pada medan listrik. ketika bahan ini berada pada medan listrik muatan yang terkandung didalamnya tidak akan mengalir sehingga tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya akibat terciptanya pengutuban dielektrik. Oleh karena pengutuban dielektrik ini muatan positif menuju kutub negative medan listrik dan muatan negative menuju kutub positif medan listrik. Hal ini menimbulkan medan listrik internal didalam bahan dielektrik yang meenyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrikum menurun.

            Jika bahan dielektrik ini memiliki ikatan antar molekulnya lemah maka molekul-molekul tersebut tidak hanya menjadi terkutub namun sampai bisa tertata ulang sehingga sumbu simetrinya mengikuti arah medan listrik.

                                                                                                (Halliday, 1970, 665)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Peralatan dan Bahan

Dalam setiap permulaan pecobaan kita harus menyiapkan alat dan bahan. Alat dan bahan  yang dibutuhkan adalah I – Measuring Amplifier D 1, Moving Coil Instrument D1, Parallel Plat Kapasitor, Regulated Power Supply 0 – 300 V 1, dan Voltameter atau E – Measuring instrument D 1, masing-masing sebanyak satu buah. Lalu, percobaan ini membutuhkan Measuring Resistor sebesar 100 MΩ.

3.2  Skema Alat

3.3  Cara Kerja

Setelah menyiapkan peralatan dan bahan, susun peralatan seperti gambar di bawah ini. Kemudian, atur tegangan pada power supply unit sebesar 5 Volt dan biarkan selama 30 detik. Setelah itu, lepaskan kabel dari resistor pada kutub positif plat kemudian masukkan kabel koaksial selama 30 detik dan catat harga “V” hasil pengamatan yang tertera di voltameter. Ulangi langkah tersebut untuk tegangan 6 Volt dan 7 Volt.

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

A. Hasil

Data di bawah ini muatan yang di dapat dengan variasi data berupa tegangan di jaga tetap sebesar 5 volt, 6 volt, dan 7 volt. Sedangkan jarak sebesar 1 mm.

Data di bawah ini muatan yang di dapat dengan variasi data berupa tegangan di jaga tetap sebesar 5 volt, 6 volt, dan 7 volt. Sedangkan jarak sebesar 3 mm.

Data di bawah ini muatan yang di dapat dengan variasi data berupa tegangan di jaga tetap sebesar 5 volt, 6 volt, dan 7 volt. Sedangkan jarak sebesar 5 mm.

4.2 Perhitungan

Kita ambil data no 1 pada variasi jarak 1 mm dan tegangan sebesar 5 volt untuk mengetahui kapasitas kapasitor. Sebelum menghitung kapasitas kapasitor dari data di atas, kita akan menggunakan rumus pada persamaan :

C = k x ε_o  x  

C = 

      Pada percobaan ini digunakan kapasitor lempeng lingkaran dengan diameter 25 cm. Berarti kita harus menentukakan luas dari permukaan lempeng tersebut dan dalam satuan meter yaitu sebesar :

L = r²

L = 3,14 x (12,5 x 10^-2)²

L = 490,624 x 10^-4 m²

      Setelah mengetahui luas permukaan dari lempeng tersebut, sekarang kita bisa mendapatkan besar kapasitas kapasitor tersebut. Dengan menggunakan rumus pertama, kita menggunakan bahan dialektrikum yaitu udaraa yang memiliki koefisien dialektrikum (k) sebesar 1, maka rumus di atas berubah menjadi

C = ε_o  x 

C = 8,85 x 10^-12  x   x 10^-1

C = 4342,031 x 10^-15

C = 0,04342031 x 10^-8

C_(d=1) = 0,043 x 10^-8 Farad

Selanjutnya perhitungan dilakukan dengan variasi data jarak antar lempeng (d) sehingga didapat :

C_(d=3) = 0,015 x 10^-8 Farad

C_(d=5) = 0,0086 x 10^-8 Farad

Dengan menggunakan rumus kedua, dan dengan muatan 0,21 x 10 ^-8 dan tegangan sebesar 5 volt maka :

C =

C =  x 10^-8

C_(v=5) = 0,042 x 10^-8

Hasil Penghitungan Seluruhnya didapat data sebagai berikut :

4.3 Grafik

Disini kami menyajikan 2 grafik, yang pertama adalah grafik C-V dan grafik C-d. Pada grafik pertama disajikan dengan membedakan jarak antara kedua lempeng kapasitor, selanjutnya pada grafik kedua di buat dengan membedakan tegangan yang diberikan pada kapasitor. Grafik yang terbentuk dari perhitungan rata rata di atas adalah :

                                                Grafik 4.1 Grafik percobaan keseluruhan

4.4 Pembahasan

Pada percobaan plat kapasitor ini dilakukan untuk menentukan kapasitan, mengetahui pengaruh diameter plat dan tegangan serta membandingkan besaran C hasil pengamatan dan perhitungan. Untuk mendukung percobaan plat kapasitor ini, membutuhkan beberapa alat elektronik diantaranya power supply yang berguna untuk menghasilkan tegangan, measuring amplifier dan beberapa alat elektronik lainnya.

            Pada percobaan kapasitor tersebut, dilakukan percobaan selama 30 kali, dimana dilakukan percobaan sebanyak lima kali untuk setiap variasi yang ditetapkan. Kami menggunakan 6 variasi yang berbeda baik variasi tegangannya maupun variasi jarak antar plat kapasitornya. Kami menggunakan juga macam variasi tegangan yaitu untuk tegangan 5V, 6V, 7V. Sedangkan untuk variasi jarak, kami menggunakan tiga macam variasi jarak yaitu 1mm, 3mm, 5mm. dalam percobaan tersebut kami memakai ukuran waktu pada tiap jedanya. Kami memberikan waktu 30 detik untuk mendapatkan hasil muatan yang dihasilkan pada plat kapasitor. Waktu tersebut diberikan agar kami dapat menstabilkan alat alat yang setelah dan yang akan digunakan. Selain itu juga untuk mengatur ulang settingan awal dari voltmeter.

            Percobaan kami memberikan hasil percobaan yang kurang sesuai. Terjadi perbedaan antara hasil harga kapasitor pengamatan dan perhitungan sesuai dengan persamaan-persamaan yang telah dijabarkan. Terjadi perbedan yang cukup jauh antar keduanya. Hal ini mungkin terjadi karena adanya beberapa factor seperti kurang akuratnya pengaturan pada voltmeter, tersentuhnya probe oleh tangan, dll.

            Kami menggunakan variasi jarak dan tegangan pada percobaan ini karena kami ingin mencapai tujuan yaitu untuk mengetahui pengaruh dari diameter plat dan tegangan. Ternyata dari hasil ini yang dilakukan, bahwa memang ada pengaruh dari diameter plat. Selain itu percobaan kami juga membuktikan bahwa kapasitansi berbanding terbalik dengan luas kapasitornya dan tegangan berbanding terbalik dengan kapasitan.

BAB V

KESIMPULAN

1.      Jadi, untuk menentukan nilai kapasitan pada plat sejajar dapat dilakukan dengan persamaan:

c=

2.      Jadi, pengaruh diameter plat dan tegangan pada kapasitan yaitu, berbanding terbalik dengan kapasitan.

3.      Jadi, perbandingan nilai C yang kami dapatkan berdasarkan hasil pengamatan dengan hasil perhitungan yaitu pada jarak 5 mm adalah 0,1084 x 10^-9 F : 0,08 x 10^-9 F. Sedangkan pada jarak 10 mm perbandingan yang diperoleh yaitu 0,064 x 10^-9 F : 0,0 41 x 10^-9 F. Dan pada jarak 15 mm, perbandingan yang diperoleh yaitu 0,052 x 10^-9 F : 0,0 27 x 10^-9 F.

DAFTAR PUSTAKA

Gussow, Milton. 1983. “Electricity and Magnetism”. USA: The McGraw-Hill Companies

Resnick, Halliday.  2005. “Fundamentals of Physics Extended”. USA: John Wiley & Sons, Inc.

Serway, Raymond A. “Physics for Scientists and Engineers”. 2004. Pomona: Thomson Brook/Cole