Abstrak—Telah dilakukan percobaan tentang
pengukuran kapasitans dengan metode jembatan wheatstone yang bertujuan untuk
menera kapasitans dari berbagai kapasitor yang dihubungkan seri, paralel, dan
seri paralel. Prinsip yang digunakan adalah prinsip jembatan wheatstone, yaitu
R1 dirangkai seri dengan C1 dan R2 dirangkai seri dengan C2.
Kemudian keduanya dihubungkan secara paralel. Pada percobaan kali ini digunakan
tujuh variasi R1, yaitu
15 kΩ, 20 kΩ, 25 kΩ, 30 kΩ, 35 kΩ, 40 kΩ, dan 45 kΩ dan dua variasi C1 yaitu 104 J dan
103 K . Dengan digunakan persamaan pada jembatan wheatstone, maka didapatkan
nilai C2 hitung. Pada saat C2 ukur adalah 104 J atau 105
pF, C2 hitung rata-ratanya adalah 95308,39 pF. Sedangkan
ketika C2 ukur adalah 103 J atau 104 pF, C2
hitung rata-ratanya adalah 2348,816 pF.
I. PENDAHULUAN
K
|
apasitor merupakan suatu komponen
pasif yang dibuat untuk mendapatkan kapasitansi tertentu. Kapasitor terbuat
dari dua buah plat konduktor yang dipisahkan oleh suatu lapisan isolator. Pada
umumnya fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk
arus DC, kapasitor berfungsi sebagai isolator/penahan arus listrik, sedangkan
untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. Dalam
penerapannya kapasitor digunakan sebagai filter/penyaring,perata tegangan DC
pada pengubah AC ke DC,pembangkit gelombang AC atau oscilator dan sebagainya.[2].
Kapasitor
adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik dengancara
mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator
memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kapasitansi
bergantung pada ukuran dan bentuk konduktor-konduktor itu. Dibandingkan dengan
kasus dimana hanya ada ruang hampa diantara konduktor-konduktor, maka
kapasitansi akan bertambah bila ada sebuah material pengisolasi (dielektrik).
Hal ini terjadi karena pendistribusian kembali muatan, yang disebut polarisasi,
berlangsung di dalam material pengisolasi itu. Kapasitor non polar artinya
tidak memiliki polaritas. Polaritas adalah kutub positif dan kutub negatif.
Polaritas sama halnya dengan baterai dimana ada kutub positif dan negatif dan
pemasangannya tidak boleh terbalik. Kalau kapasitor non polar artinya tidak memiliki
kutub negatif dan positif.[1].
Jembatan
wheatstone adalah susunan komponen komponen elektronika yang berupa resistor
dan catu daya seperti tampak pada gambar berikut.
Gambar 1.1 : Rangkaian jembatan wheatstone.
Pada umumnya
Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan
pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya
saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian
ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yang merupakan segiempat A-B-C-D dalam
hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah
galvanometer nol (0). Apabila tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa
sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat
tahanan tersebut. Berikut adalah penerapan hukum Kirchoff untuk memperoleh
persamaan
R1 . R3
= R2 . R4………………… (1.1)[3].
Potensiometer
adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi
tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan
(salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai
resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk
mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer
yang digunakan sebagai pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan
sakelar yang terintegrasi, sehingga potensiometer membuka sakelar saat penyapu
berada pada posisi terendah.[4]
 |
Gambar 1.2 : Potensiometer
 |
Transformator merupakan suatu komponen pasif dengan empat ujung. Sepasang ujung disebut primer dan sepasang ujung lain disebut sekunder. Transformator digunakan untuk mengubah tegangan bolak – balik pada primer menjadi tegangan bolak – balik pada sekunder dengan menggunakan fluks magnetic. Transformator digunakan dalam elektronika untuk menurunkan tegangan bolak – balik pada listrik PLN. Transformator semacam ini disebut transformator daya. Didalam elektronika, transformator ada yang digunakan untuk menyampaikan isyarat dari penguat daya kepada beban, misalnya suatu pengeras suara. Transformator semacam ini disebut transformator keluaran. Transformator keluaran digunakan untuk pengubahan impedansi. Teras besi pada transformtor digunakan untuk membuat agar fluks magnetic oleh arus pada kumparan primer sebanyak mungkin menembus kumparan sekunder.
Menurut hukum
induksi Faraday, nilai fluks magnetik I berubah dengan waktu maka akan timbul
tegangan listrik
E =
N dΦ/dt………………… (1.2)[2].
II. METODE
Langkah pertama
yang dilakukan pada percobaan kali ini adalah peralatan disiapkan terlebih
dahulu. Yaitu terdiri atas dua buah resistor
variable atau potensiometer seperti pada gambar 1.2, dua buah kapasitor non
polar seperti pada gambar 2.3, satu buah multitester, satu buah transformator,
dan beberapa kabel penjepit. Sebelum peralatan dirangkai, harus dipastikan
bahwa potensiometer dalam keadaan tidak hangus.
Gambar 2.1 : skema alat metode jembatan wheatstone.
Gambar 2.2. skema alat praktikum pengukuran kapasitans
dengan metode jembatan wheatstone.
Gambar 2.3 : Kapasitor non polar yang digunakan saat
praktikum.
Pertama alat
dirangkai seperti gambar 2.1 sehingga akan terlihat seperti pada gambar 2.2.
untuk kapasitor yang digunakan adalah kapasitor C1 besarnya 104 J
dan C2 besarnya 104 J.
Kemudian trafo dihubungkan pada tegangan PLN, sehingga tegangan pada
multitester bisa terbaca. Peralatan diuji apakah ketika potensiometer diputar,
tegangan yang terukur pada multitester akan berubah. Jika multitester bisa
menunjukkan angka nol, maka rangkaian sudah benar.
 |
Setelah itu, potensiometer R2 diukur dengan multitester yang skalanya telah diset pada kΩ, sehingga angka yang terbaca sesuai yang diinginkan, dalam hal ini digunakan tujuh variasi R1 yaitu 15 kΩ, 20 kΩ, 25 kΩ, 30 kΩ, 35 kΩ, 40 kΩ, dan 45 kΩ. Setelah R1 telah ditentukan, lalu R1 dihubungkan kembali pada rangkaian awal. Kemudian multitester diset agar skala berubah menjadi Volt karena yang akan diukur adalah tegangan. Kemudian potensiometer R2 diputar dan diatur hingga angka pada multitester menunjukkan angka nol. Setelah itu R2 diukur dengan multitester yang telah diset skalanya menjadi Ω. Lalu dicatat berapa angka yang terbaca pada multitester. Selanjutnya dilakukan percobaan untuk variasi R2 yang lain dengan langkah yang sama dengan langkah sebelumnya.
Setelah semua
variasi R2 telah digunakan, maka C2 diganti dengan
kapasitor non polar yang besarnya 103 K. Dilakukan percobaan yang sama dengan
digunakan R2 sebanyak tujuh variasi. Kemudian dihitung nilai C2
dan dibandingkan dengan nilai C2 yang telah diperoleh dari hasil
pengukuran.
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dari percobaan
yang telah dilakukan, didapatkan data berupa R1, R2, C1, dan C2 sebagai berikut.
Tabel 1: data hasil percobaan
saat nilai C2 103 K.
R1
(kΩ)
|
R2
(kΩ)
|
C1
(104 J) pF
|
C2
(103K) pF
|
15
|
0,02
|
100000
|
10000
|
20
|
0,028
|
100000
|
10000
|
25
|
0,029
|
100000
|
10000
|
30
|
0,03
|
100000
|
10000
|
35
|
1,5
|
100000
|
10000
|
40
|
2
|
100000
|
10000
|
45
|
3
|
100000
|
10000
|
Tabel 2: data hasil percobaan
saat nilai C2 104 K.
R1
(kΩ)
|
R2
(kΩ)
|
C1
(104 J) pF
|
C2
(103K) pF
|
15
|
13
|
100000
|
100000
|
20
|
19
|
100000
|
100000
|
25
|
23
|
100000
|
100000
|
30
|
29
|
100000
|
100000
|
35
|
30
|
100000
|
100000
|
40
|
40
|
100000
|
100000
|
45
|
50
|
100000
|
100000
|
Dan setelah dilakukan perhitungan
untuk nilai C1, didapat data sebagai berikut.
Tabel 3: data hasil
perhitungan C2 saat C2 ukur 103 K.
R1 (kΩ)
|
R2 (kΩ)
|
C1 (pF)
|
C2 (pF)
|
15
|
0,02
|
100000
|
133
|
20
|
0,028
|
100000
|
140
|
25
|
0,029
|
100000
|
116
|
30
|
0,03
|
100000
|
100
|
35
|
1,5
|
100000
|
4286
|
40
|
2
|
100000
|
5000
|
45
|
3
|
100000
|
6667
|
Tabel 4: data hasil perhitungan
C1 saat C2 104 K.
R1 (kΩ)
|
R2 (kΩ)
|
C1 (pF)
|
C2 (pF)
|
15
|
13
|
100000
|
86667
|
20
|
19
|
100000
|
95000
|
25
|
23
|
100000
|
92000
|
30
|
29
|
100000
|
96667
|
35
|
30
|
100000
|
85714
|
40
|
40
|
100000
|
100000
|
45
|
50
|
100000
|
111111
|
Nilai R1
ditatapkan dan divariasi sebanyak nilai yaitu 15, 20, 25, 30, 35, 40, dan 45
kΩ. Sedangkan R2 adalah potensiometer yang digunakan untuk membuat tegangan
pada rangkaian menjadi nol. C1 adalah kapasitor non polar yang di tetapkan,
besar C1 adalah 104 J atau senilai dengan 105 pF .Sedangkan untuk C2
yaitu kapasitor yang akan dihitung nilainya, dan akan dibandingkan antara C2
ukur dan C2 hitung.
Pada percobaan
kali ini, kapasitor yang digunakan adalah kapasitor non polar, seperti pada
gambar 2.3. Kapasitor non polar memiliki kelebihan yaitu mempunyai karakteristik
suhu yang lebih bagus dan dapat digunakan untuk frekuensi tinggi. Kapasitor non
polar artinya tidak memiliki polaritas. Kapasitor non polar artinya tidak
memiliki kutub negatif dan positif, jadi pemasangan kapasitor non polar tidak
apa-apa jika pemasangan kaki-kakinya terbalik.
Digunakan
resistor variabel atau potensiometer dalam percobaan ini karena agar tegangan
yang terbaca pada multitester menjadi nol. Juga untuk mempermudah saat
dilakukan variasi nilai pada R1.. cara menbaca potensiometer pun tidak
terlalu rumit, karena hanya dihubungkan dengan multitester yang telah diset
skalanya menjadi ohm. kemudian diputar – putar potensiometernya hingga pada
multitester ditunjukkan angka yang diinginkan.
Pada percobaan
ini juga digunakan transformator atau trafo, yang digunakan untuk mengatur arus
yang masuk ke rangkaian. Karena arus yang dari PLN terlalu besar, maka harus
dikonfersi terlebih dahulu menggunakan trafo agar arus yang masuk sesuai dengan
peralatan yang lain. Jika arus yang masuk terlalu besar, maka kemungkinan besar
resistor dapat terbakar. Karena transformator dapat mengubah tegangan bolak –
balik pada primer menjadi tegangan bolak – balik pada sekunder dengan
menggunakan fluks magnetic.
Pada awalnya,
untuk mengatur arus yang masuk ke rangkaian, digunakan resistor tetap pada
rangkaian. Akan tetapi, potensiometer tetap saja hangus, hal ini karena yang
diukur di multitester adalah tegangannya, sehingga menambah resistor tidak akan
membawa banyak pengaruh. Oleh karena itu, kapasitor yang awalnya adalah polar
diganti dengan kapasitor non polar.
Nilai dari C2
yang didapatkan melalui perhitungan seharusnya tidak terlampau jauh dari
nilai C2 yang tertera atau C2 ukur. Pada saat C1 yang
digunakan adalah 104 J, nilai dari C2 hitung dan C2 ukur
tidak terpaut jauh. Nilai rata – rata dari C2 hitung adalah 95308,39 pF, sedangkan untuk C2 ukur
adalah 100000 pF.
Akan tetapi, pada saat C1
yang digunakan adalah 103 K atau 10000 pF , nilai dari C2 hitung
dan C2 ukur terpaut cukup jauh. Pada C2 hitung adalah 2348,81 pF, sedangkan untuk C2 ukur
adalah 10000 pF. Hal ini bisa disebabkan karena tidak
tepatnya kapasitor yang digunakan. Seharusnya perbandingan antara C1/R1
harus sama dengan perbandingan C2/R2, karena arus
dari trafo akan terpecah secara sama pada kedua cabang. Ketika C2
yang digunakan membuat perbandingan tersebut tidak sama, maka arus yang
mengalir di kedua cabang akan berbeda jumlahnya. Ini yang menyebabkan perbedaan
nilai yang cukup jauh antara C2 hitung dan C2 ukur saat
kapasitor yang digunakan untuk C2 adalah 103 K.
Data
perbandingan antara R1 dan R2 dapat dilihat pada grafik
berikut.
Gambar 2.1 : Grafik hubungan R1 terhadap R2 pada saat
C1 104 J dan C2 104J.
Gambar 2.2 : Grafik hubungan R1 terhadap R2 pada saat
C1 104 J dan C2 103 K.
Pada gambar
2.1, dapat dilihat grafik antara R1 dan R2 yang nilainya
hampir sebanding, karena garis liniar penghubung titik – titik pada grafik
jaraknya tidak terlalu jauh dengan titik – titiknya. Jadi, ketika R1
kecil, maka R2 juga kecil, begitu juga sebaliknya. Hal ini
dikarenakan kapasitor yang dipakai untuk C1 dan C2
besarnya sama, yaitu 104 J atau 100000 pF. Sehingga, arus yang mengalir pada
kedua cabang besarnya sama dan menyebabkan besar resistor di kedua cabang juga
mendekati sama.
Sedangkan pada
gambar 2.2, dapat dilihat grafik antara R1 dan R2 yang
nilainya cukup jauh. Ini disebabkan karena kapasitor yang digunakan menyebabkan
perbandingan antara kedua cabang tidak seimbang.
I.V.
KESIMPULAN
Berdasarkan
praktikum yang telah dilakukan tentang pengukuran
kapasitans dengan metode jembatan wheatstone didapatkan kesimpulan, yaitu dengan
digunakan persamaan pada jembatan wheatstone, maka didapatkan nilai C2
hitung. Pada saat C2 ukur adalah 104 J atau 105 pF, C2
hitung rata-ratanya adalah 95308,39 pF. Sedangkan ketika C2 ukur
adalah 103 J atau 104 pF, C2 hitung rata-ratanya adalah
2348,816 pF.
Posting Komentar