Pengisian & Pengosongan Kapasitor: Eksperimen Rangkaian RC Praktis
Bahan yang Diperlukan untuk Eksperimen Pengisian & Pengosongan Kapasitor
Untuk melakukan eksperimen, kumpulkan item berikut:
- Baterai 6 V
- Dua kapasitor elektrolitik, minimal 1 000 µF (misalnya, katalog Radio Shack #272-1019, 272-1032, atau setara)
- Dua resistor 1 kΩ
- Satu saklar toggle SPST (Single-Pole, Single-Throw) (saklar lampu rumah tangga berfungsi dengan baik)
Nilai kapasitansi yang besar sangat penting untuk mencapai konstanta waktu yang cukup lama untuk pengukuran yang akurat dengan volmeter dan stopwatch.
Karena sebagian besar kapasitor pada nilai ini adalah elektrolitik, mereka sensitif terhadap polaritas. Terminal negatif biasanya ditandai dengan garis atau serangkaian garis yang mengarah padanya; terminal positif mungkin memiliki tanda +. Menghubungkan kapasitor terbalik hampir pasti akan menyebabkan kegagalan, bahkan pada 6 V. Kapasitor elektrolitik yang gagal dapat meledak, melepaskan kimia meresap dan menghasilkan bau tidak sedap. Bersikaplah hati-hati.
Catatan keamanan: Jika Anda tidak yakin tentang tanda polaritas, konsultasikan datasheet atau instruktur yang terqualifikasi.
Sumber Terkait
- Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Bab 13: “Kapasitor”
- Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Bab 16: “Konstanta Waktu RC dan L/R”
Tujuan Pembelajaran
Setelah menyelesaikan lab ini, Anda seharusnya dapat:
- Mengelakari perilaku pengisian kapasitor dalam rangkaian RC.
- Mengelakari perilaku pengosongan.
- Menghitung konstanta waktu τ = RC.
- Menjelaskan bagaimana koneksi seri dan paralel mengubah kapasitansi total.
Skematik Rangkaian Pengisian dan Pengosongan
Pengaturan Eksperimen
Prosedur
Mengukur Tegangan Selama Pengisian
Rangkit rangkaian pengisian dan tutup saklar. Gunakan volmeter untuk mencatat tegangan di seluruh kapasitor seiring waktu. Perhatikan kenaikan eksponensial yang bertahap, bukan lompatan tiba-tiba.
Untuk mengatur ulang kapasitor ke nol volt, hubungkan terminalnya dengan sepotong kawat.
Konstanta waktu τ dari rangkaian RC sama dengan hasil kali resistensi dan kapasitansi. Untuk resistor 1 kΩ dan kapasitor 1 000 µF, τ = 1 detik. Ini adalah waktu yang diperlukan untuk tegangan kapasitor mencapai sekitar 63,2 % dari tegangan baterai.
Memplot tegangan versus waktu pada kertas grafik mengungkapkan kurva eksponensial terbalik khas. Konstanta waktu satu detik menawarkan resolusi yang terbatas, jadi kita sengaja memperlambat rangkaian.
Memodifikasi Konstanta Waktu
Tingkatkan τ dengan menyesuaikan:
- total resistensi (misalnya, menggunakan lebih banyak resistor secara seri), atau
- total kapasitansi (misalnya, menggunakan kapasitor secara seri atau paralel).
Eksperimen dengan berbagai kombinasi seri dan paralel dari dua resistor dan dua kapasitor untuk menemukan konfigurasi yang menghasilkan kurva pengisian yang paling lambat.
Ingat: saat menghubungkan kapasitor, pastikan kabel negatif diarahkan ke terminal negatif baterai.
Rangkaian pengosongan berperilaku serupa, tetapi tegangan dimulai pada tingkat baterai dan memperlambat setelah saklar dibuka. Ulangi eksperimen dengan berbagai susunan resistor dan kapasitor, selalu menghormati polaritas.
Simulasi Komputer
Skematik SPICE dengan nomor node:
Netlist (salin teks berikut ke dalam file teks biasa bernama rc.cir):
Rangkaian pengisian kapasitor v1 1 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u .ic 0 .tran 0.1 5 .uic .plot tran v(2,0) .end
Lembar Kerja
- Lembar Kerja Perhitungan Konstanta Waktu
- Lembar Kerja Kapasitor
