Besar kapasitansi dari kapasitor tergantung dari Jarak antar plat dan jenis perantaranya

(1)

F18-1

PENGUKURAN LEVEL PERMUKAAN CAIRAN DENGAN

PRINSIP KAPASITANSI MENGGUNAKAN PLAT SEJAJAR

Paolinus, Aprianus,Andreas Setiawan

Fakultas Sains dan Matematika, Pendidikan Fisika Universtias Kristen Satya Wacana.

email:

ABSTRAK

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang terdiri dari dua buah plat penghantar sejajar yang disekat satu sama lain dengan suatu bahan elektrik. Tujuan dari penelitian ini adalah mencari perubahan kapasitansi kapasitor dan menghitung perubahan yang di hasilkan oleh plat sejajar dengan level permukaan yang berbeda dengan cara menggantung plat aluminium secara sejajar dengan penyangga besi. Kemudian, menghubungkan tali kabel dari kapasitansimeter dengan kedua aluminium. Selanjutnya, air dimasukkan ke dalam akuarium dengan ketinggian (level) permukaan yang berbeda-beda. Nilai kapasitansi dari hasil eksperimen seiring dengan level permukaan air adalah; tanpa air = 00.4 nF, 1cm = 192.7 nF, 2cm = 4.45 F, 3cm = 8.27

F, 4cm = 12.77 F, 5cm = 17.22 F, 6cm = 19.41 F, 7cm = 19.98 F.

Kata Kunci: Kapasitor, Plat Sejajar. PENDAHULUAN

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

Suatu kapasitor plat sejajar dengan dielektrik udara dan diberi tegangan sebesar Vs diperlihatkan pada gambar1. Banyaknya muatan yang diisikan kepada kapasitor tersebut adalah sebanding dengan tegangan yang diberikan oleh sumber. Kapasitansi dari kapasitor yang dimuati dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

………..(1)

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

F18-2

Gambar1: kapasitor plat sejajar

Kapasitansi dari kapasitor berbanding lurus dengan luas plat dan berbanding terbalik dengan jarak antara plat-plat atau dapat tertulis dengan:

……….(2)

Dimana :

ε = permitivitas bahan ( Farad/m), A = luas pelat ( m2),

d = jarak antara pelat pelat (m).

Perbandingan antara permitivitas suatu bahan (ε) dengan permitivitas ruang hampa ( ) disebut permitivitas relatif atau konstanta dielektrik yaitu dinyatakan dengan

……….……(3) [2]

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

1. Kapasitansi meter

2. Akuarium (panjang = 30 cm, tinggi = 15 cm, lebar = 8 cm) 3. Tali kabel dengan penjepit buaya

4. Penyangga besi

5. Plat aluminium 2 buah (panjang 15.7cm , lebar 2cm) 6. Air

7. Skala

Metode Eksperimen

F18-3

Gambar2: Desain Alat Percobaan

HASIL DAN DISKUSI Data Praktikum:

1. Plat aluminium (panjang = 15,7 cm, lebar = 2 cm) 2. Akuarium (panjang = 30cm, lebar = 8cm, tinggi = 15cm) 3. Jarak antar plat = 1cm

Konversi

• 1 pF = 10 -12 Farad • 1 F = 10 -16 Farad • 1 nF = 10-9 Farad

No Level air (cm) Nilai kapasitansi Nilai

kapasitansi (Farad)

1 Tanpa air 00.4 nF 0.00004 x 10-5

2 1 192.7 nF 0.01927 x 10-5

3 2 4.45 F 0.445 x 10-5

4 3 8.27 F 0.827 x 10-5

5 4 12.77 F 1.277 x 10-5

6 5 17.22 F 1.722 x 10-5

7 6 19.41 F 1.941 x 10-5

8 7 19.98 F 1.99810-5

Perhitungan dengan teori

• =

• =

• =

=

=

=

Dimana:

F18-5

Perbandingan Hasil Empiris dan Eeori Percobaan Level permukaan air

(cm)

Kapasitansi (nF) Kapasitansi (Farad)

1 Tanpa air 0.27 x 10-9 0.000027 x 10-5

Tabel 1: Perhitungan berdasarkan teori

No Level air (cm) Nilai kapasitansi (Farad)

1 Tanpa air 0.00004 x 10-5

Tabel 2: Data hasil praktikum

Nilai Kapasitansi berdasarkan

Tabel 3:Perbandingan antara teori dan data hasil praktikum

F18-6 Mengacu pada eksperimen tersebut, nilai kapasitansi yang dihasilkan sesuai dengan teori yaitu bertambah terus menerus seiring dengan tingginya level permukaan air yang di berikan. Tetapi yang menjadi permasalahan adalah selisih antara nilai kapasitansi eksperimen dengan dengan perhitungan menggunakan teori sangat besar. Hal ini bisa dilihat dari tabel di atas, pada percobaan ke 7 dan 8 menunjukkan hasil yang mencapai 1.94 x 10-5 Farad dan 1.99 x 10-5 Farad atau kedua data tersebut mendekati 2 x 10-5 Farad.

Di dalam percobaan, hal – hal yang menjadi kendala dan penyebab besarnya selisih yang di hasilkan antara eksperimen dengan teori yaitu;

1. Alat kapasitansimeter yang di gunakan dalam percobaan tidak berfungsi dengan baik (error).

2. Pada saat menuangkan air ke akuarium, terkadang posisi kedua plat aluminium bergeser sehingga nilai kapasitansi yang di harapkan tidak maksimal.

3. Jarak antara kedua plat terkadang tidak sama, antara atas dan bawah sehingga ini juga mempengaruhi nilai kapasitansi yang di hasilkan.

4. Resistansi air.

KESIMPULAN

Dari eksperimen yang telah di lakukan dapat di simpulkan bahwa, kapasitansi yang dihasilkan pada plat sejajar berubah membesar seiring dengan pertambahan air (tinggi level permukaan air).

UCAPAN TERIMA KASIH

Pertama-tama kami sebagai penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak yang telah membantu.

1. Pak. Andre yang sebagai pemberi ide (gagasan) sekaligus membantu memecahkan masalah dalam perhitungan matematis. Terima kasih atas solusinya pak….

2. Mas Sigit dan mas Tri, yang selalu mendukung dalam pengadaan berbagai alat yang kami perlukan.

3. Buat teman-teman (Nuridawati lacing, Rico) yang bersedia meminjamkan handponenya untuk mengambil gambar praktikum kami. Terimakasih buat kerjasamanya.

4.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kebijakan Penanggulangan Banjir di Indonesia. Deputi Bidang Sarana dan Prasarana, Direktorat Pengairan dan Irigasi.

[2] BISMAN P,M.ENG.SC. 2003. Rancangan Kapasitansi Meter Digital. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.

[3] http:// tranducer_plat%20sejajar/New%20Folder/Konstanta_dielektrik.htm

LAMPIRAN

F18-8

5 6

7 8

Keterangan gambar:

1 : Gambar praktikum dengan tinggi air 0 cm

2 : Gambar praktikum dengan tinggi air 1 cm

3 : Gambar praktikum dengan tinggi air 2 cm

4 : Gambar praktikum dengan tinggi air 3 cm

5 : Gambar praktikum dengan tinggi air 4 cm

6 : Gambar praktikum dengan tinggi air 5 cm

7 : Gambar praktikum dengan tinggi air 6 cm

(1)

F18-1

PENGUKURAN LEVEL PERMUKAAN CAIRAN DENGAN

PRINSIP KAPASITANSI MENGGUNAKAN PLAT SEJAJAR

Paolinus, Aprianus,Andreas Setiawan

Fakultas Sains dan Matematika, Pendidikan Fisika Universtias Kristen Satya Wacana. email:

ABSTRAK

Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang terdiri dari dua buah plat penghantar sejajar yang disekat satu sama lain dengan suatu bahan elektrik. Tujuan dari penelitian ini adalah mencari perubahan kapasitansi kapasitor dan menghitung perubahan yang di hasilkan oleh plat sejajar dengan level permukaan yang berbeda dengan cara menggantung plat aluminium secara sejajar dengan penyangga besi. Kemudian, menghubungkan tali kabel dari kapasitansimeter dengan kedua aluminium. Selanjutnya, air dimasukkan ke dalam akuarium dengan ketinggian (level) permukaan yang berbeda-beda. Nilai kapasitansi dari hasil eksperimen seiring dengan level permukaan air adalah; tanpa air = 00.4 nF, 1cm = 192.7 nF, 2cm = 4.45µF, 3cm = 8.27 µF, 4cm = 12.77 µF, 5cm = 17.22 µF, 6cm = 19.41 µF, 7cm = 19.98 µF.

Kata Kunci: Kapasitor, Plat Sejajar.

PENDAHULUAN

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

Suatu kapasitor plat sejajar dengan dielektrik udara dan diberi tegangan sebesar Vs diperlihatkan pada gambar1. Banyaknya muatan yang diisikan kepada kapasitor tersebut adalah sebanding dengan tegangan yang diberikan oleh sumber. Kapasitansi dari kapasitor yang dimuati dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

………..(1) 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

F18-2

Gambar1: kapasitor plat sejajar

Kapasitansi dari kapasitor berbanding lurus dengan luas plat dan berbanding terbalik dengan jarak antara plat-plat atau dapat tertulis dengan:

……….(2) Dimana :

ε = permitivitas bahan ( Farad/m), A = luas pelat ( m2),

d = jarak antara pelat pelat (m).

Perbandingan antara permitivitas suatu bahan (ε) dengan permitivitas ruang hampa ( ) disebut permitivitas relatif atau konstanta dielektrik yaitu dinyatakan dengan

……….……(3) [2] BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

1. Kapasitansi meter

2. Akuarium (panjang = 30 cm, tinggi = 15 cm, lebar = 8 cm) 3. Tali kabel dengan penjepit buaya

4. Penyangga besi

5. Plat aluminium 2 buah (panjang 15.7cm , lebar 2cm) 6. Air

7. Skala Metode Eksperimen

Pertama-tama, menyusun peralatan seperti gambar 2. Plat aluminium di gantung secara sejajar dengan penyangga besi yang menempel pada akuarium. Kemudian, menyambungkan tali kabel dari kapasitansimeter dengan kedua aluminium. Pastikan bahwa antar kedua plat aluminium tidak saling bergoyang dan jarak antara atas dan bawah sama. Selanjutnya, air dimasukkan ke dalam akuarium dengan ketinggian (level) permukaan yang berbeda-beda. Catat berapa kapasitansi yang dihasilkan pada tiap-tiap level permukaan.

F18-3

Gambar2: Desain Alat Percobaan

HASIL DAN DISKUSI Data Praktikum:

1. Plat aluminium (panjang = 15,7 cm, lebar = 2 cm) 2. Akuarium (panjang = 30cm, lebar = 8cm, tinggi = 15cm) 3. Jarak antar plat = 1cm

Konversi

• 1 pF = 10 -12 Farad • 1 µF = 10 -16 Farad • 1 nF = 10-9 Farad

No Level air (cm) Nilai kapasitansi Nilai

kapasitansi (Farad) 1 Tanpa air 00.4 nF 0.00004 x 10-5 2 1 192.7 nF 0.01927 x 10-5 3 2 4.45 µF 0.445 x 10-5 4 3 8.27 µF 0.827 x 10-5 5 4 12.77 µF 1.277 x 10-5 6 5 17.22 µF 1.722 x 10-5 7 6 19.41 µF 1.941 x 10-5 8 7 19.98 µF 1.998 10-5

Perhitungan dengan teori

• = • = • = = = = Dimana:

F18-4 ,

, [3]

Analisis data praktikum berdasarkan teori Percobaan 1 • = = = = = Percobaan 2 • = = = = Percobaan 3 • = = = = Percobaan 4 • = = = = Percobaan 5 • = = = = Percobaan 6 • = = = = Percobaan 7 • =

F18-5 = = = Percobaan 8 • = = = =

Perbandingan Hasil Empiris dan Eeori Percobaan Level permukaan air

(cm)

Kapasitansi (nF) Kapasitansi (Farad)

1 Tanpa air 0.27 x 10-9 0.000027 x 10-5 2 1 1.67 x 10-9 0.000167 x 10-5 3 2 3.14 x 10-9 0.000314 x 10-5 4 3 4.47 x 10-9 0.000447 x 10-5 5 4 5.87 x 10-9 0.000587 x 10-5 6 5 7.44 x 10-9 0.000744 x 10-5 7 6 8.66 x 10-9 0.000866 x 10-5 8 7 10.06 x 10-9 0.001006 x 10-5

Tabel 1: Perhitungan berdasarkan teori

No Level air (cm) Nilai kapasitansi (Farad)

1 Tanpa air 0.00004 x 10-5 2 1 0.01927 x 10-5 3 2 0.445 x 10-5 4 3 0.827 x 10-5 5 4 1.277 x 10-5 6 5 1.722 x 10-5 7 6 1.941 x 10-5 8 7 1.998 x 10-5

Tabel 2: Data hasil praktikum

Nilai Kapasitansi berdasarkan perhitungan teori (Farad)

Nilai kapasitansi eksperimen (Farad) Selisih 0.000027 x 10-5 0.00004 x 10-5 0.00001 x 10-5 Farad 0.000167 x 10-5 0.01927 x 10-5 0.02 x 10-5 Farad 0.000314 x 10-5 0.445 x 10-5 0.44 x 10-5 Farad 0.000447 x 10-5 0.827 x 10-5 0.82 x 10-5 Farad 0.000587 x 10-5 1.277 x 10-5 1.27 x 10-5 Farad 0.000744 x 10-5 1.722 x 10-5 1.72 x 10-5 Farad 0.000866 x 10-5 1.941 x 10-5 1.94 x 10-5 Farad 0.001006 x 10-5 1.998 x 10-5 1.99 x 10-5 Farad

Tabel 3:Perbandingan antara teori dan data hasil praktikum

Berdasarkan teori, apabila semakin tinggi level permukaan air yang di berikan maka kapasitansi yang di hasilkan juga semakin besar.

F18-6 Mengacu pada eksperimen tersebut, nilai kapasitansi yang dihasilkan sesuai dengan teori yaitu bertambah terus menerus seiring dengan tingginya level permukaan air yang di berikan. Tetapi yang menjadi permasalahan adalah selisih antara nilai kapasitansi eksperimen dengan dengan perhitungan menggunakan teori sangat besar. Hal ini bisa dilihat dari tabel di atas, pada percobaan ke 7 dan 8 menunjukkan hasil yang mencapai 1.94 x 10-5 Farad dan 1.99 x 10-5 Farad atau kedua data tersebut mendekati 2 x 10-5 Farad.

Di dalam percobaan, hal – hal yang menjadi kendala dan penyebab besarnya selisih yang di hasilkan antara eksperimen dengan teori yaitu;

1. Alat kapasitansimeter yang di gunakan dalam percobaan tidak berfungsi dengan baik (error).

2. Pada saat menuangkan air ke akuarium, terkadang posisi kedua plat aluminium bergeser sehingga nilai kapasitansi yang di harapkan tidak maksimal.

3. Jarak antara kedua plat terkadang tidak sama, antara atas dan bawah sehingga ini juga mempengaruhi nilai kapasitansi yang di hasilkan.

4. Resistansi air.

KESIMPULAN

Dari eksperimen yang telah di lakukan dapat di simpulkan bahwa, kapasitansi yang dihasilkan pada plat sejajar berubah membesar seiring dengan pertambahan air (tinggi level permukaan air).

UCAPAN TERIMA KASIH

Pertama-tama kami sebagai penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak yang telah membantu.

1. Pak. Andre yang sebagai pemberi ide (gagasan) sekaligus membantu memecahkan masalah dalam perhitungan matematis. Terima kasih atas solusinya pak….

2. Mas Sigit dan mas Tri, yang selalu mendukung dalam pengadaan berbagai alat yang kami perlukan.

3. Buat teman-teman (Nuridawati lacing, Rico) yang bersedia meminjamkan handponenya untuk mengambil gambar praktikum kami. Terimakasih buat kerjasamanya.

4.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kebijakan Penanggulangan Banjir di Indonesia. Deputi Bidang Sarana dan Prasarana, Direktorat Pengairan dan Irigasi.

[2] BISMAN P,M.ENG.SC. 2003. Rancangan Kapasitansi Meter Digital. Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara. [3] http:// tranducer_plat%20sejajar/New%20Folder/Konstanta_dielektrik.htm

LAMPIRAN

F18-8 5 6 7 8 Keterangan gambar:

1 : Gambar praktikum dengan tinggi air 0 cm 2 : Gambar praktikum dengan tinggi air 1 cm 3 : Gambar praktikum dengan tinggi air 2 cm 4 : Gambar praktikum dengan tinggi air 3 cm 5 : Gambar praktikum dengan tinggi air 4 cm

6 : Gambar praktikum dengan tinggi air 5 cm 7 : Gambar praktikum dengan tinggi air 6 cm 8 : Gambar praktikum dengan tinggi air 7 cm