Osiloskop sebagai Penghitung Daya Efektif (E3)
|
Philin
Yolanda Dwi Sagita, Syaiful
Arifin, Endarko, M.Si, P.hD
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: syaiful10@mhs.physics.its.ac.id |
Abstrak—Praktikum Osiloskop sebagai
Penghitung Daya Efektif (E3) yang bertujuan untuk mengetahui
daya aktif, daya reaktif, dan daya nyata dari suatu rangkaian dengan
menggunakan osiloskop. Komponen dasar yang digunakan pada praktikum ini antara
lain osiloskop, multitester, transformator, kapasitor, resistor, dan kabel
penghubung. Digunakan 3 variasi resistor yang berbeda pada praktikum ini
yaitu R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, R2 (105 ± 5%) Ω, dan R3 (20
x 104 ± 5%) Ω. Sedangkan
nilai kapasitor yang digunakan memiliki kode k = 105 pF atau setara
dengan 10--7 F. Pada praktikum ini didapatkan nilai daya aktif
sebesar 29911.63508 watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 3493.60105 watt pada R2 (105 ± 5%) Ω, dan 1391.092456
watt pada R3 (20 x 104 ± 5%) Ω.
Pada praktikum ini juga didapatkan nilai daya reaktif sebesar 4281.281124 watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 321.7951882
watt pada R2 (105 ± 5%) Ω, dan
123.8942177 watt pada R3 (20 x 104 ± 5%) Ω. Sementara itu
daya nyata yang juga disebut daya pada rangkaian RC pada praktikum ini adalah
sebesar 32456.20126 watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 3792.920774 watt pada R2 (105 ± 5%) Ω, dan 1617.860315
watt pada R3 (20 x 104 ± 5%) Ω.
I. PENDAHULUAN
D
|
aya adalah energi yang dikeluarkan untuk
melakukan suatu usaha. Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan
kerja. Energi memiliki satuan Joule atau Btu. Sedangkan daya didefinisikan
sebagai laju energi yang dibangkitkan atau dikonsumsi. Satuan dari daya adalah
Joule/detik atau watt. Maka satuan energi listrik adalah watt.detik atau biasa
disebut dengan watt.hour.[2]
Gambar 1. Osiloskop Digital
Osiloskop adalah salah satu alat ukur yang dapat menampilkan
bentuk dari sinyal listrik. Tampilan dari gelombang ini dapat terbaca melalui
tabung sinar katoda. Dalam bidang elektronika, osiloskop merupakan instrumen
ukur yang memiliki posisi yang sangat vital mengingat sifatnya yang mampu
menampilkan betuk gelombang yang dihasilkan oleh rangkaian yang sedang diamati.
Osiloskop atau sering disebut dengan CRO ( Cathode Ray Oscilloscope) tersusun
atas tabung gelas yang sangat hampa berbentuk buah terung. Elektron dipancarkan
dari suatu katoda dan dipancarkan dalam berkas elektron berkecepatan tinggi
(sinar katoda) oleh sejumlah elektroda. Berkas elektron tersebut bergerak lewat
ruang hampa dari tabung dan membentur layar bundar (flusoresen). Sehingga titik
cahaya timbul pada layar dimana elektron membentur. Lintasan berkas elektron
tersebut dapat dibelokkan oleh tegangan yang diberikan. Biasanya sinyal yang
dipantau membelokkan titik menurut arah vertikal pada layar dan tegangan
lainnya yang sebanding dengan waktu membelokkan titik secara horizontal.
Akibatnya peragaan visual dan sinyal dapat dimungkinkan.[1]
Dengan osiloskop kita dapat mengetahui dan mengamati tegangan
yang terbentuk yang dapat diukur dari peak
to peak (P-P), frekuensi, periode dan tegangan AC atau DC, fasa dan
berbagai bentuk gelombang dari sinyal. Bentuk dari gelombang ada tiga macam
yaitu bentuk gelombang tegangan (berupa garis linier horizontal), sinus, bentuk
gelombang persegi, dan bentuk tegangan DC. Secara umum, osiloskop berfungsi
untuk menganalisa tingkah laku besaran yang berubah-ubah terhadap waktu yang
ditampilkan pada layar untuk melihat sinyal yang sedang diamati. Dengan
osiloskop maka kita dapat mengetahui beda fasa antara sinyal input dan sinyal keluaran. Ada beberapa kegunaan osiloskop lainnya, yaitu[6]
:
1.
Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya
terhadap waktu
2.
Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi
3.
Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangkaian
listrik
4.
Membedakan noise pada sebuah rangkaian listrik dan
hubungannya terhadap waktu
Untuk mengukur gelombang tersebut bisa menggunakan multimeter
yang dapat dilihat untuk mengukur arus dan tegangan bolak-balik dengan
gelombang sinus. Nilai yang ditunjukkan oleh multimeter adalah harga efektif.
Tetapi jika mengukur tegangan dan arus denga frekuensi diatas 20 kHz atau tidak
bergelombang sinus maka multimeter tidak cocok. Untuk kondisi seperti itu maka
digunakan osiloskop.[5]
Gambar 2. Panel Osiloskop
Untuk
mengoperasikan osiloskop maka kita harus mengenal komponen yang ada dalam
osiloskop. Osiloskop terdiri dari dua layer. Yang sebelah kiri adalah layar dan
bagian sebelah kanan adalah tombol-tombol operasi. Osiloskop terdiri dari dua
bagian utama yaitu display dan panel kontrol. Display menyerupai tampilan layar
televisi. Hanya saja tidak berwarna-warni dan berfungsi sebagai tempat sinyal
uji tampilan. Pada layar ini terdapat garis-garis melintang secara vertikal dan
horizontal yang membentuk kotak-kotak dan disebut div. arah horizontal mewakili
sumbu waktu dan garis vertikal mewakili sumbu tegangan. Sementara untuk
tombol-tombolnya terdiri atas Power On-Off, Illum, Intensity, Fokus, Kalibator,
Channel 1/Channel 2, Posisi Vertikal, Pull CH2 Inv, Volt/Cm, Variabel, Pull X
10, Dan AC GND DC.[7]
Pada bagian
panel kontrol osiloskop terdapat dua kanal yang bisa digunakan untuk melihat
dua sinyal yang berlainan, sebagai contoh kanal satu melihat sinyal input dan
kanal dua untuk melihat sinyal output. Semua alat ukur elektronik bekerja
berdasarkan sampel data, semakin tinggi sampel data, semakin akurat peralatan
elektronik tersebut.osiloskop, pada umumnya juga mempunyai sampel data yang
sangat tinggi. Oleh karena ituosiloskop merupakan alat ukur elektronik yang
mahal. Jika yang diukur adalah sebuah gelombang dengan frekuensi 2500 Hz, maka
setiap sampel akan memuat data ¼ dari sebuah gelombang penuh yang kemudian akan
ditampilkan dalam layar dengan grafik skala XY. Osiloskop dibedakan menjadi dua
macam yaitu osiloskop tipe analog (ART-Analog
Real Time Oscilloscope) dan osiloskop tipe digital (DSO-Digital Storage Oscilloscope).[3]
Daya merupakan besarnya energi yang dibutuhkan per satuan waktu dari suatu
alat. Daya terdapat bermacam-macam, diantaranya daya aktif, daya reaktif, daya
efektif dan daya nyata. Besarnya daya
yang digunakan suatu alat listrik dapat diketahui dengan mengunakan osiloskop.
Pada mekanika, yang dimaksud
dengan daya adalah kecepatan melakukan usaha. Adapun, pada listrik dinamik,
daya listrik(P) adalah jumlah energi listrik(W) yang digunakan tiap detik(t).
Satuan daya listrik dalam SI adalah watt atau Joule/detik. Untuk daya listrik
yang besar menggunakan satuan kilowatt atau megawatt. Dari definisi tersebut
maka daya dapat dirumuskan :
…………………………………………(1)
………………………………………….(2)
Sehingga jika
dilihat dari rumus diatas maka daya dapat dicari dengan perkalian antara
tegangan(V) dan arus(i).
Gambar 3. Arah aliran arus listrik
Penjabaran
mengenai daya akan didefinisikan satu persatu sebagai berikut.
a.
Daya Aktif
Daya aktif
(Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi
sebenarnya.Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya,
mekanik dan lain – lain.
P = V. I . Cos φ……………………….(3)
Daya ini
digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk kerja.
b.
Daya Reaktif
Daya reaktif
adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet.
Daripembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh
daya yang
menimbulkan daya reaktif adalah
transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan daya reaktif adalah
Var.
Q = V. I. Sin φ………………………...(4)
c.
Daya Nyata
Daya nyata
(Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms
dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan
trigonometri dayaaktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.[4]
Gambar 4. Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu
Faktor daya (Cos ) dapat
didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara daya aktif (Watt) dan daya
nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I
yang biasanya dinyatakan dalam cos φ .
Faktor Daya =
=
= Cos
φ
Jadi, Cos
φ = ……………………...(5)
II.METODE
Langkah awal dalam melakukan praktikum
ini adalah menyiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam pelaksanaan
praktikum, yaitu satu buah osiloskop,
satu buah multitester AC, satu buah transformator, satu buah kapasitor, 3 buah
resistor, dan beberapa kabel penghubung. Pada praktikum ini digunakan 3 variasi
resistor yang berbeda yaitu R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, R2 (105
± 5%) Ω, dan R3 (20 x 104 ± 5%) Ω. Sedangkan nilai kapasitor yang digunakan memiliki kode k = 105
pF atau setara dengan 10--7 F. Setelah itu dilakukan pengecekan
tombol-tombol pada osiloskop agar dapat berfungsi dan kemudian mengatur
gelombang yang digunakan pada percobaan ini. Kemudian alat dan bahan dirangkai
sesuai dengan gambar rangkaian percobaan dibawah ini.
Gambar
5. Rangkaian RLC yang akan digunakan pada percobaan osiloskop sebagai
penghitung daya efektif
Sebelum digunakan, sebaikkan osiloskop
terlebih dahulu dikalibrasi. Kemudian rangkaian tersebut disambungkan
dengan sumber arus listrik dan osiloskop. Jika semua telah terhubung, maka
osiloskop siap untuk dinyalakan. Setelah dinyalakan, osiloskop harus dibiarkan
diam terlebih dahulu selama sekitar 30 detik kemudian power suply dinyalakan.
Pada
praktikum ini akan dilakukan 3 jenis pengamatan, yaitu pengamatan nilai arus
listrik yang melewati rangkaian dengan menggunakan multitester, pengamatan
nilai tegangan listrik dengan menggunakan channel 1 pada osiloskop dan
pengamatan beda fase rangkaian dengan menggunakan channel 2 pada osiloskop.
Setelah
rangkaian dirangkai sesuai dengan gambar 5 diatas, selanjutnya diukur nilai
arus listrik yang melewati rangkaian RC baik pada rangkaian dengan menggunkan
R1, R2, maupun R3 dengan menggunakan multitester yang dirangkai seri dengan
rangkaian.
Selanjutnya dilakukan pengamatan nilai tegangan listrik rangkaian
dengan menggunakan channel 1 pada osiloskop. Adapun metodologi untuk pengamatan
nilai tegangan listrik ini adalah sebagai berikut. Pada channel 1 yang memiliki
percabangan kanal dan kabel penjepit berwarna biru dihubungkan dengan
titik-titik pada rangkaian yang ingin diukur tegangan listriknya. Misalnya jika
ingin mengukur tegangan listrik RC maka hubungkan kanal dan kabel penjepit berwarna
biru dengan titik di ujung resistor dan kapasitor. Sedangkan jika ingin
mengukur tegangan listrik pada resistor dan kapasitor, maka kanal dan kabel
penjepit berwarna biru tersebut diletakkan disebelah samping kanan dan kiri
pada resistor atau kapasitor tersebut. Setelah itu atur tombol Channel
1/Channel 2 pada osiloskop sehingga tombol penunjuk menunjuk pada bagian
channel 1. Kemudian atur tombol-tombol pada osiloskop hingga pada layar
terbentuk gelombang sinusoidal sesuai dengan yang diinginkan. Lalu catat nilai
P-P, periode, dan frekuensi yang ditunjukkan pada layar osiloskop.
Kemudian setelah mendapatkan data pada pengamatan kedua tersebut,
selanjutnya dilakukan pengamatan nilai beda fase antara tegangan pada rangkaian
RC dan tegangan pada resistor atau kapasitor. Adapun metodologi yang digunakan
pada pengamatan ini antara lain kanal dan kabel penjepit yang berwarna hijau
dihubungkan dengan rangkaian yang terdiri dari komponen resistor dan kapasitor,
sedangkan kanal dan kabel penjepit berwarna biru dihubungkan dengan rangkaian
resistor atau kapasitor saja. Setelah itu atur tombol Channel 1/Channel 2 pada
osiloskop sehingga tombol penunjuk menunjuk pada bagian channel 2. Kemudian
atur tombol-tombol pada osiloskop hingga pada layar terbentuk dua buah
gelombang sinusoidal yaitu gelombang sinusoidal untuk tegangan listrik RC dan
gelomabang sinusoidal untuk tegangan listrik R atau C. Lalu catat nilai P-P,
periode, dan frekuensi yang ditunjukkan pada layar osiloskop.
Lalu ubahlah jenis resistor yang digunakan untuk R2 dan R3 dan
lakukan metode praktikum sesuai dengan yang telah dilakukan pada praktikum
dengan resistor R1 sebelumnya.
III. HASIL DAN
PEMBAHASAN
Praktikum Osiloskop
Sebagai Penghitung Daya Efektif (E3) ini bertujuan untuk untuk mengetahui daya aktif, daya reaktif, daya
nyata dan daya efektif dari suatu rangkaian dengan menggunakan osiloskop. Pada praktikum ini dilakukan 3 jenis pengamatan yaitu yaitu pengamatan nilai arus
listrik yang melewati rangkaian dengan menggunakan multitester, pengamatan
nilai tegangan listrik dengan menggunakan channel 1 pada osiloskop dan
pengamatan beda fase rangkaian dengan menggunakan channel 2 pada osiloskop.
Pada
pengamatan pertama, dengan menggunakan multitester yang dirangkai seri dengan
rangkaian RC, selanjutnya kita amati nilai arus listrik yang melewati rangkaian
pada skala penunjukan multitester. Pengamatan ini cukup hanya dilakukan satu
kali karena resistor dan kapasitor pada praktikum ini dirangkai secara seri dan
nilai arus listrik yang melewati rangkaian listrik seri selalu sama. Adapun
nilai arus listrik yang melewati rangkaian RC untuk 3 variasi resistor yang
digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut.
Tabel 1. Data Hasil Pengamatan Arus Listrik pada Rangkaian RC.
Arus Listrik pada
Rangkaian RC (Ampere)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
10200
|
900
|
520
|
Setelah
mengetahui nilai arus listrik yang melalui rangkaian, selanjutnya kita akan
mengamati nilai tegangan listrik AC pada rangkaian RC, R, dan C. Akan tetapi
pada praktikum ini kita tidak akan mengamati nilai tegangan listrik AC tersebut
melalui multitester lagi. Kali ini kita akan mengamati nilai tegangan AC rangkaian
melalui osiloskop. Namun pada osiloskop nilai tegangan AC itu juga tidak akan
diberikan secara langsung. Pada osiloskop akan terbentuk sebuah gelombang
sinusoidal untuk masing-masing rangkaian RC, R, dan C yang dilengkapi dengan
keterangan Peak to Peak (P-P),
Frekuensi, dan Periode. Dari ketiga keterangan tersebut kita dapat menentukan
nilai tegangan AC maksimum, frekuensi dan periode pergerakan gelombang. Adapun
data hasil pengamatan praktikan untuk pengamatan kedua ini pada rangkaian RC antara
lain sebagai berikut.
Tabel 2. Data Hasil Pengamatan Nilai P-P, Periode dan Frekuensi
pada Rangkaian RC.
Rangkaian RC
|
||||||||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
||||||
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
9
|
50
|
20000
|
11.92
|
50.12
|
19.950
|
8.8
|
50
|
20000
|
Setelah
mengukur dan mengamati gelombang sinusoidal tegangan AC pada rangkaian RC,
selanjutnya kanal dan kabel penjepit berwarna biru dihubungkan dengan rangkaian
resistor saja. Kemudian, setelah tombol-tombol pada osiloskop diatur, kita akan
dapat mengamati bentuk gelombang sinusoidal tegangan pada rangkaian resistor
beserta nilai Peak to Peak (P-P),
Frekuensi, dan Periodenya. Adapun data hasil pengamatan praktikan untuk
pengamatan kedua ini pada rangkaian R dengan 3 variasi resistor yang berbeda
antara lain sebagai berikut.
Tabel 3. Data Hasil Pengamatan Nilai P-P, Periode dan Frekuensi
pada Resistor.
Rangkaian Resistor
|
||||||||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
||||||
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
8.64
|
50
|
20000
|
11.44
|
50.12
|
19.950
|
8.16
|
50
|
20000
|
Selanjutnya
kanal dan kabel penjepit berwarna biru dihubungkan dengan rangkaian kapasitor
saja. Kemudian, setelah tombol-tombol pada osiloskop diatur, kita akan dapat
mengamati bentuk gelombang sinusoidal tegangan AC pada rangkaian kapasitor
beserta nilai Peak to Peak (P-P),
Frekuensi, dan Periodenya. Adapun data hasil pengamatan praktikan untuk
pengamatan kedua ini pada rangkaian C dengan 3 variasi resistor yang berbeda
antara lain sebagai berikut.
Tabel 4. Data Hasil Pengamatan Nilai P-P, Periode dan Frekuensi
pada Kapasitor.
Rangkaian Kapasitor
|
||||||||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
||||||
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
P-P
|
F
|
T
|
4.24
|
50
|
20000
|
3.6
|
50.12
|
19.95
|
1.8
|
50
|
20000
|
Pada
pengamatan ketiga, kita akan mengamati nilai beda fasa antara gelombang
sinusoidal yang dibentuk oleh tegangan AC pada rangkaian RC dan tegangan AC
pada resistor dan kapasitor.
Akan
tetapi pada pengamatan yang dilakukan pada beda fasa antara tegangan AC pada
rangkaian RC dan tegangan AC pada resistor, diketahui bahwa tidak ada beda fase
yang terbentuk. Pada osiloskop dapat terlihat bahwa tinggi amplitudo antara
kedua gelombang memang berbeda, gelombang tegangan AC pada rangkaian RC
memiliki amplitudo lebih besar daripada gelombang tegangan AC pada resistor,
akan tetapi pada kedua gelombang tersebut tidak memiliki beda fasa. Adapun kronologi
kejadian yang menyebabkan hal itu terjadi adalah sebagai berikut. Arus listrik
yang melewati rangkaian RC dan resistor adalah sama karena resistor dan
kapasitor pada praktikum ini disusun secara seri sehingga arus yang melewati
rangkaian RC dan resistor adalah sama. Sementara itu, seiring dengan datangnya
arus listrik yang melewati komponen resistor, maka pada saat itu pula tegangan
jepit diantara ujung-ujung resistor terbentuk. Sehingga waktu terbentuknya arus
listrik AC pada resistor memiliki fase yang sama dengan waktu terbentuknya
tegangan AC-nya. Sehingga antara tegangan AC pada resistor dan arus listrik
total pada rangkaian RC memiliki fase yang sama dengan tegangan AC total pada
rangkaian RC. Teori tersebut dapat diamati dan dibuktikan pada beda fase yang
dibentuk antara rangkaian RC dan resistor pada tampilan osiloskop berikut ini.
Gambar 6. Beda Fase antara Rangkaian RC dan R1
Gambar 7. Beda Fase antara Rangkaian RC dan R2
Gambar 8. Beda Fase antara Rangkaian RC dan R3
Sementara
itu, antara gelombang tegangan AC pada kapasitor dan gelombang tegangan pada
rangkaian RC memiliki beda fase waktu yang cukup mencolok seperti yang
dipaparkan pada tabel 5 dibawah ini.
Tabel 5. Data Hasil Pengamatan Beda Fase antara Rangkaian RC dan
Kapasitor
Beda Fase Waktu
antara Rangkaian RC dan C (second)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
3600
|
4000
|
4400
|
Adapun
kronologi kejadian yang menyebabkan terjadinya beda fase waktu antara tegangan
AC pada rangkaian RC dan tegangan AC pada kapasitor adalah sebagai berikut.
Sama seperti kronologi arus listrik pada komponen resistor sebelumnya yaitu
arus listrik yang melewati rangkaian RC dan kapasitor memiliki nilai yang sama
karena resistor dan kapasitor pada praktikum ini disusun secara seri sehingga
arus yang melewati rangkaian RC dan kapasitor adalah sama. Akan tetapi, pada
saat arus listrik mulai mengisi muatan pada kedua plat kapasitor, pada saat itu
di kapasitor masih belum muncul adanya tegangan listrik. Tegangan listrik pada kedua
plat kapasitor baru muncul setelah plat kapasitor mulai terisi muatan, sehingga
plat yang berhadapan langsung dengan muatan positif pada sumber akan bermuatan
positif dan plat kapasitor yang berhadapan langsung dengan muatan negatif
sumber akan bermuatan negatif. Sehingga fase waktu terbentuknya tegangan AC
pada kapasitor lebih lambat daripada fase waktu terbentuknya arus listrik pada
rangkaian. Sedangkan, berdasarkan pengamatan beda fase waktu antara tegangan AC
pada rangkaian RC dan resistor pada pengamatan sebelumnya, dapat kita ketahui
bahwa waktu terbentuknya tegangan AC pada rangkaian RC memiliki fase yang sama
dengan waktu terbentuknya arus listriknya. Sementara itu, pada kapasitor
terdapat selisih antara waktu masuknya arus listrik pada kapasitor dan waktu
terbentuknya tegangan pada kapasitor. Fase waktu terbentuknya tegangan AC pada
kapasitor relatif lebih lambat daripada fase waktu terbentuknya arus
listriknya. Sehingga akan terbentuk beda fase waktu antara gelombang tegangan
AC pada rangkaian RC dan tegangan AC pada kapasitor sesuai dengan penunjukan
kedua gelombang pada layar osiloskop dibawah ini.
Gambar 9. Beda Fase antara Rangkaian RC dan C
pada saat Resistor
yang digunakan adalah R1
Gambar 10. Beda Fase antara Rangkaian RC dan C
pada saat Resistor
yang digunakan adalah R2
Gambar 11. Beda Fase antara Rangkaian RC dan C
pada saat
Resistor yang digunakan adalah R3
Setelah
kita melakukan ketiga pengamatan tersebut, selanjutnya kita akan melakukan
perhitungan untuk menghitung nilai tegangan maksimum baik pada rangkaian RC,
resistor maupun kapasitor. Pada osiloskop tegangan maksimum ini ditunjukkan
oleh puncak gelombang. Adapun persamaan rumus yang digunakan untuk mendapatkan
nilai tegangan maksimum pada rangkaian adalah sebagai berikut.
Vmax = …………………………(6)
Dengan
memanfaatkan persamaan (6) diatas, kita dapat mengetahui nilai tegangan
maksimum yang terbentuk untuk masing-masing gelombang sinusoidal tegangan AC
masing-masing. Adapun data hasil perhitungan tegangan maksimum yang terbentuk
pada rangkaian RC untuk ketiga variasi resistor yang digunakan adalah sebagai
berikut
Tabel 6. Data Hasil Perhitungan Nilai Vmax pada Rangkaian RC
Vmax pada Rangkaian
RC (volt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
4.5
|
5.96
|
4.4
|
Sementara itu,
data hasil perhitungan tegangan maksimum yang terbentuk pada resistor untuk
ketiga variasi resistor yang digunakan adalah sebagai berikut
Tabel 7. Data Hasil Perhitungan Nilai Vmax pada Rangkaian R
Vmax pada Rangkaian
R (volt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
4.32
|
5.72
|
4.08
|
Begitu pula
dengan data hasil perhitungan tegangan maksimum yang terbentuk pada kapasitor
untuk ketiga variasi resistor yang digunakan adalah sebagai berikut
Tabel 8. Data Hasil Perhitungan Nilai Vmax pada Rangkaian C
Vmax pada Rangkaian
C (volt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
2.12
|
1.8
|
0.9
|
Setelah
kita mengetahui nilai tegangan maksimum untuk masing-masing rangkaian RC,
resistor dan kapasitor, selanjutnya kita akan menentukan nilai daya pada ketiga
rangkaian tersebut, yakni rangkaian RC, R, dan C dengan memanfaatkan persamaan
dibawah ini.
P = ………………….(7)
Sehingga
dengan menggunakan persamaan (7) diatas, kita dapat menentukan nilai daya pada
rangkaian RC untuk masing-masing variasi resistor seperti yang akan dipaparkan
pada tabel 9 berikut ini.
Tabel 9. Data Hasil Perhitungan Nilai Daya pada Rangkaian RC
PRC (watt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
32456.20126
|
3792.920774
|
1617.860315
|
Begitu
pula dengan data hasil perhitungan nilai daya pada rangkaian resistor untuk
masing-masing variasi resistor seperti yang akan dipaparkan pada tabel 10
berikut ini.
Tabel 10. Data Hasil Perhitungan Nilai Daya pada Rangkaian R
PR (watt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
31157.95321
|
3640.18571
|
1500.197747
|
Dengan
menggunakan persamaan yang sama, yakni persamaan (7), kita juga dapat menentukan
nilai daya pada rangkaian kapasitor untuk masing-masing variasi resistor
seperti yang akan dipaparkan pada tabel 11 berikut ini.
Tabel 11. Data Hasil Perhitungan Nilai Daya pada Rangkaian C
PC (watt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
15290.47704
|
1145.512986
|
330.9259736
|
Untuk
mengetahui nilai daya aktif adan reaktif pada rangkaian, terlebih dahulu kita
harus mengetahui nilai faktor daya sesuai dengan persamaan (5) sebelumnya
sehingga dengan mengetahui faktor daya tersebut kita dapat menentukan nilai
sudut yang mengapit daya aktif dan daya nyata sesuai dengan gambar (4) diatas.
Adapun persamaan Faktor Daya tersebut anatra lain sebagai berikut.
Cos ϕ = ……………………(5)
Sehingga
dengan memanfaatkan persamaan (5) diatas, kita dapat menentukan faktor daya
pada rangkaian RC untuk ketiga variasi resistor yang digunakan seperti yang
ditunjukkan pada tabel 12 berikut ini.
Tabel 12. Data Hasil Perhitungan Nilai Faktor Daya pada Rangkaian
RC
Faktor Daya (RC)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
0.96
|
0.959731544
|
0.927272727
|
Pada
praktikum ini tidak dilakukan perhitungan nilai faktor daya pada rangkaian RC,
resistor dan kapasitor, namun hanya faktor daya pada rangkaian resistor. Karena
faktor daya ini adalah rasio
perbandingan antara daya aktif (Watt) pada resistor dan daya nyata (VA) pada
rangkaian RC yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan
I. Sehingga perhitungan faktor daya ini dilakukan untuk keseluruhan rangkaian
listrik bukan untuk masing-masing percabangan komponen.
Selanjutnya,
setelah kita mengetahui nilai faktor daya pada rangkaian RC, kita dapat
menentukan nilai sudut yang mengapit daya aktif pada resistor dan daya nyata
pada rangkaian RC dengan menggunakan persamaan dibawah ini.
Φ = arc cos ………………………..(8)
Sebenarnya
persamaan (8) diatas merupakan modifikasi persamaan (5) mengenai faktor daya
yang dimodifikasi ulang hingga didapatkan nilai sudut yang mengapit daya aktif
dan daya nyata pada rangkaian RC seperti yang ditunjuakkan pada tabel 13
dibawah ini.
Tabel 13. Data Hasil Perhitungan Nilai Sudut (ϕ) pada Rangkaian RC
Nilai Sudut (ϕ)
pada Rangkaian RC (o)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
16.26
|
16.315
|
21.9864
|
Setelah
kita mengetahui nilai sudut pengapit daya aktif dan daya nyata pada rangkaian
RC, selanjutnya kita dapat menentukan nilai daya aktif pada resistor maupun
daya reaktif pada kapasitor. Adapun persamaan yang dapat digunakan untuk
menentukan nilai daya aktif pada resistor adalah sebagai berikut.
Paktif = V. I. cos ϕ………………………(3)
Akhirnya,
dengan memanfaatkan persamaan (3) diatas kita dapat menentukan nilai daya aktif
pada rangkaian untuk setiap variasi resisitor yang digunakan adalah sebagai
berikut.
Tabel 14. Data Hasil Perhitungan Nilai Daya Aktif pada Resistor
Paktif
(watt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
29911.63508
|
3493.60105
|
1391.092456
|
Begitu
pula dengan daya reaktif pada kapasitor, dengan memanfaatkan nilai sudut
pengapit daya aktif dan daya nyata untuk masing-masing variasi resistor yang
digunakan sesuai dengan tabel (13), kita juga dapat menentukan nilai daya
reaktif pada kapasitor sesuai dengan persamaan mencari daya reaktif dibawah
ini.
Preaktif = V. I. sin ϕ…………………...(4)
Karena
nilai sudut yang mengapit daya aktif dan daya nyata pada rangkaian untuk setiap
variasi resistor yang digunakan berbeda, maka daya reaktif yang dihasilkan pada
praktikum ini juga menghasilkan nilai yang berbeda sesuai dengan nilai
resisitor yang digunakan. Hal itu dapat dilihat pada tabel 15 dibawah ini.
Tabel 15. Data Hasil Perhitungan Nilai Daya Reaktif pada Kapasitor
Preaktif
(watt)
|
||
R1
(92 x 103
± 10%) Ω
|
R2
(105 ±
5%) Ω
|
R3
(20 x 104
± 5%) Ω
|
4281.281124
|
321.7951882
|
123.8942177
|
IV.KESIMPULAN
Pada praktikum
Osiloskop sebagai Penghitung Daya Efektif (E3) didapatkan nilai daya aktif
sebesar 29911.63508 watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 3493.60105 watt
pada R2 (105 ± 5%) Ω, dan 1391.092456 watt pada R3 (20 x 104
± 5%) Ω. Pada praktikum ini juga didapatkan nilai daya reaktif sebesar 4281.281124
watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 321.7951882 watt pada R2 (105
± 5%) Ω, dan 123.8942177 watt pada R3 (20 x 104 ± 5%) Ω. Sementara
itu daya nyata yang juga disebut daya pada rangkaian RC pada praktikum ini
adalah sebesar 32456.20126 watt pada R1 (92 x 103 ± 10%) Ω, 3792.920774
watt pada R2 (105 ± 5%) Ω, dan 1617.860315 watt pada R3 (20 x 104
± 5%) Ω.
UCAPAN TERIMA KASIH
Para penulis
mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Elektronika Dasar 1 yang telah membimbing kami dalam
melaksanakan praktikum ini, serta teman-teman yang telah membantu dalam
praktikum ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Cooper,
D. William. 1999. Instrumentasi
Elektronik dan Teknik Pengukuran. Penerbit Erlangga, Jakarta. (pp 117-168)
[2] Jones, D. Larry & Chn, A. Foster.
2011. Electronic Instruments & Measurement. Wiley &Son, New York. (pp
284-349)
[3] Margunadi, A.R. 1990. Teori Rangkaian. Penerbit Erlangga,
Jakarta.
[4] Suryatmo, F. 1986. Teknik Listrik Pengukuran. Bina Aksara,
Jakarta.
[5] Bueche, Freserick J dan Hecht,
Eugene. 2006. Fisika Universitas.
Penerbit Erlangga, Jakarta.
[6] Giancolli, Douglas C. 2001. Fisika. Penerbit Erlangga, Jakarta.
[7] Kularatna, Nihal. 2003. Fundamental Of Oscilloscope, Digitasl and
Analogue Instrumentation : Testing and Measurement, Institution Of Enggineering
and Technology. (pp. 165-208)
menguktip kutipan 1:
BalasHapus"Pada praktikum ini tidak dilakukan perhitungan nilai faktor daya pada rangkaian RC, resistor dan kapasitor, namun hanya faktor daya pada rangkaian resistor"
FAKTOR DAYA ITU MEMANGNYA APA SIH? kok faktor daya yg dihitung di resistor? memangnya terjadi beda fasa antara arus dan tegangan pada resistor di rangkaian arus bolak balik di atas??? beda fasa yg anda ukur APA dan APA?
mengutip kutipan 2:
"Pada pengamatan ketiga, kita akan mengamati nilai beda fasa antara gelombang sinusoidal yang dibentuk oleh tegangan AC pada rangkaian RC dan tegangan AC pada resistor dan kapasitor."
Itu rangkaiannya R dan C di seri dengan sumber AC kan ya? ya jelas tegangannya berhimpit lha yang diukur titik yg sama. perhatikan kalimat ini:
"tegangan AC pada rangkaian RC dan tegangan AC pada resistor dan kapasitor."
kutipan 3 :
"Akan tetapi pada pengamatan yang dilakukan pada beda fasa antara tegangan AC pada rangkaian RC dan tegangan AC pada resistor, diketahui bahwa tidak ada beda fase yang terbentuk." KOK BISA??? padahal di percobaan 2 anda ada beda fasa antara teg. C dan RC. kan rangkaiannya sama (R dan C seri). Harusnya ada beda fasa karena rangkaian anda ada beban kapasitif. di percobaan 1 terlihat tidak ada beda fasa karena efek dari ambil titik yang salah. coba ambil pengukuran I di titik AB dan pengukuran II di titik AC! amati di osiloskop pasti beda. seperti gambar ini:
.---/\/\/\/\--------.-------||---------.
|A Resistor B kapasitor C|
| |
| |
(vAC) |
| |
| |
| |
.--------------------------------------.
percobaan 1 atau 2 di atas cuma ngukur beda fasa tegangan pada R dan RC atau C dan RC saja. bukan beda fasa arus yg lewat di rangkaian dan tegangan di C. Padahal untuk tahu FAKTOR DAYA cos phi harus tahu beda sudut arus di rangkaian dan tegangan di C. Caranya ukur tegangan di Resistor (Probe osiloskop pada titik AB), jadikan ini sebagai fasa arus di rangkaian. karena arus di R sefasa dengan tegangan di R. Catat Vmaks (puncak). TRUS bandingkan dengan fasa tegangan di kapasitor (titik BC), ini sebagai tegangan C. Catat Vmaks (puncak). masukkan rumus:
DAYA SEMU = Vefektif x Iefektif
DAYA EFEKTIF = DAYA SEMU x FAKTOR DAYA
= Vefektif x Iefektif x FAKTOR DAYA
FAKTOR DAYA = COS PHI
dengan Phi adalah beda fasa antara arus dan tegangan di kapasitor ATAU beda fasa daya efektif (WATT) dan daya semu (VA,voltampere) pada kapasitor.
Vefektif =0,707 x Vmaks,
Iefektif =0,707 x Imaks.
Yg anda hitung di atas adaalah Vmaks bukan Vefektif. untuk mendapatkan Vefektif perlu dikalikan 0,707.
di resistor tidak ada istilah daya efektif karena arus dan tegangannya selalu sefasa, daya efektif hanya berlaku di beban kapasitif (ex kapasitor) dan induktif (ex induktor).
FINALLY:
Tolong hati hati kalau mempublish pengetahuan sebelum tahu dasarnya, oke lah di bab 2 anda ada referensi. it's okey. tapi yg di bab pembahasan dn perhitungan, itu dari mana dasarnya???? seperti yg saya kutip di atas...
SALAM
Fithro (PHYSICS '07).
O ya, untuk tahu Iefetif di rangkaian bisa dari pengukuran langsung pakek amperemeter. ATAU dari perhitungan: Vefektif di resistor dibagi hambatannya. Vefektif resistor sendiri = Vmaks resistor x 0,707.
BalasHapusSALAM
Fithro (PHYSICS '07)