Muatan listrik ini

Listrik
Statis
mempelajari tentang muatan listrik dalam keadaan diam
Hukum Coulomb
medan listrik
Gaya tarik menarik/tolak menolak antara dua benda
yang bermuatan listrik adl berbanding lurus dgn
muatan masing-masing benda dan berbanding
terbalik dgn kuadrat jarak antara kedua benda
tersebut.
hukum Gauss
energi potensial listrik dan
potensial listrik
LISTRIK STATIS
kapasitor
kapasitas kapasitor keping sejajar
rangkaian kapasitor
energi yang tersimpan dalam kapasitor
Standart Kompetensi
1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian
masalah dan produk teknologi
Kompetensi Dasar
2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi
potensial listrik, serta penerapannya pada keping sejajar
Indikator
1. Memahami definisi listrik statis
2. Memahami definisi atom, bagian-bagian atom, muatan atom dan sifat muatan
listrik
3. Memformulasikan hukum Coulomb dalam permasalahan fisika
4. Memformulasikan Medan Listrik dalam permasalahan fisika
5. Memformulasikan Hukum Gauss
6. Memformulasikan potensial listrik dan kaitannya dengan medan listrik
7. Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan medan listrik dan
potensial listrik
8. Mendefinisikan kapasitor
9. Memformulasikan cara kerja kapasitor keping sejajar
10. Menganalisis rangkaian kapasitor
50 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
11. Menentukan energi yang tersimpan di dalam kapasitor yang bermuatan
LISTRIK STATIS
 Definisi Listrik Statis
Listrik statis mempelajari tentang muatan listrik dalam keadaan diam.
 Atom
Semua zat / materi disusun oleh atom-atom. Atom adalah
bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat
unsur tersebut. Atom disusun oleh partikel subatom (tiga
partikel subatom yang penting adalah proton, elekron dan
neutron)
Elektron pada suatu atom dapat berpindah ke atom lain, sedangkan proton sangat
sulit
untuk
berpindah.
Sehingga
perpindahan
elektron
tersebut
dapat
mengakibatkan suatu atom kekurangan/kelebihan elektron, hal ini menyebabkan
atom menjadi bermuatan listrik.
Muatan suatu atom ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektron yang dimiliki
atom tersebut:
 Atom bermuatan positif : jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah
elektron
 Atom bermuatan negatif : jumlah proton lebih kecil daripada jumlah elektron
 Atom tidak bermuatan listrik (netral) : jika jumlah proton = jumlah elektron
Suatu benda akan bermuatan listrik positif jika kekurangan elektron, sebaliknya
suatu benda akan bermuatan listrik negatif jika kelebihan elektron.
Menggosok suatu benda dengan benda lain dapat memberi muatan listrik. Contoh:
Bahan-bahan
Hasil
Proses
Plastik – kain wol
Plastik(–), kain wol (+)
Elektron dari kain wol berpindah ke plastik
Balon – kain wol
Balon (–), kain wol (+)
Elektron dari kain wol berpindah ke balon
Sisir – rambut manusia
Sisir (–), rambut manusia (+)
Elektron dari rambut berpindah ke sisir
51 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Kaca – kain sutera
Kaca (+), kain sutera (–)
Statis
Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera
 Sifat Muatan Listrik
 Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak
 Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menari
Contoh Soal
1. 4 buah benda bermuatan listrik, yaitu P, Q, R, dan S. P menarik Q, dan Q
menarik R, jika S menarik P, dan S bermuatan positif maka.....
a. P dan R memiliki jenis muatan yang sama
b. P dan Q memiliki jenis muatan yang sama
c. P dan S bermuatan negatif
d. Q dan R bermuatan positif
e. P dan R bermuatan positif
2. Ada empat buah muatan A, B, C dan D. A menolak B, A menarik A, C menolak
D, dan D bermuatan positif. Apakah jenis muatan lainnya.....
a. A bermuatan negatif, B bermuatan positif, C bermuatan negatif
b. A bermuatan negatif, B bermuatan negatif, C bermuatan positif
c. A bermuatan positif, B bermuatan negatif, C bermuatan negatif
d. A bermuatan positif, B bermuatan negatif, C bermuatan positif
e. A bermuatan negatif, B bermuatan negatif, C bermuatan negatif
3. Ada empat buah muatan P, Q, R, dan S. P menarik Q, P menolak R, R menarik
S, dan R bermuatan negatif. Tentukan jenis-jenis muatan lainnya.....
a. P bermuatan negatif, Q bermuatan positif, dan S bermuatan positif
b. P bermuatan negatif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan positif
c. P bermuatan negatif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan negatif
d. P bermuatan positif, Q bermuatan positif, dan S bermuatan negatif
e. P bermuatan positif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan positif
 Hukum Coulomb
“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan
listrik adalah berbanding lurus (sebanding) dengan besar muatan masing-masing
benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut”
Secara matematis: 𝑭
=𝒌
52 | F i s i k a
𝑸𝟏 𝑸𝟐
SMA
𝒓𝟐
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Keterangan:
F
= gaya tarik menarik/tolak menolak (Newton)
K
= konstanta (9 x 109 Nm2/C2)
Q1, Q2 = muatan listrik (C)
r = jarak antara dua muatan (m)
Contoh Soal
1. Dua benda masing-masing bermuatan listrik Q1 = 3 x 10-9 C dan Q1 = 6 x 10-9 C,
yang dipisahkan sejauh 0,3 m. Tentukan besar gaya antara kedua benda itu! (k
= 9 x 109 Nm2/C2)
2. Dua benda bermuatan masing-masing 30 C dan 15 C. Jarak kedua muatan
itu 15 cm. Besarnya gaya listrik yang terjadi ... . (1 C = 1 x 10-6 C)
a. 1,8 x 102 N
c. 1,8 x 10-5 N
b. 1,8 x 100 N
d. 1,8 x 10-9 N
3. Dua muatan titik yang terpisah yang terpisah 1 meter saling tolak dengan gaya 9
N. Berapakah gaya tolak tersebut ketika kedua muatan terpisah 3 meter?
a. 1 N
c. 27 N
b. 3 N
d. 81 N
4. Gaya tarik listrik antara dua muatan titik adalah F. Muatan pada salah satu
benda dijadikan empat kalinya, dan muatan pada benda lainnya dijadikan dua
kalinya. Gaya tarik listrik antara benda-benda sekarang menjadi....
a. 8F
c. 2F
b. 4F
d. F
Kaji Soal
1. Dua muatan listrik yang terpisahkan sejauh 10 cm mengalami gaya tarikmenarik ( FA ) 10 N. Gaya tarik antara kedua muatan jika terpisah sejauh 5 cm
sebesar ....
a. 10 N
c. 30 N
b. 20 N
d. 40 N
e. 50 N
2. Titik A dan B masing-masing bermuatan listrik −10 𝜇C dan 40 𝜇C. Mula-mula
kedua muatan diletakkan terpisah 0,5 meter sehingga timbul gaya coulomb
Newton. Jika jarak A dan B diubah menjadi 1,5 meter, maka gaya coulomb yang
timbul adalah ....
a. 1/9 F
c. 3/2 F
b. 1/3 F
d. 3 F
53 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 9 F
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
3. Dua muatan berjarak 2 meter berada di udara. Apabila jarak kedua muatan
dijadikan 6 kali semula, maka besar gaya coulomb menjadi ....
a. 1/2 kali semula
c. 1/9 kali semula
b. 1/4 kali semula
d. 1/16 kali semula
e. 1/36 kali semula
4. Suatu gaya tarik menarik antara dua muatan A dan B adalah F. Jika muatan A
diperbesar 2 kali, maka besar gayanya (F) menjadi ... .
a. ¼ F
c. 2 F
b. ½ F
d. 3 F
5. Bila gaya tolak menolak antara dua muatan A dan B adalah F dan jarak antara
A dan B diperkecil setengahnya, maka gaya tolak menolak tersebut menjadi ... .
a. ½ F
c. 3 F
b. 2 F
d. 4 F
6. Benda A bermuatan positif dan benda B bermuatan negatif. Kedua benda
tersebut berinteraksi saling menarik dengan gaya sebesar F. Agar gaya
interaksi kedua benda menjadi 4 F maka jarak kedua benda harus …
a. Diperbesar menjadi 4 kali jarak semula
b. Diperbesar menjadi 2 kali jarak semula
c. Diperpendek menjadi ½ kali semula
d. Diperpendek menjadi ¼ kali semula
7. Muatan A bernilai 10 𝜇C berada sejauh 0,5 m dari muatan B yang mempunyai
nilai 2 𝜇C. Gaya yang dialami muatan B karena muatan A sebesar .... ( k = 9 ×
109 Nm2/C2) ..... ( 1 𝜇C = 1 x 10-6C )
a. 0,42 N
c. 0,82 N
b. 0,75 N
d. 0,92 N
e. 1,02 N
8. Dua buah muatan yang berada di udara mempunyai muatan
Qx = 4 𝜇C dan
Qy = −6 𝜇C. Jika kedua muatan terpisah sejauh 2 cm, besar gaya elektrostatis
dan sifatnya adalah ....
a. 450 N, tarik menarik
d. 540 N, tolak menolak
b. 450 N, tolak menolak
e. 600 N, tarik menarik
c. 540 N, tarik menarik
54 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
9. Dua buah muatan masing-masing 5 C dan 4 C berjarak 3 m satu sama lain. Jika
diketahui k = 9 × 109 Nm2/C2, maka besar gaya Coulomb yang dialami kedua
muatan adalah.... (UAN 2003)
 Gaya Coulomb oleh Beberapa Muatan
Apabila di suatu tempat atau bidang terdapat beberapa muatan listrik akan terdapat
banyak gaya Coulomb.
Gaya Coulomb untuk muatan titik segaris
Besar gaya Coulomb di q1 adalah F1.
Nilai F1 = F12 – F13 (berlawanan arah)
F12 = k
𝑞1 𝑞2
F13 = k
dan
2
𝑟12
𝑞1 𝑞3
2
𝑟13
Gaya Coulomb untuk muatan titik yang tidak segaris
Besar gaya Coulomb di q1 adalah F1
Nilai F1 = √(𝐹12 )2 + (𝐹13 )2 − 2𝐹12 𝐹13 cos 𝜃
𝜃 = sudut apit antara F12 dan F13
Contoh Soal
1. Muatan listrik +q3 = 20 μC, +q2 = 10 μC dan q1
terpisah seperti pada gambar. Agar gaya
Coulomb yang bekerja pada muatan q2 = nol
maka muatan q1 adalah ......
a. 2 μC ke kanan
c. 5 μC ke kanan
b. 2 μC ke kiri
d. 5 μC ke kiri
e. 8 μC ke kanan
2. Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti
gambar berikut. Jarak antar ketiga muatan masing-masing
adalah 10 cm. Jika Q1 = + 1 C, Q2= Q3 = − 2 C dan k = 9 x
109 N m2 C−
2
tentukan besar resultan gaya Coulomb pada
muatan Q1 !
55 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Kaji Soal
1. Perhatikan gambar di bawah. Ketiga muatan listrik q1, q, dan q2 adalah segaris.
Bila q = 5,0 μC dan d = 30 cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja
pada muatan q adalah....(k = 9 x 109 N m2 C−2)
a. 7,5 N menuju q1
d. 22,5 N menuju q1
b. 7,5 N menuju q2
e. 22,5 N menuju q2
c. 15 N menuju q1
5. Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!
Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2 tentukan
besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B ?
6. Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B
dan C yang membentuk suatu segitiga dengan sudut
siku-siku di A. Jika gaya tarik-menarik antara muatan A
dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara
muatan A dan C masing-masing sebesar
5 F,
tentukan resultan gaya pada muatan A !
7. Dua buah muatan listrik
qA = 6
μC dan
qB = −2
sama lain. Bila muatan 1 μC diletakkan di tengah
μC berjarak 6,0 cm satu
qA dan qB , maka resultan
gaya yang dialami oleh muatan 1 μC adalah.....
a. 10 N
c. 40 N
b. 20 N
d. 60 N
e. 80 N
8. Perhatikan gambar berikut!
Ketiga muatan listrik Q1 = 20 μC, Q2 = – 10
μC, dan Q3 = 40 μC adalah segaris. Bila
3d
3d
Q1
Q2
Q3
jarak d = 20 cm maka besar dan arah gaya
Coulomb yang bekerja pada muatan Q2
adalah (k = 9 x 109 N m2 C−2)
56 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
 Medan Listrik / Kuat Medan Listrik
Medan listrik adalah daerah di sekitar benda
bermuatan listrik yang masih dipengaruhi
oleh gaya listrik. Medan listrik digambarkan
dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya
dari kutub positif ke kutub negatif. Semakin
rapat garis gaya listrik semakin kuat medan
listriknya.
Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan :
𝑬=
𝑭
𝑸
=
𝒌𝑸
𝒓𝟐
Keterangan
E
= Kuat medan listrik (N/C)
F
= Gaya coulomb (N)
Q = muatan listrik (C)
Contoh Soal
1. Kuat medan di sebuah titik yang terletak 20 cm dari muatan 20 μC sebesar ....
a. 1,5 x 10-6 N/C
c. 3,5 x 10-6 N/C
b. 2,5 x 10-6 N/C
d. 4,5 x 10-6 N/C
e. 5,5 x 10-6 N/C
2. Dua partikel masing-masing bermuatan qA = 1 μC dan qB = 4 μC diletakkan
terpisah sejauh 4 cm, Besar kuat medan listrik di tengah-tengah
a. 6,75 x 107 N/C
c. 4,20 x 107 N/C
b. 4,50 x 107 N/C
d. 3,60 x 107 N/C
dan
adalah
e. 2,25 x 107 N/C
3. Dua muatan sejenis q1 dan q2 terpisah sejauh r. Jika q2 digeser mendekati q1
sejauh ½ r perbandingan kuat medan yang dialami q2 pada keadaan awal dan
akhir adalah ....
a. 4 : 1
c. 1 : 4
b. 2 : 1
d. 1 : 2
e. 1 : 1
4. Dua buah muatan masing - masing Q1 = 1 μC dan Q2 = 4 μC terpisah sejauh 10
cm. Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !
57 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Kaji Soal
1. Perhatikan gambar muatan-muatan berikut!
Jika jarak antara q1 dan q2 adalah 3 cm maka titik yang kuat medannya = 0
berada pada ... (UN)
a. 2 cm di sebelah kiri q2
b. 2 cm di sebelah kanan q1
c.
6 cm di sebelah kanan q1
q2 = +4 𝜇C
q1 = - 9 𝜇C
d. 6 cm di sebelah kiri q2
e. 6 cm di sebelah kanan q2
2. Dua buah muatan tersusun seperti gambar berikut!
Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC dan (k = 9 x 109 N m2/C 2) tentukan besar dan
arah kuat medan listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !
3. Dua muatan listrik diletakkan terpisah
qB = +9 𝜇C
qA = +1 𝜇C
sejauh 24 cm. Kuat medan listrik nol
terletak pada titik yang berjarak......... (UN)
a. 8 cm di kiri B
c. 8 cm di kiri A
b. 8 cm di kanan A
d. 16 cm di kanan B
c.
16 cm di kiri A
4. Jarak dua muatan A dan B adalah 4 m. Titik C berada di antara kedua muatan
berjarak 1 m dari A. Jika QA = – 300 μC dan QB = 600 μC, maka besar kuat
medan di titik C pengaruh kedua muatan adalah..... (UAN 2002)
a. 9 x 105 N/C
c. 33 x 105 N/C
b. 18 x 105 N/C
d. 45 x 105 N/C
e. 54 x 105 N/C
5. Sebuah muatan titik 60 μC berada di udara. Kuat medan listrik di suatu titik
yang berada pada jarak 6 cm dari muatan tersebut adalah....... (UAN 2004)
a. 15 x 108 N/C
c. 15 x 106 N/C
b. 15 x 107 N/C
d. 15 x 105 N/C
e. 15 x 104 N/C
6. Dua buah muatan sejenis dijauhkan sebesar 2 kali jarak semula. Perbandingan
kuat medan pada keadaan awal dengan akhir adalah ....
a. 1 : 4
c. 2 : 3
b. 1 : 3
d. 4 : 1
58 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 5 : 4
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
 Hukum Gauss
Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus
tegak lurus suatu bidang.
Garis-garis medan menembus tegaklurus suatu bidang segiempat seluas A. Jumlah
garis-garis medan per satuan luas sebanding dengan kuat medan listrik, sehingga
jumlah garis medan listrik yang menembus bidang seluas A sebanding dengan EA.
Hasil kali antara kuat medan listrik tersebut dinamakan fluks listrik Φ.
Φ=ExA
(a) Garis-garis medan medan antara listrik menembus bidang, (b) Garis-garis medan listrik menembus bidang
dengan sudut θ, (c) θ adalah sudut antara arah medan listrik dan arah normal bidang n.
Berdasarkan konsep fluks listrik ini, muncullah hukum Gauss, sebagai berikut:
“Jumlah seluruh garis medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup
sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup
itu”
Φ = EA cos 𝜃
Keterangan:
Φ = jumlah garis medan / fluks listrik (weber atau Nm2/C2)
E = kuat medan listrik pada permukaan tertutup (N/C)
A = luas permukaan tertutup (m2)
𝜃 = sudut antara E dan garis normal bidang
Contoh Soal
1. Kuat medan listrik homogen sebesar 100 N/C berarah tegak lurus ke bidang
seluas 800 cm2 Besar fluks medan listrik yang terjadi adalah ....
a. 2 weber
c. 8 weber
b. 4 weber
d. 16 weber
59 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 32 weber
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Kaji Soal
1. Kuat medan listrik homogen sebesar 200 N/C menembus bidang yang memiliki
panjang 30 cm dan lebar 30 cm dengan sudut 60°. Fluks medan listrik yang
terjadi sebesar ....
a. 0 weber
c. 9,0 weber
b. 4,5 weber
d. 18 weber
e. 27 weber
2. Sebuah pelat berukuran 5 cm × 8 cm membentuk sudut 30° terhadap kuat
E = −800 N/C, maka fluks medan listrik yang
medan listrik homogen. Jika
menembus pelat adalah ....
a. 0,40 weber
c. 1,6 weber
e. 3,2 weber
b. 0,64 weber
d. 1,6 √3 weber
3. Sebuah bidang seluas 500 cm2 sebesar 45°. Jika besar kuat medan 200 N/C,
fluks medan listrik yang terjadi pada luasan itu sebesar ....
a. 5 weber
c. 10 weber
e. 25√2 weber
b. 5√2 weber
d. 15√2 weber
 Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik
Energi potensial listrik adalah usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu
medan listrik dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu titik.
Energi potensial listrik yang dimiliki oleh dua buah muatan q1 dan q2 yang terpaut
jarak sebesar r dinyatakan oleh persamaan:
EP = k
𝑞1 𝑞2
𝑟
Ep = energi potensial listrik (J)
Potensial listrik adalah energi potensial yang dimiliki oleh tiap muatan.
Potensial listrik pada suatu titik P yang berjarak r dari sebuah muatan q dinyatakan
oleh persamaan:
VP = k
𝑞
P
𝑟
r
q
Keterangan:
V = potensial listrik (N/C)
q = muatan listrik (C)
r = jarak titik dari muatan listrik (m)
60 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Jika terdapat beberapa muatan listrik maka potensial
listrik pada suatu titik P yang berjarak r sama dengan
jumlah potensial listrik oleh setiap muatan yang
dinyatakan oleh persamaan:
V = V1 + V 2 + V 3 = k
V = k(
𝑞1
𝑟1
-
𝑞2
𝑟2
𝑞1
𝑟1
+
-
k
𝑞3
)
𝑟3
𝑞2
𝑟2
+k
𝑞3
𝑟3
Contoh Soal
1. Titik X terletak 1,5 cm dari muatan +3
C. Jika
= 9 × 10 9 Nm2/C2 , potensial
listrik di titik X sebesar..........
a. 1,1 x 10-6 volt
c. 1,3 x 10-6 volt
b. 1,2 x 10-6 volt
d. 1,6 x 10-6 volt
e. 1,8 x 10-6 volt
2. Titik A dan B berturut-turut berada pada jarak 25 cm dan 5 cm dari muatan
sebesar 10 μC. Beda potensial antara kedua titik sebesar ....
a. 1,16 x 106 volt
c. 1,36 x 106 volt
b. 1,20 x 106 volt
d. 1,44 x 106 volt
e. 1,58 x 106 volt
3. Titik A berada pada jarak sejauh 0,001 m dari muatan +0,5
μC. Suatu muatan
positif sebesar +2 × 10−8 C diletakkan pada titik tersebut. Energi potensial listrik
muatan tersebut di titik A sebesar ....
a. 900 joule
c. 9 joule
b. 90 joule
d. 0,9 joule
e. 0,09 joule
Kaji Soal
1. Titik A dan B berjarak 9 cm dan di antara A dan B terletak titik C yang berjarak 3
cm dari A. Titik A diberi muatan sebesar +5
μC dan B sebesar +10
μC.
Potensial listrik di titik C adalah.............
a. – 5 x 106 volt
c. 1 x 106 volt
b. – 3 x 106 volt
d. 3 x 106 volt
2. Titik A berada pada jarak 9 mm dari muatan +2,5
e. 5 x 106 volt
μC. Suatu muatan positif
sebesar + 4 × 10 C diletakkan pada titik A. Energi potensial muatan tersebut
sebesar ....
a. 100 joule
c. 1 joule
b. 10 joule
d. 0,1 joule
61 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 0,01 joule
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
 Kapasitor

Muatan listrik terdiri atas proton dan elektron. Muatan listrik dapat menimbulkan
gaya Coulomb, medan listrik, potensial listrik, maupun energi potensial listrik.
Alat yang digunakan untuk menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau
energi listrik disebut KAPASITOR atau KONDENSATOR.

Kapasitor merupakan salah satu bagian dari komponen untuk menyusun alatalat elektronik (seperti radio, televisi, komputer, laptop, dll).

Simbol kapasitor

Kapasitor terdiri atas dua buah keping logam (konduktor) yang diletakkan
sejajar dan berdekatan, dan disekat di antaranya dengan dielektrik (isolator).
Keping merupakan sesuatu yang berbentuk pipih tipis.

Contoh beberapa kapasitor

Cara kerja kapasitor
Jika kedua ujung keping logam diberi tegangan
listrik (baterai atau sumber tegangan yang lain)
maka muatan listrik positif
(proton) akan
mengumpul pada salah satu aki (elektrode) logam
dan pada saat yang sama muatan listrik negatif
(elektron) akan mengumpul pada ujung logam
yang satu lagi.
Muatan listrik positif tidak dapat mengalir menuju ke ujung kutub negatif dan
muatan listrik negatif (elektron) juga tidak bisa menuju ke ujung kutub positif,
karena dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik (bahan yang tidak dapat
menghantar muatan listrik dengan baik: isolator sebagai non konduktif). Muatan
listrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.
62 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor adalah kapasitas
kapasitor.
Kapasitas Kapasitor
Kapasitas Kapasitor / Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor menyimpan
muatan listrik pada potensial tertentu.
C=
𝑞
𝑉
Keterangan:
C = Kapasitas kapasitor (Farad “F”)
q = muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor (C)
V = beda potensial (V)
Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar
Sebuah
kapasitor
keping
sejajar
dihubungkan dengan sumber tegangan
listrik, kapasitor keping sejajar terdiri atas
dua keping logam yang terpasang sejajar
yang berjarak sejauh d, dengan luas
penampang keping yang sama adalah A,
dan medium antara dua keping sejajar
adalah udara/vakum.
Kedua keping tersebut akan menyimpan muatan listrik yang berlainan jenis dan
sama besar.
Persamaan kapasitas kapasitor dengan medium udara adalah:
C0 =
𝐴
𝜀0 𝑑
Keterangan:
C0 = kapasitas kapasitor pada ruang vakum/udara (F)
A = luas keping logam (m2)
d = jarak antara dua keping logam (m)
𝜀0 = permitivitas listrik vakum (8,85 x 10-12 C/Nm2)
63 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Beda Potensial Listrik (V) Kapasitor Keping Sejajar
V = E d
Keterangan:
V = bada potensial listrik (V)
E = kuat medan listrik (V/m)
Rangkaian Kapasitor
Rangkaian Seri Kapasitor
Muatan pada tiap-tiap kapasitor
adalah sama (q1 = q2 = q3), yaitu
sama
dengan
muatan
pada
kapasitor pengganti (qs)
q1 = q2 = q3 = qs
Penjumlahan beda potensial ujung-ujung tiap kapasitor (V1 + V2 + V3) sama
dengan beda potensial pada ujung-ujung kapasitor pengganti (Vs)
Vs = V 1 + V2 + V 3
𝑞
𝑞
𝑞
𝑞
𝑞
V = 𝐶 = 𝐶𝑠 = 𝐶1 + 𝐶2 + 𝐶3 (diketahui q1 = q2 = q3 = qs)
𝑠
1
2
3
Sehingga besar kapasitas kapasitor pada rangkaian seri adalah:
𝟏
𝑪𝒔
=
𝟏
𝑪𝟏
+
𝟏
𝑪𝟐
+
𝟏
𝑪𝟑
Rangkaian Paralel Kapasitor
Beda
potensial
pada
tiap-tiap
kapasitor adalah sama (V1 = V2 =
V3),
yaitu
sama
dengan
beda
potensial pada kapasitor pengganti
(VP)
V1 = V2 = V3 = VP
Penjumlahan muatan pada tiap-tiap kapasitor (q1 + q2 + q3) sama dengan
muatan pada kapasitor pengganti (qs)
qs = q1 + q2 + q3
q = V C maka Vp Cp = V1 C1 + V2 C2 + V3 C3 (diketahui V1 = V2 = V3 = VP)
sehingga, besar kapasitas kapasitor pada rangkaian paralel adalah:
64 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
Cp = C1 + C2 + C3
Keterangan:
Cs = kapasitas kapasitor seri (F)
CP = kapasitas kapasitor paralel (F)
qs = muatan total seri (C)
qP = muatan total paralel (C)
Vs = beda potensial total seri (V)
VP = beda potensial total paralel (V)
Energi Kapasitor
Energi yang tersimpan di dalam kapasitor adalah:
W=
𝟏
𝟐
CV =
2
𝟏 𝒒𝟐
𝟐 𝑪
=
𝟏
𝟐
qV
W = energi yang tersimpan di dalam kapasitor (J)
Contoh Soal
1. Kapasitor keping sejajar yang jarak antarkepingnya 0,5 mm memiliki
kapasitas sebesar 300 nF. Kuat medan yang muncul dalam kapasitor
sebesar 500 N/C. Kapasitor tersebut terpasang pada tegangan ....
a. 0,25 volt
c. 0,75 volt
b. 0,50 volt
d. 1 volt
e. 1,25 volt
2. Sebuah kapasitor 6 μF diberi tegangan 100 V. Muatan dan energi yang
tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah ....
a. 3 x 10-4 C dan 5 x 10-2 J
d. 6 x 10-4 C dan 2 x 10-2 J
b. 4 x 10-4 C dan 3 x 10-2 J
e. 6 x 10-4 C dan 3 x 10-2 J
c. 5 x 10-4 C dan 5 x 10-2 J
3. Dua kapasitor 4 μF dan 2 μF disusun seri, kemudian diberi tegangan 6 volt.
Energi yang tersimpan dalam rangkaian tersebut sebesar ....
a. 1,8 x 10-5 J
c. 4,8 x 10-5 J
e. 5,6 x 10-5 J
b. 2,4 x 10-5 J
d. 4,8 x 10-5 J
4. Suatu kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 400 cm 2 dan
jarak antarkeping adalah 2 mm. Jika muatan kapasitor sebesar 1,06 × 10 −9
C, kapasitor tersebut dipasang pada tegangan ...
a. 2 volt
c. 4 volt
b. 3 volt
d. 5 volt
65 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 6 volt
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
5. Tiga buah kapasitor yang masing-masing kapasitansinya 3 μF, 6 μF, 9 μF,
disusun secara seri. Kedua ujung dari susunan tersebut dihubungkan
dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan di antara ujungujung kapasitor yang 3 μF adalah.....
a. 40 volt
c. 110 volt
b. 60 volt
d. 120 volt
e. 220 volt
Kaji Soal
1. Kapasitor 10
μF diberi tegangan 200 V. Energi yang tersimpan dalam
kapasitor tersebut ....
a. 0,1 J
c. 0,3 J
b. 0,2 J
d. 0,4 J
e. 0,5 J
2. Kapasitor X, Y dan Z dirangkai seperti pada gambar!
Bila saklar S ditutup selama 5 menit , energi listrik yang tersimpan pada
kapasitor Z adalah.... (UN 2008)
a. 144 J
d. 1728 J
b. 720 J
d. 4320 J
c. 864 J
3. Perhatikan faktor-faktor berikut ini!
(1) konstanta dielektrik
(3) luas pelat
(2) tebal pelat
(4) jarak kedua pelat
Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar jika diberi
muatan adalah…. (UN 2010)
a. (1) dan (2) saja
d. (1), (2) dan (4)
b. (3) dan (4) saja
e. (1), (3) dan (4)
c. (1), (2), dan (3)
4. Kapasitor keping sejajar memiliki jarak antarkeping 0,2 mm. Kuat medan
yang muncul sebesar 100 N/C, kapasitor terpasang pada tegangan ....
a. 0,01 volt
c. 0,03 volt
b. 0,02 volt
d. 0,04 volt
e. 0,05 volt
5. Kapasitor keping sejajar mempunyai jarak antarkeping 0,1 mm. Jika kuat
medan dalam kapasitor sebesar 200 N/C, kapasitor tersebut terpasang pada
tegangan listrik sebesar ....
a. 0,02 volt
c. 0,08 volt
b. 0,04 volt
d. 0,16 volt
66 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
e. 0,32 volt
NH/BY
Triyanti
Mandasari
Listrik
Statis
6. Kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 300 cm 2 dan jarak
antarkeping 3 mm. Muatan kapasitor sebesar 1 × 10−9 C. Tegangan yang
dipakai oleh kapasitor mendekati ....
a. 9,7 volt
c. 11,3 volt
b. 10,6 volt
d. 12,5 volt
e. 13,2 volt
7. Perhatikan kapasitor keping sejajar berikut!
Bahan dielektrik yang disisipkan memiliki konstanta dielektrik 2. Angka
perbandingan kapasitas kapasitor (1) dan (2) adalah…..
a. 1 : 2
c. 4 : 3
b. 3 : 4
d. 5 : 6
e. 6 : 5
8. Perhatikan gambar berikut!
C1 = 30 μF
C2 = 15 μF
C3 = 10 μF
Setelah ujung A dan B dilepas dari sumber tegangan yang beda
potensialnya 6 volt, maka besar muatan pada kapasitor C 2 adalah... (UAN
2003)
a. 90 μF
c. 54 μF
b. 60 μF
d. 45 μF
e. 30 μF
9. Tiga buah kapasitor yang kapasitasnya sama besar yaitu 2C, dirangkai
seperti gambar.
Besar kapasitor antara titik A dan B adalah....
a. 3C
c. 4C/3
b. C/3
d. 3C/2
A
B
e. 3C/2
10. Dua buah kapasitor masing-masing C1 = 15 μF, C2 = 30 μF dirangkai seperti
C2
gambar.
Kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan 6
volt.
Besar
energi
listrik
yang
tersimpan
dalam
C1
rangkaian tersebut adalah..... (UAN 2004)
a. 18 x 10-6 J
c. 180 x 10-5 J
b. 1,8 x 10-6 J
d. 1,8 x 10-5 J
67 | F i s i k a
SMA
XII
(1)/MA
NH/BY
e. 18 x 10-5 J
Triyanti
Mandasari