Kapasitor dan Energi pada Kapasitor.
advertisement
KAPASITOR dan DIELEKTRIK Pengertian Kapasitor Dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis disebut kapasitor. Sifat menyimpan energi listrik / muatan listrik. Kapasitas suatu kapasitor (C) adalah perbandingan antara besar muatan Q dari salah satu penghantarnya dengan beda potensial V antara kedua pengahntar itu. Kegunaan Kapasitor Untuk menghindari terjadinya loncatan listrik pada rangkaian2 yang mengandung kumparan bila tiba2 diputuskan arusnya. Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil Untuk memilih panjang gelombang yang ditangkap oleh pesawat penerima radio. Bentuk kapasitor Kapasitor bentuk keping sejajar Kapasitor bentuk bola sepusat Kapasitor bentuk silinder Kapasitas Kapasitor A E + - + - + - + - +q d -q Bila luas masing2 keping A, maka : Q E 0 0 A Tegangan antara kedua keping : Q.d V E.d 0 A Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah : Q A C0 0 V d Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi A C K 0 d Hubungan antara C0 dan C adalah : C KC0 karena K 0 Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila : K , A dan d diubah Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanya merupakan perbandingan2 yang tetap saja. Artinya meskipun harga Q diubah2, harga C tetap. Hubungan Kapasitor a. Hubungan Seri Q Vab ; C1 Q Vbc ; C2 Q Vcd ; C3 Q Vad Cs 1 1 1 1 Cs C1 C2 C3 Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan yang sama. Q Q1 Q2 Q3 b. Hubungan Paralel Q1 C1V ; Q2 C2V ; Q3 C3V ; Q C pV ; C p C1 C2 C3 Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan antara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V. Energi Kapasitor Sesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yang mempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan energi yang lebih besar pula. Persamaannya : W 12 CV 2 12 QV KAPASITOR Bahan dielektrik Luas =A Secara umum Kapasitor terdiri atas dua keping konduktor yang saling sejajar dan terpisah oleh suatu bahan dielektrik ( dari bahan isolator) atau ruang hampa. Antara dua keping dihubungkan dengan beda potensial V dan menimbulkan muatan listrik sama besar pada masing-masing keping tetapi berlawanan tanda. Sumber Gambar : Haliday-Resnick-Walker Kapasitor Sifat Kapasitor 1. Dapat menyimpan energi listrik, tanpa disertai reaksi kimia 2. Tidak dapat dilalui arus listrik DC dan mudah dilalui arus bolak-balik 3. Bila kedua keping dihubungkan dengan beda potensial, masing-masing bermuatan listrik sama besar tapi berlawanan tanda. Simbol Kapasitor -Q +Q + Hal.: 10 Isi dengan Judul Halaman Terkait V Kapasitor Kapasitas kapasitor (C) menunjukkan besar muatan listrik pada masing-masing keping bila kedua keping mengalami beda potensial 1 volt -Q +Q V + Q C V Hal.: 11 V Q = nilai muatan listrik pada masingmasing keping V = beda potensial listrik antar keping ( volt) C = kapasitas kapasitor (Farad = F ) Isi dengan Judul Halaman Terkait Kapasitas kapasitor Q C V Ruang hampa atau udara C Luas =A Q Q Q Exd xd Aε o ε o xA C d o = permitivitas udara atau ruang hampa ( 8.854 187 82 · 10-12 C/vm ) Hal.: 12 A = luas salah satu permukaan yang saling berhadapan (meter 2 ) d = Jarak antar keping (meter) C = kapasitas kapasitor (Farad= F) Kapasitas kapasitor Kapasitas kapasitor yang terdiri atas bahan dielektrik Bahan dielektrik εxA C d ε ε o .K Luas =A Hal.: 13 K = tetapan dielektrik (untuk udara atau ruang hampa K = 1 ) = permitivitas bahan dielektrik ( C/vm ) Rangkaian Kapasitor Rangkaian seri +Q1 -Q1 + Hal.: 14 +Q2 V -Q2 1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ), kapasitas kapasitor pertama (C1), kapasitor kedua (C2) memenuhi : 2. 1 1 1 C C2 MuatanClistrik yang pada g 1 tersimpan rangkaian = muatan listrik pada masing-masing kapasitor. Q = Q1 + Q2 dan Q1 = Q2 3. Tegangan listrik antar ujung rangkaian(V), tegangan pada kapasitor pertama(V1 ) dan kapasitor kedua(V2 ) memenuhi: V = V1 + V2 Rangkaian Kapasitor Rangkaian seri 1. Kapasitas gabungan kapasitor : Contoh +Q -Q C1 = 2 F +Q C2 = 3 F V = 6 volt + Hal.: 15 -Q 1 1 1 3 2 Cg 2 3 6 Cg = 6/5 = 1,2 F 2. Muatan listrik pada rangkaian = 1,2 F x 6V = 7,2 C Pada kapasitor satu = 7,2 C Pada kasitor kedua = 7,2 C 3. Tegangan liatrik pada kapasitor satu = 3,6 V Pada kapasitor dua = 2,4 V Rangkaian Kapasitor Rangkaian paralel +Q1 1. -Q1 2. 3. +Q2 + Hal.: 16 V -Q2 Tegangan pada kapasitor pertama (V1), kapasitor kedua (V2) dan tegangan sumber (V) masing-masing sama besar. V1 = V2 = V Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Q1 + Q2 Kapasitas gabungan kapasitor mmenuhi : Cg = C1 + C2 Rangkaian Kapasitor Rangkaian paralel 1. Contoh +Q1 -Q1 2. 3. C1 = 2 F +Q2 -Q2 Tegangan pada kapasitor pertama (V1) dan kapasitor kedua (V2) adalah V1 = V2 = 6 volt Kapasitas gabungan kapasitor adalah Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Cg xV = 5F x 6V = 30C Q1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C C2 = 3 F V =+ 6 volt Hal.: 17 Isi dengan Judul Halaman Terkait Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor Grafik hubungan tegangan (V) dengan muatan listrik yang tersimpan pada kapasitor (Q) Q(Coulomb) Nilai energi listrik yang tersimpan pada kapasitor yang bermuatan listrik Q = luas daerah Dibawah garis grafik Q-V (yang diarsir ). Q V Hal.: 18 V(volt) Isi dengan Judul Halaman Terkait 1 W QV 2 Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V. 1 W (CV)V 2 Karena Q = C.V, maka C + V 1 2 W CV 2 Keterangan : Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb) C = Kapasitas kapasitor ( farad) V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt) W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule ) Hal.: 19 Isi dengan Judul Halaman Terkait Contoh : 1. Tentukan kapasitas kapasitor yang mempunyai luas keping 1 cm2 dan jarak antara kepingnya 0,2 cm, bila muatan masing2 keping sebesar 5 μC dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2 dan diantara medium ada bahan dengan konstanta dielektrik 2. 2. Suatu kapasitor keping sejenis mempunyai kapasitas 5 μF, jika ruang diantara keping2 berisi udara. Jika ruang tersebut diisi porselin, kapasitasnya 30 μF. Berapakah konstanta dielektrik porselin ? 3. Suatu kapasitor berisi udara, tegangannya V0. Kapasitor itu kemudian diisi mika (K = 5) dan diisolasi (muatannya dibuat tetap). Berapakah tegangan kapasitor itu sekarang ? 4. Tiga buah kapasitor dihubungkan secara seri dan paralel, C1 = 1 μF, C2 = 2 μF, C3 = 3 μF dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V. Tentukanlah (a) Kapasitas gabungannya, (b) muatan masing2 kapasitor. 5. Terdapat suatu rangkaian dengan 5 buah kapasitor yang sama besarnya. Tentukan kapasitas antara titik K dan M. 6. Jika sebuah kapasitor yang berkapasitas 10 μF mempunyai energi listrik sebesar 1 Joule, maka berapakah tegangannya ?
