Kapasitor dan Dielektrik - Blog UB

Nama
NIM
: Muhammad Shidqi Barin
: 135060300111075
Mata Kuliah : Elektromagnetika
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Brawijaya
Cakupan materi
 Kapasitor
 Kapasitansi
 Menghitung kapasitansi
 Energi dalam kapasitor
 Energi dalam medan listrik
 Dielektrik
Beberapa jenis kapasitor
KAPASITOR
Kapasitor terdiri dari susunan konduktor yang dapat
menyimpan muatan / medan / energi potensial listrik.
Kapasitor digunakan di banyak peralatan listrik seperti radio,
komputer, sistem pengapian mobil, dst.
Daya simpan muatan dalam kapasitor dinyatakan dengan
KAPASITANSI
Besarnya kapasitansi tergantung pada dimensi - geometri
susunan konduktor
Kapasitor
Suatu sistem dua konduktor, yang masingmasing membawa muatan yang sama besarnya
dikenal sebagai kapasitor
e.g. 1: two metal spheres
e.g. 2: two parallel sheets
+
Each conductor is called a plate
+Q
-Q
Kapasitansi
Kapasistansi besaran untuk mengukur jumlah muatan
yang tersimpan dalam kapasitor (disebut “kapasitansi”)
Eskperimen menunjukkan bahwa muatan dalam
kapasitor sebanding dengan beda potensial (voltage)
antara dua lempeng
Kita dapat menulis seperti ini
Q  V
Q  CV
Konstanta pembanding C disebut kapasitansi yang merupakan
sifat dari kapasitor
Membagi kedua sisi dengan DV kita melihat bahwa C
diberikan oleh
yaitu kapasitansi adalah muatan yang tersimpan per unit
tegangan
Q
C
V
Satuan
Q
C
V
SAtuan SI untuk kapsitansi adalah:
CV-1
Ingat bahwa V sama dengan
JC-1 jadi satuan sama dengan
C2J-1
Satuan ini juga dikenal sebagai farad
(after Michael Faraday)
1F = 1CV-1 (= 1C2J-1)
Kapasitansi Kapasitor keping (parallel plated)
V
Semakin besar piring luas
permukaan lebih dimana
kapasitor dapat
menyimpan muatanC  A
E
+
+Q
Never Ready
Intutively
-Q
Pindah piring bersama-sama
Awalnya E adalah konstan (
tidak ada biaya yang
bergerak ) sehingga V = Ed
menurun , biaya mengalir
dari baterai untuk
meningkatkan V C  1/d
Kapasitansi Kapasitor keping
V
E
+Q
Physically
Sifat konduktor

E
0

-Q
V  Ed
+
C
Never Ready
Q
V
Q
A
E
Q
A 0
Q
V 
d
A 0
A 0
C
d
KAPASITOR KEPING
+Q
-Q
Gunakan hukum Gauss untuk
menghitung besar medan di ruang
antar keping
Luas pelat A
E

E
0
a
d
Q  CV
V  V positif  Vnegatif
Va  Vb   E.dl  Ed
b
0 A
Q
A
C


V d /  0
d
KAPASITOR SILINDER
Gunakan hukum Gauss untuk
menghitung besar medan di daerah
a<r<b
_
+a
_

E
2 0 r
+
_
+
b
 a1

b
Va  Vb    E.dr  
dr  
ln

2 0 b r
2 0 a
b
a
2 0 l
Q
C

V ln(b / a)
KAPASITOR BOLA
_
_
E
+
a
+
_
+
b
Gunakan hukum Gauss untuk mendapatkan E
Di r<a E=0
Di daerah a<r<b
Di r>b E = 0
Q
E
4r 2 0
a
Q
a
1
Q 1 1
Va  Vb    E.dr  
dr 
(  )
2

4 0 b r
4 0 a b
b
Kapasitansi kapasitor bola
Q
ab
C
 4 0
V
(b  a)
Kapasitor susunan paralel
V2
+Q2
-Q2
V1
+Q1
+
V
Never Ready
Kapasitor susunan paralel
V1  V2  VBattery
Q1  C1V1
-Q1
Q2  C2 V2
Q  Q1  Q2  (C1  C2 )V
Q
C
V
C  C1  C2
Kapasitor susunan paralel
+Q2
-Q2
Cara lain melihat kapasitor
susunan paralel
A  A1  A2
+
+Q1
Never Ready
-Q1
C
d  d1  d 2
A 0
( A1  A2 ) 0

d
d
A1 0 A2 0


 C1  C2
d
d
C  C1  C2
Kapasitor susunan Seri
V1
Kapasitor susunan seri
+Q2
-Q1
V2
V
-Q2
Q  Q1  Q2
V  V1  V2
Q
C
V
+
+Q1
Never Ready
 V  V2 
 1

Q



1
Q
V1  V2
 V V 
C  1  2
Q 
 Q
C  C
1
1
C

1 1
2
1
Susunan Kapasitor (Summary)
1. SUSUNAN PARALEL
Beda potensial SAMA
2. SUSUNAN SERI
Arus SAMA
DIELEKTRIK
Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang diletakkan di
antara kedua pelat kapasitor. Jika di antara keping + dan keping
– diisi dengan bahan dielektrik (isolator), kuat medan listrik di
antara keping akan menurun dan kapasitansi akan naik.
Beberapa alasan penggunaan dielektrik adalah :
 Memungkinkan untuk aplikasi tegangan yang
lebih tinggi (sehingga lebih banyak muatan).
 Memungkinkan untuk memasang pelat
menjadi lebih dekat (membuat d lebih kecil).
Memperbesar nilai kapasitansi C karena K>1.
C
 0 A
d
 C0
Dengan adanya suatu lembaran isolator
(“dielectric”) yang ditempatkan di antara
kedua pelat, kapasitansi akan meningkat
dengan faktor K, yang bergantung pada
material di dalam lembaran. K disebut
sebagai konstanta dielektrik dari material.
Karenanya C = K0A / d secara umum
adalah benar karena K bernilai 1 untuk
vakum, dan mendekati 1 untuk udara.
Kita juga dapat mendefinisikan  = K 0
dan menuliskan C = A / d.
 disebut sebagai permitivitas dari
material
C = K0A / d
dielectric
Penyimpanan Energi Listrik
Energi listrik U yang tersimpan dalam kapasitor adalah:
Ucapacitor = QV/2 = CV2/2 = Q2/2C
Bukan suatu kebetulan jika kita di sini menggunakan simbul U
untuk energi yang disimpan. Ini adalah bentuk lain dari energi
potensial. Gunakan ini dalam persamaan konservasi energi seperti
bentuk energi yang lain!
Dengan menguraikan persamaan di atas, kita dapat
merumuskan kerapatan energi sebagai berikut:
U = CV2/2 = (1/2) (0A/d)(E2d2)
= (1/2) (0E2)(Ad)
u = kerapatan energi =energi/volume = (1/2) (0E2)
End of Section...