bab kapasitor - WordPress.com

1
BAB
KAPASITOR
1. Kapasitor adalah alat untuk menyimpan muatan atau energi listrik. Kapasitor terdiri dari
dua keping logam yang ruang di antaranya diisi dengan dielektrik, memiliki muatan
yang sama tetapi berbeda jenis. Kapasitas dari sebuah kapasitor adalah perbandingan
antara muatan, q, pada tiap keping dengan beda potensial V, diantara kedua keping.
C=
q
V
Kapasitas hanya bergantung pada faktor-faktor geometri dan bahan dielektrik. Kapasitas
tidak bergantung pada muatan q atau beda potensial V. Satuan SI dari kapasitas adalah
coulomb per volt, diberi nama farad.
1 farad = 1 coulomb/volt
Jenis-jenis kapasitor yaitu kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variable.
Kapasitor kertas terdiri dari dua lembar kertas timah panjang yang berfungsi sebagai
keping-keping konduktor. Kertas timah ini digulung pada sebuah silinder yang
diantaranya diberi dielektrik kertas. Jadi, kertas berfungsi sebagai bahan dielektrik
diantara kedua pelat. Kapasitor ini memiliki kapasitas sebesar 1,0 µF.
Kapasitor elektrolit terdiri dari dua lembar kertas alumunium sebagai keping konduktor
dan alumunium oksida sebagai bahan penyekat. Keping + disebut anoda dan keping –
disebut katoda. Kutub + kapasitor harus dihubungkan ke kutub + suplai dc dan kutub –
harus dihubungkan ke kutub -. Kapasitor memiliki kapasitas sebesar 100 000 pF.
Kapasitor variable digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada radio penerima.
Kapasitor ini memiliki dua kumpulan keping-keping logam sejajar sebagai konduktor
yang dipisahkan oleh udara sebagai bahan dielektrik. Kumpulan keping yang satu
http://atophysics.wordpress.com
2
ditahan tetap dan kumpulan pelat yang lain dapat diputar sehingga nilai kapasitornya
dapat berubah. Kapasitor ini memiliki kapasitas sebesar 500 pF.
2. Dalam jangka waktu lama, kapasitor yang dimuati pasti penuh. Keadaan ini disebut
keadaan tunak (mantap). Pada keadaan tunak, kapasitor adalah terbuka (open) dan arus
listrik tak dapat mengalir melalui cabang rangkaian yang mengandung kapasitor
3. Pulsa arus hanya terjadi ketika kapasitor dimuati dari kosong sampai penuh, atau ketika
kapasitor melepaskan muatannya pada suatu rangkaian yang tertutup. Pada keadaan
tunak, i = 0.
4. Kapasitas kapasitor keping sejajar sebanding dengan luas keping A dan berbanding
terbalik dengan jarak pisah antarkeping d.
C=
ε0 A
d
dengan ε 0 adalah tetapan yang disebut permitivitas vakum (atau udara) dengan nilai
ε 0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2
5. Misalkan ketika ruang antarkeping berisi udara atau vakum (belum diisi dengan
dielektrik), kapasitas kapasitor adalah C0, maka ketika ruang antarkeping diisi
dielektrik dengan permitivitas relatif (atau tetapan dielektrik) ε r akan meningkat
menjadi
C D = ε r C0 =
ε rε 0 A
d
Dengan ε = ε r ε 0 adalah permitivitas dielektrik.
6. Kapasitas sebuah kapasitor bola dengan jari-jari R adalah
C=
R
= 4πε 0 R
k
7. Jika pada saat pengisian dielektrik, baterai dilepaskan dari kapasitor maka beda
potensial antarkeping akan berkurang. Kuat medan listrik juga berkurang, sedangkan
muatan keping tetap.
qD = q0
;
VD =
V0
εr
;
ED =
E0
εr
Jika pada saat pengisian dielektrik, baterai tidak dilepaskan dari kapasitor maka muatan
keping akan bertambah, sedangkan beda potensialnya tetap.
VD = V0
;
qD = ε r q0
http://atophysics.wordpress.com
3
8. Jika ruang antar keping diisi dengan dua atau lebih bahan dielektrik berbeda yang
ditumpukkan, masing-masing dengan permitivitas relatif ε r1 , ε r 2 , ε r 3 … maka kapasitas
kapasitor adalah
C=
ε0 A
d1
ε r1
+
d2
εr2
+
d3
+ ...
ε r3
Kapasitas kapasitor juga sisa dihitung dengan menganggap masing-masing lembaran
dielektrik sebagai kapasitas C1 , C2 , C3 ... kemudian semuanya diserikan, memberikan
1
1
1
+
+
+ ...
C1 C2 C3
ε ε A
ε ε A
Dengan C1 = r1 0
;
C2 = r 2 0
d1
d2
Tebal keping d = d1 + d 2 + d 3 + ...
C=
;…
9. Prinsip susunan seri adalah muatan pada tiap kapasitor sama dengan muatan pada
kapasitor ekivalennya. Beda potensial pada kapasitor ekivalen sama dengan jumlah
beda potensial dari tiap-tiap kapasitornya.
q1 = q2 = q3 = ... = qek
Vek = V1 + V2 + V3 + ...
Kebalikan dari kapasitas ekivalen sama dengan jumlah dari kebalikan kapasitas dari
tiap-tiap kapasitornya
1
1
1
1
=
+
+
+ ....
Cek C1 C2 C3
(susunan seri)
Khusus untuk dua kapasitor disusun seri berlaku
Cek =
C1 × C2
C1 + C2
Khusus untuk n buah kapasitor identik dengan kapasitas masing-masing C yang disusun
paralel, berlaku
Cek =
C
n
10. Prinsip susunan paralel adalah beda potensial tiap kapasitor sama dengan beda
potensial kapasitor ekivalennya. Muatan pada kapasitor ekivalen sama dengan jumlah
muatan pada tiap-tiap kapasitornya.
V1 = V2 = V3 = ... = Vek
qek = q1 + q2 + q3 + ...
Kapasitas ekivalen sama dengan jumlah kapasitas dari tiap-tiap kapasitornya
Cek = C1 + C2 + C3 + ... (susunan paralel)
Khusus untuk n buah kapasitor identik dengan kapasitas masing-masing C yang disusun
paralel, berlaku
C=nC
11. Energi elektrostatis yang disimpan dalam sebuah kapasitor bermuatan q, beda potensial
V, dan kapasitas C adalah
W =
1 q2 1
1
= qV = CV 2
2C 2
2
http://atophysics.wordpress.com
4
Energi potensial ini disimpan dalam medan listrik diantara keping. Rapat energi, ρ w ,
adalah energi yang tersimpan dalam kapasitor per satuan volumnya
ρw =
W 1
= ε0E2
V
2
http://atophysics.wordpress.com