Kapasitor Keping Sejajar, Rangkaian Kapasitor, Energi Kapasitor

Kapasitor (kondensator) adalah : alat yang terdiri dari dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama besar dan berlawanan jenis.

Fungsi dari Kapasitor:

1.      Untuk menghilangkan bunga api listrik pada rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan bila tiba-tiba diputuskan.

2.      Pada rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil.

3.      Untuk memperbesar effisiensi daya transmisi (penyebaran) arus bolak-balik.

4.      Untuk memilih panjang gelombang (tuning) pesawat penerima radio.

Setiap kapasitor mempunyai kapasitas (C), yaitu perbandingan antara besar muatan (Q) dari salah satu keping dengan beda potensial (V) antara kedua keping-kepingnya.

Q = C.V

C = kapasitor	satuan = Coulomb/Volt
Q = muatan	satuan = Coulomb
V = beda potensial	satuan = Volt

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

Kapasitor yang terdiri dari 2 buah keping sejajar yang masing-masing luasnya A m² terpisah sejauh d meter satu sama lain, bila diantara kepin-kepingnya hampa udara, kapasitasnya (C₀) adalah:

C_o = ε_o A/d

ε_o = permitivitas ruang hampa

Bila di antara keping-keping kapasitor disisipi bahan dielektrik.

Besar kapasitasnya (C) menjadi :

C = ε A/d

ε = permitivitas bahan dielektrik.

Perbandingan antara C/C_o disebut konstanta dielektrik (K), besarnya K dapat dihitung dengan persamaan:

Karena C selalu lebih besar dari C₀, maka : K selalu >1

Jadi kapasitas kapasitor keping sejajar secara umum dapat dituliskan :

C = C_o K = Kε_oA/d

(Baca juga: gaya listrik dan medan listrik)

ENERGI SUATU KAPASITOR BERMUATAN.

Energi yang tersimpan di dalam kapasitor, bila suatu kapasitor diberi muatan adalah :

W = ½ Q²/C

W = ½ CV²

W = ½ QV

SUSUNAN KAPASITOR

Susunan Seri

Bila beberapa kapasitor yang masing-masing kapasitasnya C₁,C₂,C₃, ... disusun seri, maka :

  

Qs = Q₁ = Q₂ = Q₃ = .....

Vs = Vab + Vbc + Vcd + Vde +.....

1/C_s = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃+ . . .

Susunan Paralel

Bila beberapa kapasitor C1,C2,C3, .......   disusun paralel, maka :

  

(Baca juga: energi potensial listrik dan potensiallistrik)

Beda potensial (Vab) total sama dengan beda potensial masing-masing kapasitor.

V = V₁ = V₂ = V₃

Qp = Q₁ + Q₂ + Q₃ + .....

Cp = C₁ + C₂ + C₃ + .....

MERUBAH BESARNYA KAPASITAS SUATU PENGHANTAR :

Sebuah penghantar bermuatan, potensialnya semakin kecil kalau didekati penghantar lain yang netral. Akan menjadi lebih kecil lagi bila penghantar netral itu dihubungkan dengan bumi. Sebuah penghantar bermuatan, kapasitasnya semakin besar kalau didekati penghantar lain yang netral. Akan menjadi lebih besar lagi bila penghantar netral itu dihubungkan dengan bumi.

Besarnya Potensial Penghantar Gabungan:

Apabila dua penghantar baru yang bermuatan saling dihubungkan, terjadi sebuah penghantar baru yang kapasitasnya sama dengan jumlah kapasitas penghantar masing-masing.

Untuk dua penghantar yang belum dihubungkan berlaku :

Q₁ = C₁  V₁  atau Q₂ = C₂  V₂

Setelah dihubungkan : (Jumlah Muatan Tidak Berubah)

Q₁ + Q₂  = C V

atau : C₁  V₁ + C₂  V₂  = C₁  V + C₂  V  = ( C₁  + C₂  ) V

V = (C₁V₁ + C₂V₂) : C₁+C₂

Contoh Soal

1. Sebuah kapasitor luas penampang platnya 20 x 20 cm² dan diantaranya hanya berjarak 2 mm. Jika ujung-ujung kapasitor itu dihubungkan pada beda potensial

10 volt maka tentukan :

a. Kapasitas kapasitor,

b. muatan yang tersimpan,

c. energi yang tersimpan kapasitor!

Pembahasan:

A = 20 x 20 = 400 cm² = 4.10^-2 m²

d  = 2 mm = 2.10^-3 m

ε₀ = 8,85.10^-12 C²/Nm²

V = 10 volt

a. Kapasitas kapasitor sebesar :

C = ε_r ε₀ A/d

C = 1 . 8,85.10^-12 .  = 17,7.10 ^-11 F

b. Muatan yang disimpan sebesar :

Q = C V

Q = 17,7.10^-11 . 10 = 1,77.10^-9 C

c. Energi yang tersimpan memenuhi :

W = ½ Q V

W =  ½ 1,77.10^-9 . 10 = 8,85 .10^-9 joule

2. Tiga buah kapasitor dirangkai seperti gambar C₁= 300 μF, C₂  = 200 μF dan C₃ = 400 μF. 

Tentukan:

a. kapasitas pengganti total,

b. muatan yang tersimpan c,

c. beda potensial b c,

d. muatan yang tersimpan C₂ dan C₃!

Penyelesaian:

C₁ = 300 μF

C₂ = 200 μF

C₃ = 400 μF

E = 120 volt

a. Kapasitas penggantinya dapat ditentukan sebagai berikut.

C₂ dan C₃ terhitung paralel sehingga dapat diganti Cp,

Cp = C₂ + C₄

Cp = 200 + 400 = 600 μF

C p dan C₁ terhubung seri sehingga dapat diganti Cs. Nilai Cs memenuhi persamaan berikut .

1/Cs = 1/Cp + 1/C₃

1/Cs = 1/600 + 1/400

Cs = 200 μF

dari nilai Cs inilah dapat diperoleh Ctotal karena Ctotal itu sama dengan Cs.

C tot = C s = 200 μF

b. Muatan yang tersimpan pada C₁ memenuhi :

Q₁ = Q tot

Q₁ = C tot . V tot

= (200.10^-6 ) . 120 = 2,4.10^-2 C

c. Beda potensial bc dapat ditentukan sebagai berikut.

V bc =Qtot/Cp

Vbc =2,4.10^-2/600.10^-6

Vbc = 40 volt

d. Muatan yang tersimpan di C₂ dan C₃ memenuhi :

Q₂  = C₂ Vbc

Q₂ = 200 . 10^-6 . 40 = 8.10^-3 C

Dan untuk muatan di Q₃

Q₃ = C₃ Vbc

Q₃ = 400 . 10^-6 . 40 = 16.10^-3 C

 

Kapasitor Keping Sejajar, Rangkaian Kapasitor, Energi Kapasitor 2016-09-17T08:07:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Mantan Tentor Fisika