BAB II

KAPASITOR

A. Pengertian Kapasitor.

Kapasitor atau Kondensator merupakan alat yang digunakan untuk menyimpan energi potensial listrik dan muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang berdekatan yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut Dielektrik, dimana masing-masing konduktor mempunyai muatan yang sama besar tetapi berlawanan jenis. Kapasitor banyak digunakan pada rangkaian elektronika.

Adapun kegunaan dari kapasitor antara lain sebagai berikut :

a. Kapasitor digunakan untuk menghindarkan terjadinya loncatan listrik pada rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan bila tiba-tiba arus listrik diputuskan.

b. Kapasitor dapat berfungsi sebagai penyimpan muatan atau energin listrik.

c. Kapasitor digunakan sebagai variabel untuk memilih panjang gelombang yang dikehendaki pada pesawat radio. 1

B. Kapasitansi Kapasitor.

Dua Konduktor sembarang yang dipisahkan oleh isolator akan membentuk kapasitor. Medan listrik di sembarang titik di antara kedua konduktor sebanding dengan besarnya Q pada setiap konduktor sehingga beda potensial Vab juga sebanding dengan Q. Jika muatan pada setiap konduktor di perbesar dua kali lipat, rapat muatan di setiap titik pada konduktor juga menjadi dua kali lipat, medan listrik di setiap titik di antara kedua konduktor menjadi dua kali lipat, dan beda potensial di antara kedua konduktor itu juga menjadi dua kali lipat. Akan tetapi, perbandingan antara muatan Q dan beda potensial Vab tidak berubah. Perbandingan ini disebut Kapasitansi (C) atau kapasitas dari kapasitor. Secara sistematis persamaan :

........................................ (Persamaan 1.1)

Dalam SI, satuan kapasitansi adalah Farad (F), sebagai penghargaan kepada Michael Faraday. Satuan 1 farad = 1 C/V = 1 Coulumb/Volt.

Jadi berdasarkan persamaan di atas dapat ditarik kesimpulan, jika harga kapasitansi (C) adalah konstan (tetap), maka :

1 Linggih, Suardhana dan Kamajaya, Penuntun Belajar Fisika SMA Betrdasarkan Kurikulum 1984, Ganeca Exact, Bandung, Hal. 277

- Bila Q besar maka V akan besar sedangkan harga C tetap.- Bila Q kecil maka V akan kecil sedangkan harga C tetap.

“Kapasitansi merupakan sebuah ukuran yang menunjukkan kemampuan sebuah kapasitor untuk menyimpan energi”.

C. Jenis – Jenis Kapasitor.

a. Jenis kapasitor berdasarkan Susunan Pelat.Ada beberapa jenis kapasitor berdasarkan susunan pelatnya,

diantaranya kapasitor pelat sejajar, kapasitor bola, dan kapasitor silinder.

1) Kapasitor Pelat Sejajar.Kapasitor pelat sejajar tersusun dari dua pelat sejajar yang bermuatan sama besar (Q) tetapi berlawanan jenisnya. Beda potensial antara kedua pelat sebanding dengan kuat medan listrik (E) dan jarak antar pelat (d).

dengan

Sehingga :

Telah diketahui pula hubungan antara E dan V adalah :

..................................... (Persamaan 1. 2)

Sehingga :

Dari persamaan 1. 1, kapasitas kapasitor untuk keping sejajar akan menjadi sebagai berikut :

Jadi,

......................................... (Persamaan 1. 3)

Persamaan (1. 1 – 1.3) dipergunakan bila antara keping berisi udara, tetapi bila di antara kepingnya di isi dengan medium lain lain yang mempunyai koefisien dielektrikum (K), maka persamaan (1. 3) akan menjadi :

................................... (Persamaan 1. 4)

Atau dapat juga di tulis menjadi :

dengan ketentuan :

“Biasanya bahan dielektrium terbuat dari bahan-bahan isolator, seperti mika, kertas, plastik, cairan, udara, dsb”.

Soal 1.a :

Tentukan Kapasitas kapasitor yang mempunyai luas keping 2 cm2 dan jarak antara kepingnya 0, 4 cm, bila muatan masing-

masing keping sebesar diantara

keping-keping ada medium dengan konstanta dielektrium 2.

Penyelesaian :

Diketahui :

K = 2

Ditanyakan :

Kapasitas Kapasitor (C) = ……….

Jawab :

2) Kapasitor Bola.

Pada kapasitor berbentuk bola pejal berongga bermuatan Q, beda potensial antara kedua bola adalah :

atau bisa

Dari persamaa (1. 1) kapasitas kapasitor berbentuk bola akan menjadi :

atau bisa

atau bisa

Jadi, kapasitas kapasitor bola pejal itu adalah :

……………………………… (Persamaan 1. 5)

3) Kapasitor Silinder.

Kapasitas kapasitor berbentuk silinder dengan jari-jari silinder kecil = a dan jari-jari silinder besar = b, dapat ditentukan dengan persamaan :

……….2

b. Jenis Kapasitor berdasarkan Polaritas.

Berdasarkan polaritasnya, kapasitor dibagi menjadi kapasitor polar dan non polar. Pemasangan kapasitor polar harus memperhatikan kutub positif dan kutub negatifnya, tidak boleh terbalik.

Sedangkan pemasangan kapasitor non polar tidak perlu memperhatikan kutub-kutubnya, boleh terbalik atau tidak.

Kapasitor elektrolit (ELCO = Electrolyte Condensator) merupakan contoh kapasitor polar. Kapasitor elektrolit menggunakan bahan elektrolit sebagai dielektriknya. Kapsitor elektrolit dan posisi pemasangan kakinya berdasarkan simbolnya dalam rangkaian.

Kapasitor keramik, kapasitor polister, dan kapasitor tantalum merupakan contoh kapasitor non polar. Sebutan kapasitor keramik, polister, dan tantalum ini diberikan berdasarkan bahan dielektriknya.

D. Susunan Rangkaian Kapasitor.

Kapasitor dibuat dengan kapasitansi tertentu kadang-kadang nilainya tidak sesuai dengan yang kita butuhkan. Akan tetapi, kita dapat memperoleh nilai kapasitansi yang kita perlukan dengan cara merangkai beberapa kapasitor dengan susunan tertentu. Susunan yang paling sederhana adalah susunan seri dan susunan paralel.

a. Susunan Rangkaian Seri.Rangkaian beberapa kapasitor yang tersusun seri dapat diganti

dengan sebuah kapasitor pengganti. Rangkaian tiga kapasitor dengan kapasitas berturut-turut C1, C2, dan C3 yang disusun seri dapat digantikan oleh sebuah kapasitor dengan kapasitsa sebesar Cp, sesuai dengan persamaan :

2 Purwoko dan Fendi, Fisika 3 SMA Kelas XII KTSP 2006, Yudhistira, Yogyakarta, Hal. 76

Untuk rangkaian sejumlah n kapasitor yang disusun seri, kapasitas kapasitor penggantinya dapat ditentukan dengan rumus :

Dalam rangakain seri kapasitor tidak terjadi pembagian arus listrik, berarti tidak terjadi pembagian muatan sehingga tiap kapasitor memiliki muatan sama besar. Dalam rangkaian seri sebanyak n kapasitor terjadi pembagian tegangan menjadi V1, V2, V3, ….. Vn masing-masing pada kapasitor dengan kapasitas C1, C2, C3, …. Cn. Tegangan pada masing-masing kapasitor itu dapat dihitung dengan rumus :

………….3

…….4

Soal 1.b :

Dua buah kapasitor masing-masing kapasitasnya

dipasang secara seri. Beda potensial antara ujung-ujung gabungannya 10 volt. Tentukanlah :

a) Kapasitas gabungannya.b) Muatan masing-masing kapasitor.c) Beda potensial masing-masing kapasitor.

Penyelesaian :

a) Kapasitas gabungannya

3 Purwoko dan Fendi, Fisika 3 SMA Kelas XII KTSP 2006, Yudhistira, Yogyakarta, Hal. 784 Ruwanto, Bambang, Asas-asas Fisika SMA Kelas XII Semester Pertama KTSP 2006, Yudhistira, Yogyakarta, Hal. 209

b)

Maka :

c)

b. Susunan Rangkaian Paralel.Pada rangkaian paralel tidak terjadi pembagian tegangan. Jika

rangkaian paralel kapasitor diberi tegangan V, maka setiap kapasitor akan mendapatkan tegangan yang sama, yaitu V.

Arus yang memasuki rangkaian yang sama dengan jumlah aljabar besar arus pada masing-masing kapasitor. Berarti, muatan yang memasuki rangkaian (muatan total) sama dengan jumlah aljabar muatan yang ada pada tiap kapasitor.

Jika rangkaian paralel 3 kapasitor dengan kapasitas C1, C2, dan C3, kita ganti dengan sebuah kapasitor pengganti dengan kapasitas Cp, kita peroleh :

Untuk n buah kapasitor tersusun paralel, besar kapasitas dari kapasitor penggantinya dapat dihitung dengan rumus :

c. Susunan Rangkaian Gabungan/Campuran.

Kapasitor-kapasitor selain dapat dipasang secara seri ataupun paralel, dapat juga dipasang bersama-sama, secara seri dan paralel.

C2 paralel dengan C3

C1 seri dengan gabungan C2 dan C3.

Sehingga : Tegangan V2 = V3 (paralel, tegangan sama) muatan Q1 = Q2 + Q3 (seri, muatan sama)

Menentukan C gabungannya :

Gabungkan C2 dan C3 secara paralel.

Gabungkan C1 dan C2,3 secara seri.

E. Energi yang Tersimpan Dalam Kapasitor.

Energi yang potensial listrik yang tersimpan dalam sebuah kapasitor bermuatan sama dengan usaha yang diperlukan untuk memberi muatan pada kapasitor itu. Pada proses pengosongan kapasitor, energi yang tersimpan ini dapat diperoleh kembali.

Besar energy yang tersimpan dalam kapasitor sebanding dengan besar muatan (Q) dan potensial listriknya atau tegangannya (V).

Sehingga potensial rata-rata pada masing-masing keeping kapasitor yang diberikan besarnya :

Oleh karena Q = C. V, diperoleh :

Mengingat V = Q/V, maka diperoleh :

Soal 1.c :

Dua buah kapasitor masing-masing dipasang secara seri,

kapasitasnya dan beda potensial antara ujung-ujungnya 6

volt. Tentukanlah energy yang tersimpan pada masing-maisng kapasitor.

Penyelesaian :

Diketahui :

Ditanyakan : Ep1 dan Ep2 ……

Jawab :

Kapasitornya dipasang secara seri, maka :

Maka :

DAFTAR PUSTAKA

Linggih, Suardhana dan Kamajaya, 1985, Penuntun Pelajaran Fisika Berdasarkan Kurikulum 1984 untuk SMA, Bandung, Ganeca Exact.

Purwoko dan Fendi, 2009, Fisika 3 SMA Kelas XII, Yogyakarta, Yudhistira.

Ruwanto, Bambang, 2007, Asas-asas Fisika SMA Kelas XII, Yogyakarta, Yudhistira.