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 KapasitorUntuk 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 kapasitorKapasitor bentuk keping sejajarKapasitor bentuk bola sepusatKapasitor bentuk silinder

Kapasitas KapasitorBila luas masing2

keping A, maka :

Tegangan antara kedua keping :

Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :

AQE00

AdQdEV

0

..

dA

VQC 00

+

+

+

+

+q -q

A

d

E

-

-

-

-

Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi

Hubungan antara C0 dan C adalah :

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.

dAKC 0

00 karena KKCC

Hubungan Kapasitora. Hubungan Seri

Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan yang sama.

321

1111CCCCs

sadcdbcab C

QVCQV

CQV

CQV ; ; ;

321

321 QQQQ

b. Hubungan Paralel

Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan antara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V.

321 CCCC p

; ; ; ; 332211 VCQVCQVCQVCQ p

Energi KapasitorSesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yang

mempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan energi yang lebih besar pula.

Persamaannya :

QVCVW 212

21

KAPASITORSecara umum Kapasitor terdiri atas dua keping konduktor yang saling sejajar dan terpisah oleh suatu bahan dielektrik ( dari bahan isolator) atau ruang hampa.

Bahan dielektrik

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

Luas =A

Kapasitor Sifat Kapasitor1. Dapat menyimpan energi listrik,

tanpa disertai reaksi kimia2. 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.

Hal.: 10 Isi dengan Judul Halaman Terkait

Simbol Kapasitor

+V

+Q -Q

Kapasitor Kapasitas kapasitor (C)

menunjukkan besar muatan listrik pada masing-masing keping bila kedua keping mengalami beda potensial 1 volt

Hal.: 11 Isi dengan Judul Halaman Terkait

+V

+Q -Q

V

VQC Q = nilai muatan listrik pada masing-

masing kepingV = beda potensial listrik antar keping ( volt)C = kapasitas kapasitor (Farad = F )

Kapasitas kapasitor

Hal.: 12

Ruang hampa atau udara

Luas =A

VQC

dxAεC o

C = kapasitas kapasitor (Farad= F)

d = Jarak antar keping (meter)

A = luas salah satu permukaan yang saling berhadapan (meter 2 )

o = permitivitas udara atau ruang hampa ( 8.854 187 82 · 10-12 C/vm )

dAεQ

QExdQC

o

x

Kapasitas kapasitor

Hal.: 13

Bahan dielektrik

Luas =A

dεxAC

= permitivitas bahan dielektrik ( C/vm )

K.εε o

Kapasitas kapasitor yang terdiri atas bahan dielektrik

K = tetapan dielektrik (untuk udara atau ruang hampa K = 1 )

Rangkaian KapasitorRangkaian seri

Hal.: 14

+V

+Q1 -Q1 +Q2 -Q2

1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ), kapasitas kapasitor pertama (C1), kapasitor kedua (C2) memenuhi :

2. Muatan listrik yang tersimpan pada 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

21g C1

C1

C1

Rangkaian KapasitorRangkaian seri

Hal.: 15

+V = 6 volt

+Q -Q +Q -Q

C1 = 2 F C2 = 3 F

Contoh1. Kapasitas gabungan kapasitor :

Cg = 6/5 = 1,2 F2. Muatan listrik pada rangkaian = 1,2 F x 6V = 7,2 C Pada kapasitor satu = 7,2 C Pada kasitor kedua = 7,2 C3. Tegangan liatrik pada kapasitor satu = 3,6 V Pada kapasitor dua = 2,4 V

623

31

21

C1

g

Rangkaian Kapasitor Rangkaian paralel

Hal.: 16

+V

+Q1 -Q1

+Q2 -Q2

1. Tegangan pada kapasitor pertama (V1), kapasitor kedua (V2) dan tegangan sumber (V) masing-masing sama besar. V1 = V2 = V

2. Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Q1 + Q2

3. Kapasitas gabungan kapasitor mmenuhi : Cg = C1 + C2

Rangkaian Kapasitor Rangkaian paralel

Hal.: 17 Isi dengan Judul Halaman Terkait

+

+Q1 -Q1

+Q2 -Q2

1. Tegangan pada kapasitor pertama (V1) dan kapasitor kedua (V2) adalah V1 = V2 = 6 volt

2. Kapasitas gabungan kapasitor adalah Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F

3. Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Cg xV = 5F x 6V = 30CQ1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C

Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C

Contoh

C1 = 2 F

C2 = 3 F

V = 6 volt

Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor Grafik hubungan tegangan (V) dengan muatan listrik yang tersimpan

pada kapasitor (Q)

Hal.: 18 Isi dengan Judul Halaman Terkait

V(volt)

Q(Coulomb)

Q

V

Nilai energi listrik yang tersimpan pada kapasitor yang bermuatan listrik Q = luas daerah Dibawah garis grafik Q-V (yang diarsir ).

QV21W

Energi Listrik yang Tersimpan pada Kapasitor

Hal.: 19 Isi dengan Judul Halaman Terkait

(CV)V21W

+V

Sebuah kapasitor yang memiliki kapasitas C dihubungkan dengan tegangan V.

CKarena Q = C.V, maka

2CV21W

W = Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor ( Joule )

Keterangan : Q = muatan listrik kapasitor ( Coulomb)

C = Kapasitas kapasitor ( farad)

V = tegangan listrik antar keping kapasitor ( Volt)

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 ?