Listrik Statis: Kapasitor Keping Sejajar

Poll

Manakah diantara gambar berikut yang pernah anda lihat?

​Konstruksi sebuah Kapasitor

​Kapasitas Kapasitor

​Sebuah kapasitor terdiri atas keping-keping logam yang disekat satu sama lain dengan suatu bahan isolator.

Isolator penyekat tersebut dinamakan zat dielektrik

​Simbul Kapasitor :

​Jenis-jenis Kapasitor:
1) Kapasitor berpolar, yang mempunyai kutub positif dan kutub negatif
2) Kapasitor nonpolar, yang tidak mempunyai kutub

​Beberapa fungsi dari kapsitor:

​1) menyimpan muatan listrik
2) memilih gelombang radio (tuning)
3) sebagai perata arus pada rectifier
4) sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor
5) memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil
6) sebagai filter dalam catu daya (power supply)

Multiple Select

Seorang siswa mempelajari berbagai fungsi kapasitor dalam kehidupan sehari-hari. Manakah pernyataan berikut yang benar mengenai fungsi kapasitor?

• Menyimpan muatan listrik untuk sementara waktu.

• Meratakan tegangan listrik pada rangkaian adaptor.

• Menguatkan sinyal listrik agar suara lebih nyaring.

• Menyimpan energi untuk lampu kilat (flash) pada kamera.

• Menghubungkan dan memutuskan arus listrik seperti saklar.

​Muatan yang Tersimpan dalam Kapasitor

​Muatan yang tersimpan dalam kapasitor sebanding dengan hasil kali antara kapasitas kapasitor (C) dan tegangan yang diberikan pada kapasitor (V)

​Secara matematis dapat ditulis:

​Q = Muatan Kapasitor (Coloumb)
C = Kapasitas Kapasitor (Farad)
V = Tegangan Kapasitor (Volt)

​Kapasitas Kapasitor

​Berdasarkan hubungan antara muatan, kapasitas dan tegangan pada kapasitor, maka kapasitas kapasitor merupakan perbandingan antara muatan (Q) dan tegangan kapasitor (V):

​Catatan:
Walaupun secara matematis C berbanding lurus dengan Q dan berbanding terbalik dengan V tapi Q tidak serta merta mempengaruhi besar C, karena kenyataannya jika Q diperbesar maka V juga akan makin besar (V berbanding lurus dengan Q)

​Kapasitas Kapasitor

​Jika kedua plat dihubungkan dengan sumber tegangan, maka terjadi beda potensial antara kedua keping kapasitor, yang memenuhi persamaan:

​Apa yang mempengaruhi kapasitas kapasitor?

​Mari kita analisis mulai dari tegangan antar kedua plat sejajar

​V = beda potensial (volt)
E = kuat medan listrik (N/C)
d = jarak kedua keping (m)

​"Kita lanjutkan dengan kuat medan antara kedua keping"

​Kuat medan listrik di antara kedua keping memenuhi persamaan:

​Jadi, besar muatan (Q) dapat dihitung dengan persamaan:

​q = Muatan
A = Luas keping
E = kuat medan antar keping
= permiabilitas ruang hampa

​Kapasitas Kapasitor

​Berdasarkan analisis di atas maka kapasitas kapasitor dipengaruhi oleh beberapa variabel sesuai dengan persamaan:

​Satuan kapasitas kapasitor adalah farad (F)

​Kapasitas sebesar 1 F sangat besar, sehingga lebih sering dinyatakan dalam mikrofarad ( µF ) dan pikofarad (pF), di mana 1 µF = 10^-6 F dan 1 pF = 10^-12 F

​Kapasitas Kapasitor Relatif

​Untuk menaikkan besar kapasitas kapasitor dapat dilakukan dengan memberikan bahan dielektrik di antara kedua plat sejajar.

​Bahan dielektrik memiliki kapasitas K sehingga, sehingga kapasitas setelah ditambah bahan dielektrik (kapasitas relatif) dapat dihitung:

​dengan K adalah Kapasitas Relatif dari bahan dielektriknya.

Multiple Select

Seorang siswa mempelajari faktor-faktor yang memengaruhi nilai kapasitansi kapasitor. Dari variabel berikut, manakah yang memengaruhi besar kecilnya kapasitansi kapasitor keping sejajar?

• Bentuk keping kapasitor (bulat/persegi)

• Permitivitias bahan dielektrik

• Luas keping kapasitor

• Tegangan yang diberikan pada kapasitor

• Jarak antar keping

Multiple Select

Dalam merancang sebuah kapasitor untuk penyimpanan energi lebih besar, insinyur dapat melakukan beberapa strategi:

• Menambah tegangan sumber listrik

• Mengurangi jumlah muatan yang tersimpan

• Memperkecil jarak antar keping

• Menggunakan bahan dielektrik dengan permitivitas tinggi

• Memperbesar luas keping

Multiple Choice

Seorang siswa melakukan percobaan dengan kapasitor keping sejajar. Ia melakukan beberapa perubahan:

(1) Memperbesar luas keping kapasitor

(2) Menambah jarak antar keping

(3) Mengganti udara dengan bahan dielektrik kertas

(4) MEnambah tegangan yang diberikan pada kapasitor.

Perubahan mana yang akan meningkatkan kapasitansi?

• (1) saja

• (1) dan (3)

• (2) dan (4)

• (1), (2), dan (3)

• Semua benar

​Energi Kapasitor

​Energi yang tersimpan pada kapasitor berasal dari usaha yang dilakukan sumber tegangan (baterai) untuk memindahkan muatan listrik ke dalam kapasitor.

​Ketika kapasitor dihubungkan dengan baterai, muatan listrik akan bergerak hingga tercipta medan listrik di antara kedua keping. Medan listrik inilah yang menjadi “wadah” penyimpanan energi pada kapasitor.

​Energi listrik yang tersimpan dapat diturunkan dari usaha mengisi kapasitor:

​Energi Kapasitor

​Proses pengisian muatan pada kapasitor dapat digambarkan sebagai berikut:

​Energi Kapasitor

​Berdasarkan grafik tersebut, energi listrik yang tersimpan dapat diturunkan dari usaha mengisi kapasitor dapat diturunkan sbb:

​dengan menggunakan hubungan Q = C . V, besar energi kapasitor dapat dituliskan dalam tiga bentuk persamaan, yaitu:

​atau

​atau

Multiple Choice

Kapasitor dapat digunakan dalam rangkaian elektronik sebagai penyimpan energi sementara. Hal ini dimungkinkan karena…

• Kapasitor dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik

• Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik di medan listriknya

• Kapasitor memiliki resistansi yang sangat besar

• Kapasitor bekerja hanya jika ada arus bolak-balik

• Kapasitor dapat menyimpan energi dengan cara mengubahnya menjadi energi panas

Multiple Select

Energi listrik dapat tersimpan pada kapasitor dalam bentuk medan listrik. Faktor utama apa yang paling memengaruhi besar energi yang tersimpan pada sebuah kapasitor?

• Tegangan sumber arus searah (DC) yang digunakan

• Hambatan rangkaian di sekitarnya

• Waktu pengisian kapasitor

• Bentuk fisik kawat penghubung

• Nilai kapasitansi kapasitor

Multiple Select

Sebuah kapasitor dihubungkan dengan baterai hingga terisi penuh. Jika setelah itu kapasitor dilepas dari baterai, maka energi yang tersimpan pada kapasitor akan…

• Hilang seketika begitu dilepaskan dari baterai

• Tetap tersimpan pada kapasitor selama tidak ada kebocoran muatan

• Bertambah karena tidak ada lagi arus yang mengalir

• Berkurang setengah secara otomatis

• Hilang seluruhnya jika kedua ujung kapasitor dihubungkan dengan penghantar

Multiple Choice

Jika nilai kapasitansi sebuah kapasitor diperbesar, sementara tegangan yang diberikan tetap sama, maka energi yang tersimpan akan…

• Berkurang

• Tetap

• Bertambah

• Hilang sama sekali

• Tidak dapat ditentukan tanpa mengetahui arus listriknya