Pengertian Dan Fungsi Kapasitor, Kondensator, Jenis-Jenis, Polar, Non Polar, Kapasitas, Keping Sejajar, Bola Konduktor, Rangkaian Seri, Paralel, Energi, Rumus, Fisika, Pola Soal, Jawaban

Pengertian dan Fungsi Kapasitor, Kondensator, Jenis-jenis, Polar, Non Polar, Kapasitas, Keping Sejajar, Bola Konduktor, Rangkaian Seri, Paralel, Energi, Rumus, Fisika, Contoh Soal, Jawaban.

1. Kapasitor atau Kondensator

Gambar 1. Kapasitor dalam rangkaian elektronik. [1]

Kapasitor atau kondensator ialah alat (komponen) yang dibentuk sedemikian rupa sehingga bisa menyimpan muatan listrik yang besar untuk sementara waktu. Sebuah kapasitor terdiri atas keping-keping logam yang disekat satu sama lain dengan isolator. Isolator penyekat disebut zat dielektrik. Simbol yang dipakai untuk menampilkan sebuah kapasitor dalam suatu rangkaian listrik ialah sebagai berikut :

Berdasarkan bahannya, ada beberapa jenis kapasitor, antara lain kapasitor mika, kertas, keramik, plastik, dan elektrolit. Sementara itu, menurut bentuknya dikenal beberapa kapasitor antara lain kapasitor variabel dan kapasitor pipih silinder gulung. Menurut pemasangannya dalam rangkaian listrik, kapasitor dibedakan menjadi kapasitor berpolar, yang memiliki kutub positif dan kutub negatif. Dan juga kapasitor nonpolar, yang tidak memiliki kutub, jika dipasang pada rangkaian arus bolak-balik (AC).

Gambar 2. Berbagai macam kapasitor antara lain kapasitor : (a) celah-udara (b) botol leyden (c) film logam (d) untuk menekan interferensi (e) variabel mini.

Ada dua cara pemasangan kapasitor, yaitu tanpa memperhatikan kutub-kutubnya (untuk kapasitor nonpolar) dan dengan memperhatikan kutub-kutubnya (untuk kapasitor polar).

2. Fungsi Kapasitor

Beberapa kegunaan kapasitor, antara lain sebagai berikut:

a. menyimpan muatan listrik,

b. menentukan gelombang radio (tuning),

c. sebagai perata arus pada rectifier,

d. sebagai komponen rangkaian starter kendaraan bermotor,

e. memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil,

f. sebagai filter dalam catu daya (power supply).

3. Kapasitas Kapasitor

Kapasitas kapasitor menyatakan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik. Kapasitas atau kapasitansi (lambang C ) didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik (q) yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial (V ) antara kedua keping. Secara matematis kapasitas kapasitor sanggup dituliskan sebagai berikut:

C = q/V ........................................................... (1)

dengan:

C = kapasitas kapasitor (farad)

q = muatan listrik (coulomb)

V = beda potensial (volt)

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

4. Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Dua keping (lempeng) sejajar yang diberi muatan listrik berlainan sanggup menyimpan muatan listrik. Dengan kata lain, keping sejajar tersebut memiliki kapasitas.

Gambar 3. (a) Kapasitor keping sejajar (b) Garis-garis medan listrik kapasitor keping sejajar.

Gambar 3. menggambarkan pemindahan muatan listrik +q dari suatu titik ke titik lain, antara kedua bidang kapasitor. Gaya yang dialami setiap titik ialah sama besar.

Untuk memindahkan muatan itu tanpa percepatan, dibutuhkan gaya lain untuk melawan gaya F sebesar F' = -q.E. Dengan demikian, besar usahanya adalah: 

W = F'.d = -q.E.d

Mengingat perjuangan sama dengan perubahan energi potensial listrik, diperoleh persamaan:

W = Ep = q(V₂ – V₁)

Dengan demikian, beda potensial antara kedua lempeng kapasitor itu adalah:

V = E.d ......................................................... (2)

dengan:

V = beda potensial (volt)

E = besar lengan berkuasa medan listrik (N/C)

d = jarak kedua keping (m)

Mengingat besar lengan berkuasa medan listrik di antara keping sejajar ialah :

maka beda potensial di antara keping sejajar dirumuskan:

Jadi, kapasitas kapasitor keping sejajar adalah:

dengan:

C = kapasitas kapasitor (F)

ε₀ = permitivitas ruang hampa atau udara (8,85 × 10^-12 C/Nm²)

d = jarak keping (m)

A = luas penampang keping (m²)

Apabila di antara keping sejajar diberi zat dielektrik, permitivitas ruang hampa atau udara (ε₀) diganti dengan permitivitas zat dielektrik.

ε = K.ε₀ ............................................................. (4)

dengan K ialah konstanta dielektrik. Dengan demikian, kapasitas kapasitor keping sejajar yang diberi zat dielektrik dirumuskan:

5. Kapasitas Bola Konduktor

Pada bola konduktor akan timbul potensial apabila diberi muatan. Berarti, bola konduktor juga memiliki kapasitas. Dari persamaan C = q/V, dan V = (kq)/r, kapasitas bola konduktor sanggup dirumuskan:

C = r/k

C = 4πε₀r ........................................................... (6) 

Contoh Soal 1 :

Jika muatan dan kapasitas kapasitor diketahui berturut-turut sebesar 5 μC dan 20 μF , tentukan beda potensial kapasitor tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui: 

q = 5 μC= 5 ×10^-6 C

C = 20 μF = 2 × 10^-5 F

Ditanya: V ... ?

Pembahasan :

Contoh Soal 2 :

Sebuah kapasitor memiliki luas bidang cm² dan jarak kedua bidang 0,4 cm. Apabila muatan masing-masing bidang 4,425 μC dan permitivitas listrik udara 8,85 × 10^-12 C²N^-1m^-2, tentukan:

a. kapasitas kapasitor,

b. kapasitas kapasitor apabila diberi materi dielektrik dengan konstanta dielektrik 5,

c. beda potensial antara kedua bidang kapasitor!

Penyelesaian:

Diketahui: 

A = 4 cm² = 4 × 10^-4 m²

d = 0,4 cm = 4 × 10^-3 m

q = 4,425 μC = 4,425 × 10^-6 C

ε₀ = 8,85 × 10^-12 C²N^-1m^-2

K = 5

Ditanya: 

a. C = ... ?

b. C dengan K = 5 ... ?

c. V = ... ?

Pembahasan :

6. Rangkaian Kapasitor

Seperti halnya kendala listrik, kapasitor juga sanggup dirangkai seri, paralel, atau adonan antara seri dan paralel. Untuk rangkaian seri dan paralel pada kapasitor, balasannya berlainan dengan rangkaian seri dan paralel pada hambatan. 

6.1. Rangkaian Seri Kapasitor

Untuk memperoleh nilai kapasitas kapasitor yang lebih kecil daripada kapasitas semula ialah dengan menyusun beberapa kapasitor secara seri. Apabila rangkaian kapasitor seri diberi beda potensial, pada setiap kapasitor memperoleh jumlah muatan yang sama, meskipun besar kapasitasnya berlainan.

q₁ = q₂ = q₃ = q_total .................................................. (7)

Apabila beda potensial kapasitor seri tersebut V_AB = V_s, berlaku persamaan:

V_AB = V_s = V₁ + V₂ + V₃ ......................................... (8)

Karena V = q/C, maka:

Berdasarkan persamaan (7), maka:

Kedua ruas dibagi q, akan diperoleh:
.................................................. (9)

untuk n kapasitor yang dihubungkan secara seri, persamaan 7. menjadi:

Bentuk rangkaian kapasitor yang disusun seri ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian seri kapasitor.

Contoh Soal 3 :

Tiga kapasitor masing-masing berkapasitas 2 μF, 3 μF, dan 4 μF disusun seri, kemudian diberi sumber listrik 13 volt. Tentukan potensial listrik masing-masing kapasitor!

Penyelesaian:

Diketahui: 

C₁ = 2 μF

C₂ = 3 μF

C₃ = 4 μF

V = 13 volt

Ditanya: 

a. V₁ = ... ?

b. V₂ = ... ?

c. V₃ = ... ?

Pembahasan :

6.1. Rangkaian Seri Kapasitor

Kapasitor yang dirangkai paralel, apabila diberi tegangan V setiap kapasitor akan memperoleh tegangan yang sama, yaitu V, sehingga pada rangkaian kapasitor paralel berlaku:

V_total = V₁ = V₂ = V₃ ................................................ (11)

dengan memakai persamaan (1), maka akan diperoleh:

q_total = q₁ + q₂ + q₃ .................................................. (12)

C_total.V_total = C₁.V₁ + C₂.V₂ + C₃.V₃

Berdasarkan persamaan (11), maka diperoleh:

C_P = C₁ + C₂ + C₃ ............................................... (13)

Apabila terdapat n kapasitor, maka:

C_P = C₁ + C₂ + C₃ + ... + C_n ............................... (14)

Gambar 5. memperlihatkan bentuk rangkaian pada kapasitor yang disusun paralel.

Gambar 5. Rangkaian paralel kapasitor.

Contoh Soal 4 :

Empat buah kapasitor dirangkai ibarat pada gambar. Jika beda potensialnya 12 V, tentukan:

a. kapasitas kapasitor penggantinya,

b. beda potensial listrik pada masing-masing kapasitor!

Penyelesaian:

Diketahui: 

C₁ = 2 μF 

C₂ = 4 μF 

C₃ = 3 μF

C₄ = 6 μF

V_ab = 12 volt

Ditanya: 

a. C_pengganti = ... ?

b. V₁, V₂, V₃, V₄ = ... ?

Pembahasan :

7. Energi Kapasitor

Muatan listrik menyebabkan potensial listrik dan untuk memindahkannya dibutuhkan usaha. Untuk memberi muatan pada suatu kapasitor dibutuhkan perjuangan listrik, dan perjuangan listrik ini disimpan di dalam kapasitor sebagai energi. Pemberian muatan dimulai dari nol hingga dengan q coulomb. Potensial keping kapasitor juga berubah dari nol hingga dengan V secara linier. Maka beda potensial rata-ratanya adalah:

Berdasarkan persamaan (1), maka diperoleh:

Jadi, energi yang tersimpan pada kapasitor adalah:

Contoh Soal 5 :

Sebuah kapasitor memiliki kapasitas 4 μF diberi beda potensial 25 volt. Berapakah energi yang tersimpan?

Penyelesaian:

Diketahui:

C = 4 μF = 4 × 10^-6 F 

V = 25 volt

Ditanya: W = ... ?

Pembahasan :

W = ½ C.V² = ½ (4 × 10^-6)(25)² = 1,25× 10^-3 joule

Contoh Soal 6 :

Sebuah kapasitor 1,2 μF dihubungkan dengan 3 kV. Hitunglah energi yang tersimpan dalam kapasitor!

Penyelesaian:

Diketahui:

C = 1,2 μF = 1,2× 10^-6 F 

V = 3 kV = 3.000 V

Ditanya: W = ... ?

Pembahasan :

W = ½  C. V² = ½ (1,2× 10^-6)(3.000)² = 5,4 J

Materi Fisika :

Mesin Fotokopi

Mesin fotokopi menghasilkan salinan dokumen secara cepat dan balasannya jelas. Mesin fotokopi ini dijalankan dengan cara menyorotkan sinar ke dokumen asli. Citra pantulannya difokuskan ke tabung yang dimuati listrik statis. Muatan statis tersebar dan menempel pada tabung dengan menyesuaikan gelap terang pada dokumen asli. Bubuk toner ditasik oleh muatan statis di sekeliling tabung, yang kemudian dipindahkan ke selembar kertas salinan dan dikeringkan melalui pemanasan.

Anda kini sudah mengetahui Kapasitor atau Kondensator. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Capasitor.jpg&filetimestamp=20090502062642

Share this post