Kapasitor 2009

KAPASITOR

Definisi • Kapasitor: – piranti elektronika yang dapat menyimpan energi dalam medan listrik antara sepasang konduktor (plat) yang dipisahkan oleh sebuah insulator (dielektrik).

Kapasitans (1) • Kapasitans (C): – jumlah muatan Q yang disimpan dalam setiap plat untuk setiap beda potensial (V) yang diberikan diantara kedua plat tersebut.

• Formula:

– – – –

V : volt Q : coulomb Q = It C : farad

Grafik hubungan antara Q dan V

Kapasitans (2) • Kapasitans kapasitor plat paralel dapat dihitung dengan rumus:

ε 0 = 8,84x 10-12 F/m : permisifitas ruang hampa ε r = permisifitas relatif (konstanta dielektrik) – A = luas plat (m2) – d = jarak antar plat (m)

Kapasitans (3) • Jika luas A dalam cm2, jarak d dalam mm, dan kapasitans C dalam pF (picofarad), maka rumus di depan dapat ditulis ulang menjadi:

Kapasitans (4)

Kapasitans (5) Contoh: 1.

Hitunglah nilai kapasitans dari dua buah plat paralel dengan dimensi 2 cm x 1,5 m. Kedua plat dipisahkan oleh bahan dielektrik setebal 0,2 mm dengan nilai permisifitas 15. Jawab:

ε

=15, ε

r

0

= 8,84x 10-12 F/m, A=0,02 x 1,5 m2,

d=0,2 x 10-3 m

Kapasitor Plat Sejajar • Medan listrik (E) uniform di antara plat dan 0 di tempat lain. Besar E di antara plat :

Q E= ε0A

Kapasitor Plat Sejajar • electric field between plate is

Q E= ε0 A

• the relation between E and V b

Vba = − ∫ E.dl a

Kapasitor Silinder

Kapasitor Silinder

Q C= Vba 2π ε0l C= ln(Ra / Rb)

Kapasitor Bola

Konstruksi Kapasitor (1) a) pemisah: udara b) pemisah: bahan dielektrik c) multiplat

Konstruksi Kapasitor (1) • Kapasitor gulung

Aneka bentuk kapasitor

Tabel kode warna

Muatan dan Energi tersimpan (1) • Muatan: – Q = CV

• Energi: – W = ½ CV2

= Q2/2C = ½ QV

Muatan dan Energi tersimpan (2) Contoh: 1. Hitung muatan yang tersimpan dalam sebuah kapasitor 0,1μF dengan tegangan 50V Jawab: Q = CV = 0,1 x 50 = 5 μC

Muatan dan Energi tersimpan (3) Contoh: 2. Berapa energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitor 5μF dengan tegangan 150V Jawab: W = ½ CV2 = ½ (5 x 10-6) x (150)2 = 0,056 J

Capacitors in Series

Q = Q1 + Q2 + … ΔV = V1 + V2 + …

1 1 1 = + +K Ceq C1 C2

Capacitors in parallel

series V=V1+V2+V3 q=q1=q2=q3 1 V = Ceq q V1 + V2 + V3 q 1 1 1 = + + C1 C2 C3 =

V=V1=V2=V3 q=q1+q2+q3 Ceq =

q q1 + q2 + q3 = = C1 + C2 + C3 V V

Tenaga yang Disimpan dalam Kapasitor • Tenaga yang disimpan didalam Kapasitor

1 q 2 1 (CV ) 2 1 W= = = CV 2 2 C 2 C 2

• Tenaga yang disimpan persatuan volume

1 1 2 2 CV ε0 A /(d.V 2 ) W ε V   U= = 2 = 2 = 0  A.d A.d A.d 2d • K = konstanta dielektrik

ε K= ε0

ε 0 = 8.85x10

−12

2

C / Nm

2

Latihan Latihan 1. a. Hitung kapsitansi kapasitor plat sejajar dengan luas plat 20 cm x 30 cm dan terpisah oleh udara (air gap) pada jarak 1 mm b. Berapa besar muatan masing-masing plat jika kapasitor dihubungkan dengan sebuah baterai 12 V c. Berapa besar medan listrik antara kedua plat d. Berapa luas plat yang dibutuhkan agar kapasitor plat sejajar tersebut memiliki kapasitansi sebesar 1 F

Jawaban Latihan 1. 1 A −12 C = ε0

d

= (8.85 ×10

−3 2 6 × 10 m C 2 / N .m 2 ) = 53 pF −3 1.0 ×10 m

2. Q = C.V = (53 × 10 −12 F )(12V ) = 6.4 × 10 −10 C 3 4

V 12V −4 E= = = 1 . 2 × 10 V /m −3 d 1.0 ×10 m C.d (1F )(1.0 ×10 −3 m) 8 2 A= = = 10 m ε 0 (9 ×10 −12 C 2 / N .m 2 )

Latihan 2. a.

b.

Tentukan Kapasitansi ekivalen untuk kapasitor-kapasitor yang dirangkai seperti gambar Jika Rangkaian Kapasitor tersebut dihubungkan baterai 12 V, hitung besar muatan masing-masing kapasitor dan beda potensial pada masingmasing kapasitor

4µ F 4µ F

12µ F 12µ F

4µ F a

b