Pengertian Kapasitas Kapasitor, Satuan, Simbol, Fungsi Kapasitor dalam Rangkaian Listrik, Macam2 Kapasitor dan Contoh Soal.

apa itu kapasitor ? pada kesempatan kali ini saya akan mencoba berbagi kepada sahabat gamma mengenai “apa itu kapasitor”. Artikel ini bertujuan untuk memberikan penjelasan mengenai kapasitor , pengertian kapasitor, pengertian kapasitas kapasitor, satuan kapasitor, simbol kapasitor atau lambang kapasitor, fungsi kapasitor dalam rangkaian listrik, dan macam2 kapasitor. Baik untuk mempersingkat waktu langsung saja kita mulai.

KAPASITOR LISTRIK

Pernahkah kalian mendengar tentang kapasitor atau apa itu kapasitor, apa yang dimaksud kapasitor ? Terus apa fungsi dari kapasitor buat kita. Baik, di sini saya akan mencoba menjawab semua pertanyaan itu. Pertama, tentunya kalian sudah tidak asing dengan penggunaan Power bank. Power bank adalah salah satu aplikasi dari penggunaan kapasitor. Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua buah konduktor yang saling berdekatan dan dipisahkan oleh jarak “d”. Kapasitor paling banyak digunakan dalam komponen-komponen elektronik, seperti HP, Laptop, Komputer, Televisi dan komponen elektronik lainya. Secara umum fungsi kapasitor adalah sebagai alat untuk menyimpan muatan. Selain sebagai alat untuk menyimpan muatan, kapasitor juga berfungsi sebagai filter dan pembangkit gelombang atau frekuensi dalam suatu rangkaian listrik.

Ada beberapa bentuk kapasitor, yaitu kapasitor pelat sejajar, kapasitor silindris, dan berbagai jenis lainya seperti pada gambar di bawah ini

Tipe Kapasitor

Ada beberapa tipe kapasitor di antaranya adalah kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.

Kapasitor electrostatic merupakan kelompok kapasitor yang terbuat dari bahan dielektrik seperti keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil.

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya.

kapasitor electrochemical adalah kapasitor yang bahan dielektriknya terbuat dari bahan kimia, baik bahan kimia cair maupun padat. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battrey dan accu. Pada kenyataannya battrey dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil.

KAPASITANSI DARI SUATAU KAPASITOR (C)

Berdasarkan hasil eksperimen menunjukkan bahwa kuantitas muatan Q pada kapasitor berbanding lurus dengan beda potensial antara konduktor, yaitu Q∝∆V. Agar kedua sisi mempunyai dimensi yang sama, maka sisi kanan kita kalikan dengan suatu konstanta C dan diperoleh Q=C∆V. Kapasitansi (atau besarnya suatu kapasitor C) dari sebuah kapasitor didefinisikan sebagai rasio besarnya muatan pada kedua konduktor dengan besarnya beda potensial antara konduktor

Dengan C adalah kapasitas dari kapasitor dan satuan kapasitas kapasitor adalah farad (F). Satuan farad digunakan untuk menghormati Michael Faraday, fisikawan yang banyak mengembangkan konsep kapasitas.

1 Farad = 1 Coulomb/Volt

Contoh 1.

Sebuah kapasitor menyimpan muatan Q pada beda potensial ∆V. Jika tegangan yang diberikan oleh baterai ke kapasitor dinaikkan menjadi 2.∆V, apakah yang akan terjadi.

(a) Nilai kapasitansi turun menjadi setengah nilai awal dan muatannya tetap sama

(b) Nilai kapasitansi dan muatan turun menjadi setengah nilai awal

(d) Nilai kapasitans tetap sama dan muatannya meningkat dua kali lipat.

Solusi:

Jadi, ketika ∆V=2.∆V0 maka kapasitansi akan menurun menjadi setengah nilai awal. Hal ini terjadi karena kapasitenasi berbanding terbalik dengan beda potensial. Pada kasus ini muatan tidak berubah atau tetap. Jawabannya (a).

Contoh 2.

Hitunglah kapasitas dari sebuah bola konduktor yang terisolasi. Jari-jari bola R!

Jawab:

Bola konduktor terisolasi dapat dianggap sebagai kapasitor dengan menganggap bahwa konduktor kedua sepusat dengan konduktor pertama, tetapi jari-jari tak hingga. Karena potensial di permukaan bola kedua sama dengan nol (R tak hingga) dan potensial di permukaan bola pertama V = kQ/R, maka beda potensial kedua konduktor adalah

Contoh 3

Jika suatu kapasitor keping sejajar yang memiliki kapasitas sebe=sar 5 pF dihubungkan dengan baterai 4 Volt. Hitunglah berapa elektron yang terdapat pada keping negatif kapasitor ini.

Solusi:

Diketahui:

C = 5 pF = 5 .10^-12 F

∆V = 4 Volt

Ditanya : Jumlah elektron pada keping negatif ?

Pertama kita harus mengetahui berapa muatan yang dapat ditampung oleh kapasitor ini

Q =(5 .10^-12 F) . 4 Volt = 20 .10^-12 Coulomb

Karena besarnya muatan 1 elektron adalah 1,6 . 10^-19 Coulomb, maka banyak elektron (N) yang terdapat pada keping negatif adalah

N = (20 .10^-12)/( 1,6 . 10^-19) = 1,25 . 10^8 elektron

Jadi, banyak elektron yang terdapat pada keping negatif adalah 1,25 . 10^8 elektron.

KAPASITAS KEPING SEJAJAR

Untuk menghitung kapasitas kapasitor keping sejajar. Kita harus tahu terlebih dahulu kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh keping kapasitor ini. Salah satu caranya adalah menggunakan Hukum Gauss.

Dengan muatan keping kapasitor tersebar merata di permukaan keping, maka kita dapat membuat permukaan gauss seperti pada gambar di bawah ini. Fluks total yang terdapat dalam permukaan gauss adalah Φ = EA sedangkan jumlah muatannya adalah σA. Dengan menggunakan Hukum Gauss, maka diperoleh

Telah di jelaskan pada artikel sebelumnya yang berjudul “Materi Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik” mengenai hubungan beda potensial dan medan listrik adalah

Dengan A adalah luas keping sejajar, d adalah jarak antara keping sejajar dan ε0 adalah permitivitas ruang hampa.

KAPASITOR DENGAN BAHAN DIELEKTRIK

Dielektrik adalah sejenis bahan Isolator listrik yang dapat dikutubkan (polarized) dengan cara menempatkan bahan dielektrik dalam medan listrik. Ketika bahan ini berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak akan mengalir, sehingga tidak timbul arus seperti bahan konduktor, tetapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik. Oleh karena pengutuban dielektrik, muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedang muatan negatif bergerak pada arah berlawanan (yaitu menuju kutub positif medan listrik) Hal ini menimbulkan medan listrik internal (di dalam bahan dielektrik) yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun. Jika bahan dielektrik terdiri dari molekul-molekul yang memiliki ikatan lemah, molekul-molekul ini tidak hanya menjadi terkutub, namun juga sampai bisa tertata ulang sehingga sumbu simetrinya mengikuti arah medan listrik (Wikipedia.org).

Contoh bahan dielektrik adalah karet, kaca dan kertas. Berdasarkan hasil eksperimen diperoleh bahwa nilai kapasitans suatu kapasitor akan meningkat ketika bahan dielektrik diselipkan di antara kedua keping kapasitor. Kenaikan ini sebanding dengan nilai konstanta dielektrik bahan.

Dengan k adalah konstanta dielektrik bahan.

Tabel berikut ini berisi daftar konstanta dielektrik beberapa bahan pada suhu kamar.

Catatan : sering kali orang menulis k sebagai εr yang disebut sebagai permitivitas relatif. Sehingga persamaan kapasitas kapasitor menjadi.

Rangkaian Seri dan Paralel Kapasitor

Dua atau lebih kapasitor sering digabungkan dalam suatu rangkaian listrik. Kita dapat menghitung kapasitansi setara dari kombinasi tertentu, menggunakan metode yang akan dijelaskan pada bagian ini. Di sini, kami berasumsi bahwa kapasitor yang akan dikombinasikan pada awalnya tidak bermuatan.

Dalam mempelajari komponen listrik, kita dapat menggunakan representasi gambar sederhana. Seperti diagram menggunakan simbol komponen untuk mewakili berbagai elemen komponen. Simbol komponen dihubungkan oleh garis lurus yang mewakili kabel antara elemen sirkuit. Simbol komponen untuk kapasitor dan baterai, serta kode warna yang digunakan untuknya dalam artikel ini, dapat dilihat pada Gambar di bawah ini.

Rangkaian Kapasitor Paralel

Dua kapasitor terhubung seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah dikenal sebagai kombinasi paralel dari kapasitor.

Gambar di atas merupakan kapasitor yang dirangkai secara paralel. Pelat kiri dari kapasitor dihubungkan oleh kawat konduktor ke kutub positif dari baterai sehingga potensial pelat bernilai positif. Sedangkan, pelat kanan terhubung ke kutub negatif baterai sehingga potensial palat bernilai negatif. Dengan demikian, Beda potensial listrik di seluruh kapasitor yang terhubung secara paralel adalah sama dan memiliki nilai yang sama dengan beda potensial sumber (baterai) yang diberikan pada rangkaian.

Total muatan Q yang disimpan oleh dua kapasitor yang tersusun secara paralel adalah jumlah dari muatan yang tersimpan pada masing-masing kapasitor.

Karena beda potensial dari kapasitor yang tersusun paralel sama dengan beda potensial sumber maka.

Sehingga, rumus kapasitor pengganti pada rangkaian paralel untuk n-kapasitor adalah

Dengan demikian, kapasitansi setara dari rangkaian kapasitor paralel adalah jumlah aljabar dari masing-masing kapasitansi.

Rangkaian Seri

Dua kapasitor terhubung seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah dikenal sebagai kombinasi seri dari kapasitor.

Muatan pada kapasitor yang dirangkai secara seri adalah sama, sedangkan total beda potensial pada kapasitor yang terhubung secara seri adalah jumlah dari beda potensial pada masing-masing kapasitor.

Sehingga, rumus kapasitor pengganti atau kapasitans setara pada rangkaian seri untuk n-kapasitor adalah

Hal ini menunjukkan bahwa invers dari kapasitansi setara (kapasitansi ekuivalen) adalah jumlah aljabar dari invers kapasitansi dari masing-masing kapasitor dan kapasitansi setara dari rangkaian seri selalu lebih kecil dari tiap kapasitansi dalam rangkaian.

Untuk Contoh Soal Sahabat Gamma Bisa baca di artikel mengenai contoh soal kapasitor, melalui link dibahwah ini

Contoh Soal Kapasitor

Terimaksih atas kunjungannya.