PembahasanDiketahui Ditanya W 5 Jawab Kapasitor disususn secara paralel, maka Selanjutnya kapasitor totalnya Muatan total Menghitung tegangan pada rangkaian paralel Besar energi lisrik Jadi, jawaban yang tepat adalah Ditanya W5 Jawab Kapasitor disususn secara paralel, maka Selanjutnya kapasitor totalnya Muatan total Menghitung tegangan pada rangkaian paralel Besar energi lisrik Jadi, jawaban yang tepat adalah E.
Kapasitansidari suatu kapasitor adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi dalam bentuk medan listrik saat dihubungkan dengan sumber tegangan. Adapun hubungan persamaan kapasitas kapasitor dengan besar muatan adalah sebagai berikut: C = Q/V. Baca juga: Rangkaian Kapasitor pada Arus AC.
» Fisika Dasar » Penyimpanan energi listrik di dalam kapasitorMateri Penyimpanan energi listrik di dalam kapasitorKapasitor tersusun dari dua pelat/lembar konduktor dan di antara kedua konduktor tersebut terdapat dielektrik. Pada mulanya kedua konduktor tidak bermuatan listrik. Agar kapasitor berfungsi maka masing-masing pelat/lembar konduktor harus bermuatan listrik, di mana jumlah muatan listrik pada masing-masing konduktor sama besar tetapi berbeda jenis. Misalkan salah satu konduktor bermuatan Q = +10 Coulomb maka konduktor lainnya bermuatan Q = -10 Coulomb. Adanya muatan listrik yang sama besar tetapi berlawanan jenis pada kedua konduktor menimbulkan medan listrik di antara kedua pelat konduktor, di mana arah medan listrik adalah dari muatan positif ke muatan negatif. Selain itu, timbul juga beda potensial listrik di antara kedua konduktor tersebut, di mana konduktor bermuatan positif mempunyai potensial listrik lebih tinggi sedangkan konduktor bermuatan negatif mempunyai potensial listrik lebih kedua konduktor bermuatan listrik maka kedua konduktor dihubungkan ke sumber listrik, misalnya baterai atau sumber listrik lainnya. Pada mulanya kedua konduktor bersifat netral di mana jumlah elektron yang bermuatan negatif dan proton yang bermuatan positif sama besar. Selanjutnya elektron-elektron dipindahkan dari sebuah konduktor ke konduktor lainnya sehingga konduktor yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif dan konduktor yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif. Jumlah elektron yang dipindahkan sama dengan jumlah elektron yang diterima sehingga masing-masing konduktor mempunyai muatan listrik yang sama besar. Perlu diketahui bahwa ketika kapasitor dihubungkan ke baterai maka baterai berperan memindahkan elektron-elektron dari satu konduktor ke konduktor satu konduktor dihubungkan ke kutub negatif dan konduktor lainnya dihubungkan ke kutub positif. Adanya beda potensial listrik V antara kedua kutub baterai menyebabkan terjadi perpindahan elektron q dari salah satu konduktor ke konduktor lain. Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial antara kedua konduktor sama dengan beda potensial baterai. Pada mulanya ketika konduktor belum bermuatan listrik, tidak diperlukan kerja untuk memindahkan elektron. Setelah ada muatan listrik pada masing-masing konduktor, diperlukan kerja untuk memindahkan elektron. Semakin besar muatan listrik pada masing-masing konduktor, semakin besar kerja untuk memindahkan elektron karena adanya gaya tolak menolak antara elektron dari satu konduktor ke konduktor lain tidak terjadi serentak tetapi bertahap sehingga tegangan listrik antara kedua konduktor juga meningkat secara bertahap. Jadi untuk menghitung kerja W total selama perpindahan elekton, digunakan nilai tegangan rata-rata V/2. Jadi usaha yang dilakukan untuk memindahkan elektron adalah W = Q V/2 = 1/2 Q V. Karena kerja untuk memindahkan elektron berubah menjadi energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor maka energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor adalah EP = 1/2 Q V. Karena Q = C V maka rumus EP = 1/2 Q V dapat diubah menjadi EP = 1/2 Q V = 1/2 C VV = 1/2 C V2 dan EP = 1/2 Q V = 1/2 QQ/C = 1/2 Q2/C. Keterangan Q = muatan listrik, C = kapasitansi, V = tegangan proses pengisian muatan, ketika masing-masing konduktor mulai bermuatan listrik maka di antara kedua pelat/lembar konduktor juga timbul medan listrik. Jadi usaha yang dilakukan selain menjadikan konduktor bermuatan listrik, juga secara tidak langsung menghadirkan medan listrik di antara kedua pelat/lembar konduktor. Karena usaha berubah menjadi energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor, maka dapat dianggap energi itu tersimpan di dalam medan rumus berikut ini untuk membuktikan secara matematis keterkaitan antara energi potensial listrik dengan medan tulisan berjudul kapasitor keping sejajar telah diturunkan rumus C = A εo/s dan pada tulisan berjudul potensial listrik telah dinyatakan rumus V = E s. Sebelumnya telah diturunkan rumus energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor yakni EP = 1/2 C rumus EP = energi potensial listrik, A = luas permukaan, s = jarak, A s = volume, E = medan listrik, EP/A s = energi potensial listrik per satuan volume = kerapatan di atas menyatakan bahwa energi potensial listrik per satuan volume ruang dalam suatu medan listrik sebanding dengan kuadrat medan listrik. Jika di antara kedua keping/lembar konduktor terdapat dielektrik maka εo permitivitas ruang hampa digantikan dengan permitivitas bahan ε. Walaupun persamaan kerapatan energi ini diturunkan menggunakan persamaan kapasitor keping sejajar tetapi persamaan ini berlaku juga untuk semua ruang yang mempunyai medanQ= Muatan listrik yang tersimpan (Coulomb). V = Beda potensial kedua ujungnya (Volt). Sedangkan nilai kapasitansi kapasitor juga tidak selalu bergantung pada nilai Q dan V. Hal ini disebabkan oleh besaran nilai kapasitansi suatu kapasitor tergantung dari pada bentuk posisi dan ukuran dari kedua keping dan jenis materi pemisahnya (insulator). 2. Kapasitor merupakan komponen tempat di mana muatan listrik disimpan. Konsep dasar yang digunakan dalam kapasitor adalah keping sejajar. Kapasitor berbentuk keping sejajar dan digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Di dalam kapasitor ini terdapat pula energi listrik. Kapasitor bisa disusun secara seri, paralel, dan campuran. Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar Fisika, ya! Saat memiliki uang lebih, apa yang akan Quipperian lakukan? Sebagian besar, mungkin akan memasukkan uang tersebut ke dalam tabungan ya, baik tabungan bank maupun celengan. Ternyata, tidak hanya uang lho yang bisa ditabung, melainkan juga muatan listrik. Apa benar demikian? Jika uang ditabung di bank atau celengan, berbeda halnya dengan muatan listrik. Muatan listrik ditabung atau disimpan dalam suatu komponen yang disebut kapasitor. Benda apa lagi itu? Daripada penasaran, simak ulasan Quipper Blog kali ini ya. Pada kesempatan ini, Quipper Blog akan mengulas tentang dua keping sejajar, definisi kapasitor, rumus-rumus yang digunakan, beserta contoh soalnya. Sebelum membahas definisi kapasitor, Quipperian harus paham dulu tentang keping sejajar karena itu merupakan konsep dasar yang dipakai oleh kapasitor. Pengertian Keping Sejajar Keping sejajar adalah susunan antara dua buah keping konduktor yang luas dan bahannya sama. Saat dihubungkan dengan tegangan V, keping konduktor ini bisa menyimpan muatan listrik yang besarnya sama, tetapi jenisnya berbeda. Adapun contoh keping sejajar akan ditunjukkan oleh gambar berikut. Jika muatan +q dilepas di sekitar keping P, muatan tersebut akan mendapatkan gaya ke kanan sebesar berikut. Muatan tersebut juga bisa mengalami energi potensial listrik saat berpindah dari keping P ke R. Secara matematis, besarnya energi potensial listrik yang dialami muatan tersebut adalah sebagai berikut. Lalu, bagaimana dengan medan listriknya? Berikut penjabaran rumusnya. Keterangan E = medan listrik N/C; V = beda potensial Volt; dan d = jarak antara dua keping m. Saat muatan bergerak di antara dua keping sejajar, akan berlaku hukum kekekalan energi mekanik, sehingga kecepatan muatannya dirumuskan sebagai berikut. Keterangan v = kecepatan partikel saat menumbuk keping m/s; q = muatan listrik C; V = beda potensial Volt; dan m = massa pertikel m. Setelah Quipperian paham tentang keping sejajar, kini saatnya lanjut ke bahasan tentang kapasitor. Enjoy it! Definisi Kapasitor Kapasitor merupakan salah satu komponen listrik yang berbentuk keping sejajar dan berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Muatan yang tersimpan di dalam kapasitor berbanding lurus dengan beda potensialnya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut. Keterangan Q = muatan listrik C; V = beda potensial Volt; dan C = kapasitas kapasitor Farad/F. Tahukah kalian jika nilai kapasitas kapasitor dipengaruhi oleh mediumnya? Medium yang dimaksud adalah medium di antara keping sejajar di dalam kapasitor itu sendiri. Jika medium yang digunakan hanya udara, kapasitas kapasitornya dinyatakan sebagai berikut. Keterangan C0= kapasitas kapasitor di dalam udara F; ε0= permitivitas ruang hampa 8,85 × 10-12C2/Nm2; A= luas keping sejajar m2; dan d = jarak antara dua keping m. Lalu, bagaimana jika medium yang digunakan diisi oleh bahan lain selain udara? Untuk menjawabnya, perhatikan persamaan berikut. Keterangan C = kapasitas kapasitor saat disisipi bahan dielektrik selain udara F; C0 = kapasitas kapasitor di dalam udara F; dan K = konstanta dielektrik yang nilainya ≥ 1. Pada persamaan di atas, Quipperian mengenal istilah bahan dan konstanta dielektrik. Lalu, apa itu bahan dielektrik? Jika medium di dalam kapasitor diisi bahan selain udara, maka bahan tersebut haruslah bahan dielektrik, yaitu bahan yang bersifat isolator agar dua keping sejajar tidak sampai bersentuhan. Energi Kapasitor Seperti Quipperian ketahui bersama bahwa fungsi dari kapasitor adalah menyimpan muatan listrik. Artinya, di dalam kapasitor juga tersimpan energi listrik karena adanya muatan tersebut. Besarnya energi listrik yang disimpan dirumuskan sebagai berikut. Keterangan W = energi kapasitor J; C = kapasitas kapasitor F; V = beda potensial Volt; dan Q = muatan listrik C. Susunan Kapasitor Seperti halnya hambatan listrik, kapasitor juga bisa disusun secara seri, paralel, atau campuran. 1. Susunan seri Berikut ini gambar dari susunan seri pada kapasitor. Untuk mencari kapasitas kapasitor total, tegangan total, dan jumlah muatan total dari susunan seri di atas, gunakan persamaan berikut. 2. Susunan paralel Berikut ini gambar dari susunan paralel pada kapasitor. Untuk mencari kapasitas kapasitor total, tegangan total, dan jumlah muatan total dari susunan paralel di atas, gunakan persamaan berikut. Untuk meningkatkan pemahaman Quipperian tentang keping sejajar dan kapasitor, simak contoh soal berikut ini. Contoh soal 1 Perhatikan gambar di bawah ini. Sebuah benda kecil bermuatan +2μC berada dalam keadaan setimbang dan berada di antara dua keping sejajar bermedan listrik 900 N/C. Tentukan massa benda kecil tersebut! Pembahasan Oleh karena benda berada pada kondisi setimbang, maka berlaku persamaan berikut. Jadi, massa benda kecil tersebut adalah 0,18 gram. Contoh soal 2 Suatu kapasitor keping sejajar memiliki luas cm2 per kepingnya. Kedua keping tersebut terpisah sejauh 2 cm. Saat diisi udara, beda potensial di antara kedua keping Volt. Saat diisi bahan dielektrik, beda potensialnya turun menjadi Volt. Berapakah konstanta dielektrik bahan tersebut? Pembahasan Diketahui V1 = Volt V2 = Volt K1 = 1 udara Ditanya K2 =…? Jawab Untuk menyelesaikan persoalan tersebut, Quipperian bisa menggunakan rumus hubungan antara kapasitas kapasitor dan konstanta dielektrik. Jadi, konstanta bahan dielektrik tersebut adalah 3. Contoh soal 3 Perhatikan gambar berikut. Keempat kapasitor di atas memiliki nilai yang sama, yaitu 1 mF. Tentukanlah besar energi yang tersimpan di dalam gabungan keempat kapasitor di atas! Pembahasan Coba Quipperian perhatikan, jika dilihat dari bentuk susunannya, keempat kapasitor di atas disusun secara seri dan paralel campuran. Oleh karena itu, pertama-tama, Quipperian harus mencari susunan pengganti paralelnya. Kapasitas kapasitor pengganti 1 paralel Kapasitas kapasitor pengganti 2 paralel Kapasitas kapasitor pengganti total seri Energi kapasitor Jadi, energi yang tersimpan di dalam susunan kapasitor campuran di atas adalah 1,25 J. Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini tentang keping sejajar dan definisi kapasitor. Ternyata, kapasitor sangat bermanfaat ya bagi kehidupan. Hampir di setiap perangkat elektronik terdapat kapasitor di dalamnya. Jangan menyerah untuk tetap belajar Fisika karena Fisika itu mudah dan menyenangkan. Sebagai salah satu platform e-learning, Quipper Video berusaha menyuguhkan pembelajaran yang menyenangkan bagi Quipperian semua, tak terkecuali Fisika. Tunggu apa lagi, segera gabung dengan Quipper Video dan temukan keseruan belajar di dalamnya. Salam Quipper! Sumber Penulis Eka Viandari Untukmemindahkan muatan listrik tersebut diperlukan sejumlah energi yang besarnya bisa dihitung menggunakan rumus: W = Vr.QW = 1/2 Q/C. QW = ½ Q2/C Karena C = Q/V maka W = ½ QV atau W = ½ CV2 usaha yang telah dipakai untukpemberian muatan itu kemudian akan disimpan oleh kapasitor sebagai energi. 3G5aPB.
besar energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor 5
