Apakah keping kapasitor tetap bermuatan ketika hubungan dengan sumber tegangan diputus

Jika suatu kapasitor keping sejajar berisi udara dihubungkan dengan baterai, tiap-tiap kepingnya mendapat muatan sebesar . Dalam keadaan masih terhubung dengan baterai (jadi, beda potensial antara dua keping tidak berubah), kapasitor tersebut dimasukkan ke dalam minyak. Ternyata, kepingnya mendapat tambahan muatan . Berapakah besar permitivitas relatif (konstanta dielektrik) minyak itu?

Table of Contents Show

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor keping sejajar
– Luas permukaan pelat konduktor
– Jarak antara kedua pelat konduktor
Persamaan kapasitansi kapasitor keping sejajar
Video yang berhubungan

Mau dijawab kurang dari 3 menit? Coba roboguru plus!

Konsep apa yang dipelajari dalam kapasitor? Sebuah kapasitor terdiri dari bua buah plat konduktor yang dipisahkan oleh insulator seperti udara dan kertas. Kedua plat tersebut mempunyai muatan yang sama dengan tanda yang berbeda. Dalam proses pengisian kapasitor, kapasitor akan dihubungkan dengan sumber beda potensial seperti baterai. Baterai akan mensuplai muatan dari satu plat ke plat lain melalui proses induksi. Potensial kedua plat pada kapasitor akan sama dengan potensial pada masing-masing kutub baterai sehingga beda potensial pada kapasitor akan sama dengan beda potensial pada baterai. Ketika baterai diputus pada kapasitor, muatan akan tersisa pada kedua plat yang mempertahankan tarikan pada kedua plat. Besar muatan Q yang disimpan pada sebuah kapasitor sebanding dengan beda potensial V pada kapasitor tersebut. Oleh karena itu, dalam persamaan dapat dituliskan hubungan antara beda potensial dan muatan yaitu:

Dimana C menunjukkan kapasitansi kapasitor yang bersatuan farad (F), Q menunjukkan muatan yang satuannya coulomb (C), dan V menunjukkan beda potensial yang bersatuan volt (V). Hal penting yang harus dipahami bahawa kapasintansi menceritakan pada kita mengenai kuantitas muatan sebuah kapasitor persatuan beda potensial antara kedua plat. Dalam satuan kapasitansi sering digunakan satuan yang lebih kecil seperti mF (milli farad), pF (piko farad), dan µF (mikro farad).

Kapasitor Plat Sejajar Sebuah susunan umum dari sebuah kapasitor adalah kapasitor plat sejajar. Dengan mengganggap medan listrik yang muncul dalam kedua plat selalu sejajar (nyatanya bagian ujung plat medan listrik ini tidak sejajar), medan listrik ini mempunyai besar yang dengan rapat muatan per permitivitas listrik.

Jumlah muatan yang tersimpan dalam kapasitor plat sejajar dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu luas penampang plat (A) dan jarak antara kedua plat (d). Selain itu bahan yang disisipkan kedalam kedua plat tersebut juga mempengaruhi kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan. Bahan ini disebut dengan dielektrik. Secara matematis kapasitansi kapasitor plat sejajar dapat ditulis:

A menunjukkan luas penampang (m.m), d jarak dua plat (m), k menunjukkan konstanta dielektrik, dan ɛo permitivitas listrik bahan (F/m) yang mempunyai besaran tetap yaitu 8.85 x 10^(-12) F/m.

Kaji-1: Dua buah plat konduktor dijadikan sebuah kapasitor dengan jarak pisah keduanya 8.85 mm. Luas kepingan plat tersebut adalah 10 centimeter persegi. Tentukanlah kapasitansi kapasitor tersebut jika ruang antar plat udara, dan ruang antar platnya diiisi dengan kertas yang mempunyai konstanta dielektrik 2.

Jawab: Besaran yang diketahui.

Kapasitansi ketika diisi udara

Kapasitansi ketika diisi dengan kertas

latih-1: Dua buah plat konduktor dijadikan sebuah kapasitor dengan jarak pisah keduanya 8.85 mm. Luas kepingan plat tersebut adalah 20 centimeter persegi. Tentukanlah kapasitansi kapasitor tersebut jika ruang antar plat udara, dan ruang antar platnya diiisi dengan kertas yang mempunyai konstanta dielektrik 3.

Kaji-2: Sebuah kapasitor plat sejajar terpisahkan pada jarak 1mm satu sama lain mempunyai kapasitansi 1F. Tentukanlah luas penampang kedua plat kapasitor tersebut!

Jawab:

Berdasarkan persamaan kapasitansi diperoleh

Kesimpulan yang bisa diperoleh adalah ketika menginginkan kapasitansi satu farad dengan jarak pisah 1 mm harus punya dua pelat konduktor yang luasnya 100 juta meter persegi. Ini artinya satu itu sangat besar sekali.

Latih-2: Sebuah kapasitor plat sejajar terpisahkan pada jarak 4mm satu sama lain mempunyai kapasitansi 2F. Tentukanlah luas penampang kedua plat kapasitor tersebut ketika bahan diantara platnya adalah kertas dengan k = 2!

Kaji-3: Sebuah kapasitor plat sejajar terpisahkan pada jarak 2 mm satu sama lain dan mempunyai luas permukaan 3 cm x 4 cm. Kapasitor tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 60 Volt. Tentukanlah kapasitansi plat kapasitor tersebut, dan hitung besar muatan yang tersimpan pada masing-masing plat!

Jawab:

Besaran yang diketahui

Kapasitansi kapasitor

Muatan yang tersimpan dalam plat kapasitor

Latih-3: Sebuah kapasitor plat sejajar terpisahkan pada jarak 4 mm satu sama lain dan mempunyai luas permukaan 8 cm x 4 cm. Kapasitor tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan 120 Volt. Tentukanlah kapasitansi plat kapasitor tersebut, dan hitung besar muatan yang tersimpan pada masing-masing plat!

Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keping atau pelat konduktor yang sejajar, masing-masing pelat mempunyai luas penampang (A) yang sama besar dan kedua pelat terpisah sejauh jarak tertentu (d), seperti pada gambar di samping kiri. Pada tulisan ini, anggap kedua pelat konduktor dipisahkan oleh ruang hampa. Pada gambar, salah satu pelat konduktor bermuatan positif (+Q) sedangkan pelat konduktor lainnya bermuatan negatif (-Q), di mana jumlah muatan listrik pada masing-masing pelat sama besar.

Adanya perbedaan jenis muatan listrik pada kedua pelat konduktor menimbulkan medan listrik dan beda potensial listrik di antara kedua pelat tersebut. Pelat bermuatan positif mempunyai potensial listrik lebih tinggi sedangkan pelat bermuatan negatif mempunyai potensial listrik lebih rendah. Sebagaimana telah dijelaskan pada tulisan mengenai potensial listrik, jika ada beda potensial listrik antara kedua pelat kapasitor maka ada energi potensial listrik pada kapasitor tersebut. Energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor mempunyai banyak kegunaan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor keping sejajar

Kapasitor pada mulanya tidak bermuatan listrik atau bersifat netral secara kelistrikan. Agar menjadi bermuatan maka dilakukan pengisian muatan pada kapasitor dengan cara menghubungkan kapasitor dengan sumber tegangan seperti baterai menggunakan kabel. Salah satu pelat konduktor dihubungkan ke kutub positif baterai sedangkan pelat konduktor lain dihubungkan ke kutub negatif baterai.

Ingat bahwa muatan sejenis tolak menolak sedangkan muatan tak sejenis tarik menarik. Elektron bermuatan negatif dan mudah bergerak karena berada di permukaan atom, sebaliknya proton bermuatan positif dan tidak bisa bergerak karena berada pada inti atom. Jika pada pelat konduktor jumlah proton lebih banyak daripada elektron maka pelat bermuatan positif, sebaliknya bila jumlah elektron lebih banyak daripada proton maka pelat bermuatan negatif.

Setelah kapasitor dihubungkan dengan baterai, kutub positif baterai bermuatan positif sehingga menarik elektron dari pelat konduktor sedangkan kutub negatif baterai bermuatan negatif sehingga menolak elektron ke pelat konduktor. Perpindahan elekton antara baterai dengan pelat konduktor menyebabkan pelat konduktor yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif dan pelat konduktor yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif. Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial listrik antara kedua pelat konduktor, sama dengan beda potensial listrik antara kedua kutub baterai.

Kapasitor berfungsi menyimpan muatan listrik dan energi potensial listrik. Ukuran kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik dan energi potensial listrik disebut kapasitansi. Semakin banyak muatan listrik yang tersimpan sehingga energi potensial listrik yang tersimpan juga semakin besar, maka semakin besar kapasitansi kapasitor tersebut. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor keping sejajar ?

– Luas permukaan pelat konduktor

Kapasitor keping sejajar menyimpan muatan listrik pada pelat konduktor. Jika luas permukaan pelat kecil maka muatan listrik yang tersimpan sedikit, sebaliknya apabila luas permukaan pelat besar maka muatan listrik yang tersimpan banyak. Semakin banyak muatan listrik yang tersimpan pada pelat konduktor, semakin besar energi potensial listrik yang dimiliki oleh kapasitor. Jadi semakin besar energi potensial listrik pada kapasitor, semakin besar kapasitansi kapasitor tersebut. Berdasarkan ulasan ini maka disimpulkan kapasitansi kapasitor (C) sebanding dengan luas permukaan pelat konduktor (A).

– Jarak antara kedua pelat konduktor

Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial antara kedua pelat konduktor sama dengan beda potensial kedua kutub baterai. Bagaimana caranya agar muatan listrik pada kedua pelat konduktor bertambah banyak ? Salah satu caranya adalah memperkecil jarak antara kedua konduktor (perkecil d). Ketika kedua konduktor didekatkan, jumlah muatan listrik tetap sehingga medan listrik yang dihasilkan muatan listrik bernilai tetap. Berdasarkan persamaan V = E d, ketika medan listrik (E) konstan, beda potensial listrik (V) berkurang jika jarak antara kedua pelat konduktor berkurang (d).

Beda potensial antara kedua pelat konduktor berkurang sehingga lebih kecil dari beda potensial antara kedua kutub baterai. Hal ini menyebabkan perpindahan elektron lagi hingga muatan listrik masing-masing pelat konduktor bertambah. Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial antara kedua pelat sama dengan beda potensial antara kedua kutub baterai.

Ketika jarak antara kedua pelat konduktor diperkecil, muatan listrik pada masing-masing pelat bertambah sehingga energi potensial listrik pada kapasitor juga bertambah. Bila energi potensial listrik pada kapasitor bertambah maka kapasitansi kapasitor juga bertambah. Jika jarak diperkecil maka muatan bertambah sehingga kapasitansi bertambah, apabila jarak diperbesar maka muatan berkurang sehingga kapasitansi berkurang. Dapat disimpulkan bahwa kapasitansi kapasitor (C) berbanding terbalik dengan jarak antara kedua pelat konduktor (d).

Persamaan kapasitansi kapasitor keping sejajar

Sebelumnya telah dijelaskan hal-hal yang mempengaruhi nilai kapasitansi kapasitor keping sejajar. Nilai kapasitansi dapat diketahui secara jelas melalui perhitungan menggunakan persamaan. Dalam tulisan tentang menentukan medan listrik menggunakan hukum Gauss, telah dibahas rumus untuk menghitung medan listrik di dekat pelat konduktor bermuatan listrik adalah E = σ/εo, di mana σ = Q/A sehingga persamaan medan listrik berubah menjadi E = Q/A : εo = Q/A x 1/εo = Q/Aεo. Persamaan potensial listrik adalah V = E d, di mana E = Q/Aεo sehingga persamaan berubah menjadi V = Qd/Aεo. Persamaan kapasitansi adalah C = Q/V, di mana V = Qd/Aεo sehingga persamaan kapasitansi berubah menjadi C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo /Qd = Aεo/d.

Berdasarkan persamaan kapasitansi C = A εo / d dapat disimpulkan kapasitansi (C) sebanding dengan luas permukaan (A) dan berbanding terbalik dengan jarak (d) antara kedua pelat konduktor.

Keterangan rumus : E = medan listrik, σ = kerapatan muatan, εo = permitivitas ruang hampa = 8,85 x 10-12 F/m, Q = muatan listrik, A = luas permukaan pelat konduktor, V = beda potensial listrik.