Energi listrik yang tersimpan pada kapasitor 5 nf yang dihubungkan dengan tegangan 20 volt adalah

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat digunakan untuk menyimpan muatan listrik dalam waktu tertentu. Kapasitor umumnya terbuat dari 2 buah lempeng konduktor yang ditengah-tengahnya disisipkan lempengan isolator yang disebut dielektrikum. Apabila sebuah kapasitor dihubungkan dengan sumber arus searah maka dalam beberapa saat akan ada arus listrik yang mengalir masuk ke dalam kapasitor, kondisi ini disebut proses pengisian kapasitor, apabila muatan listrik di dalam kapasitor sudah penuh, maka aliran arus listrik akan berhenti.

Bila hubungan ke kapasitor di tukar polaritasnya, maka muatan listrik akan kembali mengalir keluar dari kapasitor. Tegangan listrik pada kapasitor besarnya berbanding lurus dengan muatan listrik yang tersimpan di dalam kapasitor, hubungan ini dapat dituliskan menjadi : (V = Q / C)

Kapasitansi (C) dari sebuah kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan jumlah muatan (Q) dengan beda potensial (V) antara konduktor. Atau dengan kata lain kapasitansi adalah jumlah muatan dibagi dengan beda potensial. Yang dirumuskan sebagai berikut :

Berdasarkan definisi satuan dari kapasitansi adalah coulomb/volt yang disebut Farad. –> 1 Farad = 1 coulomb / volt

Satu farad didefinisikan kapasitansi sebuah kapasitor yang memerlukan muatan 1 coulomb agar beda potensial 1 volt pada kedua pelat. Satu Farad merupakan satuan yang sangat besar, dalam praktek digunakan satuan yang lebih kecil mikro Farad (μF) dan piko Farad (pF). 1 farad = 106 mikro Farad ( μF ) = 1012 pikofarad (pF ) Kapasitor merupakan komponen pasif yang dapat menyimpan energi listrik sesaat kemudian melepaskannya. Sifat kapasitor inilah yang menghasilkan suatu tegangan transien atau tegangan peralihan bila digunakan sumber arus searah.

Pengisian Kapasitor
Pada saat saklar S dihubungkan ke posisi 1 maka ada rangkaian tertutup antara tegangan V, saklar S, tahanan R, dan C. Arus akan mengalir dari sumber tegangan Kapasitor melalui tahanan R yang ditandai dengan panah warna merah. Hal ini akan menyebabkan naiknya perbedaan potensial pada Kapasitor Dengan demikian, arus akan menurun sehingga pada suatu saat tegangan sumber akan sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor.

Akan tetapi arus akan menurun sehingga pada saat tegangan sumber sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor dan arus akan berhenti mengalir (I = 0). Pada saat saklar S dihubungkan pada posisi 2. pada saat itu kapasitor masih penuh muatannya. Karena itu arus akan mengalir melalui tahanan R. Pada saat sampai terjadi proses pengosongan kapasitor , tegangan kapasitor akan menurun sehingga arus yang melalui tahanan R akan menurun. Pada saat kapasitor sudah membuang seluruh muatannya (Vc = 0) sehingga demikian aliran arus pun berhenti (I = 0).

Gambar 5.14. Rangkaian R–C Dengan Sumber Tegangan Searah

Jika pada waktu t = 0 saklar dipindah ke posisi 1 maka akan ada arus mengalir untuk mengisi kapasitor , sampai kapasitor penuh. Arus yang mengalir makin kecil sedangkan tegangan kapasitor makin besar. Proses ini disebut proses pengisian kapasitor. Untuk menentukan besar arus dan tegangan dapat dibuat rangkaian ekivalen seperti Gambar 5.15. sebagai berikut :

Gambar 5.15. Rangkaian ekivalen Untuk Menentukan V dan I pengisian

Sesuai dengan hukum Kirchoff II tentang tegangan maka jumlah tegangan dalam rangkaian tertutup sama dengan nol. Atau – V + VR + VC = 0 VR = i R dimana i = dq / dt VC = q / C

– V + i R + q / C = 0

Jika V tetap maka arus menjadi i = V / R – q / RC. Pada saat t = 0, q = 0, arus pada t = 0 disebut arus awal I0 = V / R . Karena muatan q makin besar maka q / RC makin besar dan arus makin kecil, ketika arus i = 0 , maka

Pengisian dan Pengosongan Kapasitor dengan input kotak Rangkaian uji untuk pengisian pengosongan seperti gambar dibawah ini, generator dengan gelombang kotak mensimulasikan tegangan arus searah yang di”on-off”kan. Pada t = 0 – 50mS tegangan generator tinggi mesimulasikan rangkaian mendapat tegangan arus searah, saat t = 50 -100ms rangkaian mendapat tegangan 0V.

Gambar 5.17. Rangkaian Uji Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

Dari hasil percobaan tergambar di layar CRO yang digambarkan pada gambar berikut ini.

Gambar 5.18. Kurva pengisian dan pengosongan kapasitor

Terlihat saat t = 0 tegangan generator tinggi (on), tetapi tegangan VC tidak segera setinggi tegangan generator, tetapi secara eksponensial naik, yang pada puncaknya maksimum setelah 5 τ. Sementara arus, yang diukur oleh CRO pada tahanan R) pada t = 0 justru menunjukkan level maksimum, yang kemudian secara eksponensial turun, hingga setelah 5 τ nilainya nol.

Perkalian tahanan dengan kapasitor disebut sebagai konstanta waktu dengan simbol  τ = R . C R = Resistor / tahanan C = Kapasitor

= konstanta waktu

Tegangan dan arus pada pengisian

Contoh Soal dan Pembahasan Kapasitor Materi Fisika Kelas 3 SMA (XII). Mencakup kapasitas kapasitor keping sejajar, kapasitor bola berongga, hubungan antara muatan, tegangan, kapasitas kapasitor, susunan seri kapasitor juga energi yang tersimpan dalam kapasitor.

Nahh, agar kalian lebih memahami pembahasan tentang kapasitor kalian bisa simak video di bawah ini yah !

Sumber: Channel Utakatikotak
Link : https://www.youtube.com/watch?v=ukiH7M2zpv8

Soal No. 1 Perhatikan gambar berikut, 3 buah kapasitor X, Y dan Z disusun seperti gambar. Jika saklar S ditutup tentukan : a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z menurut prinsip rangkaian seri d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z e) Beda potensial ujung- ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y

m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

(Sumber gambar dan angka : Soal Ujian Nasional Fisika SMA 2007/2008)

Pembahasan
a) Paralel antara kapasitor X dan Y didapatkan kapasitor ekivalennya namakan Cxy :

Sekarang rangkaian menjadi lebih sederhana yaitu terdiri dari Cxy yang diseri dengan Cz yang menghasilkan kapasitas pengganti namakan Ctot :

b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian namakan Qtot

c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Qz Untuk rangkaian kapasitor seri berlaku :

d) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z namakan Vz

e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X dan kapasitor Y adalah sama karena dirangkai paralel

f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y sama dengan X

g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X saja (bukan gabungan antara X dan Y, sehingga hasilnya tidak akan sama dengan Ctot)

h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y

i) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Z

j) Energi yang tersimpan dalam rangkaian

Rumus umum untuk menghitung energi pilih salah satu

Sehingga

k) Energi yang tersimpan pada kapasitor X

l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y

m) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

Baca Juga :

Kapasitas Kalor Gas

Rumus Energi dalam Kapasitor

Soal No. 2 Diberikan susunan 3 buah kapasitor yang dipasang pada sumber 24 Volt seperti gambar berikut! Jika saklar S ditutup, tentukan : a) Nilai kapasitas kapasitor pengganti rangkaian b) Muatan yang tersimpan dalam rangkaian c) Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z d) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Z e) Beda potensial ujung-ujung kapasitor X f) Beda potensial ujung-ujung kapasitor Y g) Muatan yang tersimpan pada kapasitor X h) Muatan yang tersimpan pada kapasitor Y i) Energi yang tersimpan dalam rangkaian j) Energi yang tersimpan pada kapasitor X k) Energi yang tersimpan pada kapasitor Y l) Energi yang tersimpan pada kapasitor Z

Silahkan mencoba,..!!

Soal No. 3

Kapasitor keping sejajar dengan luas penampang masing-masing keping adalah 50 cm2 tanpa bahan pengisi (berisi udara). Jarak antar keping adalah 2 cm dan kedua keping diberi beda potensial 120 volt. Jika εo adalah 8,85 x 10− 12 C2 N − 1 − 2 tentukan : a) kapasitas kapasitor b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor

c) kuat medan listrik antara kedua keping

Pembahasan
a) kapasitas kapasitor

b) muatan yang tersimpan dalam kapasitor

c) kuat medan listrik antara kedua keping

Soal No. 4
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas sebesar C. Jika kapasitor disisipi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik sebesar 2, tentukan kapasitasnya yang baru!

Pembahasan
Luas penampang dan jarak keping kapasitor tidak mengalami perubahan:

Soal No. 5
Sebuah kapasitor keping sejajar memiliki kapasitas 1200 μF. Jika luas penampang keping dijadikan dua kali semula dan jarak antar keping dijadikan 1,5 kali semula, tentukan nilai kapasitasnya yang baru!

Pembahasan

Soal No. 6
Kapasitor bola berongga memiliki jari-jari sebesar 1,8 cm. Jika 1/4πεo = 9 x 109 dalam satuan internasional, tentukan kapasitas kapasitor!

Pembahasan:
Kapasitas kapasitor bola denganjari-jari R :

Soal No. 7 Tiga kapasitor yang masing-masing kapasitasnya 3 F, 6 F, dan 9 F dihubungkan seri. Kedua ujung dari gabungan tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan antara ujung-ujung kapasitor yang 3 F adalah.... A. 40 V B. 60 V C. 110 V D. 120 V E. 220 V

(Soal SKALU 1978)

Pembahasan
Menentukan tegangan kapasitor pada susunan seri.

Cara Pertama Cari kapasitas gabungan ketiga kapasitor terlebih dahulu:

1/Cgab = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

1/Cgab = 1/3 + 1/6 + 1/9
1/Cgab = 6/18 + 3/18 + 2/18
1/Cgab = 11 / 18
Cgab = 18/11 Farad Cari muatan gabungan:

Qgab = Cgab Vgab

Qgab = (18/11) × 220 = 360 Coulomb

Pada suatu rangkaian kapasitor seri seperti gambar di atas, berlaku Q1 = Q2 = Q3 = Qgab, sehingga nilai Q1 = 360 Coulomb

Tegangan pada C1

V1 = Q1 / C1
V1 = 360 / 3 = 120 volt

Cara Kedua

Dengan perbandingan untuk pembagian tegangan pada susunan kapasitor seri:

1 1 1

V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____
C1 C2 C3

1 1 1

V1 : V2 : V3 = ____ : _____ : _____
3 6 9
Perbandingan yang didapat dalam pecahan yaitu 1/3, 1/6 dan 1/9, untuk perhitungan lebih mudah dalam angka non pecahan, untuk itu kalikan masing-masing dengan sebuah angka yang sama, disini dikali angka 18 sehingga didapat perbandingan ekivalennya:

V1 : V2 : V3 = 6 : 3 : 2

Untuk V1,

6
V1 = ________________ × Vgab
(6 + 3 + 2)

6
V1 = ________ × 220 = 120 volt

Tegangan pada kapasitor 3 F adalah 120 V

Jika ingin V2 maka:

3
V2 = ________________ × Vgab
(6 + 3 + 2)

3
V2 = ________ × 220 = 60 volt

Dengan cara yang sama bisa dicari V3.