Energi yang tersimpan pada kapasitor 3 mikro farad adalah

Semua konfigurasi muatan mempunyai suatu energi potensial listrik U yang spesifik. Energi ini besarnya sama dengan kerja W yang harus dilakukan untuk mengumpulkan muatan-muatan tersebut dari masing-masing komponennya, yang pada mulanya dianggap berjarak tak hingga satu sama lain dan berada dalam keadaan diam. Marilah kita tinjau proses pengisian dan pengosongan pada kapasitor. Kerja harus dilakukan untuk memisahkan dua muatan yang sama besar dan berlawanan tandanya.

Energi ini disimpan dalam sistem dan dapat diperoleh kembali jika muatan-muatan tersebut mendapat kesempatan lagi untuk berkumpul bersama. Dengan cara yang serupa, kapasitor yang dimuati telah menyimpan energi potensial yang sama besarnya dengan kerja yang diperlukan untuk memuati kapasitor tersbut. Energi ini bisa digunakan kembali jika kapasitor tersebut diberi kesempatan untuk mengosongkan muatannya.

Biasanya kerja untuk memuati dilakukan oleh baterai atau akumulator, dengan memanfaatkan energi kimia dalam baterai tersebut. Misalkan pada waktu t sebuah muatan q’(t) telah dipindahkan dari sebuah plat ke plat lain. Beda potensialnya menjadi U(t) = q’(t)/C. Jika suatu penambahan muatan ekstra dq’ dipindahkan, maka sejumlah kecil kerja tambahan yang diperlukan adalah:
dW =Udq = (q’/C)dq’.

Jika proses ini diteruskan sampai muatan total q dipindahkan maka kerja totalnya adalah:

Dari persamaan q=CU, didapat:
W= U = ½ CU2 Di dalam sebuah kapasitor plat sejajar, dengan mengabaikan pinggiran, medan listrik di antara plat-platnya bersifat uniform, yaitu mempunyai nilai sama di semua titik. Maka kerapatan energinya, yang juga harus uniform, dapat ditulis:

Dengan Ad adalah volume di antara plat-plat. Dari hubungan C = εoA/d dan E= U/d, maka persamaan di atas dapat dituliskan sebagai : u = ½ εoE2
Persamaan di atas berlaku umum, yaitu jika sebuah medan listrik E terdapat pada setiap titik di dalam ruang hampa udara, maka titik-titik tersebut dapat dipikirkan sebagai tempat tersimpannya energi yang besarnya persatuan volume adalah: ½ εoE2

Energi yang tersimpan dalam kapasitor ( W ) dinyatakan dengan persamaan:

Keterangan: W = energi yang tersimpan dalam kapasitor, dalam joule q = muatan pada kapasitor, dalam coulomb C = kapasitas kapasitor, dalam farad

U = beda potensial, dalam volt

Gambar 3.21 memperlihatkan rangkaian percobaan sederhana untuk membuktikan fenomena energi yang tersimpan dalam kapasitor.

Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik. Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersentuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkannya kembali, kegunaannya dapat kamu temukan seperti pada lampu flash pada camera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer yang kamu pakai maupun pada berbagai peralatan elektronik.

Kapasitor [C] gambaran sederhananya terdiri dari dua keping sejajar yang memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak yang sempit sejauh [d]. Seringkali kedua keping tersebut digulung menjadi silinder dengan sebuah insulator atau kertas sebagai pemisah kedua keping. Pada gambar rangkaian listrik, simbolnya dinotasikan dengan:

Berbagai tipe kapasitor, (kiri) keping sejajar, (tengah) silindris, (kanan) gambar beberapa contoh asli yang digunakan pada peralatan elektronik.

Perlu kamu ketahui bahwa walaupun memiliki fungsi yang hampir sama, namun baterai berbeda dengan kapasitor. Kapasitor berfungsi hanya sebagai penyimpan muatan listrik sementara, sedangkan baterai selain juga dapat menyimpan muatan listrik, baterai juga merupakan salah satu sumber tegangan listrik. Karena baterai perbedaan itu, baterai juga memiliki simbol yang berbeda pada rangkaian listrik. Simbol baterai dinotasikan dengan:

Yuk belajar materi ini juga:
Sintesis Protein
Konjungsi
Discussion Text

Contoh penggunaan kedua simbol tersebut pada rangkaian listrik:

Kamu dapat mencari nilai kapasitas atau kapasitansi suatu kapasitor, yakni jumlah muatan listrik yang tersimpan. Untuk bentuk paling umum yaitu keping sejajar, persamaan kapasitansi dinotasikan dengan:

Dimana: C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt) Q = muatan listrik (Coulomb)

V = beda potensial (Volt)

Nilai kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai dan . Besar nilai kapasitansi bergantung pada ukuran, bentuk dan posisi kedua keping serta jenis material pemisahnya (insulator). Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap perpindahannya. Untuk jenis keping sejajar dimana keping sejajar memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak [d], dapat dinotasikan dengan rumus:

Dimana:
A = luasan penampang keping (m2) d = jarak antar keping (m)

= permitivitas bahan penyekat ()

Jika antara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permitivitasnya dipakai .

Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat () sama dengan muatan setelah disisipkan bahan penyekat (), sesuai prinsip bahwa muatan bersifat kekal. Beda potensialnya dinotasikan dengan rumus:

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besar energi [W] yang tersimpan pada dapat dicari menggunakan rumus:

Dimana:
W = jumlah energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)

Rangkaian Kapasitor

Dua kapasitor atau lebih dapat disusun secara seri maupun paralel dalam satu rangkaian listrik. Rangkaian seri memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan rangkaian paralel. Berikut diberikan tabel sifat-sifatnya pada rangkaian seri dan paralel.

Contoh Soal

(A) 9 V (B) 8 V (C) 4 V (D) 3 V

(E) nol

SOLUSI:

Untuk bentuk kombinasi, kapasitansi ekivalen merupakan nilai gabungan antara beberapa kapasitor yang disusun seri ataupun paralel atau biasa kita kenal dengan total kapasitansi. Dari soal diatas, pertama-tama kita tentukan kapasitansi ekivalen atau total kapasitansinya dahulu.

Muatan pada masing-masing keping kapasitor ekivalen (total) pada soal diatas adalah:

Ini adalah besar muatan pada masing-masing keping semula.

Beda potensial antara titik Y dan Z yakni pada C3 adalah:

Jawaban: B

Kontributor: Ibadurrahman, S.T.
Mahasiswa S2 Teknik Mesin FTUI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

1. Gerak Melingkar
2. Hukum Hooke
3. Hukum Newton