KAPASITOR
Kapasitor adalah komponen
elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor
terbuat dari 2 lembar plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.
Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas,
dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka
muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya
dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang
satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan
sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena
terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini
"tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di
alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan
positif dan negatif di awan.
Dalam praktek pembuatan
kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A),
jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan
dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :
|
Berikut ini gambar
macam-macam kapasitor
a)
kapasitor celah udara
b)
Kapasitor Botol Leyden
c)
Kapasitor Film Logam
d)
Kapasitor Keramik
e)
Kapasitor Variabel
Beberapa kegunaan
kapasitor, antara lain sebagai berikut:
a. menyimpan muatan
listrik.
b. memilih gelombang
radio (tuning).
c. sebagai perata arus
pada rectifier.
d. sebagai komponen
rangkaian starter kendaraan bermotor.
e. memadamkan bunga api
pada sistem pengapian mobil.
f. sebagai filter dalam
catu daya (power supply).
Ø Kapasitas kapasitor
Kapasitas kapasitor menyatakan kemampuan
kapasitor dalam menyimpan muatan listrik. Kapasitas atau kapasitansi lambang C
) didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik (q) yang tersimpan
dalam kapasitor dan beda potensial (V ) antara kedua keping. Secara matematis
kapasitas kapasitor dapat dituliskan sebagai berikut:
dengan C : kapasitansi (farad ), q : muatan listrik (
C ), V : Potensial Listrik
Ø Kapasitor keping sejajar
Dua lempeng disejajarkan dan diberi jarak
akan memiliki kapatisas untuk menyimpan muatan listrik. Muatan yang tersimpan
tergantung dari jarak antar lempeng, luas lempeng, dan permabilitas ruangan.
jadi persamaannya dapat ditulis :
Apabila di antara keping sejajar diberi zat
dielektrik, permitivitas ruang hampa atau udara ( ε0 ) diganti
dengan permitivitas zat dielektrik. Dengan ε=kε0.... sehingga
persamaan menjadi :
Keterangan: C
: kapasitansi ( farad ), k : Konstanta dielektrik,
ε0 : Konstanta permivitas
( 8,85 x 10-12 C/Nm2 ), d : jarak antar lempengan.
Ø Kapasitas kapasitor pada Bola konduktor
Pada bola konduktor akan timbul potensial apabila
diberi muatan. Berarti, bola konduktor juga mempunyai kapasitas. dari kapasitas
: dengan . Dengan mensubtitusikan
V ke dalam C maka persamaannya akan menjadi :
atau
C=4πε0r
Ø Rangkaian Kapasitor dan Energi pada kapasitor
Rangakian Kapasitor dibagi menjadi dua
yaitu rangakain seri dan rangkaian paralel. Cara penghitungannya hampir sama
dengan rangakian seri dan paralel pada resistor.
Berikut ini persamaan dari rangkaian
kapasitor.
1. Rangkaian Seri
Rangkaian seri pada kapasitor merupakan
rangkaian yang disusun dengan satu garis rangkaian arus listrik. seperti
yang diperlihatkan pada gambar berikut ini :
Persamaan untuk rangkaian seri yaitu :
2. Rangakian Paralel
Rangakaian paralel
merupakan rangkaian yang disusun secara sejajar dan memiliki percabangan pada
ujungnya. Seperti pada gambar berikut ini :
Persamaan penyelesaian pada rangkaian
paralel adalah :
Ø Energi Kapsitor
Muatan listrik
menimbulkan potensial listrik dan untuk memindahkannya diperlukan usaha. Untuk
memberi muatan pada suatu kapasitor diperlukan usaha listrik, dan usaha listrik
ini disimpan di dalam kapasitor sebagai energi. Pemberian muatan dimulai dari
nol sampai dengan q coulomb.
Persamaan Energi pada kapasitor dapat
ditulis :
jika yang diketahui menggunakan
muatan listrik maka persamaan menjadi :
keterangan : W = eneergi kapasitor
Q : Muatan Listrik ( C )
V : Potensial listrik
HUKUM COULOMB
Hukum Coulomb adalah
satu persamaan yang menggambarkan kekuatan elektrostatik antara muatan elektrik
yang terpisahkan jarak tertentu, degan nilai muatan dan jarak pisah keduanya.
Dikembangkan pada 1780-an oleh ahli ilmu fisika Perancis Charles Augustin de Coulomb
yang merupakan orang penting pada pengembangan teori keelektromagnetan.
Pengertian
hukum Coulomb adalah Gaya tarik atau gaya tolak dua benda yang bermuatan
listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya dan berbanding lurus dengan
besar masing-masing muatan. Charles Coulomb (1736 – 1806) mempelajarinya dengan
menggunakan timbangan puntir hasil penemuannya. Untuk menyempurnakan
penemuannya Coulomb menggunkan cara Induksi untuk memperoleh muatan dan
mevariasikan besarnya muatan, sebagai contoh dari percobaan Coulomb, mula –
mula muatan pada setiap bola sebesar Q0, besarnya muatan tersebut dapat
dikurangi menjadi ½ Q0 dengan cara membumikan salah satu bola
tersebut agar muatannya terlepas dan kemudian kedua bola dikontakkan kembali.
Hukum coulumb dapat
didefenisikan sebagai berikut:
F = Gaya (N)
K
= Konstanta, 8,99 X 109 N. m²/C²
Q
= Muatan ( C )
R
= Jarak ( m )
Konstanta
Coulomb K dapat dijabarkan
sebagai berikut:
Dalam satuan SI, kelajuan cahaya di dalam ruang hampa,
c0 didefinisikan
sebagai 299,792,458 m · s-1, dan konstanta magnetik (µ0),
didefinisikan sebagai 4π × 10-7 H
· m-1, mengacu definisi untuk ketetapan elektrik (ε 0) dengan ε0 = =≈ 8.854 187 817 × 10−12 F · m−1. Pada aturan cgs,
konstanta Coulomb ditetapkan adalah 1.
Gaya Coulomb adalah gaya yang timbul akibat adanya 2 buah titik muatan antara keduanya, yang besarnya sebanding dengan perkalian
nilai ke 2 muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya
:
1. Interaksi
antara benda – benda bermuatan ( tdk hanya titik muatan ) terjadi melalui gaya
tak kontak. Yang bekerja melampaui jarak Separasi.
2. Bahwa
arah pada masing – masing muatan selalu terletak sepanjang garis yang
menghubungkan ke 2 muatan tersebut.
3. Gaya
yang timbul dapat membuat kedua titik tarik menarik atau saling tolak menolak
tergantung nilai dari masing – masing muatan. Muatan sejenis ( bertanda sama )
→ tolak menolak. Muatan berbeda → Tarik Menarik.
HUKUM GAUSS
1.
Fluks Medan Listrik
Fluks ( Φ ) adalah sebuah sifat dari semua medan Vektor. Fluks diturunkan
dari kata latin ” Fluere ”(mengalir). Untuk permukaan tertutup didalam sebuah
medan listrik, bahwa ΦE adalah Positif jika garis – garis gaya yanng menuju
keluar dan negatif jika garis – garis gaya yang menuju ke dalam.
Permukaan di bagi – bagi menjadi segi empat kuadratis ΔS yang masing –
masing cukup kecil sehingga dapat di anggap sebagai bidang datar. Elemen luas
dapat dinyatakan sebagai sebuah vektor ΔS, yang besarnya menyatakan luas ΔS ;
arah ΔS di ambil normal.
Sebuah definisi
setengah kuantitatip mengenai fluks adalah :
ΦE = Є t . ΔS
Satuan SI
yang sesuai untuk ΦE adalah Newton meter² atau Coloumb ( N.m²/c).
Definisi fluks listrik yang didapat didalam limit diferensial. Dengan
menggantikan penjumlahan terhadap permukaan dengan sebuah integral terhadap
permukaan akan menghasilkan : ΦE = ф E . dS.
2. Hukum Gauss
Hukum Gauss ini didasarkan pada konsep garis-garis medan listrik yang
mempunyai arah atau anak panah seperti pada gambar 1
Gambar
1 : garis-garis medan listrik disekitar muatan listrik positif
Jumlah gais-garis medan listrik
yang menembus secara tegak lurus pada suatu bidang dinamakan Fluks Listrik
dengan symbol f,
seperti pada gambar
Rumus Fluks
Listrik :
atau
Hukum Gauss
dinyatakan sebagai berikut :
” Jumlah garis
medan yang menembus suatau permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan
listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut”
Di rumuskan
sebagai berikut :
Untuk kuat medan listrik
Φ net = Є E A cos θ = 4π r² E → E = q / 4π r² = K. q/ r²
Untuk
menggunakan hukum gauss perlu dipilih suatu permukaan khayal yang tertutup
(permukaan gauss). Bentuk permukaan tertutup tersebut dapat sembarang.
Hubungan
hukum gauss dan hukum coulomb adalah sebagai berikut:
• Hukum gauss ekivalen
dengan hukum Coulomb
• Sama‐sama
menghitung medan listrik di sekitar muatan.
• Kelebihan
hukum gauss dibanding hukum coulomb adalah dapat menyederhanakan perhitungan untuk
soal-soal yang memiliki derajat simetris yang tinggi.