Kapasitor : Konsep, Rumus, Contoh Soal + Pembahasan

kapasitor adalah
ilustrasi oleh dribbble.com

Kapasitor adalah komponen elektronik bersifat pasif yang dapat menyimpan muatan listrik sementara dengan satuan dari kapasitor adalah Farad.

Kapasitor biasanya juga disebut dengan kondensator.

kapasitor

Muatan listrik yang disimpan tersebut dapat disalurkan ke berbagai alat antara lain lampu flash camera, sirkuit elektronik, dan lainnya. Kapasitor dalam bidang elektronik disimbolkan dengan bentuk

Kapasitor

Konsep Kapasitor

Konsep kapasitor termasuk dalam kelompok komponen pasif, yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar.

Kapasitor terdiri atas dua keping konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini sering disebut sebagai bahan (zat) dielektrik.

Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantar komponen tersebut dapat digunakan untuk membedakan jenis kapasitor. Beberapa pengertian kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik antara lain berupa kertas, mika, plastik cairan dan lain sebagainya.

Jika kedua ujung keping konduktor ini diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya. Pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lainnya.

Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif. Hal ini disebbakan keduanya terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.

Muatan elektrik ini akan “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

Rumus Kapasitor

1. Besar Kapasitansi

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

C = Q / V

Keterangan:
C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)
Q = muatan listrik (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)

Perlu diketahui bahwa kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai Q dan V. Besar kapasitansi bergantung pada ukuran, bentuk, dan posisi kedua keping serta jenis material pemisahnya (insulator).

Baca juga:  Pengertian Koperasi Lengkap - Jenis, Prinsip, dan Penjelasannya

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:

Keterangan:
A = luasan penampang keping (m2)
d = jarak antar keping (m)
\epsilon  = permitivitas bahan penyekat (C^2/Nm^2)

Jika antara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permitivitasnya dipakai \epsilon_0 = 8 \times 10^{-12} \: C^2/Nm^2

2. Beda Potensial Kapasitor

Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat (Q_0) sama dengan muatan setelah disisipkan bahan penyekat (Q_b), sesuai prinsip bahwa muatan bersifat kekal. Sehingga beda potensialnya dapat dinotasikan dengan rumus berikut:

Q_0 = Q_b
C_0V_0 = C_bV_b

3. Energi Kapasitor

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

W = \frac{1}{2}\frac{Q^2}{C} = \frac{1}{2}QV = \frac{1}{2}CV^2

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

Rangkaian Kapasitor

Dua kapasitor atau lebih dapat disusun secara seri maupun paralel dalam satu rangkaian listrik. 

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.

Rangkaian SeriRangkaian Paralel
Contoh Bentuk RangkaianRangkaian Kapasitor | Fisika SekolahRangkaian Kapasitor | Fisika Sekolah
Muatan Listrik (Q)Qs = Q1 = Q2 = Q3 Qp= Q1 + Q2 + Q3 +…
Beda Potensial (V)Vs = V1 + V2 + V3 +Vp = V1 = V2 = V3 +
Kapasitansi (C)Cs = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +…Cp = C1 + C2 + C3 +

Contoh Soal dan Penyelesaian

Contoh 1

Terdapat sebuah Kapasitor dengan mempunyai besaran kapasitas sebesar 0.8 μF yang dimuati oleh sebuah Baterai berkapasitas 20 Volt. Maka berapakah Muatan yg tersimpan didalam Kapasitor tersebut ?

Diketahui :

C = 0.8 μF sama dengan 8 x 10-7 F

V = 20 Volt (V)

Ditanya :

Berapakah nilah Q ?

Baca juga:  Lempar Lembing: Sejarah, Aturan, dan Teknik-Teknik Dasarnya

Penyelesaian:

C = Q / V sehingga Q = C x V

Q = 8 x 10-7 x 20

Q = 1.6 x 10-5 coulomb

Jadi jawabannya adalah 1.6 x 10-5 coulomb.

Contoh 2

contoh soal kapasitor adalah

Tiga kapasitor identik, dengan kapasitas 3 µF masing-masing, dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V dalam suatu rangkaian di atas. Beda potensial antara titik Y dan Z adalah:

Penyelesaian:

Untuk bentuk kombinasi seperti di atas, dapat diselesaikan dengan cara mencari nilai kapasitas ekivalennya.

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.

kapasitor adalah

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

C_{total} = \frac{Q}{V}
Q = C_{total} \cdot V = 2 \mu F \cdot 12 V = 24 \mu C

Ini adalah besar muatan pada masing-masing keping semula.

besar muatan

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

V_3 = \frac{Q}{C_3} = \frac{24 \mu C}{3 \mu F} = 8 V

Jadi, jawabannya adalah 8 Volt.

Contoh 3

Contoh Soal Kapasitor adalah

ika rangkaian dihubungkan dengan menyambungkan saklar S ditutup tentukan:

  1. Nilai kapasitas pengganti
  2. Muatan yang tersimpan dalam rangkaian
  3. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z
  4. Beda potensial kapasitor Z
  5. Energi yang tersimpan dalam rangkaian

Diketahui: Cx = 3F, Cy = 3F, Cz = 9F dan V = 12V

Penyelesaian:

1. Nilai kapasitas pengganti

Cxy = Cx + Cy

Cxy = 3 +3 = 9F

Jadi nilai kapasitansi kapasitor pengganti sebesar 9F

1/Ctot = 1/Cxu + 1/Cz

1/Ctot = 1/9 + 1/9 = 2/9

Ctot = 4.5 F

Jadi nilai kapasitansi kapasitor pengganti sebesar 4.5F

2. Muatan yang tersimpan dalam rangkaian

Qtot = Ctot V tot = 4.5 12

Qtot = 54 C

Jadi muatan yang tersimpan dalam rangkaian sebesar 54 C

3. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z

Qxy = Qz = Qtot

Qz = 54 C

Jadi muatan yang tersimpan dalam kapasitor Z adalah 54 karena pada rangkaian kapasitor Z berada pada rangkaian seri.

4. Beda potensial kapasitor Z

Vz = Qz /Cz

Vz = 54/9 = 6 V

Jadi bedapotensial pada kapasitor Z sebesar 6V

5. Energi yang tersimpan dalam rangkaian

W = ½ CV2

W = ½ 4.5 62 = 81 J

Jadi energi yang tersimpan dalam rangkaian tersebut sebesar 81 J

Mahasiswa Fisika Universitas Diponegoro. Tertarik dengan segala hal baru di dunia ilmu pengetahuan.