KAPASITOR

Daftar Isi :

1.   Jenis – jenis Kapasitor

1.1.    Keping Sejajar

1.2.    Bola

1.3.    Silinder

2.   Rangkaian Kapasitor

2.1.    Seri

2.2.    Paralel

3.   Latihan

 

Pertemuan          : ke

Nama Sekolah     :

Tahun Pelajaran  :

Semester           :

Kelas                 :

Hari/tanggal       :

Waktu                :

 

KAPASITOR

 

Fungsi Kapasitor :

·          Sebagai cadangan energi

·          Sebagai tapis (penyaring) frekuensi dan filter gelombang

·          Penyearah arus ac menjadi dc

·          Pemberi Blitz pada kamera

 

1.   Jenis – Jenis Kapasitor

1.1.  Keping Sejajar

Kapasitor keping sejajar terdiri dari dua buah plat konduktor yang berlawanan muatan, masing – masing memiliki luas permukaan A dan mempunyai muatan per satuan luas σ. Konduktor dipisahkan zat dielektrik yang bersifat isolator sejauh d.

Menurut hukum Gauss, yang menjelaskan hubungan antara medan listrik (E) dengan rapat muatan per satuan luas (σ).

Medan listrik pada kedua plat ditimbulkan akibat terdapat perbedaan potensial ∆V diantara kedua keping.

Karena ε₀ (A/d) = C,

Rumus di atas merupakan rumus untuk kapasitor keping sejajar.

Contoh :

Sebuah kapasitor sejajar masing – masing keping memiliki luas penampang 4 cm² dengan jarak antara keping 2 mm. Hitunglah :

a.    Kapasitansi dari kapasitor

b.   Muatan yang dapat ditampung didalamnya 

    jika dihubungkan dengan tegangan 3,0 V

c.    Medan listrik diantara kedua keping

d.   Energi yang tersimpan dalam kapasitor.

 

Pembahasan :

Bagian a)

Kapasitansi kapasitor

Bagian b)

Muatan yang dapat ditampung

Bagian c)

Medan listrik diantara kedua keping

Bagian d)

Energi yang tersimpan dalam kapasitor.

1.2.  Bola

Kapasitor bola terdiri dari dua kulit bola bermuatan sepusat, seperti gambar di bawah ini.

Maka bedapotensial bola, ∆V :

Maka nilai kapasitas kapasitor bola.

1.3.  Silinder  

Kapasitor tabung atau silinder terdiri dari dua silinder konduktor berbeda jari – jari yang mengapit bahan dielektrik.

Bedapotensial silinder, ∆V :

Maka kapasitor, C :

2.   Rangkaian Kapasitor

2.1.  Seri

Karena kuat arus yang mengalir pada tiap kapasitor 

adalah sama. Maka sifat rangkaiannya.

·          Mempunyai besar muatan yang sama.

 

Q₁ = Q₂ = Q₃ = Q₄

 

·          Jumlah potensial kapasitor sama dengan potensial 

    sumber V_S.

 

V_S = V₁ + V₂ + V₃ + V₄

 

·          Memperkecil nilai kapasitansi kapasitor.

     

 

2.2.  Paralel

      

Kapasitor yang dirangkai paralel memiliki sifat.

·          Tiap kapasitor memiliki nilai potensial yang sama

 

V₁ = V₂ = V₃ = V₄

 

·          Jumlah tegangan sama dengan tegangan total rangkaian

 

Q_Tot = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄

 

·          Memperbesar nilai kapasitas kapasitor

 

C_S = C₁ = C₂ = C₃ = C₄

  

 

3.   Latihan

Uraian

Soal : 1

Pada gambar di bawah ini memiliki bedapotensial antar plat adalah 40 volt.

a.    Manakah yang memiliki potensial lebih tinggi.

b.   Berapakah usaha yang diperlukan untuk membawa 

    suatu muatan +3C dari B ke A dan dari A ke B.

c.    Bila jarak antar pelat 5 mm, berapakah besarnya 

    medan antar plat.

 

Soal : 2

Hitung kapasitansi ekivalen dari rangkaian kapasitor di bawah ini.

Soal : 3

Kapasitor keping terdiri dari dua keping sejajar, masing – masing luasnya 200 cm², berjarak 0,4 cm dalam udara.

a.    Berapakah kapasitansinya

b.   Jika kapasitor dihubungkan dengan sumber 500 V, 

    berapakah muatan yang terhimpun di dalamnya.

c.    Berapa energi di dalamnya

d.   Berapa medan listrik diantara plat.

SOAL PEMUAIAN 1

Nama Sekolah    :

Tahun Pelajaran  :

Semester           :

Kelas                 :

Materi Ajar         : PEMUAIAN 1

Hari/tanggal       :

Waktu                :

 

 

Uraian

 

Soal : 1

Panci penuh air dipanaskan hingga mendidih. Saat mendidih, air di dalam panci meluap hingga tumpah. Mengapa demikian ?

 

Pembahasan

 

Karena saat suhu air meninggkat hingga mencapai titik didihnya, terjadi penambahan volume air. Sedangkan pemuaian panci lebih rendah dari pemuaian yang dialami air dan akibatnya air tumpah.

 

Soal : 2

Perhatikan tabel berikut.

Jika suatu benda diukur menggunakan termometer A menunjukkan 36 ⁰A. Berapakah suhu benda tersebut saat diukur menggunakan termometer B.

Pembahasan

Soal : 3

Sebuah drum besi tanpa tutup memiliki ukuran diameter 70 cm dan tinggi 100 cm. Drum tersebut diisi air 380 liter. Mula – mula suhu air dan drum 28⁰C. Selanjutnya  drum berisi air dipanaskan hingga suhunya 163 ⁰C. Jika koefisien muai volume air 0,000 21/⁰C dan koefisien muai panjang besi 0,000 012/⁰C. Tentukan banyak air yang tumpah setelah dipanaskan.

Pembahasan

Pemuaian air setelah dipanaskan, 

ó ∆V₁ = V₁.γ.∆T

ó ∆V₁ = 380.(0,000 21).(163 – 28)

ó ∆V₁ = 10,773 liter

Pemuaian drum setelah dipanaskan,

Luas alas drum, A₂ :

ó A₂ = ¼ ∏ (d₂)²

ó A₂ = ¼ x 3,14 x (70)²

ó A₂ = 3.846,5 cm².

Volume drum, V₂ :

ó V₂ = A₂ x t

ó V₂ = 3.846,5 x 100

ó V₂ = 38,465 cm³

 

ó ∆V₂ = V₂. γ.∆T

ó ∆V₂ = V₂.(3α).∆T

ó ∆V₂ = 38,465.(3 x 0,000 012).(163 – 28)

ó ∆V₂ = 0,1869399 cm³

ó ∆V₂ = 0,0001869399 liter

Maka air yang tumpah dari drum,

ó ∆V_air = ∆V₁ - ∆V₂

ó ∆V_air = 10,773 liter – 0,0001869399 liter

ó ∆V_air = 10,7728130601 liter

Soal : 4

Pak Soni memasang jendela dengan luas kaca 3,52 m². Mula – mula Pak Soni memasang kerangkanya saat suhu ruangnya 26 ⁰C dan memberikan ruang pada kerangka 9,072 x 10 ^{– 4} m². Jika suhu maksimal pada siang hari 40 ⁰C dan koefisien muai panjang kaca 0,000 009/⁰C. Apakah kacanya akan pecah ?

Pembahasan

Perubahan suhu kaca, ∆T :

ó ∆T = (T₁ – T₀)

ó ∆T = (40 – 26)

ó ∆T = 14⁰C

Perubahan luas Kaca, ∆A :

ó ∆A = A₀.β.∆T

ó ∆A = A₀.(2α).∆T

ó ∆A = 3,52 x ( 2 x 0,000 009/⁰C) x (14)

ó ∆A = 0,000 88704 m².

Ruang kosong yang disediakan Pak Soni,

ó ∆A = 9,072 x 10 ^{– 4} m².

ó ∆A = 0,000 9072 m².

Kesimpulan :

Ruang kosong yang disediakan Pak Soni lebih besar dari pada luas pemuaian kaca. Maka pada saat terjadi pemuaian kaca tidak akan mengalami kerusakan (pecah).

Soal : 5

Setrika listrik memiliki komponen bimetal di dalamnya seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Logam A dan B dibuat dari bahan – bahan berikut.

Dalam penerapannya, saat dipanaskan bimetal akan melengkung ke atas berdasarkan data tersebut. Tentukan beberapa kemungkinan jenis logam A dan logam B.

Pembahasan

Bimetal merupakan perpaduan dua jenis logam yang memiliki nilai koefisien muai panjang yang berbeda. Dan saat dipanaskan, logam dengan koefisien muai panjang lebih besar akan memuai lebih panjang dibandingkan dengan logam yang memiliki nilai koefisien muai panjang yang lebih kecil.

Dalam permasalahan setrika listrik, bimetal mengalami pemanasan. Sehingga perpaduan bimetalnya diharapkan akan melengkung ke atas seperti gambar berikut.

Maka susunan bimetal yang cocok untuk setrika listrik dengan cara  menempatkan logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih besar ditempatkan di bagian bawah. Dan koefisien muai panjang lebih kecil ditempatkan pada bagian atas.

Berikut beberapa kemungkinan kombinasi bimetal pada setrika

Kegiatan Mengajar dalam Foto 

Gambar 1

Papan Tulis yang digunakan mengajar