Faktor yang Mempengaruhi nilai kapasitansi

Dalam elektromagnetisme dan elektronik, kapasitas listrik adalah sifat yang dimiliki benda untuk mempertahankan muatan listrik. Kapasitas juga merupakan ukuran jumlah energi listrik yang disimpan untuk perbedaan potensial listrik yang diberikan. Perangkat paling umum yang menyimpan energi dengan cara ini adalah kapasitor.

Table of Contents Show

Apa itu kapasitansi?
Rumus Kapasitansi
Apa itu kapasitor?
Apa saja jenis kapasitor?
Faktor-faktor yang mempengaruhi atau meningkatkan kapasitansi
Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitansi
Satuan kapasitansi
Video yang berhubungan

Apa itu kapasitansi?

Kapasitansi didefinisikan sebagai rasio antara besarnya muatan salah satu konduktor dan besarnya perbedaan potensial di antara mereka. Kapasitansi perangkat tergantung antara lain pada susunan geometris konduktor.

Kapasitansi selalu merupakan besaran positif dan karena perbedaan potensial meningkat seiring dengan peningkatan muatan yang disimpan, rasio Q / V konstan untuk kapasitor yang diberikan. Akibatnya kapasitansi perangkat adalah ukuran kemampuannya untuk menyimpan muatan dan energi potensial listrik.

Kapasitansi memiliki satuan SI coulomb per volt. Satuan SI untuk kapasitansi adalah farad (F), untuk menghormati Michael Faraday.

KAPASITAS = 1F = 1 C/1 V

Farad adalah satuan kapasitansi yang sangat besar. Dalam praktiknya, perangkat umum memiliki kapasitansi mulai dari mikrofarad hingga pikofarad.

Rumus Kapasitansi

Hubungan antara beda potensial (atau tegangan) yang ada antara pelat kapasitor dan muatan listrik yang tersimpan di dalamnya dijelaskan oleh ekspresi matematika berikut:

dimana:

C, adalah kapasitas, diukur dalam farad (setelah fisikawan eksperimental Michael Faraday); Satuan ini relatif besar dan subkelipatan seperti mikrofarad atau pikofarad sering digunakan;
q, adalah muatan listrik yang tersimpan, diukur dalam coulomb;
V, adalah beda potensial (atau tegangan), diukur dalam volt.

Perlu dicatat bahwa kapasitas selalu merupakan kuantitas positif dan itu tergantung pada geometri kondensor (pelat paralel, silinder, bola). Faktor lain yang tergantung adalah dielektrik yang diperkenalkan antara dua permukaan kapasitor. Semakin tinggi konstanta dielektrik dari bahan non-konduktif yang diperkenalkan, semakin tinggi kapasitasnya.

Dalam praktiknya, dinamika listrik kapasitor dinyatakan dengan persamaan diferensial berikut, yang diperoleh dengan menurunkan persamaan sebelumnya terhadap waktu.

Dimana:

C adalah kapasitas, dalam farad;
A adalah luas pelat, dalam meter persegi;
ε adalah permitivitas;
d adalah jarak antara pelat, dalam meter.

Apa itu kapasitor?

Pertimbangkan dua konduktor yang memiliki beda potensial V di antara mereka. Misalkan mereka memiliki muatan yang sama dan berlawanan, seperti pada gambar. Kombinasi semacam itu disebut kapasitor. Beda potensial V sebanding dengan besarnya muatan Q kapasitor (Hal ini dapat dibuktikan dengan Hukum Coulomb atau melalui eksperimen.

Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang diisolasi secara listrik dari satu sama lain dan dari lingkungan mereka. Setelah kapasitor diisi, kedua konduktor memiliki muatan yang sama tetapi berlawanan.

Apa saja jenis kapasitor?

Kapasitor komersial biasanya diproduksi menggunakan foil diselingi dengan lembaran tipis kertas yang diresapi parafin atau Mylar, yang berfungsi sebagai bahan dielektrik. Lapisan foil logam dan dielektrik yang berselang-seling ini kemudian digulung menjadi silinder untuk membentuk paket kecil. Kapasitor tegangan tinggi biasanya terdiri dari beberapa pelat logam yang saling mengunci yang direndam dalam minyak silikon. Kapasitor kecil sering dibuat dari bahan keramik. Kapasitor variabel (umumnya 10 hingga 500 pF) biasanya terdiri dari dua set pelat logam yang saling mengunci, satu tetap dan yang lainnya bergerak, dengan udara sebagai dielektrik.

Kapasitor elektrolit sering digunakan untuk menyimpan sejumlah besar muatan pada tegangan yang relatif rendah. Perangkat ini, yang ditunjukkan pada gambar, terdiri dari lembaran logam yang bersentuhan dengan elektrolit, yaitu larutan yang menghantarkan listrik berdasarkan pergerakan ion yang terkandung dalam larutan. Ketika tegangan diterapkan antara lembaran dan elektrolit, lapisan tipis oksida logam (isolator) terbentuk pada lembaran dan lapisan ini berfungsi sebagai dielektrik. Nilai kapasitansi yang sangat besar dapat diperoleh karena lapisan dielektrik sangat tipis sehingga jarak antar pelat sangat kecil.

Saat menggunakan kapasitor elektrolit dalam rangkaian, polaritas (tanda plus dan minus pada perangkat) harus dipasang dengan benar. Jika polaritas tegangan yang diberikan berlawanan dengan yang dimaksudkan, lapisan oksida dihilangkan dan kapasitor menghantarkan listrik alih-alih menyimpan muatan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi atau meningkatkan kapasitansi

Ada tiga faktor utama yang meningkatkan kapasitansi, misalnya:

Jika pelat lebih dekat satu sama lain kapasitansi akan meningkat dan sebaliknya jika mereka menjauh kapasitansi akan berkurang.
Pelat yang lebih besar meningkatkan nilai kapasitansi.
Bahan dielektrik adalah faktor penentu dan secara langsung mendefinisikan kapasitansi.

Apa maskapai nomor satu di dunia? Apa maskapai paling mewah? Apa Maskapai Terbaik ke Filipina? Apa mesin pemotong rumput terbesar di dunia? Apa mesin pemotong rumput termahal di dunia? Apa minyak terbaik untuk rambut? Apa mobil convertible yang bagus untuk dibeli?

Gelas kecil dapat menampung sedikit air minum, sedangkan gelas besar dapat menampung lebih banyak air minum. Semakin besar volume gelas, semakin banyak air yang dapat ditampung. Jadi setiap gelas mempunyai kapasitas atau ukuran kemampuan menampung air. Seperti gelas, kapasitor juga mempunyai kemampuan menampung muatan listrik dan energi potensial listrik. Kapasitas kapasitor atau ukuran kemampuan suatu kapasitor menyimpan muatan listrik dan energi potensial listrik disebut kapasitansi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitansi

Ukuran kemampuan gelas menampung air ditentukan oleh volume gelas itu. Bagaimana dengan kapasitor, apa yang menentukan ukuran kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik ?

Gambar di samping menunjukkan kapasitor sederhana yang terdiri dari dua pelat konduktor yang terpisah sejauh jarak tertentu. Sebelum dihubungkan ke sumber tegangan, misalnya baterai, kedua pelat tidak bermuatan listrik. Selanjutnya salah satu pelat dihubungkan ke kutub positif baterai dan pelat lainnya dihubungkan ke kutub negatif baterai menggunakan kabel.

Setelah dihubungkan ke kutub positif baterai, muatan positif pada baterai menarik elektron yang bermuatan negatif pada pelat sehingga elektron berpindah ke kutub positif baterai. Hal ini menyebabkan pelat berkekurangan elektron (muatan negatif) dan berkelebihan proton (muatan positif) sehingga pelat menjadi bermuatan positif.

Demikian juga setelah dihubungkan ke kutub negatif baterai, muatan positif pada pelat menarik elektron yang bermuatan negatif pada kutub negatif baterai sehingga elektron bergerak ke pelat. Hal ini menyebabkan pelat berkelebihan elektron sehingga pelat menjadi bermuatan negatif.

Proses perpindahan elektron di antara pelat dan baterai terhenti setelah beda potensial antara kedua pelat sama dengan beda potensial antara kedua kutub baterai.

Bagaimana caranya agar muatan listrik pada kedua pelat konduktor bertambah ? Dengan kata lain, apa yang harus dilakukan agar terjadi perpindahan elektron lagi ? Perpindahan elektron terjadi hanya ketika beda potensial listrik di antara kedua kutub baterai lebih besar daripada beda potensial listrik di antara kedua keping konduktor. Agar terjadi perpindahan elektron lagi sehingga muatan listrik pada masing-masing pelat konduktor bertambah maka baterai yang digunakan diganti dengan baterai lain atau sumber tegangan lain yang mempunyai beda potensial listrik lebih besar. Perpindahan elektron terhenti ketika beda potensial sumber tegangan sama dengan beda potensial kapasitor karenanya jika beda potensial sumber tegangan semakin besar maka beda potensial kapasitor juga semakin besar.

Berdasarkan ulasan di atas dapat disimpulkan bahwa semakin besar muatan listrik yang tersimpan pada masing-masing pelat konduktor, semakin besar beda potensial listrik antara kedua pelat konduktor tersebut. Jadi muatan listrik (Q) sebanding dengan beda potensial listrik (V). Hubungan antara muatan listrik dengan beda potensial listrik dinyatakan dalam kesebandingan berikut ini :Q α VKesebandingan di atas diubah menjadi persamaan dengan menambahkan konstanta kesebandingan C :Q = C V atau C = Q / V

Keterangan : Q = muatan listrik (Coulomb), V = beda potensial listrik atau tegangan listrik (Volt), C = konstanta kesebandingan, yang dinamakan kapasitansi kapasitor.

Nilai kapasitansi tidak bergantung pada muatan listrik dan tegangan listrik tetapi bergantung pada bentuk dan ukuran pelat konduktor. Pembuktian matematis bahwa kapasitansi bergantung pada bentuk dan ukuran pelat konduktor dijelaskan pada tulisan tentang jenis-jenis kapasitor berdasarkan bentuk keping konduktor yakni kapasitor keping sejajar, kapasitor silinder dan kapasitor bola. Pada tulisan tersebut, diandaikan di antara kedua keping konduktor terdapat ruang hampa udara.

Kapasitansi suatu kapasitor juga bergantung pada sifat materi yang berada di antara kedua pelat konduktor. Materi yang berada di antara kedua pelat konduktor disebut dielektrik. Kapasitansi kapasitor yang mempunyai dielektrik diulas secara mendalam pada tulisan tentang konstanta dielektrik.

Satuan kapasitansi

Satuan muatan listrik adalah Coulomb dan satuan beda potensial listrik adalah Volt sehingga berdasarkan persamaan kapasitansi di atas, satuan kapasitansi adalah Coulomb per Volt (C/V), disebut juga Farad (F) yang berasal dari nama ilmuwan Inggris Michael Faraday (1791-1867). Jadi 1 Farad = 1 Coulomb/Volt.

Misalkan sebuah kapasitor mempunyai nilai 2 Farad berarti kapasitor itu menyimpan muatan listrik sebesar +2 Coulomb pada salah satu pelat konduktor dan -2 Coulomb pada pelat konduktor lainnya, di mana kedua pelat konduktor itu mempunyai beda potensial sebesar 1 Volt. Apabila baterai 12 Volt dihubungkan ke kapasitor tersebut maka salah satu pelat konduktor bermuatan listrik sebesar Q = C V = (2)(12 Volt) = +24 Coulomb sedangkan pelat konduktor lainnya bermuatan -24 Coulomb.

Perlu diketahui bahwa Farad merupakan satuan kapasitansi yang sangat besar sehingga biasanya digunakan satuan lebih kecil yakni mikroFarad disingkat μF (10-6 Farad) hingga pikoFarad disingkat pF (10-12 Farad). Perhitungan matematis untuk menunjukan bahwa Farad merupakan satuan yang sangat besar dibahas pada contoh soal kapasitor keping sejajar.

Sarjana Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Guru Fisika di SMAN 2 Nubatukan Lewoleba, Kabupaten Lembata, Provinsi Nusa Tenggara Timur.