Kapasitor yang mempunyai kapasitas terbesar berdasarkan grafik di bawah adalah no

Kapasitor

Setelah kalian mempelajari tentang berbagai macam energi pada listrik, kali ini kalian akan mempelajari tentang sebuah komponen pada listrik, yaitu kapasitor. Kapasitor adalah komponen listrik yang berfungsi menyimpan muatan listrik.

Di antara kedua keping tersebut terdapat isolator unruk mencegah muatan positif dan negatif bertemu.

• Kapasitor kertas, kertas berfungsi sebagai penyekat di antara kedua pelat. Kapasitor kertas memiliki kapasitas sebesar 0,1 μF.
• Kapasitor elektrolit, bahan penyekatnya adalah aluminium oksida. Kapasitor ini memiliki kapasiatas paling besar, yaitu sampai dengan 100.000 pF.
• Kapasitor variabel adalah kapasitor dengan nilai kapasitas yang dapat diubah-ubah. Penyekatnya adalah udara, dengan nilai maksimum kapasitasnya sampai dengan 500 pF.

• mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, ketika arus listrik diputuskan dan dinyalakan
• menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
• memilih panjang gelombang pada radio penerima
• sebagai filter dalam catu daya (power supply )

Kapasitas Kapasitor

Contoh soal

Energi Kapasitor

Kapasitor yang dihubungkan dengan sumber tegangan akan menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Energi yang tersimpan dalam kapasitor disebut energi kapasitor. Besarnya energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan listrik dari sumber tegangan ke dalam kapasitor tersebut.

Energi yang tersimpan dalan kapasitor dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

dengan :

W = energi yang tersimpan di dalam kapasitor (joule)

C = kapasitas kapasitor (F)

V = beda potensial antara kedua keping kapasitor (volt)

q = muatan (C)

Contoh soal

1000 buah kapasitor 4 μF disusun paralel kemudian dimuati beda potensial 25 kV. Berapa lama energi yang disimpan kapasitor itu dapat mempertahankan lampu 100 W menyala normal? 

Penyelesaian:

Banyak kapasitor n = 1000

C = 4 x 10-6

V = 25 x 103 

P = 100 W

Jika kapasitor identik disusun paralel, akan memiliki kapasitas pengganti

Cek = nC = (1000)(4 x 10-6) = 4 x 10-6

Energi kapasitor

Rangkaian Kapasitor

Ada 2 jenis rangkaian kapasitor yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel

Rangkaian Seri

Sumber gambar: fisikasekolah.com

Pada rangkaian seri, cara untuk mencari kapasitor total dengan menggunakan rumus berikut

Untuk potensial listrik total

Rangkaian Paralel

Sumber gambar: gammafisblog.com

Pada rangkaian paralel, cara untuk mencari kapasitor total dengan menggunakan rumus berikut

Untuk potensial listrik total

Vtotal = V1 = V2 = V3 Dan muatan total

qtotal = q1 + q2 + q3

Contoh soal

Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar di bawah. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 6 μF, C4 = 5 μF dan C5 = 10 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…

Pembahasan

Kapasitor C1 = 2 μF

Kapasitor C2 = 4 μF

Kapasitor C3 = 6 μF

Kapasitor C4 = 5 μF

Kapasitor C5 = 10 μF

Ditanya : Kapasitas pengganti (C)

Jawab :

Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :

CP = C2 + C3

CP = 4 + 6

CP = 10 μF

Kapasitor C1, CP, C4 dan C5 terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :

1/C = 1/C1 + 1/CP + 1/C4 + 1/C5

1/C = 1/2 + 1/10 + 1/5 + 1/10

1/C = 5/10 + 1/10 + 2/10 + 1/10

1/C = 9/10

C = 10/9 μF

Info singkat ilmuwan

Pieter van Musschenbroek lahir pada 14 Maret 1692 di Leiden, Belanda, dalam keluarga pembuat instrumen. Pada saat kelahiran Petrus (Pieter), keluarga beralih ke pembuatan instrumen ilmiah (pompa udara, mikroskop, dan teleskop) yang mungkin menjelaskan sebagian minatnya pada sains. Ia belajar di Universitas Leyden (Leiden) dan menerima gelar sarjana kedokteran pada tahun 1715 dan kemudian gelar doktor filsafat di bidang filsafat alam (fisika). Dia kemudian mengunjungi Inggris pada 1717 dan bertemu Isaac Newton.

Sekembalinya ke Belanda, ia menjadi profesor filsafat alam dan matematika di Universitas Duesberg (Duisburg) pada tahun 1719. Ia juga memperkenalkan gagasan Newton ke Belanda. Dia memegang jabatan profesor (dari 1721) di Universitas Duesberg, Utrecht, dan Leyden (Leyden dari 1740 hingga 1761). Dia meninggalkan Universitas Utrecht untuk Universitas Leyden dan mengajar filsafat alam (fisika). Dia memberikan pendekatan pertama untuk studi ilmiah tentang muatan listrik dan sifat-sifatnya. Pada 1729, ia menggunakan kata "fisika" yang belum pernah digunakan sebelumnya.

Dalam upaya mereka pada November 1745 untuk menghasilkan percikan dan kilasan dengan gesekan yang sebelumnya dilakukan oleh Gilbert, von Guericke, Hauksbee, dan Dufay, para profesor Petrus (Pieter) Musschenbroek dan Jean Allamand dari Universitas Leyden dan teman Cunaeus bereksperimen dengan toples kaca terhubung ke mesin listrik gesekan.

Musschenbroek menduga bahwa sebuah kapal nonkonduktor (kaca) akan membantu mereka sehingga pada kesempatan ini pada bulan Januari 1746 ia mengisi sebagian botol dengan air. Dia tahu bahwa air adalah penghantar listrik. Musschenbroek, sambil memegang toples dengan tangan kanannya dan seutas kawat dengan tangan kirinya menyuruh salah satu asistennya menghubungkannya ke mesin listrik gesekan, dan kemudian memutar bola kacanya, tetapi tidak ada yang terjadi sampai Cuneus menempatkan salah satu ujung kawat. ke dalam air sementara Musschenbroek, yang dibumikan, masih memegang kawat itu. Guncangan hebat dirasakan yang digambarkan Musschenbroek. Perangkat botol telah mengumpulkan listrik yang dihasilkan oleh mesin statis dan kemudian sekaligus habis untuk Musschenbroek.

Musschenbroek terpilih sebagai anggota Royal Society of London pada 1734, dan anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis pada tahun yang sama.

Penghargaan untuk pembuatan botol Leyden bervariasi. Beberapa penulis memberikan penghargaan kepada Ewald Jurgen von Kleist, seorang Jerman, sementara yang lain mengklaim bahwa van Musschenbroek, seorang ahli fisika Belanda, adalah penemu sesungguhnya. Beberapa penulis memberi penghargaan baik untuk kepribadian maupun orang lain. Jika tanggal dapat menyelesaikan masalah ini (4 Nov 1745 vs Jan 1746, masing-masing) maka von Kleist akan menjadi penemu, dan van Musschenbroek akan menjadi yang pertama untuk mengembangkan model kerja dari rancangan penyimpanan listrik pertama.

Orang-orang ini, yang bekerja secara independen, menemukan bahwa listrik yang dihasilkan oleh mesin elektrostatik dapat diakumulasikan.

Penerpan dalam kehidupan sehari-hari

Kalian tentunya tahu bahwa pada kamera atau mobil terdapat lampu yang dapat menyala ketika dipencet. Untuk bisa menghasilkan kilatan cahaya tersebut dalam waktu yang singkat,  perlu ada kapasitor. Jadi, rangkaian lampu flash itu bentuknya seperti ini:

Nah, yang ada tanda panahnya itu saklar. Lampu dilambangkan oleh R2. Trus R1 ­­itu resistansi intrinsik batere dan konduktor (kabel). Jadi waktu flashnya mati (kamera tidak digunakan), saklar akan menempel di terminal nomor 1. Rangkaiannya akan jadi seperti di gambar kedua (tengah). Pada keadaan ini, batere yang dilambangkan sumber tegangan vsalias voltage source akan mengisi kapasitor. Sedangkan lampu (R2) gak terhubung ke sistem. Ingat karena sumbernya listrik searah, setelah kapasitor penuh tidak akan ada listrik yang mengalir di rangkaian.

Ketika kalian motret, saklar akan pindah dari terminal 1 ke terminal nomor 2 sesuai arah tanda panah. Rangkaian akan berubah jadi seperti gambar ketiga (kanan). Pada kondisi ini, baterai menjadi tidak tersambung ke rangkaian. Rangkaiannya jadi kapasitor dan lampu saja.  Muatan negatif (elektron) yang tersimpan di salah satu kutub kapasitor akan mengalir ke kutub lainnya sampai jumlahnya sama (tegangan sama). Aliran elektron alias arus listrik ini menyalakan lampu flash (R2). Ketika tegangan udah sama, artinya energi potensial kapasitor udah 0 kan jadi tidak ada elektron yang mengalir lagi, sehingga flashnya mati. Proses ini terjadinya cepat sekali. Waktu pelepasan energi (discharge) di kapasitor itu tergantung sama nilai kapasitansinya. Setelah selesai, saklar akan balik ke nomor 1 lagi, dan kapasitor akan diisi lagi oleh baterai. Begitu seterusnya.

Listrik yang kita gunakan ini kebanyakan nggak dibangkitkan di deket kota besar. 

Nah, listrik dari pembangkit listrik itu dialirkan ke kota-kota lewat saluran transmisi tegangan tinggi 500 kV. Tegangan saluran memang dibuat sangat tinggi supaya arusnya bisa dibuat sekecil mungkin. Ingat, daya yang disalurkan adalah perkalian dari tegangan dan arus (P = VI). Semakin besar arus, semakin besar energi yang hilang di saluran transmisi karena semakin besar gesekan antara elektron dan inti atom konduktor (ingat, arus listrik itu muatan/elektron yang bergerak).

Benda apa pun kalo membentuk konfigurasi konduktor-dielektrik-konduktor, akan ada nilai kapasitansinya. Nah, kabel transmisi listrik juga seperti itu. Kabel-udara-kabel bisa dianggap sebagai konfigurasi benda berkapasitansi. Jadi, ketika menganalisa saluran transmisi, insinyur kelistrikan akan menganggap ada kapasitor di antara kabel-kabel itu.

Setiap isolator (termasuk udara) punya tegangan kerja maksimum. Yang dimaksud tegangan kerja maksimum adalah tegangan paling besar yang bisa dia tahan. Di atas batas tegangan ini, isolator akan kehilangan daya isolasinya dan menjadi bisa menghantarkan listrik. Nilai tegangan ini disebut tegangan tembus atau breakdown voltage. Contohnya, ketika awan mengakumulasi muatan terus menerus, tegangannya jadi semakin tinggi. Ketika tegangan awan udah gede banget, melebihi tegangan tembus udara, udara akan menghantarkan listrik dari awan ke tanah atau air laut. Ini yang kita sebut petir.

Kesimpulan

• Hal yang saya pelajari dari kapasitor listrik yaitu  hampir semua yang kita perlukan dapat disimpan atau ditahan untuk digunakan kembali seperti kapasitor yang dapat menyimpan muatan listrik untuk kemudian dapat kita gunakan.
• Dalam Yeremia 29:11 Tuhan berkata bahwa

  "Sebab Aku ini mengetahui rancangan-rancangan apa yang ada pada-Ku mengenai kamu, demikianlah firman TUHAN, yaitu rancangan damai sejahtera dan bukan rancangan kecelakaan, untuk memberikan kepadamu hari depan yang penuh harapan."                Jadi Tuhan sudah tahu bahwa di masa depan, akan ada banyak peralatan yang membutuhkan kapasitor sehingga Tuhan membuat kapasitor melalui tangan ilmuwan yang dipilih-Nya untuk memudahkan kehidupan para umat manusia. 

Latihan Soal

Kunci jawaban: 1600 μF

3. 16 resistor identik yang memiliki kapasitas masing-masing kapasitor adalah 2 µF dan dirangkai secara seri-paralel seperti pada gambar di bawah ini.

Tentukan besar kapasitas kapasitor jika diukur dari titik ab!
Kunci jawaban: 1,19 μF

Referensi

• http://profil.widodoonline.com/Elektronika/komponen/komponen-pasif/kapasitor.html
• https://www.google.com/amp/s/gurumuda.net/contoh-soal-kapasitas-kapasitor-keping-sejajar.htm/amp%3fcontoh-soal-kapasitas-kapasitor-keping-sejajar_htm?espv=1
• https://fisikazone.com/kapasitor/
• https://www.ayo-sekolahfisika.com/2018/08/soal-energi-kapasitor-dan-pembahasan.html?m=1
• https://www.google.com/amp/s/gurumuda.net/contoh-soal-kapasitor-rangkaian-seri-dan-paralel.htm/amp%3fcontoh-soal-kapasitor-rangkaian-seri-dan-paralel_htm?espv=1
• https://corrosion-doctors.org/Biographies/MusschenbroekBio.htm
• https://www.zenius.net/blog/6632/fungsi-kapasitor-induktor-kegunaan
• Buku fisika untuk SMA kelas XII

Page 2