Potenisal dan Kapasitor Listrik

1.Energi Potensial Listrik

Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi memungkinkan kita memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinsi. Sebagai contoh gaya gravitasi menarik suatu benda menuju ke permukaan bumi. Baik gaya gravitasi Fg maupun kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi=g) berarah vertikal ke bawah.

Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah

Konsep energi juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan pada suatu muatan Uji positif q’ oleh suatu muatan negatif adalah mengarah ke muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah ke muatan negatif.

Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus melakukan usaha pada muatan uji. Sebagai akibatnya energi potensial listrik muatan uji bertambah (gambar 2)

                                                Gambar a                        Gambar b

Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial garavitasi. Untuk itu kita akan menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :

Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’, dari titik P ke Titik Q adalah W =- Fw . S = -Fw.Δr=-F.(r2-r1)

W  adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negatif karena gaya Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahah Fw=Fq = gaya Coulomb.

W = -k.Q q’/r1  2 x (r2-r1) = – kQ.q’/r1.r2 (r2-r1)

W = -k Q.q’(1/r1 – 1/r2)= k Q.q’(1/r2-1/r1)

W = k Q.q’(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1

Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi Potensial.

Kesimpulan : Energi Potensial Listrik adalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji  +q’ dari suatu titik ke titik lainnya.

Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,sehingga r2= ˜ dan 1/r2=0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :

Ep = k Q.q’/r,     EP termasuk besaran skalar

E= Energi Potensial Listrik satuannya Joule

k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2, r= jarak (m)

 Q + muatan sumber, q’= muatan uji (Coulomb)

Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus potensial listrik sebagai berikut :  V = Ep /q’  atau seperti pada gambar berikut

2. Kapasitor


Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik. Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersentuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkannya kembali, kegunaannya dapat kamu temukan seperti pada lampu flash pada camera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer yang kamu pakai maupun pada berbagai peralatan elektronik.
        Kapasitor [C] gambaran sederhananya terdiri dari dua keping sejajar yang memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak yang sempit sejauh [d]. Seringkali kedua keping tersebut digulung menjadi silinder dengan sebuah insulator atau kertas sebagai pemisah kedua keping. Pada gambar rangkaian listrik, simbolnya dinotasikan dengan:

(SIMBOL)

Berbagai tipe kapasitor, (kiri) keping sejajar, (tengah) silindris, (kanan) gambar beberapa contoh asli yang digunakan pada peralatan elektronik.

Perlu kamu ketahui bahwa walaupun memiliki fungsi yang hampir sama, namun baterai berbeda dengan kapasitor. Kapasitor berfungsi hanya sebagai penyimpan muatan listrik sementara, sedangkan baterai selain juga dapat menyimpan muatan listrik, baterai juga merupakan salah satu sumber tegangan listrik. Karena baterai perbedaan itu, baterai juga memiliki simbol yang berbeda pada rangkaian listrik. Simbol baterai dinotasikan dengan:

(SIMBOL BATRAI)

Contoh penggunaan kedua simbol tersebut pada rangkaian listrik:

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

Dimana:

C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)

Q = muatan listrik (Coulomb)

V = beda potensial (Volt)

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

Dimana:

A = luasan penampang keping (m2)

d = jarak antar keping (m)

 = permitivitas bahan penyekat 

Jika antara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permitivitasnya dipakai 

Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat () sama dengan muatan setelah disisipkan bahan penyekat (), sesuai prinsip bahwa muatan bersifat kekal. Beda potensialnya dinotasikan dengan rumus:

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

Dimana:

W = jumlah energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)


Jenis-Jenis Kapasitor

Berdasarkan bahan Isolator dan nilai, Kapasitor dapat ditentukan menjadi 2 Jenis yaitu Kapasitor Nilai Tetap dan Kapasitor Variabel. Berikut ini adalah penjelasan singkatnya untuk masing-masing jenis Kapasitor:


A. KAPASITOR NILAI TETAP (CAPACITOR TETAP)


Kapasitor Nilai Tetap atau Kapasitor Tetap adalah Kapasitor yang dinilainya konstan atau tidak berubah-ubah. Berikut ini adalah Jenis-jenis Kapasitor yang nilainya Tetap:

1. Kapasitor Keramik (Capasitor Keramik)

Kapasitor Keramik adalah Kapasitor yang Isolatornya dibuat dari Keramik dan dibuat bulat dengan empat persegi. Kapasitor Keramik tidak memiliki arah atau polaritas, sehingga dapat dipasang bolak-balik dalam pemasangan Elektronika. Pada umumnya, Nilai Kapasitor Keramik antara 1pf hingga 0,01μF.
Kapasitor yang membentuk Chip (Chip Capasitor) terbuat dari bahan Keramik yang dikemas sangat kecil untuk memenuhi kebutuhan peralatan Elektronik yang dirancang semakin kecil dan dapat dipasang oleh Mesin Produksi SMT (Surface Mount Technology) yang berkecepatan tinggi.


2. Kapasitor Polyester (Polyester Capacitor)

Kapasitor Polyester adalah kapasitor yang isolatornya dibuat dari Polyester dengan bentuk persegi empat. Kapasitor Polyester dapat dipasang terbalik dalam pemasangan Elektronika (tidak memiliki polaritas Arah)


3. Kapasitor Kertas

Kapasitor Kertas adalah kapasitor yang terbuat dari Kertas dan pada nilai kapasitor kertas yang didistribusikan 300pf sampai 4μF. Kapasitor Kertas tidak memiliki polaritas arah atau dapat dipasang bolak balik dalam Rangkaian Elektronika.


4. Kapasitor Mika (Mica Capacitor)

Kapasitor Mika adalah kapasitor yang terbuat dari bahan Mika. Nilai Kapasitor Mika pada umumnya disepakati antara 50pF sampai 0,02μF. Kapasitor Mika juga dapat dipasang bolak balik karena tidak memiliki polaritas arah.


5. Kapasitor Elektrolit (Capacitor Elektrolit)

Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya dibuat dari Elektrolit (Elektrolit) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan ELCO ini sering digunakan pada Rangkaian Elektronika yang dibeli Kapasintasi (Kapasitansi) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas Arah Positif (-) dan Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai terminal Negatif-nya. Pada umumnya nilai Kapasitor dapat dihasilkan dari 0,47 μF hingga ribuan mikrofarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai Kapasitansi, Tegangan (Tegangan), dan Terminal Negatif-nya. Hal yang perlu diingat, Kapasitor dapat diaktifkan jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan melampui batas kamampuan tegangannya.


6. Kapasitor Tantalum

Kapasitor Tantalum juga memiliki Polaritas Arah Positif (+) dan Negatif (-) seperti yang didukung Kapasitor Elektrolit dan bahan Isolatornya juga dapat diperoleh dari Elektrolit. Disebut dengan Kapasitor Tantalum karena Kapasitor jenis ini memakai bahan Logam Tantalum sebagai Terminal Anodanya (+). Kapasitor Tantalum dapat dioperasikan pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan Kapasitor elektrolit lainnya dan juga memiliki kapasintansi yang lebih besar dapat disesuaikan dengan ukuran yang lebih kecil dan mungil. Oleh karena itu, Kapasitor Tantalum merupakan jenis Kapasitor yang berharga mahal. Pada umumnya dipakai pada peralatan Elektronika yang lebih kecil dari pada Handphone dan Laptop.



B. KAPASITOR VARIABEL (CAPACITOR VARIABEL)

Kapasitor Variabel adalah Kapasitor yang bernilai Kapasitansinya dapat diatur atau diubah-ubah. Secara Fisik, Kapasitor Variabel ini terdiri dari 2 jenis yaitu:

1. VARCO (Variable Condensator)

VARCO (Variable Condensator) yang dibuat dari Logam dengan ukuran yang lebih besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Frekuensi Gelombang pada Rangkaian Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator). Nilai Kapasitansi VARCO mulai antara 100pF hingga 500pF

2. Pemangkas

Trimmer adalah jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga dibutuhkan alat Obeng untuk dapat memutar Poros pengaturnya. Pemangkas terdiri dari 2 pelat logam yang dilipat oleh selembar Mika dan juga merupakan sekrup yang terletak di pelat logam yang sesuai dengan nilai kapasitansinya menjadi berubah. Pemangkas dalam Rangkaian Pemakaian Elektronika untuk menepatkan pemilihan gelombang Frekuensi (Fine Tune). Nilai Kapasitansi Trimmer hanya maksimal hingga 100pF.





Referensi :


http://blog.ub.ac.id/rezaanggarahardja/
https://www.studiobelajar.com/kapasitor/
https://teknikelektronika.com/simbol-fungsi-kapasitor-beserta-jenis-jenis-kapasitor/
https://panduanteknisi.com/jenis-kapasitor-dan-fungsinya.html
http://physic-nurfaizal.blogspot.com/2012/04/potensial-listrik-dan-kapasitor.html ku




By Tria Andika (1830511004)