KAPASITOR & RANGKAIAN RC Materi 6

Sejarah Kapasitor Model Kapasitor pertama ”diciptakan” di Belanda, tepatnya kota Leyden pada abad ke-18 oleh para eksperimentalis fisika. Karenanya alat ini dinamakan Leyden Jar. Leyden Jar adalah wadah yang dibuat untuk menyimpan muatan listrik, yang pada prinsipnya berupa wadah seperti botol namun berlapis logam/konduktor yang diisi bahan isolator (dielektrik) misalnya air dan padanya dimasukkan sebuah batang logam yang bersifat konduktor, sehingga diperoleh lapisan konduktor-dielektrik-konduktor. Prinsip inilah yang dipakai untuk membuat kapasitor modern.

Sejarah Kapasitor (Cont.)

Fungsi Kapasitor Fungsi kapasitor misalnya sebagai cadangan energi ketika sikuit elektronika terputus secara-tiba-tiba. Ia mungkin mirip seperti baterai singkat. Hal ini karena adanya arus transien pada kapasitor. Pada alat penerima radio, kapasitor bersama komponen elektronika lain dapat digunakan sebagai tapis (penyaring) frekuensi dan filter gelombang Sebagai komponen pada sirkuit penyearah arus/tegangan ac menjadi dc atau disebut dengan penghalus riak Kapasitor juga dapat digunakan sebagai komponen pemberi cahaya singkat pada blitz kamera

Cara Kerja Kapasitor struktur prinsipnya terdiri dari dua buah pelat konduktor yang berlawanan muatan. Masing-masing memiliki luas permukaan A, dan mempunyai muatan persatuan luas . Konduktor yang dipisahkan oleh sebuah zat dielektrik yang bersifat isolator sejauh d. Zat inilah yang nantinya akan memerangkap (menampung) elektron-elektron bebas. Muatan berada pada permukaan konduktor yang jumlah totalnya adalah nol. Hal ini disebabkan jumlah muatan negatif dan positif sama besar. Bahan dielektrik adalah bahan yang jika tidak terdapat medan listrik bersifat isolator, namun jika ada medan listrik yang melewatinya, maka akan terbentuk dipol-dipol listrik, yang arah medan magnetnya melawan medan listrik semula

Cara Kerja Kapasitor (Cont.)

Jenis-Jenis Kapasitor Kapasitor Pelat (Keping Sejajar) Kapasitor paling sederhana berbentuk pelat sejajar. Karena berbentuk pelat, dari hukum Gauss yang telah kita turunkan pada bab elektrostatik, jumlah medan listrik dua keping logam bermuatan adalah A +Q -Q d

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Beda potensial kedua pelat dapat dihitung sebagai berikut: Ukuran Kapasitor biasanya dinyatakan dalam kapasitansi.

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Secara fisis kapasitansi C adalah seberapa banyak sebuah kapasitor dapat menampung/diisi oleh muatan. Dalam hal ini :

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Kapasitor Bola Kapasitor bola terdiri dari dua kulit bola bermuatan sepusat sebagai berikut : R2 R1 -  +

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Melalui hukum Gauss (yang merupakan tugas anda pada bahasan listrik statis) didapatkan bahwa antara bola R1 dan R2 adalah : Sehingga kapasitansinya adalah :

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Kapasitor Silinder Kapasitor tabung atau silnder terdiri dari dua silinder konduktor berbeda jari-jari yang mengapit bahan dielektrik diantaranya. - + l R1 R2

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont.) Karena beda potensial diantara silinder adalah : Maka kapasitansinya:

Rangkaian Kapasitor Di dalam rangkaian listrik, kapasitor mungkin dirangkaikan satu sama lain. Sebagaimana hambatan, rangkaian kapasitor dapat kita klasifikasikan menjadi dua jenis konfigurasi yakni, seri dan paralel, akan tetapi aturannya berbeda dan bahkan kebalikan dari aturan hambatan (resistor).

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Rangkaian Seri Kapasitor Bentuk dari rangkaian seri kapasitor adalah sebagai berikut: Dengan kapasitansi total dapat dihitung sebagai berikut: C1 C4 C3 C2

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Rangkaian Paralel Rangkaian paralel kapasitor memiliki bentuk sebagai berikut: C1 C2 C3 C4

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Dengan kapasitansi total dapat dihitung sebagai berikut: Rangkaian kapasitor mungkin juga variasi seri dan paralel

Rangkaian Kapasitor Pengisian Kapasitor C E Perhatikan rangkaian RC berikut ini ! Pada saat saklar S ditutup (t = 0) I = E/R. Setelah saklar ditutup! Berdasarkan hk. Kirchoff diperoleh E = IR + Q/C. Mengingat I = dQ/dt dan dε/dt = 0, maka diperoleh dI/I = -(1/RC) atau I = (E/R)e-t/RC. Atau Q = EC (1 - e-t/RC) RC = τ = konstanta waktu kapasitif. R C E + - Pada saat t = RC, muatan kapasitor bertambah sekitar 63%

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Grafik pengisian muatan Untuk E = 3 volt, R = 1 Kohm dan C = 3 mF, dihasilkan kurva pengisian kapasitor seperti di bawah : Pengisian muatan pada kapasitor

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Grafik Perilaku Arus Rangkaian RC Pada Pengisian Muatan Kapasitor

Rangkaian Kapasitor Pengosongan Kapasitor C R Pandang rangkaian RC di samping! Pada saat saklar ditutup ( t = 0 ), muatan pada kapasitor Qo Setelah saklar ditutup! Berdasarkan hk. Kirchoff diperoleh 0 = IR + Q/C. Mengingat I = dQ/dt , maka diperoleh 0 = R(dQ/dt) + Q/C dI/I atau Q = Qoe-t/RC. Atau I = - (Qo/RC)e-t/RC RC = τ = konstanta waktu kapasitif. Pada saat t = RC, muatan kapasitor berkurang menjadi sekitar 63%

Rangkaian Kapasitor (Cont.) Grafik pengosongan muatan jika kita plot dalam grafik untuk hambatan R = 1 kilo ohm dan kapasitansi C = 1 mF dan muatan awal sebesar 60 Coulomb, maka akan kita peroleh hasil sebagai berikut : Pengosongan muatan pada kapasitor

KONSTANTA WAKTU () Konstanta waktu  merupakan ”indiktator” waktu yang diperlukan untuk sebuah kapasitor untuk mengosongkan muatan yang ada di dalamnya sehingga berkurang sebesar 1/e-nya, sehingga : Arus pada saat t = 

Perilaku Kapasitor Dalam Sumber DC Saat awal R1 R2 E I Keadaan akhir