Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung FI-1201 Fisika Dasar IIA Kuliah-06 Kapasitor & Dielektrik

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Cakupan materi Kapasitor Kapasitansi Menghitung kapasitansi Energi dalam kapasitor Energi dalam medan listrik Dielektrik

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung 1. KAPASITOR

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Beberapa jenis kapasitor

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S KAPASITOR Kapasitor terdiri dari susunan konduktor yang dapat menyimpan muatan / medan / energi potensial listrik. Kapasitor digunakan di banyak peralatan listrik seperti radio, komputer, sistem pengapian mobil, dst. Daya simpan muatan dalam kapasitor dinyatakan dengan KAPASITANSI Besarnya kapasitansi tergantung pada dimensi - geometri susunan konduktor

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitor Suatu sistem dua konduktor, yang masing- masing membawa muatan yang sama besarnya dikenal sebagai kapasitor - + +Q-Q e.g. 1: two metal spheres e.g. 2: two parallel sheets Each conductor is called a plate

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Kapasitansi

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S We can write that as Kapasitansi Kapasistansi besaran untuk mengukur jumlah muatana yang tersimpan dalam kapasitor (its “capacity”) Eskperimen menunjukkan bahwa muatan dalam kapasitor sebanding dengan beda potensial (voltage) antara dua lempeng Konstanta pembanding C disebut kapasitansi yang merupakan sifat dari kapasitor Dividing both sides by  V we see that C is given by i.e. capacitance is the charge stored per unit voltage

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Satuan SAtuan SI untuk kapsitansi adalah: CV -1 SAtuan ini juga dikenal sebagai farad (after Michael Faraday) Remember that V is also JC -1 so unit is also C 2 J -1 Remember that V is also JC -1 so unit is also C 2 J -1 1F = 1CV -1 (= 1C 2 J -1 )

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Menghitung Kapasitansi

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitansi Kapasitor keping (parallel plated) +Q-Q Intutively The bigger the plates the more surface area over which the capacitor can store charge C  A E Moving plates together Initially E is constant (no charges moving) thus  V = Ed decreases, charges flows from battery to increase  V  C  1/d Never Ready + VV

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitansi Kapasitor keping +Q-Q Physically E Never Ready + Sifat konduktor VV

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S KAPASITOR KEPING Gunakan hukum Gauss untuk menghitung besar medan di ruang antar keping

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S KAPASITOR SILINDER Gunakan hukum Gauss untuk menghitung besar medan di daerah a<r<b

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S KAPASITOR BOLA Gunakan hukum Gauss untuk mendapatkan E Di r<a E=0 Di daerah a<r<b Di r>b E = 0

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitansi kapasitor bola

Physics Study Program Faculty of Mathematics and Natural Sciences Institut Teknologi Bandung Susunan beberapa kapasitor

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitor susunan paralel +Q1 -Q1 Kapasitor susunan paralel Never Ready + +Q2 -Q2 V2V2 VV V1V1

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitor susunan paralel +Q1 -Q1 Cara lain melihat kapasitor susunan paralel Never Ready + +Q2 -Q2

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Kapasitor susunan Seri +Q1 -Q1 Kapasitor susunan seri Never Ready + +Q2 -Q2 V1V1 V2V2 VV

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Susunan Kapasitor (Summary) 1. SUSUNAN PARALEL Beda potensial SAMA 2. SUSUNAN SERI Arus SAMA

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S DIELEKTRIK Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang diletakkan di antara kedua pelat kapasitor. Jika di antara keping + dan keping – diisi dengan bahan dielektrik (isolator), kuat medan listrik di antara keping akan menurun dan kapasitansi akan naik. Beberapa alasan penggunaan dielektrik adalah :  Memungkinkan untuk aplikasi tegangan yang lebih tinggi (sehingga lebih banyak muatan).  Memungkinkan untuk memasang pelat menjadi lebih dekat (membuat d lebih kecil).  Memperbesar nilai kapasitansi C karena K>1.

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Dengan adanya suatu lembaran isolator (“dielectric”) yang ditempatkan di antara kedua pelat, kapasitansi akan meningkat dengan faktor K, yang bergantung pada material di dalam lembaran. K disebut sebagai konstanta dielektrik dari material. dielectric Karenanya C = K  0 A / d secara umum adalah benar karena K bernilai 1 untuk vakum, dan mendekati 1 untuk udara. Kita juga dapat mendefinisikan  = K  0 dan menuliskan C =  A / d.  disebut sebagai permitivitas dari material C = K  0 A / d

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh 17-7 (Giancoli) (a) Hitunglah kapasitansi dari suatu kapasitor yang memiliki pelat 20 x 3 cm dan terpisah oleh udara sejauh 1.0 mm. d = luas = 0.2 x 0.03 C = K  0 A / d C = 1(8.85x )(0.2x0.03) / C =53x F C = 53 pF Jika anda tetap menggunakan satuan SI (mks), hasilnya akan langsung dalam satuan SI.

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S (b) Berapa muatan pada tiap pelat kapasitor yang dihubungkan dengan baterei 12 volt*? 0 V +12 V *Ingat, yang dimaksud di sini adalah beda potensial. Q = CV Q = (53x )(12) Q = 6.4x C V= 12

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S (c) Berapa besarnya medan listrik di antara kedua pelat? 0 V +12 V d = E V= 12

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Contoh 17-8 (Giancoli) Sebuah kapasitor dihubungkan dengan baterei sehingga memiliki muatan Q. V Saat kapasitor masih dihubungkan dengan baterei, suatu bahan dielektrik dimasukkan. Akankah Q bertambah, berkurang, atau tetap sama? Mengapa? V V=0

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S Energi listrik U yang tersimpan dalam kapasitor adalah: U capacitor = QV/2 = CV 2 /2 = Q 2 /2C Bukan suatu kebetulan jika kita di sini menggunakan simbul U untuk energi yang disimpan. Ini adalah bentuk lain dari energi potensial. Gunakan ini dalam persamaan konservasi energi seperti bentuk energi yang lain! Dengan menguraikan persamaan di atas, kita dapat merumuskan kerapatan energi sebagai berikut: U = CV 2 /2 = (1/2) (  0 A/d)(E 2 d 2 ) = (1/2) (  0 E 2 )(Ad) u = kerapatan energi =energi/volume = (1/2) (  0 E 2 ) Penyimpanan Energi Listrik

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S A camera flash unit stores energy in a 150  F capacitor at 200 V. How much electric energy can be stored? U capacitor = CV 2 /2 U capacitor = (150x10 -6 )(200) 2 / 2 U capacitor = 3.0 J Contoh 17-9 (Giancoli)

Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung PHYSI S End of Section...