Kapasitor dan Prinsip Kerjanya

Kapasitor adalah komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur dari kapasitor terdiri atas dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator, yang disebut dielektrik. Kapasitor dapat menyimpan muatan listrik hingga batas kapasitas maksimum yang ditentukan oleh ukuran kapasitor tersebut.

Kapasitas kapasitor didefinisikan sebagai perbandingan antara muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor dengan beda potensial antara kedua pelat konduktor. Besaran kapasitas ini dinyatakan dalam satuan Farad (F), dan dapat dihitung dengan rumus:

dengan:

C = kapasitas kapasitor (Farad),

q = muatan yang tersimpan pada kapasitor (Coulomb),

V = beda potensial antara dua pelat konduktor (Volt).

Kapasitor Pelat Sejajar

Kapasitor pelat sejajar terdiri dari dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Jika kedua pelat memiliki muatan yang berlawanan, maka tercipta beda potensial antara pelat tersebut. Kapasitas kapasitor pelat sejajar dapat dihitung dengan rumus:

dengan:

A = luas masing-masing pelat,

d = jarak antara kedua pelat,

= permitivitas vakum.

Ketika bahan dielektrik di antara kedua pelat, kapasitas kapasitor akan meningkat sesuai dengan konstanta dielektriknya. Rumus kapasitas kapasitor dengan dielektrik dapat ditulis sebagai:

Dimana K adalah konstanta dielektrik dari bahan yang digunakan.

Kapasitor Bola Konduktor

Kapasitor bola konduktor adalah jenis kapasitor yang menggunakan bola konduktor sebagai pelatnya. Muatan listrik q diberikan pada bola, sehingga timbul beda potensial V. Kapasitas kapasitor bola konduktor dihitung dengan rumus:

Karena beda potensial antara bola konduktor dan permukaan sekitarnya dapat dihitung dengan menggunakan hukum Coulomb, maka rumus kapasitas bola konduktor menjadi:

Energi dalam Kapasitor

Salah satu fungsi kapasitor adalah menyimpan energi listrik. Energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

dengan:

W = energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule),

C = kapasitas kapasitor (Farad),

V = beda potensial (Volt).

Susunan Kapasitor dalam Rangkaian

Kapasitor dapat disusun dalam rangkaian baik secara seri maupun paralel.

Kapasitor yang disusun secara seri akan menghasilkan kapasitas pengganti yang lebih kecil, dihitung dengan rumus:

...

Kapasitor yang disusun secara paralel akan menghasilkan kapasitas pengganti yang lebih besar, dihitung dengan rumus:

...

Kegiatan Kelompok

Bentuk kelompok kecil beranggotakan 3–4 orang.

Gosok sisir plastik dengan rambut atau kain kering beberapa detik. Dekatkan ke potongan kertas kecil, lalu amati.

Gosok dua penggaris plastik dengan kain wol. Gantung salah satunya dengan benang, kemudian dekatkan penggaris lainnya. Amati gerak penggaris yang digantung.

Gosok batang kaca dengan kain sutra. Dekatkan batang kaca tersebut ke penggaris plastik yang telah digosok kain wol dan digantung dengan benang. Amati interaksi yang terjadi.

No	Pasangan Benda yang Didekatkan	Hasil Pengamatan (Tarik/Tolak/Netral)	Kesimpulan Interaksi
1 —	Sisir plastik – potongan kertas —	—	—
2 —	Penggaris plastik – penggaris plastik —	—	—
3 —	Batang kaca – penggaris plastik —	—	—

Apa yang terjadi ketika sisir plastik yang digosok dengan rambut/kain didekatkan ke potongan kertas? Jelaskan alasannya.

Mengapa dua penggaris plastik yang sama-sama digosok kain wol saling tolak-menolak?

Bagaimana interaksi antara batang kaca yang digosok kain sutra dengan penggaris plastik yang digosok kain wol? Apa artinya tentang muatan kedua benda tersebut?

Hubungkan hasil percobaan dengan konsep muatan sejenis dan muatan tidak sejenis.

Bagaimana kegiatan ini menunjukkan adanya gaya listrik sesuai hukum Coulomb?