KAPASITOR RANGKAIAN RC Materi 5 Pertemuan ke7 PERTEMUAN

KAPASITOR & RANGKAIAN RC Materi 5 & Pertemuan ke-7

PERTEMUAN 1 2 3 4 5&6 HARI / TANGGAL Senin, 11 Maret 2013 18 Maret 2013 25 Maret 2013 1 April 2013 MATERI Rencana Kuliah BAB I : Listrik Statis-1 (Hukum Coulomb) Responsi : BAB II: Listrik Statis-2 (Hukum Gauss) Responsi : BAB III : Listrik Statis-3 (Potensial Listrik) Responsi : BAB III QUIZ 1 (BAB I, II & III) Senin, 8 April 2013 BAB IV : Listrik Dinamis-1 (Hukum Ohm, Rangkaian & hambatan & Hukum Kirchoff) Sabtu, 13 April 2013 Responsi : BAB IV. . . [Sabtu, 13 April 2013, R. 4521, 10 -12. 15/12. 1514. 30/14. 30 -16. 45) 7 (hari ini) 15 April 2013 BAB V : Listrik Dinamis-2 (Kapasitor & Rangkaian RC) Responsi : BAB V 8 Senin, 22 April 2013, Jam 11. 30 -13. 00 UTS (BAB IV & V) 2

HASIL QUIZ-1 Kelas A B C D E TOTAL 12 TK-2 2 2 4 6 14 28 7% 7% 14% 22% 50% 4 2 3 6 15 13% 7% 10% 20% 5 2 6 5 15 15% 6% 18% 15% 46% 11 6 13 17 44 12% 7% 14% 19% 48% 12 TK-3 12 TK-5 TOTAL 30 61 33% 67% 30 33 91 91

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-dielektrikkonduktor. Prinsip inilah yang dipakai untuk membuat kapasitor modern. 4

Sejarah Kapasitor (Cont. ) 5

Fungsi Kapasitor • Fungsi kapasitor misalnya sebagai cadangan energi ketika sikuit elektronika terputus secara-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 6

Cara Kerja Kapasitor • struktur prinsipnya terdiri dari dua buah pelat konduktor yang berlawanan muatan. Masingmasing 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 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 7

Cara Kerja Kapasitor (Cont. ) 8

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 9 d

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) – Beda potensial kedua pelat dapat dihitung sebagai berikut: • Ukuran Kapasitor biasanya dinyatakan dalam kapasitansi. 10

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) • Secara fisis kapasitansi C adalah seberapa banyak sebuah kapasitor dapat menampung/diisi oleh muatan. Dalam hal ini : 11

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) • Kapasitor Bola – Kapasitor bola terdiri dari dua kulit bola bermuatan sepusat sebagai berikut : - + R 1 R 2 12

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) – Melalui hukum Gauss (yang merupakan tugas anda pada bahasan listrik statis) didapatkan bahwa antara bola R 1 dan R 2 adalah : – Sehingga kapasitansinya adalah : 13

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) • Kapasitor Silinder – Kapasitor tabung atau silnder terdiri dari dua silinder konduktor berbeda jari-jari yang mengapit bahan dielektrik diantaranya. - R 2 + R 1 l 14

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) – Karena beda potensial diantara silinder adalah : – Maka kapasitansinya: 15

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). 16

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Rangkaian Seri Kapasitor – Bentuk dari rangkaian seri kapasitor adalah sebagai berikut: C 1 C 2 C 3 C 4 – Dengan kapasitansi total dapat dihitung sebagai berikut: 17

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Rangkaian Paralel – Rangkaian paralel kapasitor memiliki bentuk sebagai berikut: C 1 C 2 C 3 C 4 18

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) – Dengan kapasitansi total dapat dihitung sebagai berikut: • Rangkaian kapasitor mungkin juga variasi seri dan paralel 19

Rangkaian Kapasitor Pengisian Kapasitor Perhatikan rangkaian RC berikut ini ! Pada saat saklar S ditutup (t = 0) I = E/R. C E Setelah saklar ditutup! Berdasarkan hk. Kirchoff diperoleh E = IR + Q/C. R Mengingat I = d. Q/dt dan dε/dt = 0, maka diperoleh + d. I/I = -(1/RC) atau I = (E/R)e-t/RC. Atau Q = EC (1 - e-t/RC) RC = τ = konstanta waktu kapasitif. Pada saat t = RC, muatan kapasitor bertambah sekitar 63% C - E R 20

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Grafik pengisian muatan – Untuk E = 3 volt, R = 1 Kohm dan C = 3 m. F, dihasilkan kurva pengisian kapasitor seperti di bawah : Pengisian muatan pada kapasitor 21

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Grafik Perilaku Arus Rangkaian RC Pada Pengisian Muatan Kapasitor 22

Rangkaian Kapasitor Pengosongan Kapasitor 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. C R Mengingat I = d. Q/dt , maka diperoleh 0 = R(d. Q/dt) + Q/C d. I/I atau Q = Qoet/RC. Atau I = - (Qo/RC)e-t/RC RC = τ = konstanta waktu kapasitif. Pada saat t = RC, muatan kapasitor berkurang menjadi sekitar 63% 23

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Grafik pengosongan muatan – jika kita plot dalam grafik untuk hambatan R = 1 kilo ohm dan kapasitansi C = 1 m. F dan muatan awal sebesar 60 Coulomb, maka akan kita peroleh hasil sebagai berikut : Pengosongan muatan pada kapasitor 24

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 = 25

Perilaku Kapasitor Dalam Sumber DC R 1 I R 2 I R 1 R 2 I E Saat awal C E I R 1 R 2 I E Keadaan 26

The Next Week : UTS, Senin 22 April 2013, Jam 11. 30 -13. 00 R. 4517 / 4519 / 4521 Bahan UTS : Listrik Dinamis-1 &2 Sifat Ujian : Tutup Buku 27