KAPASITOR RANGKAIAN RC Materi 6 Sejarah Kapasitor Model

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-dielektrikkonduktor. Prinsip inilah yang dipakai untuk membuat kapasitor modern. 2

Sejarah Kapasitor (Cont. ) 3

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 4

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 5

Cara Kerja Kapasitor (Cont. ) 6

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 7 d

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) – Beda potensial kedua pelat dapat dihitung sebagai berikut: • Ukuran Kapasitor biasanya dinyatakan dalam kapasitansi. 8

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) • Secara fisis kapasitansi C adalah seberapa banyak sebuah kapasitor dapat menampung/diisi oleh muatan. Dalam hal ini : 9

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) • Kapasitor Bola – Kapasitor bola terdiri dari dua kulit bola bermuatan sepusat sebagai berikut : - + R 1 R 2 10

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 : 11

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 12

Jenis-Jenis Kapasitor (Cont. ) – Karena beda potensial diantara silinder adalah : – Maka kapasitansinya: 13

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). 14

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: 15

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Rangkaian Paralel – Rangkaian paralel kapasitor memiliki bentuk sebagai berikut: C 1 C 2 C 3 C 4 16

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) – Dengan kapasitansi total dapat dihitung sebagai berikut: • Rangkaian kapasitor mungkin juga variasi seri dan paralel 17

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 18

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 19

Rangkaian Kapasitor (Cont. ) • Grafik Perilaku Arus Rangkaian RC Pada Pengisian Muatan Kapasitor 20

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% 21

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 22

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 = 23

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 24