POTENSIAL LISTRIK dan KAPASITOR Oleh Hery Purwanto 1

POTENSIAL LISTRIK dan KAPASITOR Oleh : Hery Purwanto 1

MATERI • Beda Potensial dan Potensial Listrik • Beda Potensial di dalam Medan Listrik Homogen • Potensial dan energi potensial yang ditimbulkan oleh muatan titik • Potensial listrik di sekitar muatan kontinyu • Definisi kapasitansi • Menentukan kapasitansi • Rangkaian kombinasi beberapa kapasitor • Energi yang tersimpan di dalam kapasitor • Kapasitor dan dielektrik 2

ENERGI POTENSIAL B qo ds F E A qo Gaya Listrik : Usaha oleh gaya listrik : Perubahan energi potensial : Beda Potensial : 3

POTENSIAL Beda Potensial : Beda potensial VB - VA sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan satuan muatan uji positip dari titik A ke titik B tanpa mengubah energi kinetiknya. ? Potensial pada suatu titik : Satuan Potensial Listrik dalam SI : volt 1 V = 1 J/C Satuan energi di dalam Fisika Atom/Inti : elektron volt Besar perubahan energi elektron (proton) ketika melewati beda potensial sebesar 1 V 1 e. V = 1. 6 x 10 -19 CV = 1, 6 x 10 -19 J 4

BEDA POTENSIAL DI DALAM MEDAN LISTRIK HOMOGEN E A B d VB < VA Jika qo bergerak dari A ke B : Muatan positip energi potensialnya berkurang, dipercepat ke kanan. Muatan negatip energi potensialnya bertambah dipercepat ke kiri 5

BAGAIMANA APABILA S TIDAK SEJAJAR E ? E C s A B d Jika muatan uji qo bergerak dari A ke C : = DU(AB) VB - VA = VC - VA BC adalah ekuipotensial VB = VC Bidang ekuipotensial adalah himpunan titik-titik yang tersebar secara kontinyu dan memiliki potensial yang sama. 6

POTENSIAL LISTRIK OLEH MUATAN TITIK B q ds dr { r. B r A q Energi potensial sepasang muatan Potensial oleh beberapa muatan titik q’ r q Usaha untuk membawa muatan q’ dari jauh tak hingga ke titik sejauh r dari muatan q Jumlah potensial oleh masing-masing muatan 7

POTENSIAL LISTRIK OLEH SEBARAN MUATAN KONTINYU P r dq Untuk muatan garis : dq = ldl Q Muatan persatuan panjang Elemen panjang Untuk muatan bidang : dq = sd. A Muatan persatuan luas Elemen luas Untuk muatan ruang : dq = rd. V’ Muatan persatuan volume Elemen volume 8

POTENSIAL KONDUKTOR BERMUATAN Konduktor + + + + + A + + + B + + + Permukaan Gauss FMuatan pada konduktor selalu tersebar pada permukaannya. FMedan listrik pada permukaan konduktor tegak lurus bidang. FMedan listrik di dalam konduktor nol. Konduktor merupakan bahan ekuipotensial VB – VA = 0 9

KAPASITANSI Sifat bahan yang mencerminkan kemampuannya untuk menyimpan muatan listrik Konduktor ++ + + +Q + + ++ ----- -Q -- - -- Beda potensial antara konduktor +Q dan -Q Satuan kapasitansi dalam SI : farad (F) 1 F = 1 C/V 1 m. F = 10 -6 F 10

MENENTUKAN KAPASITANSI q Konduktor Bola q Lempeng Sejajar + + +Q + + + ++ +Q + + + + + - E - - A- -Q d V Potensial bola : V = Q/4 peo. R V = Ed Kapasitansi : C = Q/V = 4 peo. R E = s/eo = Q/eo. A V = Qd/eo. A C = Q/V = eo. A/d 11

RANGKAIAN PARALEL +Q 1 C 1 +Q 2 C 2 +Q 3 -Q 1 -Q 2 -Q 3 C 3 +QN CN + V_ -QN Induksi muatan pada setiap kapasitor : Q 1 =C 1 V; Q 2 = C 2 V; Q 3 = C 3 V…. . QN = CNV Muatan total pada rangkaian : Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 + …. + QN = C 1 V+ C 2 V+ C 3 V+ …. + CNV = (C 1 + C 2 + C 3 + …. + CN )V Q = Ceq. V Kapasitansi pengganti -Q +Q Ceq = (C 1 + C 2 + C 3 + …. + CN ) +V _ 12

RANGKAIAN SERI +Q -Q +Q C 1 C 2 C 3 -Q +Q -Q CN +V _ -Q +Q Beda potensial pada tiap kapasitor : V 1 =Q/C 1 ; V 2 = Q/C 2 ; V 3 = Q/C 3 …. . VN = Q/CN Beda potensial pada rangkaian : V = V 1 + V 2 + V 3 + …. + VN Kapasitansi pengganti Ceq +V _ V = Q/Ceq 13

ENERGI KAPASITOR +q -q C Usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan dq dari lempeng –q ke +q : dq E Usaha total selama proses pemuatan : Q = CV Energi elektrostatik yang tersimpan di dalam kapasitor bermuatan adalah : Untuk kapasitor lempeng sejajar V = Ed dan C = eo. A/d, Rapat energi 14

DIELEKTRIK Bahan non-konduktor, jika disisipkan pada kapasitor dapat meningkatkan kapasitansinya +Qo -Qo +Qo Vo = Qo/Co -Qo Co Co Vo -Qo +Qo C V V = Vo/k Kapasitansi kapasitor menjadi : C = Qo/V = k. Qo/Vo = k. Co +V _ Qo = Co. V +Q -Q C +V _ C = k. Co Muatannya berubah menjadi : Q = CV = k. Co. V = k. Qo 15