Kelas 12, Temukan Ulasan Keping Sejajar dan Definisi Kapasitor di Sini!

Kapasitor merupakan komponen tempat di mana muatan listrik disimpan. Konsep dasar yang digunakan dalam kapasitor adalah keping sejajar. Kapasitor berbentuk keping sejajar dan digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Di dalam kapasitor ini terdapat pula energi listrik. Kapasitor bisa disusun secara seri, paralel, dan campuran.

Hai Quipperian, bagaimana kabarnya? Semoga selalu sehat dan tetap semangat belajar Fisika, ya!
Saat memiliki uang lebih, apa yang akan Quipperian lakukan? Sebagian besar, mungkin akan memasukkan uang tersebut ke dalam tabungan ya, baik tabungan bank maupun celengan. Ternyata, tidak hanya uang lho yang bisa ditabung, melainkan juga muatan listrik. Apa benar demikian? Jika uang ditabung di bank atau celengan, berbeda halnya dengan muatan listrik. 
Muatan listrik ditabung atau disimpan dalam suatu komponen yang disebut kapasitor. Benda apa lagi itu? Daripada penasaran, simak ulasan Quipper Blog kali ini ya. Pada kesempatan ini, Quipper Blog akan mengulas tentang dua keping sejajar, definisi kapasitor, rumus-rumus yang digunakan, beserta contoh soalnya.
Sebelum membahas definisi kapasitor, Quipperian harus paham dulu tentang keping sejajar karena itu merupakan konsep dasar yang dipakai oleh kapasitor.

Pengertian Keping Sejajar


Keping sejajar adalah susunan antara dua buah keping konduktor yang luas dan bahannya sama. Saat dihubungkan dengan tegangan V, keping konduktor ini bisa menyimpan muatan listrik yang besarnya sama, tetapi jenisnya berbeda. Adapun contoh keping sejajar akan ditunjukkan oleh gambar berikut.

Jika muatan +q dilepas di sekitar keping P, muatan tersebut akan mendapatkan gaya ke kanan sebesar berikut.
 
Muatan tersebut juga bisa mengalami energi potensial listrik saat berpindah dari keping P ke R. Secara matematis, besarnya energi potensial listrik yang dialami muatan tersebut adalah sebagai berikut.
 
Lalu, bagaimana dengan medan listriknya? Berikut penjabaran rumusnya.
 
Keterangan:
E = medan listrik (N/C);
V = beda potensial (Volt); dan
d = jarak antara dua keping (m).
Saat muatan bergerak di antara dua keping sejajar, akan berlaku hukum kekekalan energi mekanik, sehingga kecepatan muatannya dirumuskan sebagai berikut.
 
Keterangan:
v = kecepatan partikel saat menumbuk keping (m/s);
q = muatan listrik (C);
V = beda potensial (Volt); dan
m = massa pertikel (m).
Setelah Quipperian paham tentang keping sejajar, kini saatnya lanjut ke bahasan tentang kapasitor. Enjoy it!

Definisi Kapasitor


Kapasitor merupakan salah satu komponen listrik yang berbentuk keping sejajar dan berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Muatan yang tersimpan di dalam kapasitor berbanding lurus dengan beda potensialnya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
 
Keterangan:
Q = muatan listrik (C);
V = beda potensial (Volt); dan
C = kapasitas kapasitor (Farad/F).
Tahukah kalian jika nilai kapasitas kapasitor dipengaruhi oleh mediumnya? Medium yang dimaksud adalah medium di antara keping sejajar di dalam kapasitor itu sendiri. Jika medium yang digunakan hanya udara, kapasitas kapasitornya dinyatakan sebagai berikut.
 
Keterangan:
C0= kapasitas kapasitor di dalam udara (F);
ε0= permitivitas ruang hampa (8,85 × 10-12C2/Nm2);
A= luas keping sejajar (m2); dan
d = jarak antara dua keping (m).
Lalu, bagaimana jika medium yang digunakan diisi oleh bahan lain selain udara? Untuk menjawabnya, perhatikan persamaan berikut.
 
Keterangan:
C = kapasitas kapasitor saat disisipi bahan dielektrik selain udara (F);
C0 = kapasitas kapasitor di dalam udara (F); dan
K = konstanta dielektrik yang nilainya ≥ 1.
Pada persamaan di atas, Quipperian mengenal istilah bahan dan konstanta dielektrik. Lalu, apa itu bahan dielektrik? Jika medium di dalam kapasitor diisi bahan selain udara, maka bahan tersebut haruslah bahan dielektrik, yaitu bahan yang bersifat isolator agar dua keping sejajar tidak sampai bersentuhan.

Energi Kapasitor


Seperti Quipperian ketahui bersama bahwa fungsi dari kapasitor adalah menyimpan muatan listrik. Artinya, di dalam kapasitor juga tersimpan energi listrik karena adanya muatan tersebut. Besarnya energi listrik yang disimpan dirumuskan sebagai berikut.
 
Keterangan:
W = energi kapasitor (J);
C = kapasitas kapasitor (F);
V = beda potensial (Volt); dan
Q = muatan listrik (C).

Susunan Kapasitor


Seperti halnya hambatan listrik, kapasitor juga bisa disusun secara seri, paralel, atau campuran.

1. Susunan seri

Berikut ini gambar dari susunan seri pada kapasitor.

Untuk mencari kapasitas kapasitor total, tegangan total, dan jumlah muatan total dari susunan seri di atas, gunakan persamaan berikut.

2. Susunan paralel

Berikut ini gambar dari susunan paralel pada kapasitor.

Untuk mencari kapasitas kapasitor total, tegangan total, dan jumlah muatan total dari susunan paralel di atas, gunakan persamaan berikut.

Untuk meningkatkan pemahaman Quipperian tentang keping sejajar dan kapasitor, simak contoh soal berikut ini.

Contoh soal 1

Perhatikan gambar di bawah ini.

Sebuah benda kecil bermuatan +2μC berada dalam keadaan setimbang dan berada di antara dua keping sejajar bermedan listrik 900 N/C. Tentukan massa benda kecil tersebut!
Pembahasan:
Oleh karena benda berada pada kondisi setimbang, maka berlaku persamaan berikut.  

Jadi, massa benda kecil tersebut adalah 0,18 gram.

Contoh soal 2

Suatu kapasitor keping sejajar memiliki luas 2.000 cm2 per kepingnya. Kedua keping tersebut terpisah sejauh 2 cm. Saat diisi udara, beda potensial di antara kedua keping 3.000 Volt. Saat diisi bahan dielektrik, beda potensialnya turun menjadi 1.000 Volt. Berapakah konstanta dielektrik bahan tersebut?
Pembahasan:
Diketahui:
V1 = 3.000 Volt
V2 = 1.000 Volt
K1 = 1 (udara)
Ditanya: K2 =…?
 
Jawab:
Untuk menyelesaikan persoalan tersebut, Quipperian bisa menggunakan rumus hubungan antara kapasitas kapasitor dan konstanta dielektrik.

Jadi, konstanta bahan dielektrik tersebut adalah 3.

Contoh soal 3

Perhatikan gambar berikut.

Keempat kapasitor di atas memiliki nilai yang sama, yaitu 1 mF. Tentukanlah besar energi yang tersimpan di dalam gabungan keempat kapasitor di atas!
Pembahasan:
Coba Quipperian perhatikan, jika dilihat dari bentuk susunannya, keempat kapasitor di atas disusun secara seri dan paralel (campuran). Oleh karena itu, pertama-tama, Quipperian harus mencari susunan pengganti paralelnya.
Kapasitas kapasitor pengganti 1 (paralel)
 
Kapasitas kapasitor pengganti 2 (paralel)

Kapasitas kapasitor pengganti total (seri)
 
Energi kapasitor
 
Jadi, energi yang tersimpan di dalam susunan kapasitor campuran di atas adalah 1,25 J.
Itulah pembahasan Quipper Blog kali ini tentang keping sejajar dan definisi kapasitor. Ternyata, kapasitor sangat bermanfaat ya bagi kehidupan. Hampir di setiap perangkat elektronik terdapat kapasitor di dalamnya. Jangan menyerah untuk tetap belajar Fisika karena Fisika itu mudah dan menyenangkan. Sebagai salah satu platform e-learning, Quipper Video berusaha menyuguhkan pembelajaran yang menyenangkan bagi Quipperian semua, tak terkecuali Fisika. Tunggu apa lagi, segera gabung dengan Quipper Video dan temukan keseruan belajar di dalamnya. Salam Quipper!
Sumber:

Penulis: Eka Viandari