kuliah Kapasitor dan di elektrik teori .ppt

kuliah Kapasitor dan di elektrik teori dan prinsip kerja

1. Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
FI-1201
Fisika Dasar IIA
Kuliah-06
Kapasitor & Dielektrik

2. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Cakupan materi
Kapasitor
Kapasitansi
Menghitung kapasitansi
Energi dalam kapasitor
Energi dalam medan listrik
Dielektrik

3. Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
1. KAPASITOR

4. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Beberapa jenis kapasitor

5. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
KAPASITOR
Kapasitor terdiri dari susunan konduktor yang dapat
menyimpan muatan / medan / energi potensial listrik.
Kapasitor digunakan di banyak peralatan listrik seperti radio,
komputer, sistem pengapian mobil, dst.
Daya simpan muatan dalam kapasitor dinyatakan dengan
KAPASITANSI
Besarnya kapasitansi tergantung pada dimensi - geometri
susunan konduktor

6. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitor
Suatu sistem dua konduktor, yang masing-
masing membawa muatan yang sama besarnya
dikenal sebagai kapasitor
-
+
+Q -Q
e.g. 1: two metal spheres
e.g. 2: two parallel sheets
Each conductor is called a plate

7. Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
Kapasitansi

8. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
We can write that as
Kapasitansi
Kapasistansi besaran untuk mengukur jumlah muatana
yang tersimpan dalam kapasitor (its “capacity”)
Eskperimen menunjukkan bahwa muatan dalam
kapasitor sebanding dengan beda potensial (voltage)
antara dua lempeng
Konstanta pembanding C disebut kapasitansi yang merupakan
sifat dari kapasitor
VQ
VCQ
V
Q
C


Dividing both sides by V we see that C is given by
i.e. capacitance is the charge stored per unit voltage

9. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Satuan
V
Q
C

 SAtuan SI untuk kapsitansi adalah:
CV
-1
SAtuan ini juga dikenal sebagai farad
(after Michael Faraday)
Remember that V is also
JC
-1
so unit is also C
2
J
-1
1F = 1CV
-1
(= 1C
2
J
-1
)

10. Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
Menghitung Kapasitansi

11. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitansi Kapasitor keping (parallel
plated)
+Q -Q
Intutively
The bigger the plates the
more surface area over
which the capacitor can
store charge C  A
E
Moving plates together
Initially E is constant (no
charges moving) thus
V = Ed decreases, charges
flows from battery to
increase V C  1/d
Never Ready+
V

12. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitansi Kapasitor keping
+Q -Q
Physically
E
Never Ready+
0


E A
Q

0A
Q
E
EdV
d
A
Q
V
0

V
Q
C


d
A
C
0

Sifat konduktor
V

13. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
KAPASITOR KEPING
VCQ
negatifpositifVVV 

E
+Q -Q
d
Luas pelat A
EddlEVV
a
b
ba

.
d
A
d
A
V
Q
C
0
0/






Gunakan hukum Gauss untuk
menghitung besar medan di ruang
antar keping
0


E

14. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
KAPASITOR SILINDER

_
_

_

a
b
+
+

+

Gunakan hukum Gauss untuk
menghitung besar medan di daerah
a<r<b
r
E
02


a
b
dr
r
drEVV
a
b
a
b
ba
ln
2
1
2
.
00




 
)/ln(
2
0
ab
l
V
Q
C





15. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
KAPASITOR BOLA
Gunakan hukum Gauss untuk mendapatkan E
Di r<a E=0
Di daerah a<r<b
Di r>b E = 0
0
2
4r
Q
E

a
b
+
+

+

_
_

_

E

16. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
)
11
(
4
1
4
.
0
2
0
ba
Q
dr
r
Q
drEVV
a
b
a
b
ba  

Kapasitansi kapasitor bola
)(
4
0
ab
ab
V
Q
C



 

17. Physics Study Program
Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Institut Teknologi Bandung
Susunan beberapa kapasitor

18. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitor susunan paralel
+Q1-Q1
Kapasitor susunan paralel
Never Ready+
+Q2
-Q2 Battery21
VVV 
111
VCQ 
222 VCQ 
21
QQQ 
V
Q
C


21
CCC 
V
2
V
V
1
VCC  )(
21

19. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitor susunan paralel
+Q1-Q1
Cara lain melihat kapasitor
susunan paralel
Never Ready+
+Q2
-Q2
d
A
C
0

21
CCC 
21
AAA 
21
ddd 
21
0201
CC
d
A
d
A


d
AA
021)( 


20. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Kapasitor susunan Seri
+Q1-Q1
Kapasitor susunan seri
Never Ready+
+Q2-Q2
21VV
Q


21
QQQ 
21
VVV 
V
Q
C


1
21






 



Q
V
Q
V
C
 
1
1
2
1
1


 CCC
1
21






 

Q
VV
V
1
V
2
V

21. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Susunan Kapasitor (Summary)
1. SUSUNAN PARALEL
Beda potensial SAMA

2. SUSUNAN SERI
Arus SAMA

22. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
DIELEKTRIK
Dielektrik adalah suatu lempengan tipis yang diletakkan di
antara kedua pelat kapasitor. Jika di antara keping + dan keping
– diisi dengan bahan dielektrik (isolator), kuat medan listrik di
antara keping akan menurun dan kapasitansi akan naik.
0
0
C
d
A
C 


Beberapa alasan penggunaan dielektrik adalah :
 Memungkinkan untuk aplikasi tegangan yang
lebih tinggi (sehingga lebih banyak muatan).
 Memungkinkan untuk memasang pelat
menjadi lebih dekat (membuat d lebih kecil).
Memperbesar nilai kapasitansi C karena K>1.

23. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Dengan adanya suatu lembaran isolator
(“dielectric”) yang ditempatkan di antara
kedua pelat, kapasitansi akan meningkat
dengan faktor K, yang bergantung pada
material di dalam lembaran. K disebut
sebagai konstanta dielektrik dari material.
dielectric
Karenanya C = K
0
A / d secara umum
adalah benar karena K bernilai 1 untuk
vakum, dan mendekati 1 untuk udara.
Kita juga dapat mendefinisikan  = K 
0

dan menuliskan C = A / d.
 disebut sebagai permitivitas dari
material
C = K
0
A / d

24. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Contoh 17-7 (Giancoli)
(a) Hitunglah kapasitansi dari suatu kapasitor yang memiliki pelat
20 x 3 cm dan terpisah oleh udara sejauh 1.0 mm.
d = 0.001
luas = 0.2 x 0.03
C = K
0A / d
C = 1(8.85x10
-12
)(0.2x0.03) / 0.001
C =53x10
-12
F
C = 53 pF
Jika anda tetap menggunakan satuan SI (mks), hasilnya akan langsung dalam satuan SI.

25. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
(b) Berapa muatan pada tiap pelat kapasitor
yang dihubungkan dengan baterei 12 volt*?
0 V
+12 V
*Ingat, yang dimaksud di sini adalah beda potensial.
Q = CV
Q = (53x10
-12
)(12)
Q = 6.4x10
-10
C
V= 12

26. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
(c) Berapa besarnya medan listrik di antara kedua pelat?
0 V
+12 V
d = 0.001
E
V= 12
i f
ΔV
OSE: E = ,away from +
d


V
E =
d
12 V
E =
0.001 m
E = 12000 V/m, away from +


27. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Contoh 17-8 (Giancoli)
Sebuah kapasitor dihubungkan dengan
baterei sehingga memiliki muatan Q.
V
Saat kapasitor masih dihubungkan
dengan baterei, suatu bahan dielektrik
dimasukkan.
Akankah Q bertambah, berkurang, atau tetap
sama?
Mengapa?
V
V=0

28. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
Energi listrik U yang tersimpan dalam kapasitor adalah:
U
capacitor = QV/2 = CV
2
/2 = Q
2
/2C
Bukan suatu kebetulan jika kita di sini menggunakan simbul U
untuk energi yang disimpan. Ini adalah bentuk lain dari energi
potensial. Gunakan ini dalam persamaan konservasi energi seperti
bentuk energi yang lain!
Dengan menguraikan persamaan di atas, kita dapat
merumuskan kerapatan energi sebagai berikut:
U = CV
2
/2 = (1/2) (
0A/d)(E
2
d
2
)
= (1/2) (
0E
2
)(Ad)
u = kerapatan energi =energi/volume = (1/2) (
0
E
2
)
Penyimpanan Energi Listrik

29. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
A camera flash unit stores energy in a 150 F capacitor at 200 V.
How much electric energy can be stored?
U
capacitor
= CV
2
/2
U
capacitor = (150x10
-6
)(200)
2
/ 2
U
capacitor
= 3.0 J
Contoh 17-9 (Giancoli)

30. Physics Study Program - FMIPA | Institut Teknologi Bandung


PHYSI S
End of Section...