Titik-titik yang berjarak sama dari muatan berada pada permukuaan bola dengan pusat muatan. ermukaan atau bidang yang memiliki potensial listrik yang sama dinamakan bidang
eberapa bentuk bidang ekipotensial dari benda yang bentuknya khusus sebagai berikut:
linder Untuk muatan yang tersebar pada pelat, bidang ekipotensial berupa bidang datar sejajar
nvolt
n volt yang disingkat eV. Satu electron volt adalah energi yang dimiliki electron ketika erada pada potensial satu volt. Jadi
eV = muatan electron × satu volt
nergi yang diperlukan untuk melepaskan electron dari atom hydrogen disebut energi ionisasi but adalah 13,6 eV. Berapa besar energi tersebut dalam
3,6 eV = 13,6 × 1,6 × 10
-19
= 2,18 10
-19
J
ah memencet tombol keyboard komputer? Jika kamu pencet tombol A i monitor komputer muncul huruf A. Mengapa hal itu terjadi? Jawabannya adalah
pasitor. Pemencetan tombol keyboard mengubah ilai kapasitansi tombol tersebut. Mikroprosessor dalam komputer mendeteksi perubahan nilai
rsebut sehingga mengetahui tomboil mana yang sedang dipencet. Akhirnya, huruf yang an tombol tersebut ditampilkan di layar.
P ekipotensial.
B i Untuk muatan titik, bidang ekipotensial berupa kulit bola
ii Untuk muatan bola yang tersebar homogen, bidang ekipotensial juga berupa kulit bola iii Untuk muatan yang tersebar homogen pada kawat atau silinder, bidang ekipotensial
berupa kulit si iv
pelat Ada satu yang menarik dari bidang ekipotensial yaitu selalu tegak lurus garis gaya listrik.
2.10 Satuan Elektro Salah satu satuan energi yang sering dipakai ketika membahas atom dan molekul adalah
electro b
1 = 1,6
× 10
-19
× 1 V = 1,6
× 10
-19
J Contoh 50.5
E atom hydrogen. Besar energi terse
satuan SI Joule? Jawab
1
2.11. Kapasitor Apakah kamu pern
maka d karena tombol keyboard berfungsi sebagai ka
n te
bersesuaian deng
75
Gambar 2.11 Pada bagian ini kita akan m
ahas prinsip kerja kapasitor dan berbagai macam kapasitor.
2.12 Kapasitansi Kapasitor
pa sebenarnya kapasitor itu? Kapasitor adalah piranti elektronik yang dapat menyiompan uayan listrik. Kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik diungkapkan oleh besaran
in besar kapasitansi sebuah kapasitor, maka makin besar pula uatan yang dapat disimpan kapasitor tersebut.
ika sebuah kapasitor dapat menyimpan muatan Q ketika dihubungkan dengan beda potensial tersebut diudefinisikan sebagaian
Contoh kapasitor emb
A m
yang namanya kapasitansi. Mak m
J V, maka kapasitansi kapasitor
V Q
C =
2.18 dengan Q : muatan yang disimpan kapasitor, V : beda potensial antara dua ujung kapasitor,
1 F = 1 CV erbagai tipe kapasitor yang ada beserta jangkauan kapasitansi dan tegangan kerjannya
dan C : kapasitansi kapasitor. Tampak bahwa satuan kapasitansi kapasitor adalah CV. Satuan ini memiliki nama khusus, yaitu Farad yang disingkat F. Jadi
B tampak pada Tabel 2.2
76
Tabel 2.2 Berbagai tipe kapasitor Tipe Jangkauan
kapasitansi Tegangan
maksimum Komentar
mika 1 pF – 10 nF
100 – 600 V Sangat
berguna digunakan pada
daerah frekuensi radio
keramik 10 pF – 1
µF 50 – 30 000 V
Kecil dan murah polistiren
µF V
tinggi, digunakan pada
10 pF – 2,7 100 – 600
Kualitas filter yang teliti
polikarbonat 100 pF – 30
µF 50 – 800 V
Kualitas tinggi,
ukuran kecil tantalum
100 nF – 500 µF
6 – 100 V itansi tinggi
Kapas Elektrolit
ya aluminium
100 nF – 2 F 3 – 600 V
Filer catu
da untuk meratakan
tegangan
Selanjutnya kita akan bahas sejumlah kapasitor yang sederhana yang dapat ditentukan i secara mud
or Pelat Sejajar
Bentuk kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor pelat se asitor ini terdiri
ari dua pelat konduktor yang sejajar dan dipisahkan oleh sebuah lapisan isolator.
Gambar 2.12 Skema kapasitor pelat sejajar Luas masing-masing pelat adalah A
kapasitans ah.
2.13 Kapasit
jajar. Kap d
d Luas A
Luas A
d Luas A
Luas A
77
Jarak antar pelat adalah d Kerapatan muatan listrik yang diberikan pada masing-masing pelat adalah +
σ dan -σ. Maka muatan yang dikandung masing-masing pelat adalah
+ Q = + σ A
2.19 dan
- Q = - σ A
2.20 alam keadaan demikian, kita katakana kapasitor menyimpan muatan Q. Jadi kapasitor
emiliki muatan –Q dan pelat lainnya memiliki
hwa kuat medan listrik antar dua pelat sejajar yang vakum adalah
D menyimpan muatan Q jika salah satu pelat m
muatan +Q. Kita sudah bahas dalam Bab 1 ba
dipisahkan oleh udara atau
o
E ε
σ =
engan ε
o
adalah permitivitas vakum. Dengan demikian, beda potensial antara dua pelat sitor adalah
d kapa
A d
Q d
A A
d d
E V
ε ε
o o
o
σ ε
σ =
= =
= 2.21
Dengan menggunakan persamaan 2.19 dan 2.21 kita dapatkan kapasitansi kapasitor pelat sejajar adalah
d A
V Q
C
o
ε =
= 2.22
2.14 Memperbesar Kapasitansi Kapasitor Berdasarkan persamaan 2.22, ada sejumlah cara untuk memperbesar kapasitansi sebuah
apasitor. Beberapa di antaranya sebagai berikut
s pelat.
gar ukuran kapasitor tidak terlalu besar, maka ke dua pelat dibatasi dengan lapisan tipis isolator seperti kertas, kemudian keduanya digulung secara bersama. Akhirnya kita
k
Memperbesar lua A
78
79
mendapatkan bodi kapasitor berbentuk sil
Memperkecil jarak ant
erkecil jarak antar pelat. Tetapi pendekatan ini mem
at kecil maka kuat medan listrik antar dua pelat me
hubungan E = Vd. Medan yang sangat besar dapat mengionisasi atom
lat sehingga bahan pembatan yang semula isolator dapat berubah m
ngalirnya muatan dari satu pelat ke pelat lain melalui lapisa
ikian kita katakana kapasitor bocor.
Menggunakan bahan dielektrik Pendekatan yang lebih um
ningkatkan kapasitansi kapasitor adalah menggunaka
gai lapisan pemisah ka kapasitansi kapasitor menjadi
inder yang mengandung pelat yang cukup luas,
Gambar 2.13 kapasitor pelat sejajar biasanya digulung untuk memperbesar luas pelat
ar pelat
Kapasitansi kapasitor dapat diperbesar dengan memp iliki batas. Jika jarak antar dua pelat sang
njadi sangat besar ingat molekul antar dua pe
enjadi konduktor. Ini berakibat me n pembatas tersebut. Dalam keadaan dem
um dipakai dalam me n bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik tinggi seba
dua pelat. Dengan penggunaan bahan dielektrik ini ma
d
o
A C
κε =
2.23 engan
κ adalah konstnta dielektrik bahan. d
Sekarang telah ditemukan sejumlah bahan dengan konstanta dielektrik tinggi. Beberapa di antaranya tampak pada Tabel 2.3
Tabel 2.3 Konstanta dielektrik seumlah bahan Bahan Konstanta
dielektrik Vakum 1,0000
Udara 1 atm 1,0006
Parafin 2,2 Karet keras
2,8 Plastik vinyl
2,8 – 4,5 Kertas
3 - 7 Kuarsa 4,3
Glas 4 - 7
Porselin 6 - 8
Mika 7 Etil Alkohol etanol
24 Air 80
2.15 Kapasitor Satu Bola Konduktor
