POTENSIAL LISTRIK & KAPASITOR

Jurusan Teknik Mesin

Universitas Riau

2010

POTENSIAL LISTRIK

Energi Potensial listrik Energi yang diperlukan untuk memindahkanSebuah muatan ( “ melawan gaya listrik” )

Potensial Listrik Energi potensial per satuan muatan yang bisa di ukur adalah beda potensial

Satuan Energi potensial JouleSatuan beda potensial Volt

= -

Energi Potensial Listrik

Sebuah muatan uji q’ diletakkan di dekat muatan sumber q, maka energi potensial yang dimiliki

oleh muatan uji q’ adalah

'

4

1

0 r

qqEp

+ rq q’

Usaha untuk memindahkan muatan listrikUsaha yang diperlukan untuk memindahkan

sebuah muatan uji q’ dari a ke b yang dipengaruhi oleh muatan sumber q adalah

'

4

1'

4

1

00 abab

ababba

r

qq

r

qqW

EpEpWW

+ raq a

b

rb

Potensial listrik oleh muatan titikBila kuat medan merupakan besaran vektor,

maka potensial listrik merupakan besaran skalar. Muatan positif akan menghasilkan potensial positif di sekitarnya, sedangkan

muatan negatif akan menghasilkan potensial negatif.

4

1

0 AA r

qV

4

1

0 BB r

qV

+

-

rAq A

BrBq

Sedangkan potensial listrik pada satu titik karena pengaruh beberapa muatan listrik merupakan

jumlah aljabar dari masing2 muatan.

4

1

0i i

i

r

qV

X

Y

q1

q2

q3

P

r⃗ 3

r⃗ 2

r⃗❑r⃗1

Tentukan potensial listrik pada titik pengamatan P Yang berada pada posisi r ??

i) Jarak muatan q1 ke titik P:ii) Jarak muatan q2 ke titik P:iii) Jarak muatan q3 ke titik P: =

= =

i) Potensial yang dihasilkan muatan q1

ii) Potensial yang dihasilkan muatan q2

iii) Potensial yang dihasilkan muatan q3

= =

= =

= =

+ +

KAPASITOR

Kapasitansi kapasitor Kapasitor pelat sejajar Memperbesar kapasitansi kapasitor Kapasitor satu bola konduktor Kapasitansi dua bola konduktor konsentris Kapasitor dua silindris konsentris Kapasitor variable Rangkaian kapasitor

5.1 Pengertian Kapasitor

Dua penghantar berdekatan yang dimaksudkan untuk diberi muatan sama tetapi berlawanan jenis disebut kapasitor.

Sifat menyimpan energi listrik / muatan listrik. Kapasitas suatu kapasitor (C) adalah

perbandingan antara besar muatan Q dari salah satu penghantarnya dengan beda potensial V antara kedua pengahntar itu.

Kegunaan Kapasitor Untuk menghindari terjadinya loncatan listrik

pada rangkaian2 yang mengandung kumparan bila tiba2 diputuskan arusnya.

Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil

Untuk memilih panjang gelombang yang ditangkap oleh pesawat penerima radio.

Bentuk kapasitor Kapasitor bentuk keping sejajar Kapasitor bentuk bola sepusat Kapasitor bentuk silinder

5.2 Kapasitas KapasitorBila luas masing2 keping

A, maka :

Tegangan antara kedua keping :

Jadi kapasitas kapasitor untuk ruang hampa adalah :

A

QE

00

A

dQdEV

0

..

d

A

V

QC 00

+

+

+

+

+q -q

A

d

E

-

-

-

-

Bila di dalamnya diisi bahan lain yang mempunyai konstanta dielektrik K, maka kapasitasnya menjadi

Hubungan antara C0 dan C adalah :

Kapasitas kapasitor akan berubah harganya bila : K , A dan d diubah

Dalam hal ini C tidak tergantung Q dan V, hanya merupakan perbandingan2 yang tetap saja. Artinya meskipun harga Q diubah2, harga C tetap.

00 karena KKCC

d

AKC 0

5.2Hubungan Kapasitora. Hubungan Seri

Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan yang sama.

321

1111

CCCCs

321 QQQQ

sadcdbcab C

QV

C

QV

C

QV

C

QV ; ; ;

321

b. Hubungan Paralel

Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan antara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V.

321 CCCC p

; ; ; ; 332211 VCQVCQVCQVCQ p

5.4 Energi KapasitorSesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yang

mempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan energi yang lebih besar pula.

Persamaannya :

QVCVW 212

21

Contoh :1. Tentukan kapasitas kapasitor yang

mempunyai luas keping 1 cm2 dan jarak antara kepingnya 0,2 cm, bila muatan masing2 keping sebesar 5 μC dan ε0 = 8,85 x 10-12 C2/Nm2 dan diantara medium ada bahan dengan konstanta dielektrik 2.

2. Suatu kapasitor keping sejenis mempunyai kapasitas 5 μF, jika ruang diantara keping2 berisi udara. Jika ruang tersebut diisi porselin, kapasitasnya 30 μF. Berapakah konstanta dielektrik porselin ?

3. Suatu kapasitor berisi udara, tegangannya V0. Kapasitor itu kemudian diisi mika (K = 5) dan diisolasi (muatannya dibuat tetap). Berapakah tegangan kapasitor itu sekarang ?

4. Tiga buah kapasitor dihubungkan secara seri dan paralel, C1 = 1 μF, C2 = 2 μF, C3 = 3 μF dihubungkan dengan sumber tegangan 12 V. Tentukanlah (a) Kapasitas gabungannya, (b) muatan masing2 kapasitor.

5. Terdapat suatu rangkaian dengan 5 buah kapasitor yang sama besarnya. Tentukan kapasitas antara titik K dan M.

6. Jika sebuah kapasitor yang berkapasitas 10 μF mempunyai energi listrik sebesar 1 Joule, maka berapakah tegangannya ?