ikaandrianitahjan.comikaandrianitahjan.com/STRUKTUR MATERI KAPASITOR.docx · Web viewModel...

Materi Ajar Fisika Kelas XII SMA 1

KAPASITOR

1. Sejarah Kapasitor

2. Muatan pada Kapasitor

3. Pengertian Kapasitor

3.1 Satuan Kapasitor

3.2 Prinsip Kapasitor

3.3 Cara Kerja Kapasitor

4. Jenis dan macam-macam Kapasitor

4.1 Kapasitor berdasarkan bahan (Dielektrikum)

4.2 Kapasitor berdasarkan Polaritasnya

5. Kegunaan Kapasitor

6. Bentuk Kapasitor

7. Tipe-tipe Kapasitor

8. Kapasitansi Kapasitor

9. Kapasitor keeping Sejajar

10. Dielektrik pada Kapasitor

11. Susunan Kapasitor

12. Energi yang tersimpan dalam kapasitor

A. Uraian Materi

1. Sejarah Kapasitor


KAPASITOR

Model Kapasitor pertama ”diciptakan” di Belanda, tepatnya kota Leyden pada abad

ke-18 oleh para eksperimentalis fisika. Karenanya alat ini dinamakan Leyden Jar. Leyden Jar

adalah wadah yang dibuat untuk menyimpan muatan listrik, yang pada prinsipnya berupa

wadah seperti botol namun berlapis logam/konduktor yang diisi bahan isolator (dielektrik)

misalnya air dan padanya dimasukkan sebuah batang logam yang bersifat konduktor, sehingga

diperoleh lapisan konduktor-dielektrik-konduktor. Prinsip inilah yang dipakai untuk membuat

kapasitor modern.

Gambar 1.1 : Layden jer dan kapasitor

Kapasitor ditemukan oleh penemu kapasitor yang bernama Ewald Georg von Kleist

( Oktober 1745 ). Pernahkah terlintas dibenak anda ” Kok dinamai Kondesator?? ” mengapa

kapasitor sampai mempunyai nama lain kondensator?? adalah karena pada masa itu pada

tahun 1782 dunia masih kuat akan pengaruh dari ilmuan kimiawi lainnya yaitu Alessandro

Volta, yang berkebangsaan itali. Dimana pada masa tersebut segala komponen yang

berkenaan dengan kemampuan untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding

komponen lainnya ia sebut dengan nama Condensatore ( Bahasa Itali ).

2. Pengertian kapasitor


Kapasitor adalah komponen elektronika yang mampu menyimpan muatan listrik,

yang terbuat dari dua buah keping logam yang dipisahkan oleh bahan dielektrik, seperti

keramik, gelas, vakum, dan lain-lain . Muatan positif dan negatif akan berkumpul pada kedua

ujung berlainan tersebut, apabila kedua ujung metal (elektroda) dihubungkan dengan sumber

tegangan.

Kapasitor (Kondensator) di jelaskan oleh (sari, 2013) bahwa dalam rangkaian

elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan

energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan

internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan

kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan

tersebut.

Kapasitor adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyimpanan

muatan, dan terbuat dari dua buah konduktor yang berada berdekatan. Komponen ini bila

dihubungkan dengan sebuah untai yang didalamnya terdapat sumber arus atau baterai, maka

dalam waktu singkat mengalirlah arus searah, dan setelah kapasitor termuati maksimum maka

aruspun berhenti. Masalah utama dalam pembuatan kapasitor adalah untuk dapat membuat

kapasitor berkapasitas besar, tetapi berdimensi kecil. Terkait dengan itu, dilakukanlah beragam

aktivitas, yang di antara lain dengan mendekatkan jarak antara kedua konduktor, member di

elektrik, atau mengubah bentuk geometriny (Jati & Priyambodo, 2010).

a. Satuan Kapasitor

Satuan yang digunakan untuk menyatakan besar kapasitansi dari sebuah kapasitor

adalah farad (F). Kapasitor dikatakan memiliki kapasitansi sebesar 1 F jika arus sebesar 1 A

mengalir di dalamnya ketika diberikan potensial yang berubah-ubah dengan kelajuan 1 V/s.

Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali.

Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF. 1 Farad =

1.000.000 µF (mikro Farad)

1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)

1 µF = 1.000 nF (nano Farad)

1 nF = 1.000 pF (piko Farad)

1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)


1 µF = 10-6 F

1 nF = 10-9 F

1 pF = 10-12 F

Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah

kapasitor. Misalnya 0.047 µF dapat juga dibaca sebagai 47 nF, atau contoh lain 0.1 nF sama

dengan 100 pF. Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif

dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

b. Prinsip Kapasitor

Jika dua buah plat atau lebih yang berhadapan dan dibatasi oleh isolasi, kemudian

plat tersebut dialiri listrik maka akan terbentuk kondensator (isolasi yang menjadi batas kedua

plat tersebut dinamakan dielektrikum). Bahan dielektrikum yang digunakan berbeda-beda

sehingga penamaan kapasitor berdasarkan bahan dielektrikum. Luas plat yang berhadapan

bahan dielektrikum dan jarak kedua plat mempengaruhi nilai kapasitansinya.

Pada suatu rangkaian yang tidak terjadi kapasitor liar. Sifat yang demikian itu

disebutkan kapasitansi parasitic. Penyebabnya adalah adanya komponen-komponen yang

berdekatan pada jalur penghantar listrik yang berdekatan dan gulungan-gulungan kawat yang

berdekatan.

Gambar 1.2: Kapasitor

Gambar diatas menunjukan bahwa ada dua buah plat yang dibatasi udara. Jarak kedua plat

dinyatakan sebagai d dan tegangan listrik yang masuk.


c. Cara Kerja Kapasitor

Cara kerja Kapasitor dalam sebuah rangkaian adalah dengan mengalirkan elektron

menuju kapasitor. Pada saat kapasitor sudah di penuhi dengan elektron, tegangan akan

mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari sebuah kapasitor dan mengalir

menuju rangkaian yang membutuhkannya. Dengan begitu, kapasitor akan membangkitkan

reaktif suatu rangkaian.

Adapun kedua keping atau piringan pada kapasitor dipisahkan oleh suatu isolator,

pada dasarnyan tidak ada elektron yang dapat menyebrang celah di antara kedua keping. Pada

saat baterai belum terhubung, kedua keping akan bersifat netral (belum termuati). Saat baterai

terhubung, titik dimana kawat pada ujung kutub negatif dihubungkan akan menolak elektron.

Elektron-elektron tersebut akan tersebar keseluruh keping kapasitor. Sesaat elektron mengalir

ke dalam keping sebelah kanan dan elektron mengalir keluar dari keping sebelah kiri; pada

kondisi ini arus mengalir melalui kapasitor walaupun sebenarnya tidak ada elektron yang

mengalir melalui celah kedua keping tersebut.

Setelah bagian luar keping termuati berangsur-angsur akan menolak muatan baru dari

baterai. Karenanya arus pada keping tersebut akan menurun besarnya terhadap waktu sampai

kedua keping tersebut berada pada tegangan yang dimiliki baterai. Keping sebelah kanan akan

memiliki kelebihan elektron yang tertukar dengan muatan -Q dan pada keping sebelah kiri

termuati sebesar + Q.

Gambar 1.3: Rangkaian Kapasitor

3. Muatan pada kapasitor


+ _ + _ + _

(a) (b) (c) (d)

Gambar 1.5: Simbol kapasitor, (a), (b) dan (c) polar, (d) non polar

Pernahkah anda memerhatikan komponen-komponen yang ada di dalam alat

elektronik, seperti televise dan radio? Kapasitor atau kondensator adalah salah satu komponen

elektronik yang ada di dalamnya. Perhatikan (Gambar 1.4), kapasitor atau kondensator adalah

dua buah penghantar (pelat) kondektor yang dipisahkan oleh suatu isolator atau zat dielektrik

untuk memperoleh muatan yang sama, tetapi berlawanan jenis. Kapasitor berfungsi untuk

menyimpan energy potensial listrik.

Gambar 1.4: Proses pengisian muatan pada kapasitor.

Anda dapat membayangkan sebuah usaha untuk memberikan muatan pada kapasitor

dengan cara kutub positif baterai menarik electron pada keeping sebelah kiri hingga keeping

tersebet menjadi bermuatan positif dan mendorong electron-elektron tersebut ke keeping

sebelah kanan menjadi bermuatan negatif hingga kedua keeping memiliki muatan sama,

hanya jenisnya yang berbeda. Proses perpindahan electron dari keeping kiri ke keeping kanan

melalui energy Kimia dari baterai yang berlangsung terus menerus sampai beda potensial V

antara keeping sama dengan beda potensial yang dimiliki baterai. Sampai akhirnya kapasitor

telah penuh muatan dan tidak dapat diisi lagi.

Simbol yang sering digunakan untuk kapasitor seperti pada (Gambar 1.2) berikut.

Kapasitor digunakan untuk :

a. menyimpan muatan atau energy listrik;

b. sebagai salah satu komponen dalam rangkaian penala yang berguna untuk memilih

frekuensi pada pesawat radio; dan


c. mencegah loncatan listrik pada rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan jika

tiba-tiba arus listrik diputuskan.

Gambar 1.6: a) Jenis kapasitor, b) Skema kapasitor

4. Jenis dan macam-macam Kapasitor

Berdasarkan bahan Isolator dan nilainya, Kapasitor dapat dibagi menjadi 2 Jenis yaitu

Kapasitor Nilai Tetap dan Kapasitor Variabel. Berikut ini adalah penjelasan singkatnya

untuk masing-masing jenis Kapasitor :

a. Kapasitor berdasarkan bahan (Dielektrikum)

1) Kapasitor bernilai Tetap

Kapasitor Nilai Tetap atau Fixed Capacitor adalah Kapasitor yang nilainya konstan atau

tidak berubah-ubah. Berikut ini adalah Jenis-jenis Kapasitor yang nilainya Tetap :

Gambar 1.7: Kapasitor Bernilai Tetap


a) Kapasitor Keramik (Ceramic Capasitor)

Kapasitor Keramik adalah Kapasitor yang Isolatornya terbuat dari Keramik dan

berbentuk bulat tipis ataupun persegi empat. Kapasitor Keramik tidak memiliki arah atau

polaritas, jadi dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian Elektronika. Pada umumnya, Nilai

Kapasitor Keramik berkisar antara 1pf sampai 0.01µF.

Kapasitor yang berbentuk Chip (Chip Capasitor) umumnya terbuat dari bahan Keramik

yang dikemas sangat kecil untuk memenuhi kebutuhan peralatan Elektronik yang dirancang

makin kecil dan dapat dipasang oleh Mesin Produksi SMT (Surface Mount Technology) yang

berkecepatan tinggi.

b) Kapasitor Polyester (Polyester Capacitor)

Kapasitor Polyester adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Polyester dengan

bentuk persegi empat. Kapasitor Polyester dapat dipasang terbalik dalam rangkaian

Elektronika (tidak memiliki polaritas arah)

c) Kapasitor Kertas (Paper Capacitor)

Kapasitor Kertas adalah kapasitor yang isolatornya terbuat dari Kertas dan pada

umumnya nilai kapasitor kertas berkisar diantara 300pf sampai 4µF. Kapasitor Kertas tidak

memiliki polaritas arah atau dapat dipasang bolak balik dalam Rangkaian Elektronika.

d) Kapasitor Mika (Mica Capacitor)

Kapasitor Mika adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari bahan Mika. Nilai

Kapasitor Mika pada umumnya berkisar antara 50pF sampai 0.02µF. Kapasitor Mika juga

dapat dipasang bolak balik karena tidak memiliki polaritas arah.

e) Kapasitor Elektrolit (Electrolyte Capacitor)

Kapasitor Elektrolit adalah kapasitor yang bahan Isolatornya terbuat dari Elektrolit

(Electrolyte) dan berbentuk Tabung / Silinder. Kapasitor Elektrolit atau disingkat dengan

ELCO ini sering dipakai pada Rangkaian Elektronika yang memerlukan Kapasintasi

(Capacitance) yang tinggi. Kapasitor Elektrolit yang memiliki Polaritas arah Positif (-) dan

Negatif (-) ini menggunakan bahan Aluminium sebagai pembungkus dan sekaligus sebagai


terminal Negatif-nya. Pada umumnya nilai Kapasitor Elektrolit berkisar dari 0.47µF hingga

ribuan microfarad (µF). Biasanya di badan Kapasitor Elektrolit (ELCO) akan tertera Nilai

Kapasitansi, Tegangan (Voltage), dan Terminal Negatif-nya. Hal yang perlu diperhatikan,

Kapasitor Elektrolit dapat meledak jika polaritas (arah) pemasangannya terbalik dan

melampui batas kamampuan tegangannya.

f) Kapasitor Tantalum

Kapasitor Tantalum juga memiliki Polaritas arah Positif (+) dan Negatif (-) seperti

halnya Kapasitor Elektrolit dan bahan Isolatornya juga berasal dari Elektrolit. Disebut

dengan Kapasitor Tantalum karena Kapasitor jenis ini memakai bahan Logam Tantalum

sebagai Terminal Anodanya (+). Kapasitor Tantalum dapat beroperasi pada suhu yang lebih

tinggi dibanding dengan tipe Kapasitor Elektrolit lainnya dan juga memiliki kapasintansi

yang besar tetapi dapat dikemas dalam ukuran yang lebih kecil dan mungil. Oleh karena itu,

Kapasitor Tantalum merupakan jenis Kapasitor yang berharga mahal. Pada umumnya dipakai

pada peralatan Elektronika yang berukuran kecil seperti di Handphone dan Laptop.

2) Kapasitor Variabel

Kapasitor Variabel adalah Kapasitor yang nilai Kapasitansinya dapat diatur atau

berubah-ubah. Secara fisik, Kapasitor Variabel ini terdiri dari 2 jenis yaitu :

Gambar 1.8: Kapasitor Variabel


a)VARCO (Variable Condensator)

VARCO (Variable Condensator) yang terbuat dari Logam dengan ukuran yang lebih

besar dan pada umumnya digunakan untuk memilih Gelombang Frekuensi pada Rangkaian

Radio (digabungkan dengan Spul Antena dan Spul Osilator). Nilai Kapasitansi VARCO

berkisar antara 100pF sampai 500pF.

b) Trimmer

Trimmer adalah jenis Kapasitor Variabel yang memiliki bentuk lebih kecil sehingga

memerlukan alat seperti Obeng untuk dapat memutar Poros pengaturnya. Trimmer terdiri

dari 2 pelat logam yang dipisahkan oleh selembar Mika dan juga terdapat sebuah Screw

yang mengatur jarak kedua pelat logam tersebut sehingga nilai kapasitansinya menjadi

berubah. Trimmer dalam Rangkaian Elektronika berfungsi untuk menepatkan pemilihan

gelombang Frekuensi (Fine Tune). Nilai Kapasitansi Trimmer hanya maksimal sampai

100pF.

b. Kapasitor berdasarkan Polaritasnya

Polaritas adalah definisi arah/kutub pada sebuah titik. Maksud dari polaritas pada

kapasitor adalah penentuan titik positif dan negatif pada penggunaan. Dengan ditentukan

atau tidak ditentukan polaritasnya akan dipakai sebagai acuan saat perancangan dan

pemasangan kapasitor pada rangkaian. Ada tiga jenis kapasitor yang dibedakan berdasarkan

jenisnya, yaitu kapasitor polar, non-polar dan bipolar.

1) Kapasitor Non-Polar

Adalah kapasitor yang tidak mempunyai polaritas. Dalam rangkaian, pamasangan

kapasitor jenis ini boleh terbalik. Contoh kapasitor jenis non-polar adalah kapasitor keramik

dan polyester. Kapasitor non-polar terjadi karena bahan-bahan yang digunakan memang


tidak memiliki polaritas ion positif maupun negatif sehingga tidak memunculkan polaritas

tertentu.

Gambar 1.9: Kapasitor Nonpolar

2) Kapasitor Polar

Adalah kapasitor yang memiliki polaritas. Berbeda dengan kapasitor non-polar,

kapasitor jenis ini tidak boleh pemasangannya dalam rangkaian. Contoh kapasitor polar

adalah kapasitor elektrolit dan tantalum. Kapasitor ini memiliki polaritas karena bahan

dielektrikumnya memang memiliki polaritas, sehingga dalam penggunaannya juga harus

diperhatikan dengan benar polaritasnya.

Gambar 1.10: Kapasitor Polar


3) Kapasitor Bipolar

Sekilas kapasitor bipolar memang mirip dengan non-polar, mengapa? karena

kapasitor bipolar boleh dipasang secara terbalik seperti kapasitor non-polar. Lalu mengapa

disebut kapasitor bipolar? jawabannya karena kapasitor ini memang memiliki dua polaritas,

dan ini terkait dengan bahan dielektrikum yang digunakan, yaitu elektrolit.

Gambar 1.11: Kapasitor Bipolar

Seperti diketahui bahwa kapasitor jenis keramik dan polyester yang memiliki jenis

non-polar memiliki keterbatasan nilai maksimal. lalu bagaimana jika kita membutuhkan

kapasitor tanpa polaritas dengan nilai yang lebih tinggi, tentu kita harus menggunakan

kapasitor elektrolit. Permasalahannya adalah kapasitor elektrolit memiliki polaritas, lalu

bagaimana solusinya?

Teknik yang digunakan untuk membuat kapasitor tanpa polaritas dari bahan

dielektrikum elektrolit inilah yang melahirkan kapasitor bipolar. Berbeda dengan kapasitor

non-polar yang bahan dielektrikumnya memang tidak memiliki polaritas, kapasitor bipolar

memiliki dua polaritas karena dibuat dari bahan dielektrikum elektrolit.

5. Kegunaan Kapasitor

Kegunaan kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC

kapasitor berfungsi sebagai isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi

sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai

filter/penyaring,perata tegangan DC pada pengubah AC to DC,pembangkit gelombang ac

atau oscilator dsb.


Beberapa kegunaan dari komponen kapasitor (kondensator lainnya adalah :

a. Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat dilalui arus ac dan

tidak dapat dilalui arus dc dapat dimanfaatkan untuk memisahkan 2 buah rangkaian yang

saling tidak berhubungan secara dc tetapi masih berhubungan secara ac(signal), artinya

sebuah kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubng antara 2 rangkaian yang

berbeda.

b. Kapasitor berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian power supply, yang saya

maksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar kapasitor yaitu dapat

menyimpan muatan listrik yang berfungsi untuk memotong tegangan ripple.

c. Kapasitor sebagai penggeser fasa.

d. Kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian oscilator.

e. Kapasitor digunakan juga untuk mencegah percikan bunga api pada sebuah saklar.

f. Menyimpan muatan atau energy listrik;

6. Bentuk Kapasitor

Kapasitas kapasitor (C), walaupun pada dimensi, jenis dielektrik dan jarak antar

konduktor yang sama, namun nilai C berbeda pada geometri berbeda. Berikut ini diuraikan

ragam geometri kapasitor yang biasa dijumpai, yaitu geometri bola, pelat sejajar, dan

silinder.

1) Kapasitor Bola

Kapasitor bergeometri bola, biasa disebut kapasitor bola, terdiri dari dua bola konduktor

konsentris, bola sebelah dalam sebut saja berjejari a, bermuatan keseluruhan +Q yang tersebar

homogeny dipermukaan bola, dan berjejari luar b yang bermuatan keseluruhan –Q (Gambar). Bola

sebelah dalam dan luar bermuatan senilai (Q) namun berlawanan tanda. Pada kondisi demikian itu

kapasitor disebut menyimpan muatan listrik Q.


Gambar 1. 12: Kapasitor Bola

Beda potensial antara kedua bola kosentris itu adalah:

Di r<a E=0

Di daerah a<r<b

Di r>b E = 0

2) Kapasitor Pelat Sejajar

Sebuah Kapasitor Pelat sejajar terbuat dari dua pelat konduktor yang didekatkan

sehingga permukaan dua pelat itu sejajar. Kedua pelat konduktor yang sejajar itu masing

masing luasnya A, jarak antar pelat d, dan masing masing pelat itu bermuatan +Q dan –Q

pada kerapatan seragam σ. Medan listrik yang dikerahkan di antara kedua pelat itu E adalah

σ/ε0, dan mengingat Q = σ A maka diperoleh kapasitas dari kapasitor itu yang terbentuk:

Jadi nilai C kapasitor Pelat sejajar dapat diatur, pengaturan itu dapat dilakukan

dengan menvariasi d atau A. Misalnya tombol pemilih gelombang pada radio, pemilihan

gelombang dilakukan dengan memvariasi A efektif pada kapasitornya. Juga dijumpai,

sejumlah transduser pada alat elektronik menggunakan sensor berpeubah C, dengan cara

variasi A atau d. Transduser merupakan system pengubah besaran nonlistrik menjadi listrik.

Sementara itu, sensor merupakan system atau bahan yang peka terhadap perubahan masukan,

misalnya karena tekanan berubah maka jarak antar pelat konduktor berubah.


Gunakan Hukum Gauss untuk menghitung besar medan di ruang antar keeping.

Gambar 1. 13: Kapasitor Pelat Sejajar

3) Kapasitor Silinder

Kapasitor bergeometri silinder, biasa disebut kapasitor Silinder. Kapasitor ini terbuat

dari 2 buah konduktor berbentuk silinder konsentris. Kedua konduktor silinder itu misalnya

panjang l, masing masing berjejari a dan b (a < b), dan medium diaantara kedua konduktor

itu vakum atau udara, serta kedua konduktor bermuatan masing masing –Q dan +Q yang

tersebar seragam diseluruh permukaan silinder (Gambar).

Gambar 1. 14: Kapasitor Silinder

Gunakan hukum Gauss untuk menghitung besar medan di daerah a<r<b.


7. Tipe-tipe Kapasitor

Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih

sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan

electrochemical.

a. Kapasitor Electrostatic

Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan

dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta

murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai

beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi

tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti

polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene,

polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya. Mylar, MKM, MKT adalah

beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film.

Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.

b. Kapasitor Electrolytic

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan

dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini

adalah kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat


memiliki polaritas, adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga

terbentuk kutup positif anoda dan kutup negatif katoda.

Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium,

titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga

membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses

elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam

larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit

diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai

permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk lapisan

Aluminiumoksida (Al2O3) pada permukaannya.

c. Kapasitor Elektrolit (Elco)Kapasitor Elektrolit (Elco)

Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan

electrolyte(katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai

dielektrik. Dari rumus kedua diketahui besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal

dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat

kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.

Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan

adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium.

Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung

radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar.

Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.

Gambar 1. 15: Kapasitor Elco

Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat.

Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda


negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor

jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil.

Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan

lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami

mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.

d. Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis

ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat

baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat

kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan

kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan

telepon selular.

8. Kapasitas Kapasitor

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat

menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa

1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa

sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat

memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs (Maulana, 2009).

(Dwi & Supryadi, 2014) menjelaskan bahwa kapasitas kapasitor, biasa disebut juga

kapasitansi. (C) merupakan ukuran kemampuan kapasitor itu untuk menyimpan muatan (Q)

pada beda potensial V. Hal itu dinyatakan dalam kaitan :

C = QV (1.1)

Ada tiga jenis kapasitor yang banyak digunakan, yaitu:

a. Kapasitor kertas. Kertas pada kapasitor ini berfungsi sebagai penyekat di antara kedua pelat

logam.

b. Kapasitor variable.. Kapasitor ini digunakan dalam rangkaian penala pada pesawat radio.

c. Kapasitor elektrolit (elco). Kapasitor jenis ini memiliki kapasitansi paling tinggi, yaitu

sampai dengan 100.000 pF.


Gambar 1.16 : (a) Kapasitor kertas, (b) kapasitor variable, (c) kapasitor elektrolit (elco)

9. Kapasitor Keping Sejajar

Pada tahun 1837, Michael Faraday melakukan penelitian tentang pengaruh pengisian

ruang di antara pelat-pelat kapasitor dengan menggunakan bahan dielektrik. Faraday

menggunakan dua kapasitor yang identik. Di salah satu kapasitor ditempatkan suatu bahan

dielektrik, sedangkan kapasitor lainnya berisi udara pada tekanan normal. Kemudian, kedua

kapasitor tersebut diberi potensial listrik yang sama besarnya, seperti ditunjukkan oleh (Gambar

1.3). Melalui eksperimen tersebut, Faraday memperoleh hasil spektakuler. Muatan di kapasitor

yang mengandung udara.

Oleh karena muatan q lebih besar untuk V yang sama pada kapasitor yang

mengandung dielektrik. Berdasarkan persamaan (1.1) di peroleh hasil bahwa kapasitas sebuah

kapasitor akan bertambah besar akibat penempatan bahan dielektrik di antara pelat-pelat

kapasitor.

Gambar 1.17: a) Baterai B menyebabkan perbedaan potensial yang sama pada setiap kapasitor, kapasitor dengan bahan dielektrik memiliki muatan yang leebih banyak. b) Kedua kapasitor mengangkut muatan yang sama. Kapasitor dengan bahan dielektrik memiliki perbedaan potensial lebih rendah, seperti ditunjukkan oleh pembaca alat ukur.


Tabel 1.1: Sifat-sifat Dielektrik

Bahan Dielektrik Permitivitas Relatif (ε 0)

Bahan Dielektrik Permitivitas Relatif (ε 0)

Ruang Hampa 1 Mylar 3,1Udara (1 atm) 1,00059 Polivinil 3,18Udara (100 atm) 1,0548 Polystyrene 2,5 – 2,7Telfon 2,1 Pleksiglas 3,14Polietilena 2,25 Kaca 5 – 10Benzena 2,28 Neoprena 16Mika 3 – 6 Germanium 6,70Gliserin 42,5 Air 80,4Strontium 310 Vinyl clorida 2,3 – 3,1Karet 2 – 3,5 Kertas 2 – 2,5Oksigen 1,0005 Keramik 5 – 7Karet alam 2,7-4 Ebonit 2,7 – 2,9Amonia 21 – 23 Gelas 3,5 – 9

Pada (Gambar 1.18) kapasitor keeping sejajar terdiri atas dua keeping logam yang

terpasang sejajar pada jarak pisah d meter, yang jauh lebih kecil dari luas keeping A m2. Kedua

keeping tersebut diberi muatan q yang sama besar, tetapi tidak sejenis.

Gambar 1.18: Kapasitor keeping sejajar dihubungkan dengan sumber tegangan V.

Jika di antara keeping sejajar adalah udara/vakum, kapasitansi kapasitor memenuhi

persamaan berikut:

C0=¿ε 0

Ad

¿ (1.2)

Dimana ¿¿) adalah konstanta permitivitas vakum yang besarnya

8,85 x 10-12 Fm-1 dengan menempatkan bahan dielektrik ¿¿) di antara kedua pelat maka nilai

kapasitansi akan meningkat.


10. Dielektrik pada Kapasitor

Di antara dua pelat keeping pada kapasitor biasanya disisipi/dipasang suatu bahan

isolator yang disebut dielektrik. Bahan ini digunakan karena dapat memperbesar nilai

kapasitas kapasitor. Contoh bahan dielektrik adalah kaca mika, kertas, dan karet.

Bahan dielektrik memiliki harga permitivitas yang berbeda dengan harga permitivitas

vakum. Berdasarkan persamaan (1.2) dapat diketahui bahwa permitivitas bahan ε=ε r ε0.

Sehingga kapasitas kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik adalah:

C=ε r ε0 Ad = ε rC0 (1.3)

ε r=CC 0

(1.4)

11. Susunan Kapasitor

a. Susunan Seri

Dalam praktik, anda sering kali perlu menggabungkan kapasitor untuk mendapatkan

nilai kapasitas yang diinginkan. Cara penggabungan kapasitor yang sangat besar adalah cara

penggabungan dengan susunan seri dan paralel.

Gambar 1.19: Susunan seri kapasitor

Perhatikan (Gambar 1.19) dalam susunan seri kapasitor berlaku aturan berikut.

1) Muatan pada setiap kapasitor sama, yaitu sama dengan muatan kapasitor pengganti.

qtotal = q1 = q2 = q3 = q (1.5)

2) Beda potensial pada ujung-ujung kapasitor pengganti sama dengan jumlah total beda

potensial ujung-ujung setiap kapasitor.


Vtot = V1 + V2 + V3 (1.6)

Dari persamaan (1.1) diketahui bahwa

C= qV atau V= q

C

V 1=qC1

, V 2=qC2

, V 3=qC3

, sedangkan V total=q

C total

Jika harga V1, V2, dan V3 dimasukkan ke dalam persamaan (1.6), akan diperoleh

persamaan

1Ctotal

= 1C1

+ 1C2

+ 1C3

(1.7)

Besar kapasitas pengganti untuk n buah kapasitor yang disusun seri adalah:

1Ctotal

= 1C1

+ 1C2

+ 1C3

…+ 1Cn

(1.8)

b. Susunan Paralel

Dalam susunan parallel kapasitor, berlaku hal-hal berikut.

1) Beda potensial setiap kapasitor adalah sama

Vtot = V1 = V2 = V3 = V (1.9)

2) Muatan total kapasitor pengganti sama dengan jumlah total muatan

qtotal = q1 + q2 + q3 (1.10)


Perhatikan (Gambar 1.20) muatan pada masing-masing kapasitor adalah q1 = C1V,

q2 = C2V, dan q3 = C3V, sedangkan q = Ctotal V. Jika harga-harga q1, q2, q3, dan q dimasukkan ke

dalam persamaan (1.5) akan diperoleh:

Ctot = C1 + 22 + C3 (1.11)

Gambar 1.20: Susunan paralel kapasitor

Besar kapasitas pengganti untuk n buah kapasitor yang disusun parallel adalah:

Ctotal = C1 + C2 + C3 (1.12)

12. Energi yang tersimpan dalam Kapasitor

Kapasitor juga berfungsi untuk menyimpan energi potensial yang diberikan dari

sumber potensial listrik. Energi potensial tersebut digunakan ketika rangkaian listrik mulai

bekerja. Sejumlah muatan ke dalam kapasitor terus bertambah selama proses pengisian terus

berlangsung bersamaan dengan pertambahan potensial pada kedua keping sejajar hingga

penuh sebesar:

Kenaikan total energi potensial pada kapasitor Ep adalah penjumlahan atau

integral muatan q (e-) dari nol sampai Q (perhatikan gambar dibawah ini). Dengan

memperhatikan persamaan:


Energi potensial yang tersimpan dalam kapasitor dapat diperoleh sebagai berikut.

B. Daftar Pustaka

Dwi, B., & Supryadi. (2014). Konstanta Dielektrik Bahan Kertas Karton pada Keping Sejajar. Jurnal Fisika (Online) , 75 - 77.

Jati, B. M., & Priyambodo, T. (2010). Fisika Dasar Listrik Magnet Optika Fisika Modern. Yogyakarta: Andi Yogyakarta.

Kanginan, Marthen. 2013. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.

Maulana. (2009). Pengukuran Nilai Kapasitansi Listrik Spora Aspergillus Niger Menggunakan Kapasitor Pelat Sejajar. Jakarta: Universitas Indonesia (UI).

Sari, R. (2013, 06 11). Dasar Elektronika Kapasitor. Retrieved 12 0, 2016, from Dasar Elektronika.com: https://cnt121.files.wordpress.com/2007/11/kapasitor.pdf.

USU, M. (2013, 11 06). BAB II Dielektrik. Retrieved 12 08, 2016, from Dielektrik: http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/23931/3/Chapter%20II.pdf


https://cnt121.files.wordpress.com/2007/11/kapasitor.pdf

ikaandrianitahjan.comikaandrianitahjan.com/STRUKTUR MATERI KAPASITOR.docx · Web viewModel...

Documents

Transcript of ikaandrianitahjan.comikaandrianitahjan.com/STRUKTUR MATERI KAPASITOR.docx · Web viewModel...