Medan Dan Potensial Listrik Pada Plat Kapasitor

Husnul Umam1, Siti Maulidiya2, Ahmad Riza Wahdi3

1Jurusan Fisika , Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Maliki Malang2Jurusan Fisika , Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Maliki Malang3Jurusan Fisika , Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Maliki Malang

Abstrak

Prinsip percobaan ini adalah Kapasitor merupakan suatu alat yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dan muatan listrik. Struktur suatu kapsitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisakan oleh suatu bahan dielektrik. Hubungan antara kuat medan listrik dengan jarak antarplat kapasitor merupakan hubungan berbanding terbalik, dimana semakin besar jarak antarplat kapasitor maka akan semakin kecil medan magnet yang dihasilkan. Hubungan antara kuat medan listrik dengan tegangan menyatakan bahwa kuat medan listrik berbanding lurus dengan tegangan listrik. Semakin besar tegangan listrik maka semakin besar kuat medan listrik yang dihasilkan dengan jarak antarplat kapasitor tetap.Kata Kunci: Kapasitor, medan listrik, jarak antarplat kapasitor

Pendahuluan

Kapasitor merupakan suatu alat yang dapat menyimpan energy atau muatan listrik didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dan muatan listrik. Struktur suatu kapsitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisakan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal seperti udara, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju kutub negative dan sebaliknya, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non konduktif. Dialam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negative di awan.

Medan listrik adalah daerah disekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak. Percobaan ini merupakan mengetahui medan listrik dan potensial yang berbeda. Dengan member variasi jarak antaraplat, dan voltase atau tegangan yang berbeda. Sehingga hubungan medan listrik dengan plat pada tegangan konstan dapat diamati serta hubungan besar medan listrik dengan tegangan. Sehingga pentingnya percobaan ini merupakan awal dan bagaimana pemahaman materi tentang medan listrik dan potensial dari plat kapasitor secara optimal, dan pemahaman secara aplikatif sehingga dapat

mengembangkan penelitian atau percobaan yang lebih lanjut. Dan mampu dimanfaatkan dalam kehidupan masyarakat pada umumnya.

Tujuan 1. Untuk mengetahui hubungan antara tegangan dengan kuat medan listrik dengan jarak

antar plat konstan.2. Untuk mengetahui hubungan antara kuat medan listrik dan plat dengan tegangan konstan.

Kajian TeoriKapasitor (kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf

“C” adalah suatu alat yang dapat yang menyimpan energi/muatan listrik didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangann internal dari muatan listrik(Sutrisno. 1981).

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki(elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lain. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju kutub negatif dan sebaliknya. Karena terpisah bahan dielektrik yang non konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negative di awan(Viridi:2010).

Medan listrik adalah daerah disekitar benda bermuatan listrik yang masih mengalami gaya listrik berupa gaya tarik atau gaya tolak. Arah medan listrik dari suatubenda bermuatan listrik dapat digambarkan menggunakan garis-garis gaya listrik(Giancoli.2007).

Besar medan listrik dari sebuah benda bermuatan listrik dinamakan kuat medan listik. Jika sebuah muatan uji q diletakkan didalam medan listrik dari sebuah benda bermuatan(Young. 2002).

Metode Percobaan

Gambar percobaan

Gambar 1. Percobaan potensial dan medan listrik pada plat kapasitor

Alat dan bahan

a. Plate Capacitor, 283 x 283 mm 2 buah

b. Capacitor plate W. hole d= 55 m 1 buah

c. Electricfield meter 1 buah

d. Potential Probe 1 buah

e. Power Suply, 0….600 VDC 1 buah

f. High Value Resistor, 10 MΩ 1 buah

g. Blow Lamp, butan cahtridge X2000 1 buah

h. Butan catridge 1 buah

i. Rubber Tubing i.d 6 mm 1 buah

j. Digital Multimeter 2 buah

k. Connecting card, l = 100 mm, green yellow 1 buah

l. Connecting cord , l = 750 mm, red 5 buah

m. Connecting cord, l = 750 mm, blue 5 buah

n. Optical profile bench, l = 60 cm 1 buah

o. Base f. opt profile –beach , adjust 2 buah

p. Slide mount f. opt. pr. Bench, h = 80 mm 2 buah

Data percobaaan

Data percobaan dengan perubahan U(V)

No D (m) U(V) Eobs(V) Eperhitungan(kV/m)1 0,1 7 5,35 0,072 0,1 8 6,13 0,083 0,1 9 6,66 0,094 0,1 10 6,67 0,15 0,1 11 6,67 0,11

Data percobaan dengan perubahan d(m)

No D(m) U(V) Eobs(V) Eperhitungan(kV/m)1 0,02 7 1,15 0,352 0,03 7 0,77 0,233 0,04 7 0,57 0,1754 0,05 7 0,45 0,145 0,06 7 0,44 0,1166 0,07 7 0,40 0,17 0,08 7 0,35 0,08758 0,09 7 0,31 0,0779 0,1 7 0,28 0,0710 0,11 7 0,26 0,064

Grafik hasil percobaan dan perhitungan

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.50

0.20.40.60.81

1.21.4

grafik hubungan d(cm) dengan E(V)

d(cm)

E(V)

Gambar 2. Grafik dari data hasil percobaan

6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5012345678

hubungan E(V) dengan U(V)

U(V)

E(V)

Gambar 3. Grafik dari data hasil percobaan

6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.50

0.020.040.060.080.1

0.12

hubungan U(V) dengan Eperhitungan (kV/m)

U(V)

E(kV

/m)

Gambar 4. Grafik dari data hail perhitungan

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

hubungan d(m) dengan Eperhitungan (kV/m)

d(m)

E(kV

/m)

Gambar 5. Grafik dari data hasil perhitungan

Pembahasan

Percobaan ini merupakan percobaan yang sederhaana. Alat yang digunakan yaitu plate capacitor yang berfungsi sebagai penyimpan energi/muatan yang diberikan power supply. Capacitor plate w.hole berfungsi untuk menyimpan muatan dan merupakan kapasitor yang ditengahnya memiliki kincir. Electricfield meter merupakan alat penghasil medan listrik. Power supply berfungsi sebagai sumber tegangan. Digital multimeter berfungsi sebagai pembaca medan listrik dalam bentuk Volt dan pembaca tegangan. Penggaris untuk mengukur jarak(d) antarplat kapasitor.

Langkah-langkah yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu peralatan disusun seperti gambar 3.1, plat kapasitor diatur dengan jarak sekitar 10 cm. Electricfield meter harus diatur mulai tegangan 0 Volt, diambil 5 data percobaan dengan perubahan tegangan. Dan untuk percobaan kedua diambil 10 data dengan perubahan jarak antaraplat kapasitor pada tegangan 200 Volt. Tegangan masukkannya 7 Volt. Variasi jarak antarplat kapasitor yaitu mulai 2 cm sampai 12 cm.

Percobaan medan listrik dan potensial dalam plat kapasitor merupakan percobaan mengenai hubungan medan magnet dengan tegangan dan jarak antarplat. Kapasitor yang memepunyai fungsi untuk menyimpan energy atau muatan dalam medan listrik. Percobaan pertaman merupakan hubungan tegangan dengan medan listrik. Jarak antarplat kapasitor yang tetap dan tegangan yang berubah-ubah menghasilkan medan listrik yang berbeda-beda. Karena besar tegangan yang diberikan maka arus yang mengalir ke plat kapasitor akan menghasilkan medan listrik sehingga semakin besar tegangan yang diberikan maka akan menghasilkan medan listrik yang besar. Ini berarti medan listrik dalam plat kapasitor dipengaruhi oleh tegangan yang

sesuai pada rumus E = Vd

, dimana E adalah medan listrik, V merupakan tegangan dan d adalah

jarak antarplat kapasitor.Percobaan kedua merupakan hubungan jarak antarplat kapasitor dengan medan listrik.

Tegangan yang diberikan tetap, dan jarak antarplat yang bervariasi akan menghasilkan medan listrik yang berbeda-beda. Pada percobaan ini dihasilkan bahwa semakin besar jarak antarplat kapasitor akan menghasilkan semakin kecil medan listrik. Ini terjadi karena kapasitor yang terbuat dari plat metal yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Pada percobaan ini bahan dielektrik merupakan udara. Pada saat kedua ujung plat kapasitor dialiri tegangan listrik maka muatan-muatan positif akan terkumpul pada salah satu kaki plat kapasitor. Dan muatan-muatan negative juga terkumpul pada salah satu kaki plat kapasitor lainnya. Muatan negative tidak dapat mengalir ke muatan positif dan sebaliknya. Karena keduanya terpisah bahan dielektrik yang nonkonduktif. Sehingga medan magnet yang dihasilkan akan kecil apabila jarak antarplat semakin besar Karena jarak antar plat kapasitor yang besar akan menghambat mengalirnya muatan negatif ke muatan positif atau sebaliknya serta bahan dielektrik yang nonkonduktif yang menghambat juga.

Kesimpulan

Hubungan antara kuat medan listrik dengan jarak antarplat kapasitor merupakan hubungan berbanding terbalik, dimana semakin besar jarak antarplat kapasitor maka akan semakin kecil medan magnet yang dihasilkan. Kapasitor yang tepisah oleh udara dan jarak antarplat kapasitor yang besar maka gaya tarik antarplat kapasitor menjadi lemah yang mengakibatkan medan listrik lemah. Hubungan antara kuat medan listrik dengan tegangan menyatakan bahwa kuat medan listrik berbanding lurus dengan tegangan listrik. Semakin besar

tegangan listrik maka semakin besar kuat medan listrik yang dihasilkan dengan jarak antarplat kapasitor tetap.

Saran

Untuk percobaan kedepan untuk mengetahui medan listrik, dalam percobaan ini bahan dielektrik udara. Jika diganti keramik, atau plastik. Sehingga ada variasi baru dengan adanya variasi bahan dielektrik.

Daftar pustaka Giancoli. 2007. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga Sutrisno. 1981. Elektronika. Bandung: ITBViridi, Sparisoma. 2010. Fisika Dasar. Bandung: BinaciptaYoung, Hugh D. 2002. Fisika Universitas edisi ke sepuluh Jilid I. Yogyakarta: Graha Ilmu