L i s t r i k S t a t i s

Standart Kompetensi

1. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi

Kompetensi Dasar

2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta penerapannya pada keping sejajar

Indikator

1. Memahami definisi listrik statis2. Memahami definisi atom, bagian-bagian atom, muatan atom dan sifat

muatan listrik3. Memformulasikan hukum Coulomb dalam permasalahan fisika4. Memformulasikan Medan Listrik dalam permasalahan fisika5. Memformulasikan Hukum Gauss6. Memformulasikan potensial listrik dan kaitannya dengan medan listrik7. Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan medan

listrik dan potensial listrik8. Mendefinisikan kapasitor9. Memformulasikan cara kerja kapasitor keping sejajar10. Menganalisis rangkaian kapasitor11. Menentukan energi yang tersimpan di dalam kapasitor yang bermuatan

LISTRIK STATIS

Definisi Listrik Statis

50 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

LISTRIK STATISmempelajari tentang muatan listrik dalam keadaan diamHukum CoulombGaya tarik menarik/tolak menolak antara dua benda yang bermuatan listrik adl berbanding lurus dgn muatan masing-masing benda dan berbanding terbalik dgn kuadrat jarak antara kedua benda tersebut.medan listrikhukum Gaussenergi potensial listrik dan potensial listrikkapasitorkapasitas kapasitor keping sejajarrangkaian kapasitorenergi yang tersimpan dalam kapasitor

L i s t r i k S t a t i s

Listrik statis mempelajari tentang muatan listrik dalam keadaan diam.

AtomSemua zat / materi disusun oleh atom-atom. Atom adalah

bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat

unsur tersebut. Atom disusun oleh partikel subatom (tiga

partikel subatom yang penting adalah proton, elekron dan

neutron)

Elektron pada suatu atom dapat berpindah ke atom lain, sedangkan proton sangat

sulit untuk berpindah. Sehingga perpindahan elektron tersebut dapat

mengakibatkan suatu atom kekurangan/kelebihan elektron, hal ini menyebabkan

atom menjadi bermuatan listrik.

Muatan suatu atom ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektron yang dimiliki

atom tersebut:

Atom bermuatan positif : jika jumlah proton lebih banyak daripada jumlah

elektron

Atom bermuatan negatif : jumlah proton lebih kecil daripada jumlah elektron

Atom tidak bermuatan listrik (netral) : jika jumlah proton = jumlah elektron

Suatu benda akan bermuatan listrik positif jika kekurangan elektron, sebaliknya

suatu benda akan bermuatan listrik negatif jika kelebihan elektron.

Menggosok suatu benda dengan benda lain dapat memberi muatan listrik. Contoh:

Bahan-bahan Hasil ProsesPlastik – kain wol Plastik(–), kain wol (+) Elektron dari kain wol berpindah ke plastik

Balon – kain wol Balon (–), kain wol (+) Elektron dari kain wol berpindah ke balon

Sisir – rambut manusia Sisir (–), rambut manusia (+) Elektron dari rambut berpindah ke sisir

Kaca – kain sutera Kaca (+), kain sutera (–) Elektron dari kaca berpindah ke kain sutera

Sifat Muatan Listrik Dua muatan yang sejenis apabila didekatkan maka akan tolak menolak

Dua muatan yang tidak sejenis apabila didekatkan maka akan tarik menari

51 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Contoh Soal

1. 4 buah benda bermuatan listrik, yaitu P, Q, R, dan S. P menarik Q, dan Q menarik R, jika S menarik P, dan S bermuatan positif maka.....a. P dan R memiliki jenis muatan yang samab. P dan Q memiliki jenis muatan yang samac. P dan S bermuatan negatifd. Q dan R bermuatan positife. P dan R bermuatan positif

2. Ada empat buah muatan A, B, C dan D. A menolak B, A menarik A, C menolak D, dan D bermuatan positif. Apakah jenis muatan lainnya.....a. A bermuatan negatif, B bermuatan positif, C bermuatan negatifb. A bermuatan negatif, B bermuatan negatif, C bermuatan positifc. A bermuatan positif, B bermuatan negatif, C bermuatan negatifd. A bermuatan positif, B bermuatan negatif, C bermuatan positife. A bermuatan negatif, B bermuatan negatif, C bermuatan negatif

3. Ada empat buah muatan P, Q, R, dan S. P menarik Q, P menolak R, R menarik S, dan R bermuatan negatif. Tentukan jenis-jenis muatan lainnya.....a. P bermuatan negatif, Q bermuatan positif, dan S bermuatan positifb. P bermuatan negatif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan positifc. P bermuatan negatif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan negatifd. P bermuatan positif, Q bermuatan positif, dan S bermuatan negatife. P bermuatan positif, Q bermuatan negatif, dan S bermuatan positif

Hukum Coulomb“Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak antara dua benda bermuatan

listrik adalah berbanding lurus (sebanding) dengan besar muatan masing-masing

benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua benda tersebut”

Secara matematis: F=kQ1Q2

r 2

Keterangan:

F = gaya tarik menarik/tolak menolak (Newton)

K = konstanta (9 x 109 Nm2/C2)

Q1, Q2 = muatan listrik (C) r = jarak antara dua muatan (m)

52 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Contoh Soal1. Dua benda masing-masing bermuatan listrik Q1 = 3 x 10-9 C dan Q1 = 6 x 10-9 C,

yang dipisahkan sejauh 0,3 m. Tentukan besar gaya antara kedua benda itu! (k

= 9 x 109 Nm2/C2)

2. Dua benda bermuatan masing-masing 30 C dan 15 C. Jarak kedua muatan

itu 15 cm. Besarnya gaya listrik yang terjadi ... . (1 C = 1 x 10-6 C)

a. 1,8 x 102 N c. 1,8 x 10-5 N

b. 1,8 x 100 N d. 1,8 x 10-9 N

3. Dua muatan titik yang terpisah yang terpisah 1 meter saling tolak dengan gaya 9

N. Berapakah gaya tolak tersebut ketika kedua muatan terpisah 3 meter?

a. 1 N c. 27 N

b. 3 N d. 81 N

4. Gaya tarik listrik antara dua muatan titik adalah F. Muatan pada salah satu

benda dijadikan empat kalinya, dan muatan pada benda lainnya dijadikan dua

kalinya. Gaya tarik listrik antara benda-benda sekarang menjadi....

a. 8F c. 2F

b. 4F d. F

Kaji Soal

1. Dua muatan listrik yang terpisahkan sejauh 10 cm mengalami gaya tarik-

menarik ( FA ) 10 N. Gaya tarik antara kedua muatan jika terpisah sejauh 5 cm

sebesar ....

a. 10 N c. 30 N e. 50 N

b. 20 N d. 40 N

2. Titik A dan B masing-masing bermuatan listrik −10 μC dan 40 μC. Mula-mula

kedua muatan diletakkan terpisah 0,5 meter sehingga timbul gaya coulomb

Newton. Jika jarak A dan B diubah menjadi 1,5 meter, maka gaya coulomb yang

timbul adalah ....

a. 1/9 F c. 3/2 F e. 9 F

b. 1/3 F d. 3 F

3. Dua muatan berjarak 2 meter berada di udara. Apabila jarak kedua muatan

dijadikan 6 kali semula, maka besar gaya coulomb menjadi ....

a. 1/2 kali semula c. 1/9 kali semula e. 1/36 kali semula

b. 1/4 kali semula d. 1/16 kali semula

53 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

4. Suatu gaya tarik menarik antara dua muatan A dan B adalah F. Jika muatan A

diperbesar 2 kali, maka besar gayanya (F) menjadi ... .

a. ¼ F c. 2 F

b. ½ F d. 3 F

5. Bila gaya tolak menolak antara dua muatan A dan B adalah F dan jarak antara

A dan B diperkecil setengahnya, maka gaya tolak menolak tersebut menjadi ... .

a. ½ F c. 3 F

b. 2 F d. 4 F

6. Benda A bermuatan positif dan benda B bermuatan negatif. Kedua benda

tersebut berinteraksi saling menarik dengan gaya sebesar F. Agar gaya

interaksi kedua benda menjadi 4 F maka jarak kedua benda harus …

a. Diperbesar menjadi 4 kali jarak semula

b. Diperbesar menjadi 2 kali jarak semula

c. Diperpendek menjadi ½ kali semula

d. Diperpendek menjadi ¼ kali semula

7. Muatan A bernilai 10 μC berada sejauh 0,5 m dari muatan B yang mempunyai

nilai 2 μC. Gaya yang dialami muatan B karena muatan A sebesar .... ( k = 9 ×

109 Nm2/C2) ..... ( 1 μC = 1 x 10-6C )

a. 0,42 N c. 0,82 N e. 1,02 N

b. 0,75 N d. 0,92 N

8. Dua buah muatan yang berada di udara mempunyai muatan Q x = 4 μC dan

Qy = −6 μC. Jika kedua muatan terpisah sejauh 2 cm, besar gaya elektrostatis

dan sifatnya adalah ....

a. 450 N, tarik menarik d. 540 N, tolak menolak

b. 450 N, tolak menolak e. 600 N, tarik menarik

c. 540 N, tarik menarik

9. Dua buah muatan masing-masing 5 C dan 4 C berjarak 3 m satu sama lain. Jika

diketahui k = 9 × 109 Nm2/C2, maka besar gaya Coulomb yang dialami kedua

muatan adalah.... (UAN 2003)

Gaya Coulomb oleh Beberapa Muatan

54 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Apabila di suatu tempat atau bidang terdapat beberapa muatan listrik akan terdapat

banyak gaya Coulomb.

Gaya Coulomb untuk muatan titik segaris

Besar gaya Coulomb di q1 adalah F1.

Nilai F1 = F12 – F13 (berlawanan arah)

F12 = k q1q2

r122 dan F13 = k q1q3

r132

Gaya Coulomb untuk muatan titik yang tidak segaris

Besar gaya Coulomb di q1 adalah F1

Nilai F1 = √ (F12 )2+(F13)2−2F12F13cosθ

θ = sudut apit antara F12 dan F13

Contoh Soal1. Muatan listrik +q3 = 20 μC, +q2 = 10 μC dan q1

terpisah seperti pada gambar. Agar gaya

Coulomb yang bekerja pada muatan q2 = nol

maka muatan q1 adalah ......

a. 2 μC ke kanan c. 5 μC ke kanan e. 8 μC ke kanan

b. 2 μC ke kiri d. 5 μC ke kiri

2. Tiga buah muatan membentuk segitiga sama sisi seperti

gambar berikut. Jarak antar ketiga muatan masing-masing

adalah 10 cm. Jika Q1 = + 1 C, Q2= Q3 = − 2 C  dan k = 9 x 109

N m2 C− 2  tentukan  besar resultan gaya Coulomb pada

muatan Q1 !

Kaji Soal1. Perhatikan gambar di bawah. Ketiga muatan listrik q1, q, dan q2 adalah segaris.

55 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

Q1 Q2 Q33d 3d

L i s t r i k S t a t i s

Bila q = 5,0 μC dan d = 30 cm, maka besar dan arah gaya listrik yang bekerja

pada muatan q adalah....(k = 9 x 109 N m2 C−2)

a. 7,5 N menuju q1 d. 22,5 N menuju q1

b. 7,5 N menuju q2 e. 22,5 N menuju q2

c. 15 N menuju q1

5. Tiga buah muatan A, B dan C tersusun seperti gambar berikut!                          

Jika QA = + 1 μC, QB = − 2 μC ,QC = + 4 μC dan k = 9 x 109 N m2 C− 2  tentukan

besar dan arah gaya Coulomb pada muatan B ?

6. Gambar berikut adalah susunan tiga buah muatan A, B

dan C yang membentuk suatu segitiga dengan sudut

siku-siku di A. Jika gaya tarik-menarik antara muatan A

dan B sama besar dengan gaya tarik-menarik antara

muatan A dan C masing-masing sebesar  5 F,

tentukan  resultan gaya pada muatan A !

7. Dua buah muatan listrik qA = 6 μC dan qB = −2 μC berjarak 6,0 cm satu

sama lain. Bila muatan 1 μC diletakkan di tengah qA dan qB , maka resultan

gaya yang dialami oleh muatan 1 μC adalah.....

a. 10 N c. 40 N e. 80 N

b. 20 N d. 60 N

8. Perhatikan gambar berikut!

Ketiga muatan listrik Q1 = 20 μC, Q2 = – 10

μC, dan Q3 = 40 μC adalah segaris. Bila

jarak d = 20 cm maka besar dan arah gaya

Coulomb yang bekerja pada muatan Q2

adalah (k = 9 x 109 N m2 C−2)

Medan Listrik / Kuat Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda 

bermuatan listrik yang masih dipengaruhi

oleh gaya listrik. Medan listrik digambarkan

56 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

dengan garis-garis gaya listrik yang arahnya

dari kutub positif ke kutub negatif. Semakin

rapat garis gaya listrik semakin kuat medan

listriknya.

Untuk menghitung kuat medan listrik digunakan persamaan : 

E ¿ FQ=kQr2

Keterangan

E    = Kuat medan listrik (N/C)

F    = Gaya coulomb (N)

Q    = muatan listrik (C)

Contoh Soal1. Kuat medan di sebuah titik yang terletak 20 cm dari muatan 20 μC sebesar ....

a. 1,5 x 10-6 N/C c. 3,5 x 10-6 N/C e. 5,5 x 10-6 N/C

b. 2,5 x 10-6 N/C d. 4,5 x 10-6 N/C

2. Dua partikel masing-masing bermuatan qA = 1 μC dan qB = 4 μC diletakkan

terpisah sejauh 4 cm, Besar kuat medan listrik di tengah-tengah dan adalah

a. 6,75 x 107 N/C c. 4,20 x 107 N/C e. 2,25 x 107 N/C

b. 4,50 x 107 N/C d. 3,60 x 107 N/C

3. Dua muatan sejenis q1 dan q2 terpisah sejauh r. Jika q2 digeser mendekati q1

sejauh ½ r perbandingan kuat medan yang dialami q2 pada keadaan awal dan

akhir adalah ....

a. 4 : 1 c. 1 : 4 e. 1 : 1

b. 2 : 1 d. 1 : 2

4. Dua buah muatan masing - masing Q1 = 1 μC dan Q2 = 4 μC terpisah sejauh 10

cm. Tentukan letak titik yang memiliki kuat medan listrik nol !

Kaji Soal

1. Perhatikan gambar muatan-muatan berikut!

Jika jarak antara q1 dan q2 adalah 3 cm maka titik yang kuat medannya = 0

berada pada ... (UN)

a. 2 cm di sebelah kiri q2

57 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

q1 = - 9 C q2 = +4 C

qA = +1 C qB = +9 C

L i s t r i k S t a t i s

b. 2 cm di sebelah kanan q1

c. 6 cm di sebelah kanan q1

d. 6 cm di sebelah kiri q2

e. 6 cm di sebelah kanan q2

2. Dua buah muatan  tersusun seperti gambar berikut!

Jika Q1 = + 1 μC, Q2 = − 2 μC  dan (k = 9 x 109 N m2/C 2)  tentukan besar dan

arah kuat medan listrik pada titik P yang terletak 4 cm di kanan Q1 !

3. Dua muatan listrik diletakkan terpisah

sejauh 24 cm. Kuat medan listrik nol

terletak pada titik yang berjarak......... (UN)

a. 8 cm di kiri B c. 8 cm di kiri A

b. 8 cm di kanan A d. 16 cm di kanan B

c. 16 cm di kiri A

4. Jarak dua muatan A dan B adalah 4 m. Titik C berada di antara kedua muatan

berjarak 1 m dari A. Jika QA = – 300 μC dan QB = 600 μC, maka besar kuat

medan di titik C pengaruh kedua muatan adalah..... (UAN 2002)

a. 9 x 105 N/C c. 33 x 105 N/C e. 54 x 105 N/C

b. 18 x 105 N/C d. 45 x 105 N/C

5. Sebuah muatan titik 60 μC berada di udara. Kuat medan listrik di suatu titik

yang berada pada jarak 6 cm dari muatan tersebut adalah....... (UAN 2004)

a. 15 x 108 N/C c. 15 x 106 N/C e. 15 x 104 N/C

b. 15 x 107 N/C d. 15 x 105 N/C

6. Dua buah muatan sejenis dijauhkan sebesar 2 kali jarak semula. Perbandingan

kuat medan pada keadaan awal dengan akhir adalah ....

a. 1 : 4 c. 2 : 3 e. 5 : 4

b. 1 : 3 d. 4 : 1

Hukum GaussFluks listrik didefinisikan sebagai jumlah garis-garis medan listrik yang menembus

tegak lurus suatu bidang.

Garis-garis medan menembus tegaklurus suatu bidang segiempat seluas A. Jumlah

garis-garis medan per satuan luas sebanding dengan kuat medan listrik, sehingga

58 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

jumlah garis medan listrik yang menembus bidang seluas A sebanding dengan EA.

Hasil kali antara kuat medan listrik tersebut dinamakan fluks listrik Φ.

Φ = E x A

(a) Garis-garis medan  medan antara listrik menembus bidang, (b) Garis-garis medan listrik   menembus bidang

dengan sudut  θ, (c)  θ adalah sudut antara arah medan listrik dan arah normal bidang n.

Berdasarkan konsep fluks listrik ini, muncullah hukum Gauss, sebagai berikut:

“Jumlah seluruh garis medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup

sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup

itu”

Φ = EA cos θKeterangan:

Φ = jumlah garis medan / fluks listrik (weber atau Nm2/C2)

E = kuat medan listrik pada permukaan tertutup (N/C)

A = luas permukaan tertutup (m2)

θ = sudut antara E dan garis normal bidang

Contoh Soal1. Kuat medan listrik homogen sebesar 100 N/C berarah tegak lurus ke bidang

seluas 800 cm2 Besar fluks medan listrik yang terjadi adalah ....

a. 2 weber c. 8 weber e. 32 weber

b. 4 weber d. 16 weber

Kaji Soal1. Kuat medan listrik homogen sebesar 200 N/C menembus bidang yang memiliki

panjang 30 cm dan lebar 30 cm dengan sudut 60°. Fluks medan listrik yang

terjadi sebesar ....

a. 0 weber c. 9,0 weber e. 27 weber

b. 4,5 weber d. 18 weber59 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

qrP

L i s t r i k S t a t i s

2. Sebuah pelat berukuran 5 cm × 8 cm membentuk sudut 30° terhadap kuat

medan listrik homogen. Jika E = −800 N/C, maka fluks medan listrik yang

menembus pelat adalah ....

a. 0,40 weber c. 1,6 weber e. 3,2 weber

b. 0,64 weber d. 1,6 √3 weber

3. Sebuah bidang seluas 500 cm2 sebesar 45°. Jika besar kuat medan 200 N/C,

fluks medan listrik yang terjadi pada luasan itu sebesar ....

a. 5 weber c. 10 weber e. 25√2 weber

b. 5√2 weber d. 15√2 weber

Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik Energi potensial listrik adalah usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan suatu

medan listrik dari tempat yang jauh tak terhingga ke suatu titik.

Energi potensial listrik yang dimiliki oleh dua buah muatan q1 dan q2 yang terpaut

jarak sebesar r dinyatakan oleh persamaan:

EP = k q1q2

r

Ep = energi potensial listrik (J)

Potensial listrik adalah energi potensial yang dimiliki oleh tiap muatan.

Potensial listrik pada suatu titik P yang berjarak r dari sebuah muatan q dinyatakan

oleh persamaan:

VP = k qrKeterangan:

V = potensial listrik (N/C)

q = muatan listrik (C)

r = jarak titik dari muatan listrik (m)

Jika terdapat beberapa muatan listrik maka potensial

listrik pada suatu titik P yang berjarak r sama dengan

jumlah potensial listrik oleh setiap muatan yang

dinyatakan oleh persamaan:

V = V1 + V2 + V3 = k q1

r 1 - k q2

r 2 + k q3

r 3

V = k ( q1

r 1 - q2

r 2 + q3

r 3)

60 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Contoh Soal1. Titik X terletak 1,5 cm dari muatan +3 C. Jika = 9 × 109 Nm2/C2 , potensial

listrik di titik X sebesar..........

a. 1,1 x 10-6 volt c. 1,3 x 10-6 volt e. 1,8 x 10-6 volt

b. 1,2 x 10-6 volt d. 1,6 x 10-6 volt

2. Titik A dan B berturut-turut berada pada jarak 25 cm dan 5 cm dari muatan

sebesar 10 μC. Beda potensial antara kedua titik sebesar ....

a. 1,16 x 106 volt c. 1,36 x 106 volt e. 1,58 x 106 volt

b. 1,20 x 106 volt d. 1,44 x 106 volt

3. Titik A berada pada jarak sejauh 0,001 m dari muatan +0,5 μC. Suatu muatan

positif sebesar +2 × 10−8 C diletakkan pada titik tersebut. Energi potensial listrik

muatan tersebut di titik A sebesar ....

a. 900 joule c. 9 joule e. 0,09 joule

b. 90 joule d. 0,9 joule

Kaji Soal1. Titik A dan B berjarak 9 cm dan di antara A dan B terletak titik C yang berjarak 3

cm dari A. Titik A diberi muatan sebesar +5 μC dan B sebesar +10 μC.

Potensial listrik di titik C adalah.............

a. – 5 x 106 volt c. 1 x 106 volt e. 5 x 106 volt

b. – 3 x 106 volt d. 3 x 106 volt

2. Titik A berada pada jarak 9 mm dari muatan +2,5 μC. Suatu muatan positif

sebesar + 4 × 10 C diletakkan pada titik A. Energi potensial muatan tersebut

sebesar ....

a. 100 joule c. 1 joule e. 0,01 joule

b. 10 joule d. 0,1 joule

Kapasitor Muatan listrik terdiri atas proton dan elektron. Muatan listrik dapat menimbulkan

gaya Coulomb, medan listrik, potensial listrik, maupun energi potensial listrik.

Alat yang digunakan untuk menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau

energi listrik disebut KAPASITOR atau KONDENSATOR.

Kapasitor merupakan salah satu bagian dari komponen untuk menyusun alat-

alat elektronik (seperti radio, televisi, komputer, laptop, dll).

Simbol kapasitor

61 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Kapasitor terdiri atas dua buah keping logam (konduktor) yang diletakkan

sejajar dan berdekatan, dan disekat di antaranya dengan dielektrik (isolator).

Keping merupakan sesuatu yang berbentuk pipih tipis.

Contoh beberapa kapasitor

Cara kerja kapasitor

Jika kedua ujung keping logam diberi tegangan

listrik (baterai atau sumber tegangan yang lain)

maka muatan listrik positif (proton) akan

mengumpul pada salah satu aki (elektrode) logam

dan pada saat yang sama muatan listrik negatif

(elektron) akan mengumpul pada ujung logam

yang satu lagi.

Muatan listrik positif tidak dapat mengalir menuju ke ujung kutub negatif dan

muatan listrik negatif (elektron) juga tidak bisa menuju ke ujung kutub positif,

karena dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik (bahan yang tidak dapat

menghantar muatan listrik dengan baik: isolator sebagai non konduktif). Muatan

listrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor adalah kapasitas

kapasitor.

Kapasitas Kapasitor

Kapasitas Kapasitor / Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor menyimpan

muatan listrik pada potensial tertentu.

C = qV

62 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Keterangan:

C = Kapasitas kapasitor (Farad “F”)

q = muatan listrik yang tersimpan dalam kapasitor (C)

V = beda potensial (V)

Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Sebuah kapasitor keping sejajar

dihubungkan dengan sumber tegangan

listrik, kapasitor keping sejajar terdiri atas

dua keping logam yang terpasang sejajar

yang berjarak sejauh d, dengan luas

penampang keping yang sama adalah A,

dan medium antara dua keping sejajar

adalah udara/vakum.

Kedua keping tersebut akan menyimpan muatan listrik yang berlainan jenis dan

sama besar.

Persamaan kapasitas kapasitor dengan medium udara adalah:

C0 = ε 0Ad

Keterangan:

C0 = kapasitas kapasitor pada ruang vakum/udara (F)

A = luas keping logam (m2)

d = jarak antara dua keping logam (m)

ε 0 = permitivitas listrik vakum (8,85 x 10-12 C/Nm2)

Beda Potensial Listrik (V) Kapasitor Keping SejajarV = E dKeterangan:

V = bada potensial listrik (V)

E = kuat medan listrik (V/m)

Rangkaian KapasitorRangkaian Seri Kapasitor

63 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

Muatan pada tiap-tiap kapasitor

adalah sama (q1 = q2 = q3), yaitu

sama dengan muatan pada

kapasitor pengganti (qs)

q1 = q2 = q3 = qs

Penjumlahan beda potensial ujung-ujung tiap kapasitor (V1 + V2 + V3) sama

dengan beda potensial pada ujung-ujung kapasitor pengganti (Vs)

Vs = V1 + V2 + V3

V = qC=qsC s

=q1

C 1+q2

C2+q3

C 3 (diketahui q1 = q2 = q3 = qs)

Sehingga besar kapasitas kapasitor pada rangkaian seri adalah:

1C s

= 1C1

+ 1C2

+ 1C3

Rangkaian Paralel KapasitorBeda potensial pada tiap-tiap

kapasitor adalah sama (V1 = V2 =

V3), yaitu sama dengan beda

potensial pada kapasitor pengganti

(VP)

V1 = V2 = V3 = VP

Penjumlahan muatan pada tiap-tiap kapasitor (q1 + q2 + q3) sama dengan

muatan pada kapasitor pengganti (qs)

qs = q1 + q2 + q3

q = V C maka Vp Cp = V1 C1 + V2 C2 + V3 C3 (diketahui V1 = V2 = V3 = VP)

sehingga, besar kapasitas kapasitor pada rangkaian paralel adalah:

Cp = C1 + C2 + C3

Keterangan:

Cs = kapasitas kapasitor seri (F) CP = kapasitas kapasitor paralel (F)

qs = muatan total seri (C) qP = muatan total paralel (C)

Vs = beda potensial total seri (V) VP = beda potensial total paralel (V)

Energi KapasitorEnergi yang tersimpan di dalam kapasitor adalah:

64 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

W = 12 CV2 = 1

2q2

C = 12 q V

W = energi yang tersimpan di dalam kapasitor (J)

Contoh Soal1. Kapasitor keping sejajar yang jarak antarkepingnya 0,5 mm memiliki

kapasitas sebesar 300 nF. Kuat medan yang muncul dalam kapasitor

sebesar 500 N/C. Kapasitor tersebut terpasang pada tegangan ....

a. 0,25 volt c. 0,75 volt e. 1,25 volt

b. 0,50 volt d. 1 volt

2. Sebuah kapasitor 6 μF diberi tegangan 100 V. Muatan dan energi yang

tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah ....

a. 3 x 10-4 C dan 5 x 10-2 J d. 6 x 10-4 C dan 2 x 10-2 J

b. 4 x 10-4 C dan 3 x 10-2 J e. 6 x 10-4 C dan 3 x 10-2 J

c. 5 x 10-4 C dan 5 x 10-2 J

3. Dua kapasitor 4 μF dan 2 μF disusun seri, kemudian diberi tegangan 6 volt.

Energi yang tersimpan dalam rangkaian tersebut sebesar ....

a. 1,8 x 10-5 J c. 4,8 x 10-5 J e. 5,6 x 10-5 J

b. 2,4 x 10-5 J d. 4,8 x 10-5 J

4. Suatu kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 400 cm2 dan

jarak antarkeping adalah 2 mm. Jika muatan kapasitor sebesar 1,06 × 10−9

C, kapasitor tersebut dipasang pada tegangan ...

a. 2 volt c. 4 volt e. 6 volt

b. 3 volt d. 5 volt

5. Tiga buah kapasitor yang masing-masing kapasitansinya 3 μF, 6 μF, 9 μF,

disusun secara seri. Kedua ujung dari susunan tersebut dihubungkan

dengan sumber tegangan yang besarnya 220 V. Tegangan di antara ujung-

ujung kapasitor yang 3 μF adalah.....

a. 40 volt c. 110 volt e. 220 volt

b. 60 volt d. 120 volt

Kaji Soal1. Kapasitor 10 μF diberi tegangan 200 V. Energi yang tersimpan dalam

kapasitor tersebut ....

a. 0,1 J c. 0,3 J e. 0,5 J65 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

L i s t r i k S t a t i s

b. 0,2 J d. 0,4 J

2. Kapasitor X, Y dan Z dirangkai seperti pada gambar!

Bila saklar S ditutup selama 5 menit , energi listrik yang tersimpan pada

kapasitor Z adalah.... (UN 2008)

a. 144 J d. 1728 J

b. 720 J d. 4320 J

c. 864 J

3. Perhatikan faktor-faktor berikut ini!

(1) konstanta dielektrik (3) luas pelat

(2) tebal pelat (4) jarak kedua pelat

Yang mempengaruhi besarnya kapasitas kapasitor keping sejajar jika diberi

muatan adalah…. (UN 2010)

a. (1) dan (2) saja d. (1), (2) dan (4)

b. (3) dan (4) saja e. (1), (3) dan (4)

c. (1), (2), dan (3)

4. Kapasitor keping sejajar memiliki jarak antarkeping 0,2 mm. Kuat medan

yang muncul sebesar 100 N/C, kapasitor terpasang pada tegangan ....

a. 0,01 volt c. 0,03 volt e. 0,05 volt

b. 0,02 volt d. 0,04 volt

5. Kapasitor keping sejajar mempunyai jarak antarkeping 0,1 mm. Jika kuat

medan dalam kapasitor sebesar 200 N/C, kapasitor tersebut terpasang pada

tegangan listrik sebesar ....

a. 0,02 volt c. 0,08 volt e. 0,32 volt

b. 0,04 volt d. 0,16 volt

6. Kapasitor keping sejajar mempunyai luas tiap keping 300 cm2 dan jarak

antarkeping 3 mm. Muatan kapasitor sebesar 1 × 10−9 C. Tegangan yang

dipakai oleh kapasitor mendekati ....

a. 9,7 volt c. 11,3 volt e. 13,2 volt

b. 10,6 volt d. 12,5 volt

7. Perhatikan kapasitor keping sejajar berikut!

Bahan dielektrik yang disisipkan memiliki konstanta dielektrik 2. Angka

perbandingan kapasitas kapasitor (1) dan (2) adalah…..66 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i

A B

C1

C2

L i s t r i k S t a t i s

a. 1 : 2 c. 4 : 3 e. 6 : 5

b. 3 : 4 d. 5 : 6

8. Perhatikan gambar berikut!

C1 = 30 μF

C2 = 15 μF

C3 = 10 μF

Setelah ujung A dan B dilepas dari sumber tegangan yang beda

potensialnya 6 volt, maka besar muatan pada kapasitor C2 adalah... (UAN

2003)

a. 90 μF c. 54 μF e. 30 μF

b. 60 μF d. 45 μF

9. Tiga buah kapasitor yang kapasitasnya sama besar yaitu 2C, dirangkai

seperti gambar.

Besar kapasitor antara titik A dan B adalah....

a. 3C c. 4C/3 e. 3C/2

b. C/3 d. 3C/2

10.Dua buah kapasitor masing-masing C1 = 15 μF, C2 = 30 μF dirangkai seperti

gambar.

Kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan 6

volt. Besar energi listrik yang tersimpan dalam

rangkaian tersebut adalah..... (UAN 2004)

a. 18 x 10-6 J c. 180 x 10-5 J e. 18 x 10-5 J

b. 1,8 x 10-6 J d. 1,8 x 10-5 J

67 | F i s i k a S M A X I I ( 1 ) / M A N H / B Y T r i y a n t i M a n d a s a r i