4. LisMag - Kapasitansi Dan Dielektrik

Muatan Listrik dan Medan Listrik

Hukum Gauss

A

Potensial Listrik Kapasitansi dan

DielektrikB

Arus Listrik, Resistansi dan Arus Searah

C

Medan Magnet Gaya MagnetD

Sumber Medan Magnet

Induksi Elektro-magnetik

E

Induktansi Arus Bolak-

BalikF

Kapasitor dan Kapasitansi Susunan Kapasitor Seri dan Paralel Penyimpanan Energi dalam Kapasitor dan Energi

dalam Medan Listrik Dielektrik

Sub Topik

Muatan Listrik dan Medan Listrik

Hukum Gauss

A

Potensial Listrik Kapasitansi dan

DielektrikB

Arus Listrik, Resistansi dan Arus Searah

C

Medan Magnet Gaya MagnetD

Sumber Medan Magnet

Induksi Elektro-magnetik

E

Induktansi Arus Bolak-

BalikF

Mendefinisikan sifat dasar kapasitor dan bagaimana menghitung besaran yang dapat mengukur kemampuan dalam menyimpan muatan.

Menganalisa kapasitor-kapasitor yang terhubung dalam suatu jaringan

Menghitung energi yang tersimpan dalam kapasitor. Mendefinisikan dielektrik dan bagaimana dielektrik

dapat menambah efektifitas kapasitor.

Tujuan Instruksional Khusus

Kapasitor dan Kapasitansi A

Susunan Seri Susunan

ParalelB

Penyimpanan Energi dalam Kapasitor

C

Energi dalam Medan ListrikD

DielektrikE

Peta Konsep

KapasitorStruktur

DasarSusunan Kapasitor

EnergiCharging

Dielektrik

SeriKeping Sejajar

Tabung

BolaPararel



ParalelB


C


DielektrikE

BENTUK KAPASITOR



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh isolator.

Jika kapasitor dihubungkan dengan batere, maka kedua pelat konduktor menjadi bermuatan Q sehingga terjadi beda potensial antar keping = V

Muatan kapasitor = Q Muatan total kapasitor = 0

STRUKTUR DASAR KAPASITOR



ParalelB


C


DielektrikE

Capasitor Charging



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitansi (C) merupakan besaran kemampuan kapasitor menyimpan muatan.

Hubungan antara kapasitansi, muatan dan beda potensial :

Satuan kapasitansi adalah Farad1 F = 1 C/V

VQ

C =

KAPASITANSI



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitansi hanya tergantung pada geometri pelat konduktor

KAPASITOR KEPING SEJAJAR

dA

EdEA

VQC

QEAEdV

dlEV

00

0

.

===

=

=

=

0 = 8,85 x 10-12 F/m = 8,85 pF/m



ParalelB


C


DielektrikE

Jika panjang, lebar dan jarak anatar pelat kapasitor diperbesar 3x, maka kapasitansinya akan :

Naik 3x lipat Naik 9x lipat Naik 27x lipat Tetap sma Dibagi 3

LATIHAN SOAL



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitansi pelat sejajar dapat bertambah dengan cara :a) Menambah muatanb) Mengurangi muatanc) Menambah jarak antar pelatd) Mengurangi jarak antar pelate) Mengurrangi luas pelat

LATIHAN



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitor tabung terdiri atas dua konduktor tabung berjari-jari ra dan rb :

Contoh: kabel koaksial. Medan listrik pada selubung gauss :

KAPASITOR TABUNG

LrQ

rEr

00 221

==



ParalelB


C


DielektrikE

Beda potensial listrik:

KAPASITOR TABUNG

==b

a

b

a rab rdr

LQdrEVV

02

ab

LQ

rL

QVV

b

a

ab

ln2

ln2

0

0

=

=



ParalelB


C


DielektrikE

Potensial pada konduktor dalam yang membawa muatan positif lebih besar dibanding potensial pada konduktor terluar, karena garis-garis medan listrik keluar dari konduktor terdalam menuju konduktor terluar. Beda potensial antara 2 konduktor adalah:

Nilai kapasitansinya adalah

LabQVVV ba

02)/ln(

==

KAPASITOR TABUNG

)/ln(2 0

abL

VQC ==



ParalelB


C


DielektrikE

Pada saat susunan kapasitor ini terhubung dengan batere, maka keping atas C1 bermuatan +Q, lalu keping bawah Q1 terinduksi menjadi Q yang berasal dari elektron dari keping atas C2, akibatnya keping atas C2 bermuatan +Q.

SUSUNAN KAPASITOR SERI



ParalelB


C


DielektrikE

21 QQQ ==

SUSUNAN KAPASITOR SERI

cbacab VVV =ek

cbacab CQ

CQ

CQVVV =+=+=

21

21

111CCCek

+=

=

=N

i iek CC 111



ParalelB


C


DielektrikE

Setiap pelat terhubung langsung dengan batere, sehingga setiap pelat bermuatan Q

SUSUNAN PARALEL

abVCVCQ 1111 ==

abVCVCQ 2222 ==

abekab VCVCCQQQ =+=+= )( 2121

=

=n

iiek CC

1



ParalelB


C


DielektrikE

Urutkan dari yang terbesar nilai kapasitansi dari rangkaian diatas.

LATIHAN

1. (Ceq)a > (Ceq)b = (Ceq)c > (Ceq)d 2. (Ceq)b > (Ceq)a = (Ceq)d > (Ceq)c 3. (Ceq)c > (Ceq)a = (Ceq)d > (Ceq)b 4. (Ceq)d > (Ceq)b = (Ceq)c > (Ceq)a 5. (Ceq)d > (Ceq)b > (Ceq)a > (Ceq)c



ParalelB


C


DielektrikE

PresenterPresentation NotesSTT30.5

22

21

21

21 CVQV

CQU ===

ENERGI KAPASITOR

dqCqVdqdU ==

===Q

CQdq

CqdUU

0

2

21

Jika sebuah muatan dq dipindahkan dari konduktor negatif dengan potensial nol ke konduktor positif, maka kerja yang dilakukan :



ParalelB


C


DielektrikE

Pada bahan dielektrik tidak ada muatan bebas, namun terdapat dipol listrik yang tersusun secara acak.

Jika ditempatkan dalam medan listrik luar E0, maka susunan dipol ini menjadi terpolarisasi.

Dengan penyusunan dipol-dipol ini, maka pada bagian dielektrik dekat permukaan keping terbentuk muatan induksi dengan rapat muatan induksi iyang menghasilkan medan listrik induksi Eind

DIELEKTRIK



ParalelB


C


DielektrikE

Rapat muatan induksi menghasilkan medan listrik induksi Ei yang berlawanan arah dengan arah medan luar E.

Akibatnya medan listrik didalam kapasitor lebih lemah dibanding di luar kapasitor.

Melemahnya medan listrik total menyebabkan peningkatan kapasitansi

DIELEKTRIK

EdQ

VQC ==



ParalelB


C


DielektrikE

Medan listrik tanpa dielektrik = E0 Medan listrik dengan dielektrik = E Konstanta dielektrik : Permitivitas dielektrik

KAPASITOR DIELEKTRIK

EE0=

o =

dA

dAC

VQ

VQC

===== 00

0 /

dVdEEdV 00 ===



ParalelB


C


DielektrikE

Jika diberi muatan yang sama :

Jika diberi beda tegangan yang sama :

DIELEKTRIK

00 VVCC 00 QQCC



ParalelB


C


DielektrikE

KONSTANTA DIELEKTRIK



ParalelB


C


DielektrikE

DIELEKTRIK SUSUN SERI

)()( TBATAB VVVVVV +=2211 dEdE +=

2211 dd +=

+=

Ad

Ad

QCQ 2211

21 111 CCC +=

+++++++

-------

+ d1 d2

A B

1 2



ParalelB


C


DielektrikE

DIELEKTRIK SUSUN PARALEL

21 QQQ +=VCVCCV 211 +=

dA

hh

dA

hh

dA

dA

CCC

2211221 21

+=

+=

+=

+++++++

-------

+

h1

h2

A B

1

2



ParalelB


C


DielektrikE

Sebuah kapasitor terbuat dari duat pelat konduktor dengan rapat muatan s. Pelat logam dengan ketebalan l < d disisipkan diantara pelat. Setelah pengisian pelat logam tersebut, maka beda potensial antar pelat kapasitor :

a. Bertambahb. Berkurangc. Tetap sama

LATIHAN SOAL



ParalelB


C


DielektrikE

Sebuah kapasitor pelat sejajar, dimana tiap pelat bermuatan +q dan q dan dipisahkan sejauh d. Pelat kemudian dijauhkan hingga berjarak D. Tentukan energi listrik yang tersimpan sekarang ?

a. Lebih besar b. Lebih kecilc. Tetap sma

LATIHAN SOAL

+q

-q

+q

-qd

D



ParalelB


C


DielektrikE

PresenterPresentation Notes10/17 energy stored in capacitance

Sekeping dielektrik disisipkan diantara pelat sebuah kapasitor. Jika pada awalnya sistem sudah bermuatan, jika dielektrik tersebut dikeluarkan, bagaimana energi elektrostatiknya sekarang ?

a. Lebih besarb. Lebih kecilc. Tetap sama

LATIHAN SOAL

+q

-q

+q

-q



ParalelB


C


DielektrikE


Kapasitor pelat sejajar dihubungkan dengan batere yang memberi beda potensial konstan V. Dengan kondisi batere tetap terhubung, pelat kaca mengisi ruang diantara pelat. Energi tersimpan akan :

a. Berkurangb. Bertambahc. Tetap sama

LATIHAN

V V



ParalelB


C


DielektrikE


q0V0

C1 C2

S

CONTOH SOAL 1

Sebuah kapasitor C1 dimuati sampai beda potensial V0. batere kemudian dilepas dan kapasitor dihubungkan dengan kapasitor C2 yang tidak bermuatan. Tentukan :

Beda potensial akhir V kombinasi tersebut Energi tersimpan sebelum dan sesudah saklar

dihubungkan

21 102101 210

CCC

VV

VCVCVC

qqq

+=

+=

+=



ParalelB


C


DielektrikE

2012

10 VCU =

Contoh soal 1

Energi tersimpan mula-mula :

Energi tersimpan akhir :

( )

021

1

2

21

10212

1

222

1212

1

UCC

CU

CCCVCCU

VCVCU

+

=

+

+=

+=



ParalelB


C


DielektrikE

Sebuah kapasitor keping sejajar mempunyai luas A dan jarak pisah kedua plat d. sebuah baterai memuati kapasitor hingga beda potensial V0. Baterai dilepas dan sebuah lempeng dielektrik yang tebalnya d disisipkan diantara keping. Hitung energi tersimpan sebelum dan sesudah disisipi dielektrik.

CONTOH SOAL 2

200210 VCU = Energi mula-mula : Energi setelah disisipi dielektrik :

0

20021221

00

1UU

VCU

CVU

VVCC

=

=

=

==



ParalelB


C


DielektrikE

Sebuah kapasitor keping-paralel diisi dengan dua buah dielektrik seperti telihat pada gambar. Tunjukkan bahwa

Sistem ini dapat dipandang sebagai dua kapasitor seluas A/2 yang terhubung secara paralel dan

Kapasitansinya naik sebesar faktor (1+ 2)/2.

CONTOH SOAL 3

A

d 1 2



ParalelB


C


DielektrikE



ParalelB


C


DielektrikE

Kapasitansi dan DielektrikSub TopikTujuan Instruksional KhususSlide Number 4Peta KonsepBENTUK KAPASITORSTRUKTUR DASAR KAPASITORCapasitor ChargingKAPASITANSIKAPASITOR KEPING SEJAJARLATIHAN SOALLATIHANKAPASITOR TABUNGKAPASITOR TABUNGKAPASITOR TABUNGSUSUNAN KAPASITOR SERISUSUNAN KAPASITOR SERISUSUNAN PARALELLATIHANENERGI KAPASITORDIELEKTRIKDIELEKTRIKKAPASITOR DIELEKTRIKDIELEKTRIKKONSTANTA DIELEKTRIKDIELEKTRIK SUSUN SERIDIELEKTRIK SUSUN PARALELLATIHAN SOALLATIHAN SOALLATIHAN SOALLATIHANCONTOH SOAL 1Contoh soal 1CONTOH SOAL 2CONTOH SOAL 3Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39

Documents

4. LisMag - Kapasitansi Dan Dielektrik