20. Potensial Listrik
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 25

20. Potensial Listrik PowerPoint PPT Presentation


  • 386 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

20. Potensial Listrik. 20.1 Kapasitor Kapasitor adalah alat untuk menyimpan energi dalam bentuk energi potensial listrik dalam suatu medan listrik.

Download Presentation

20. Potensial Listrik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


20 potensial listrik

20. Potensial Listrik


20 potensial listrik

20.1 Kapasitor

Kapasitor adalah alat untuk menyimpan energi dalam bentuk energi potensial listrik dalam suatu medan listrik.

Gambar 20.1a adalah sebuah kapasitor sederhana yang terdiri dari dua buah plat konduktor yang sejajar yang dipisahkan dalam jarak d. Sedangkan Gambar 20.1b menunjukkan garis-garis medan listrik pada kapasitor plat sejajar. Garis-garis medan ini seragam (uniform) pada permukaan plat yang berhadapan, sedangkan garis-garis medan pada tepi plat tidak uniform.


20 potensial listrik

Permukaan bagian bawah dari plat atas

bermuatan +q

V

Luas Permukaan A

d

Permukaan bagian atas dari plat bawah

bermuatan –q

Gambar 20.1a

Kapasitor plat parallel dengan luas permukaan A dan jarak antar plat d.


20 potensial listrik

A

+q

–q

A

Gambar 20.1b

Garis-garis medan listrik

pada kapaitor plat parallel


20 potensial listrik

Biasanya kapasitor dilambangkan dngan huruf C dan

simbol ⊣⊢. Bila kapasitor diberi muatan, maka kedua

plat mempunyai muatan yang sama dan berlawanan,

yaitu +q dan dan –q.

Hubungan antara muatan q dan beda potensial V

ditunjukkan pada persamaan,

q = CV (20.1)

C adalah kapasitansi, yaitu konstanta proporsional

yang nilainya tergantung dari bentuk geometri plat.

Satuan dari kapasitansi adalah C/V atau farad.

q adalah muatan dengan satuan C.

V adalah beda potensial dengan satuan J/C atau volt.


20 potensial listrik

Untuk memberi muatan pada kapasitor, sebuah rangkaian

dengan sebuah batere dirangkai seperti Gambar 20.2

berikut.

h

C

l

C

l

h

V

+

B

S

(b)

(a)

Gambar 20.2

(a) Kapasitor plat sejajar dihubungkan dengan batere

(b) Diagram skematik dari (a)


20 potensial listrik

Untuk memberi muatan sebuah kapasitor, kita rangkaian

sebuah rangkaian listrik dengan sebuah batere seperti

ditunjukkan pada Gambar 20.2.

Pada Gambar tersebut sebuah batere B, switchS,

kapasitor C dirangkai sedemikian rupa sehingga

membentuk sebuah sirkuit.

Pada awalnya kapasitor tidak mempunyai muatan. Pada

saat switch S ditutup arus akan mengalir dari terminal

batere yang mempunyai potensial lebih tinggi ke plat

kapasitor h, dan dari plat kapasitor l ke terminal batere

yang mempunyai potensial lebih rendah. Aliran muatan

tersebut menyebabkan muatan +q pada plat h, muatan

–q pada plat l, dan beda potensial V antara kedua plat.


20 potensial listrik

  • 20.2 Kapasitansi

  • Langkah-langkah untuk menghitung kapasitansi

  • adalah sebagai berikut:

  • Tentukan q pada kedua plat

  • Hitung medan listrik E antara kedua plat dengan menggunakan hukum Gauss.

  • Hitung beda potensial antara kedua plat.

  • 20.2.1 Menghitung Medan Listrik

  • Medan listrik E antara dua plat kapasitor adalah

(20.2)

Besar medan listrik adalah E, vektor E dan dA

paralel, sehingga persamaan (20.2) menjadi


20 potensial listrik

Besar medan listrik adalah E, vektor E dan dA

paralel, sehingga persamaan (20.2) menjadi

q = 0 E A (20.3)

A = penampang plat.

Permukaan Gauss pada kapasitor dua plat sejajar ditunjukkan pada Gambar 20.3, yang didapat dengan cara menggambarkan bidang yang menutupi seluruh plat bermuatan positif.


20 potensial listrik

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+q

d

Permukaan Gauss A

–q

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Lintasan integrasi

Gambar 20.3

Kapasitor plat sejajar yang bermuatan


20 potensial listrik

20.2.2 Mengitung beda potensial

Beda potensial antara kedua plat pada kapasitor ditunjukkan oleh persamaan,

(20.4)

Persamaan (20.4) menunjukkan bahwa beda

potensial Vf– Vi selalu negatif, sehingga, pers.

(20.4) dapat ditulis menjadi,

(20.5)

Tanda + dan – menunjukkan bahwa integral

mulai dari plat + ke plat –


20 potensial listrik

20.2.3 Kapasitor Plat Paralel

Kapasitor plat paralel pada gambar (20.3) diasumsikan terdiri dari plat yang sangat besar, sehingga medan listrik pada tepi plat dapat diabaikan dan medan listrik E pada permukaan plat menjadi konstan.

Dari persamaan (20.5) didapat

(20.6)

Substitusi q dari pers. (20.3) dan V dari pers.

(20.6) ke persamaan (20.1) didapat,

(20.7)


20 potensial listrik

Jadi kapasitansi untuk kapasitor plat paralel tergantung dari luas permukaan plat A, dan jarak antar kedua plat d.

Sedangkan 0 adalah konstanta permisivitas yang nilainya 8,85 x 10–12 F/m = 8,85 pF/m

20.2.4 Kapasitor Silindris

Gambar 20.4 adalah contoh kapasitor berbentuk silindris dengan panjang L. Kapasitor ini terdiri dari dua buah silinder dengan jari-jari b dan a. Diasumsikan L≫ b, sehingga medan listrik dari kedua ujun silinder dapat diabaikan.

Muatan pd permukaan dalam silinder berdiameter b adalah –q, sedangkan permukaan luar silinder dengan jari-jari a adalah +q.


20 potensial listrik

+

+

+

+

+

+

+

Lintasan

integrasi

+

+

Muatan total

+q

+

+

r

b

a

Permukaan

Gauss

+

Muatan total

–q

Gambar 20.4

Penampang kapasitor berbentuk silindris


20 potensial listrik

Muatan pada permukaan dalam silinder berdiameter b adalah –q, sedangkan permukaan luar silinder dengan jari-jari a adalah +q.

Sebagai permukaan Gauss, kita tentukan panjang silinder L dan jari-jari r (lihat Gambar 20.4).

Dari persamaan (20.3) didapat

q = 0 E A = 0 E (2r L)

(20.8)


20 potensial listrik

Substitusi persamaan (20.8) ke (20.5) didapat

(20.9)

Substitusi persamaan (20.9) ke (20.1) didapat

(20.10)


20 potensial listrik

20.2.5 Kapasitor Berbentuk Bola

Gambar 20.4 dapat dianggap sebagai penampang pusat sebuah kapasitor yang terdiri dari dua buah bola konsenterik dengan jari-jari a dan b.

Permukaan Gauss adalah sebuah bola dengan jari-jari r yang konsenterik dengan bola yang mempunyai jari-jari a dan b.

Dari persamaan (20.3) didapat

q = 0 E A = 0 E (4r2)

Besaran 4r2 adalah luas permukaan Gauss yang berbentuk bola.


20 potensial listrik

Selanjutnya didapat

(20.11)

Substitusi (20.11) ke (20.5) didapat

(20.12)

Substitusi (20.12) ke (20.1) didapat

(20.13)


20 potensial listrik

20.2.6 Kapasitor Berbentuk Bola yang Diisolasi

Jenis kapasitor ini sebetulnya hanya terdiri dari satu shell benrbentuk bola dengan jari-jari R.

Sedangkan peremukaan lainnya adalah bola khayal dengan jari-jario tak hingga (infinity).

Untuk menentukan kapasitansi jenis kapasitor ini, kita tulis persamaan (20.13) dalam bentuk

Karena b   dan a = R, maka

C = 40R (20.14)


20 potensial listrik

C = 40R


20 potensial listrik

Contoh 20.1

Sebuah kapasitor plat paralel dipisahkan sejarak 1,0 mm.

Berapakah luas penampang plat jiak kapasitansi 1,0 F?

Penyelesaian

Dari persamaan (20.7)


20 potensial listrik

Contoh 20.2

Kabel koaksial yang sangat panjang terdiri dari silinder

dalam dan luar. Kabek tersebut digunakan untuk

mentransmisikan signal TV. Jika diameter dilinder dalam

0,15 mm dan b = 2,1 mm, berapaka kapasitansi per satuan

panjang kabel tersebut?

Penyelesaian

Dari persamaan (20.10)


20 potensial listrik

Contoh 20.3

Berapakah kapasitansi bumi, jika dianggap sebagai

sebuah bola konduksi yang diisolasi dengan jari-jari

6370 km?

Penyelesaian

Dari persamaan (20.14)

C = 40R = (4)(8,85 x 10–12 F/m)(6,37 x 106 m)

= 7,1 x 10–4 F = 710 F


20 potensial listrik

Latihan

Sebuah kapasitor sepetri Gambar berikut mempunyai

kapasitansi 25 F. Kapasitor tersebut pada awalnya

tidak mempunyai muatan. Batere yang digunakan

untuk memberi muatan kapasitor mempunyai beda

potensial 120 V. Setelah switch ditutup untuk waktu

yang lama, berapakah muatan yang melewati batere?

C

S

+


20 potensial listrik

2. Kapasitor plat paralel terdiri dari plat berbentuk

lingkaran dengan jari-jari 8,2 cm dan jarak kedua plat

1,3 mm. Hitung kapasitansi dan muatan pada plat jika

beda potensial 120 V.

3. Dua buah plat yang mempunyai penampang 1,00 m2

digunakan untuk membuat sebuah kapasitor. Jika

kapasitansi plat 1,00 F, berapakah jarak kedua plat?

4. Sebuah kapasitor mempunyai plat berbentuk bola yang konsenterik. Jika jari-jari bola masing-masing 38,0 mm dan 40,0 mm, tentukan

kapasitansi

jika dibuat sebuah kapasitor plat paralel dengan

jarak dan kapasitansi yang sama, berapakah luas

permukaan plat?


  • Login