√Kapasitor Keping Sejajar ⊗ Full Pembahasanya
Kapasitor keping sejajar
Pengertian kapasitor keping sejajar
Kapasitor keping sejajar adalah kapasitor yang terdiri dari dua keping atau pelat konduktor yang sejajar, masing-masing pelat mempunyai luas penampang (A) yang sama besar dan kedua pelat terpisah sejauh jarak tertentu (d), seperti pada gambar di samping kiri. Pada tulisan ini, anggap kedua pelat konduktor dipisahkan oleh ruang hampa. Pada gambar, salah satu pelat konduktor bermuatan positif (+Q) sedangkan pelat konduktor lainnya bermuatan negatif (-Q), di mana jumlah muatan listrik pada masing-masing pelat sama besar.
Adanya perbedaan jenis muatan listrik pada kedua pelat konduktor menimbulkan medan listrik dan beda potensial listrik di antara kedua pelat tersebut. Pelat bermuatan positif mempunyai potensial listrik lebih tinggi sedangkan pelat bermuatan negatif mempunyai potensial listrik lebih rendah. Sebagaimana telah dijelaskan pada tulisan mengenai potensial listrik, jika ada beda potensial listrik antara kedua pelat kapasitor maka ada energi potensial listrik pada kapasitor tersebut. Energi potensial listrik yang tersimpan pada kapasitor mempunyai banyak kegunaan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor keping sejajar
Kapasitor pada mulanya tidak bermuatan listrik atau bersifat netral secara kelistrikan. Agar menjadi bermuatan maka dilakukan pengisian muatan pada kapasitor dengan cara menghubungkan kapasitor dengan sumber tegangan seperti baterai menggunakan kabel. Salah satu pelat konduktor dihubungkan ke kutub positif baterai sedangkan pelat konduktor lain dihubungkan ke kutub negatif baterai.
Ingat bahwa muatan sejenis tolak menolak sedangkan muatan tak sejenis tarik menarik. Elektron bermuatan negatif dan mudah bergerak karena berada di permukaan atom, sebaliknya proton bermuatan positif dan tidak bisa bergerak karena berada pada inti atom. Jika pada pelat konduktor jumlah proton lebih banyak daripada elektron maka pelat bermuatan positif, sebaliknya bila jumlah elektron lebih banyak daripada proton maka pelat bermuatan negatif.
Setelah kapasitor dihubungkan dengan baterai, kutub positif baterai bermuatan positif sehingga menarik elektron dari pelat konduktor sedangkan kutub negatif baterai bermuatan negatif sehingga menolak elektron ke pelat konduktor. Perpindahan elekton antara baterai dengan pelat konduktor menyebabkan pelat konduktor yang kehilangan elektron menjadi bermuatan positif dan pelat konduktor yang menerima elektron menjadi bermuatan negatif. Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial listrik antara kedua pelat konduktor, sama dengan beda potensial listrik antara kedua kutub baterai.
Kapasitor berfungsi menyimpan muatan listrik dan energi potensial listrik. Ukuran kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik dan energi potensial listrik disebut kapasitansi. Semakin banyak muatan listrik yang tersimpan sehingga energi potensial listrik yang tersimpan juga semakin besar, maka semakin besar kapasitansi kapasitor tersebut. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor keping sejajar ?
– Luas permukaan pelat konduktor
Kapasitor keping sejajar menyimpan muatan listrik pada pelat konduktor. Jika luas permukaan pelat kecil maka muatan listrik yang tersimpan sedikit, sebaliknya apabila luas permukaan pelat besar maka muatan listrik yang tersimpan banyak. Semakin banyak muatan listrik yang tersimpan pada pelat konduktor, semakin besar energi potensial listrik yang dimiliki oleh kapasitor. Jadi semakin besar energi potensial listrik pada kapasitor, semakin besar kapasitansi kapasitor tersebut. Berdasarkan ulasan ini maka disimpulkan kapasitansi kapasitor (C) sebanding dengan luas permukaan pelat konduktor (A).
– Jarak antara kedua pelat konduktor
Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial antara kedua pelat konduktor sama dengan beda potensial kedua kutub baterai. Bagaimana caranya agar muatan listrik pada kedua pelat konduktor bertambah banyak ? Salah satu caranya adalah memperkecil jarak antara kedua konduktor (perkecil d). Ketika kedua konduktor didekatkan, jumlah muatan listrik tetap sehingga medan listrik yang dihasilkan muatan listrik bernilai tetap. Berdasarkan persamaan V = E d, ketika medan listrik (E) konstan, beda potensial listrik (V) berkurang jika jarak antara kedua pelat konduktor berkurang (d).
Beda potensial antara kedua pelat konduktor berkurang sehingga lebih kecil dari beda potensial antara kedua kutub baterai. Hal ini menyebabkan perpindahan elektron lagi hingga muatan listrik masing-masing pelat konduktor bertambah. Perpindahan elektron terhenti setelah beda potensial antara kedua pelat sama dengan beda potensial antara kedua kutub baterai.
Ketika jarak antara kedua pelat konduktor diperkecil, muatan listrik pada masing-masing pelat bertambah sehingga energi potensial listrik pada kapasitor juga bertambah. Bila energi potensial listrik pada kapasitor bertambah maka kapasitansi kapasitor juga bertambah. Jika jarak diperkecil maka muatan bertambah sehingga kapasitansi bertambah, apabila jarak diperbesar maka muatan berkurang sehingga kapasitansi berkurang. Dapat disimpulkan bahwa kapasitansi kapasitor (C) berbanding terbalik dengan jarak antara kedua pelat konduktor (d).
Persamaan kapasitansi kapasitor keping sejajar
Sebelumnya telah dijelaskan hal-hal yang mempengaruhi nilai kapasitansi kapasitor keping sejajar. Nilai kapasitansi dapat diketahui secara jelas melalui perhitungan menggunakan persamaan. Dalam tulisan tentang menentukan medan listrik menggunakan hukum Gauss, telah dibahas rumus untuk menghitung medan listrik di dekat pelat konduktor bermuatan listrik adalah E = σ/εo, di mana σ = Q/A sehingga persamaan medan listrik berubah menjadi E = Q/A : εo = Q/A x 1/εo = Q/Aεo. Persamaan potensial listrik adalah V = E d, di mana E = Q/Aεo sehingga persamaan berubah menjadi V = Qd/Aεo. Persamaan kapasitansi adalah C = Q/V, di mana V = Qd/Aεo sehingga persamaan kapasitansi berubah menjadi C = Q : Qd/Aεo = Q x Aεo /Qd = Aεo/d.
Berdasarkan persamaan kapasitansi C = A εo / d dapat disimpulkan kapasitansi (C) sebanding dengan luas permukaan (A) dan berbanding terbalik dengan jarak (d) antara kedua pelat konduktor.
Keterangan rumus : E = medan listrik, σ = kerapatan muatan, εo = permitivitas ruang hampa = 8,85 x 10-12 F/m, Q = muatan listrik, A = luas permukaan pelat konduktor, V = beda potensial listrik.
Ebook Listrik Statis 438.87 KB(Ukuran kertas : F4, Jumlah halaman : 36)
Materi Pembelajaran :
- Muatan Listrik
- Hukum Coulomb
- Medan Listrik
- Fluks Listrik
- Hukum Gauss
- Energi Potensial Listrik
- Potensial Listrik
- Kapasitor
Kapilaritas
Pernah lihat lilin ? mudah-mudahan pernah menggunakannya. Salah satu fenomena yang menarik dapat kita saksikan ketika lilin sedang bernyala. Bagian bawah dari sumbu lilin yang terbakar biasanya selalu basah oleh leleh lilin (di bagian sumbu). Adanya leleh lilin pada sumbu membuat lilin bisa bernyala dalam waktu yang lama. Apa yang menyebabkan leleh lilin bisa bergerak ke atas menuju sumbu lilin yang terbakar ? fenomena yang sama bisa kita amati pada obor.
Banyak hal menarik dalam kehidupan kita yang mirip dengan fenomena yang terjadi pada lilin dan lampu minyak. Seolah-olah cairan tersebut mempunyai kaki sehingga bisa bergerak ke atas. Apakah dirimu bisa menjelaskannya secara ilmiah ? Salah satu konsep fisika yang bisa menjelaskan fenomena yang terjadi pada lilin, lampu minyak serta banyak fenomena terkait lainnya adalah Kapilaritas.
Gaya Kohesi dan Adhesi
Gaya Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul dalam zat yang sejenis, sedangkan gaya tarik menarik antara molekul zat yang tidak sejenis dinamakan Gaya Adhesi. Misalnya kita tuangkan air dalam sebuah gelas. Kohesi terjadi ketika molekul air saling tarik menarik, sedangkan adhesi terjadi ketika molekul air dan molekul gelas saling tarik menarik.
Sudut Kontak
Sebelum mempelajari konsep Kapilaritas, terlebih dahulu kita pahami bagaimana pengaruh gaya adhesi dan gaya kohesi pada kapilaritas. Misalnya kita tinjau cairan yang berada dalam sebuah gelas. Ketika gaya kohesi molekul cairan lebih kuat daripada gaya adhesi (gaya tarik menarik antara molekul cairan dengan molekul gelas) maka permukaan cairan akan membentuk lengkungan ke atas. Contoh untuk kasus ini adalah ketika air berada dalam gelas. Biasanya dikatakan bahwa air membasahi permukaan gelas. Sebaliknya apabila gaya adhesi lebih kuat maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Contohnya ketika air raksa berada di dalam gelas.
Sudut yang dibentuk oleh lengkungan itu dinamakan sudut kontak. Ketika gaya kohesi cairan lebih besar daripada gaya adhesi, maka sudut kontak yang terbentuk umumnya lebih kecil dari 90o (gambar a). Sebaliknya, apabila gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka sudut kontak yang terbentuk lebih besar dari 90o (gambar b). Gaya adhesi dan gaya kohesi secara teoritis sulit dihitung, tetapi sudut kontak dapat diukur. Apa hubungannya dengan kapilaritas ?
Konsep Kapilaritas
Apabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukkan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi. Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa tersebut. Hal ini disebabkan karena gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa. Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa.
Sebaliknya, jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permkaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah (lihat gambar di bawah).
Efek ini dikenal dengan julukan gerakan kapiler alias kapilaritas dan pipa tipis tersebut dinamakan pipa kapiler. Perlu diketahui bahwa pembuluh darah kita yang terkecil juga bisa disebut pipa kapiler, karena peredaran darah pada pembuluh darah yang kecil juga terjadi akibat adanya efek kapilaritas. Demikian juga fenomena naiknya leleh lilin atau minyak tanah melalui sumbu. Selain itu, kapilaritas juga diyakini berperan penting bagi perjalanan air dan zat bergizi dari akar ke daun melalui pembuluh xylem yang ukurannya sangat kecil. Bila tidak ada kapilaritas, permukaan tanah akan langsung mengering setelah turun hujan atau disirami air. Efek penting lainnya dari kapilartas adalah tertahannya air di celah-celah antara partikel tanah.
Persamaan Kapilaritas
Bagaimana kita bisa menentukan ketinggian air yang naik melalui kolom pipa kapiler ? Tampak cairan naik pada kolom 
pipa kapiler yang memiliki jari-jari r hingga ketinggian h. Gaya yang berperan dalam menahan cairan pada ketinggian h adalah komponen gaya tegangan permukaan pada arah vertikal : F cos teta.
Bagian atas pipa kapiler terbuka sehingga terdapat tekanan atmosfir pada permukaan cairan. Panjang permukaan sentuh antara cairan dengan pipa adalah 2 phi r (keliling lingkaran). Dengan demikian, besarnya gaya tegangan permukaan komponen vertikal yang bekerja sepanjang permukaan kontak adalah :
Apabila permukaan cairan yang melengkung ke atas diabaikan, maka volume cairan dalam pipa adalah :
Volume cairan = Luas permukaan pipa x Ketinggian cairan
V = A h
V = (π r2) h
Apabila komponen vertikal dari Gaya Tegangan Permukaan seimbang dengan berat kolom cairan dalam pipa kapiler, maka cairan tidak dapat naik lagi. Dengan kata lain, cairan akan mencapai ketinggian maksimum, apabila komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan setinggi h. Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan adalah :
F = γ 2 π r cos θ
Sedangkan berat cairan dalam pipa kapiler adalah :
w = m g
w = ρ V g
w = ρ ( π r2 h ) g
Ketika cairan mencapai ketinggian maksimum (h), Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan harus sama dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Secara matematis, ditulis :
Ini adalah persamaan yang kita cari. Jika dirimu ingin menentukan ketinggian kolom cairan, silahkan menggunakan persamaan ini.
Kapilaritas
Pernah lihat lilin ? mudah-mudahan pernah menggunakannya. Salah satu fenomena yang menarik dapat kita saksikan ketika lilin sedang bernyala. Bagian bawah dari sumbu lilin yang terbakar biasanya selalu basah oleh leleh lilin (di bagian sumbu). Adanya leleh lilin pada sumbu membuat lilin bisa bernyala dalam waktu yang lama. Apa yang menyebabkan leleh lilin bisa bergerak ke atas menuju sumbu lilin yang terbakar ? fenomena yang sama bisa kita amati pada obor.
Banyak hal menarik dalam kehidupan kita yang mirip dengan fenomena yang terjadi pada lilin dan lampu minyak. Seolah-olah cairan tersebut mempunyai kaki sehingga bisa bergerak ke atas. Apakah dirimu bisa menjelaskannya secara ilmiah ? Salah satu konsep fisika yang bisa menjelaskan fenomena yang terjadi pada lilin, lampu minyak serta banyak fenomena terkait lainnya adalah Kapilaritas.
Gaya Kohesi dan Adhesi
Gaya Kohesi merupakan gaya tarik menarik antara molekul dalam zat yang sejenis, sedangkan gaya tarik menarik antara molekul zat yang tidak sejenis dinamakan Gaya Adhesi. Misalnya kita tuangkan air dalam sebuah gelas. Kohesi terjadi ketika molekul air saling tarik menarik, sedangkan adhesi terjadi ketika molekul air dan molekul gelas saling tarik menarik.
Sudut Kontak
Sebelum mempelajari konsep Kapilaritas, terlebih dahulu kita pahami bagaimana pengaruh gaya adhesi dan gaya kohesi pada kapilaritas. Misalnya kita tinjau cairan yang berada dalam sebuah gelas. Ketika gaya kohesi molekul cairan lebih kuat daripada gaya adhesi (gaya tarik menarik antara molekul cairan dengan molekul gelas) maka permukaan cairan akan membentuk lengkungan ke atas. Contoh untuk kasus ini adalah ketika air berada dalam gelas. Biasanya dikatakan bahwa air membasahi permukaan gelas. Sebaliknya apabila gaya adhesi lebih kuat maka permukaan cairan akan melengkung ke bawah. Contohnya ketika air raksa berada di dalam gelas.
Sudut yang dibentuk oleh lengkungan itu dinamakan sudut kontak. Ketika gaya kohesi cairan lebih besar daripada gaya adhesi, maka sudut kontak yang terbentuk umumnya lebih kecil dari 90o (gambar a). Sebaliknya, apabila gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka sudut kontak yang terbentuk lebih besar dari 90o (gambar b). Gaya adhesi dan gaya kohesi secara teoritis sulit dihitung, tetapi sudut kontak dapat diukur. Apa hubungannya dengan kapilaritas ?
Konsep Kapilaritas
Apabila gaya kohesi cairan lebih besar dari gaya adhesi, maka permukaan cairan akan melengkung ke atas. Ketika kita memasukkan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih tinggi. Dengan kata lain, cairan yang ada dalam wadah naik melalui kolom pipa tersebut. Hal ini disebabkan karena gaya tegangan permukaan total sepanjang dinding tabung bekerja ke atas. Ketinggian maksimum yang dapat dicapai cairan adalah ketika gaya tegangan permukaan sama atau setara dengan berat cairan yang berada dalam pipa. Jadi, cairan hanya mampu naik hingga ketinggian di mana gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan yang ada dalam pipa.
Sebaliknya, jika gaya adhesi lebih besar daripada gaya kohesi cairan, maka permkaan cairan akan melengkung ke bawah. Ketika kita memasukan tabung atau pipa tipis (pipa yang diameternya lebih kecil dari wadah), maka akan terbentuk bagian cairan yang lebih rendah (lihat gambar di bawah).
Efek ini dikenal dengan julukan gerakan kapiler alias kapilaritas dan pipa tipis tersebut dinamakan pipa kapiler. Perlu diketahui bahwa pembuluh darah kita yang terkecil juga bisa disebut pipa kapiler, karena peredaran darah pada pembuluh darah yang kecil juga terjadi akibat adanya efek kapilaritas. Demikian juga fenomena naiknya leleh lilin atau minyak tanah melalui sumbu. Selain itu, kapilaritas juga diyakini berperan penting bagi perjalanan air dan zat bergizi dari akar ke daun melalui pembuluh xylem yang ukurannya sangat kecil. Bila tidak ada kapilaritas, permukaan tanah akan langsung mengering setelah turun hujan atau disirami air. Efek penting lainnya dari kapilartas adalah tertahannya air di celah-celah antara partikel tanah.
Persamaan Kapilaritas
Bagaimana kita bisa menentukan ketinggian air yang naik melalui kolom pipa kapiler ? Tampak cairan naik pada kolom pipa kapiler yang memiliki jari-jari r hingga ketinggian h. Gaya yang berperan dalam menahan cairan pada ketinggian h adalah komponen gaya tegangan permukaan pada arah vertikal : F cos teta.
Bagian atas pipa kapiler terbuka sehingga terdapat tekanan atmosfir pada permukaan cairan. Panjang permukaan sentuh antara cairan dengan pipa adalah 2 phi r (keliling lingkaran). Dengan demikian, besarnya gaya tegangan permukaan komponen vertikal yang bekerja sepanjang permukaan kontak adalah :
Apabila permukaan cairan yang melengkung ke atas diabaikan, maka volume cairan dalam pipa adalah :
Volume cairan = Luas permukaan pipa x Ketinggian cairan
V = A h
V = (π r2) h
Apabila komponen vertikal dari Gaya Tegangan Permukaan seimbang dengan berat kolom cairan dalam pipa kapiler, maka cairan tidak dapat naik lagi. Dengan kata lain, cairan akan mencapai ketinggian maksimum, apabila komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan seimbang dengan berat cairan setinggi h. Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan adalah :
F = γ 2 π r cos θ
Sedangkan berat cairan dalam pipa kapiler adalah :
w = m g
w = ρ V g
w = ρ ( π r2 h ) g
Ketika cairan mencapai ketinggian maksimum (h), Komponen vertikal dari gaya tegangan permukaan harus sama dengan berat cairan yang ada dalam pipa kapiler. Secara matematis, ditulis :
Ini adalah persamaan yang kita cari. Jika dirimu ingin menentukan ketinggian kolom cairan, silahkan menggunakan persamaan ini.
0 Response to "√Kapasitor Keping Sejajar ⊗ Full Pembahasanya"
Posting Komentar