BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

dokumen-dokumen yang mirip
PELATIHAN OSN JAKARTA 2016 LISTRIK MAGNET (BAGIAN 1)

KAPASITOR MINGGU KE-5

Conductor dan Dielektrik

KAPASITOR dan SIFAT BAHAN DIELEKTRIK

Perkuliahan Fisika Dasar II FI-331. Oleh Endi Suhendi 1

LATIHAN UAS 2012 LISTRIK STATIS

LATIHAN FISIKA DASAR 2012 LISTRIK STATIS

Materi ajar. Kapasitor

Apa itu Kapasitor? Fungsi Kapasitor? Kapasitansi Kapasitor : Satuan : Coulomb/ Volt (C/V) atau Farad (F) Q V

C = Q V ab (1) C = Q A (2)

FISIKA. Sesi DUA KEPING SEJAJAR DAN KAPASITOR A. DUA KEPING SEJAJAR

Hand Out Fisika II KAPASITOR. pada konduktor. +Q -Q

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

Medan Listrik, Potensial Listik dan Kapasitansi. Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

ARUS LISTRIK. Di dalam konduktor / penghantar terdapat elektron bebas (muatan negatif) yang bergerak dalam arah sembarang (random motion)

Materi Listrik. LISTRIK STATIS Hukum Coulomb Medan Listrik Potensial Listrik Kapasitor Contoh Soal

. A KAPASIT OR. Struktur Kapasitor 2008/11/19. Dosen: Suharyanto Asisten: Andhang

Elektrostatik. atom netral bila jumlah proton = jumlah elektron

K13 Revisi Antiremed Kelas 12 Fisika

MUATAN, MEDAN DAN POTENSIAL LISTRIK DEPARTEMEN FISIKA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DAN RANGKAIAN AC A B A. Gambar 4.1 Berbagai bentuk isyarat penting pada sistem elektronika

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI FISIKA. Jl. Ganesha No 10 Bandung Indonesia SOLUSI

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

RINGKASAN DAN LATIHAN - - LISTRIK STATIS - LISTRIK STATI S

Ulangan Harian 1 : Elektrostatis 1

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN (RPP)

TOPIK 4. Kapasitansi. Fisika Dasar II TIP, TP, UGM 2009 Ikhsan Setiawan, M.Si.

POTENSIAL LISTRIK MINGGU KE-4

KUMPULAN SOAL FISIKA KELAS XII

ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

LISTRIK STATIS. Listrik statis adalah energi yang dikandung oleh benda yang bermuatan listrik.

Kerjakan soal dibawah ini, jangan hanya pilih kecuali yang materi konsep

Matakuliah : K0014/010 Tahun : 2005 Versi : 0/0. Pertemuan Medan Listrik

Doc Name: XPFIS0701 Version :

Perkuliahan PLPG Fisika tahun D.E Tarigan Drs MSi Jurusan Fisika FPMIPA UPI 1

Hukum Coulomb dan Medan Listrik

BAB II L I S T R I K. Muatan ada 3 : 1. Proton : muatan positif. 2. Neutron : muatan netral 3. Elektron : muatan negative

GAYA GERAK LISTRIK KELOMPOK 5

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

TUGAS XIII LISTRIK DAN MAGNET

ULANGAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2015 KELAS XII. Medan Magnet

1 Kapasitor Lempeng Sejajar

Ditulis pada Senin, 18 Mei :12 WIB oleh fatima dalam katergori Elektronika tag

Bab 1. Muatan dan Materi. 1.1 Teori Elektromagnetisme Muatan listrik. (ref: Bab 23)

12/26/2006 PERTEMUAN XIII. 1. Pengantar

1 Kapasitor Lempeng Sejajar

Menu hari ini: Induktansi & Energi Magnetik Material Magnet

V. Medan Magnet. Ditemukan sebuah kota di Asia Kecil (bernama Magnesia) lebih dahulu dari listrik

ENERGI DAN DAYA LISTRIK

Pertambahan arus ΔI yang melalui pertambahan permukaan ΔS yang normal pada rapatan arus ialah

BAB 16. MEDAN LISTRIK

Medan Gravitasi Dan Medan Listrik

Sudaryatno Sudirham ing Utari. Mengenal Sudaryatno S & Ning Utari, Mengenal Sifat-Sifat Material (1)

Kurikulum 2013 Antiremed Kelas 9 Fisika

PERTEMUAN II KONSEP DASAR ELEMEN-ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA & KOMPUTER JAKARTA STI&K SATUAN ACARA PERKULIAHAN

BAB II LANDASAN TEORI

PERTEMUAN II KONSEP DASAR ELEMEN-ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

I. Pendahuluan Listrik Magnet Listrik berkaitan dengan teknologi modern: komputer, motor dsb. Bukan hanya itu

Induksi Elektromagnet

TEORI DASAR. 2.1 Pengertian

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA DASAR II RANGKAIAN RC (RESISTOR DENGAN KAPASITOR)

HAMBATAN & ARUS LISTRIK MINGGU KE-6 2 X PERTEMUAN

BAB II ELEMEN RANGKAIAN LISTRIK

4. Sebuah sistem benda terdiri atas balok A dan B seperti gambar. Pilihlah jawaban yang benar!

BAHAN DIELEKTRIK. Misal:

Antiremed Kelas 12 Fisika

PR ONLINE MATA UJIAN: FISIKA (KODE A07)

I. Tujuan Praktikum. kapasitor. muatan listrik pada kapasitor. 1. Mengetahui bentuk dan jenis Kapasitor.

Xpedia Fisika DP SNMPTN 07

BAB I TEORI RANGKAIAN LISTRIK DASAR

Kumpulan Soal Fisika Dasar II. Universitas Pertamina ( , 2 jam)

CIRCUIT DASAR DAN PERHITUNGAN

Dioda Semikonduktor dan Rangkaiannya

D. 0,87 A E. l A. Bila Y merupakan simpangan vertikal dari sebuah benda yang melakukan gerak harmonis sederhana dengan amplitudo A, maka :

IV. Arus Listrik. Sebelum tahun 1800: listrik buatan hanya berasal dari friksi (muatan statis) == tidak ada kegunaan praktis

PEMERINTAH KABUPATEN LOMBOK UTARA DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA MUSYAWARAH KERJA KEPALA SEKOLAH (MKKS) SMA TRY OUT UJIAN NASIONAL 2010

PAKET SOAL 1 TRY OUT UN 2014

e. muatan listrik menghasilkan medan listrik dari... a. Faraday d. Lenz b. Maxwell e. Hertz c. Biot-Savart

Uraian Kompetensi Inti, Kompetensi Dasar, dan Indikator

LISTRIK DINAMIS Listrik mengalir

Rangkuman Listrik Statis

Wardaya College SAINS - FISIKA. Summer Olympiad Camp Sains SMP

SATUAN ACARA PERKULIAHAN (SAP) FISIKA DASAR 2

SOAL SELEKSI PENERIMAAN MAHASISWA BARU (BESERA PEMBAHASANNYA) TAHUN 1989

Doc. Name: SBMPTN2015FIS999 Version:

Xpedia Fisika. Soal Listrik Magnet

LATIHAN UJIAN NASIONAL

PETA KONSEP ELEKTROSTATIS ENERGI KUAT MEDAN LISTRIK KEPING SEJAJAR HUKUM GAUSS POTENSIAL LISTRIK KAPASITOR POTENSIAL LISTRIK MEDAN LISTRIK DUA KEPING

MODUL FISIKA (KELAS XII SEMESTER GANJIL)

D. I, U, X E. X, I, U. D. 5,59 x J E. 6,21 x J

MEMPERSEMBAHKAN. Kelompok. Achmad Ferdiyan R Anne Farida R U ( ) ( )

Hukum Ohm. Fisika Dasar 2 Materi 4

Listrik Dinamis 1 ARUS LISTRIK. dq dt

BAB II BUSUR API LISTRIK

Listrik Statis BAB BAB LISTRIK STATIS. Sumber

SANGAT RAHASIA. 30 o. DOKUMEN ASaFN 2. h = R

1. Persamaan keadaan gas ideal ditulis dalam bentuk = yang tergantung kepada : A. jenis gas B. suhu gas C. tekanan gas

Fisika Umum (MA 301) Topik hari ini. Kelistrikan

Transkripsi:

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET Hani Nurbiantoro Santosa, PhD hanisantosa@gmail.com

2 BAB 4 KAPASITOR Kapasitas, Kapasitor Pelat Sejajar, Kapasitor Bola, Kapasitor Silinder, Kapasitor Pengganti Seri dan Paralel, Energi Kapasitor, Dielektrik

Kapasitor 3 Kapasitor adalah alat yang terdiri dari dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh isolator. Fungsi utama kapasitor adalah menyimpan muatan listrik energi listrik. Pada umumnya, kedua pelat kapasitor menyimpan muatan yang sama besar tapi berlawanan tanda. Kapasitor digunakan dalam: Baterai kamera, taser, defibrillator, dll (alat-alat yang membutuhkan arus yang besar dalam waktu yang singkat) Penstabil tegangan High pass filter Bersama dengan induktor digunakan sebagai rangkaian penala (tuning) frekuensi radio

Diagram Kapasitor 4

Kapasitor 5

Diagram Rangkaian Radio Kristal 6

Rangkaian Radio Kristal 7

Sekilas Baterai 8 Baterai ideal: alat yang selalu bisa menimbulkan beda potensial konstan di antara kedua kutubnya. Kutub positif katoda, kutub negatif anoda. Ketika dihubungkan dengan rangkaian luar, baterai cenderung mengalirkan arus dari kutub positif ke negatif (dengan kata lain mengalirkan elektron dari kutub negatif ke positif).

Mengisi Kapasitor 9 C B ΔV B C B S Cara mengisi kapasitor dengan muatan: hubungkan kedua pelatnya ke baterai (lihat gambar kiri). Diagram rangkaian pengisian kapasitor diperlihatkan pada gambar di kanan (perhatikan baik-baik simbol kapasitor dan baterai). Pelat h (high) dihubungkan ke kutub positif baterai, dan pelat l (low) dihubungkan ke kutub negatifnya. S

Mengisi Kapasitor, t = t 0 = 0 10 V b+ > 0 V b < 0 S I E q = 0 h V h = 0 V b = V b+ V V C = V h V l = 0 b q = 0 l V l = 0 I E Ketika saklar S ditutup saat t = 0, muatan di kapasitor q sama dengan nol (kedua pelat netral). Potensial kedua pelat V h dan V l juga sama dengan nol. Potensial kutub positif baterai V b+ lebih tinggi daripada pelat h, sehingga ada medan listrik E yang mengarah dari kutub positif ke pelat h. Demikian juga, ada medan listrik yang mengarah dari pelat l ke kutub negatif baterai. Medan listrik ini akan mencabuti elektron dari pelat h ke pelat l, sehingga timbul arus I dari pelat l ke pelat h.

Mengisi Kapasitor, t = t 1 > 0 11 V b+ > 0 I E q > 0 + + + V b+ > V h > 0 V b < 0 S V b I E q < 0 V b < V l < 0 0 < V C < V b Pada saat t = t 1 > 0, kapasitor sedang terisi muatan. Muatan positif/negatif di pelat h/l makin bertambah. Hal ini mengakibatkan potensial pelat h bertambah (makin positif), dan potensial pelat l berkurang (makin negatif). Medan listrik dalam rangkaian makin lemah, karena beda potensial kutub positif/negatif baterai dengan pelat h/l berkurang (ingat V = E dl, jika V berkurang, maka E juga berkurang). Karena medan listrik makin lemah, maka arus juga makin lemah.

Mengisi Kapasitor, t = t f 0 12 V b+ > 0 V b < 0 S I = 0 E = 0 +Q I = 0 E = 0 Q V h = V b+ + + + + + + + + V b V l = V b V C = V h V l = V b Akhirnya, saat t = t f 0, potensial pelat h/l sama dengan potensial kutub positif/negatif baterai Tegangan di kapasitor sama dengan tegangan baterai V C = V b. Ketika ini tercapai, medan listrik dalam rangkaian sama dengan nol, sehingga arus berhenti mengalir Kapasitor dikatakan sudah penuh.

Mengisi Kapasitor 13 Klik di sini untuk menonton video asli dari Youtube.

Kapasitas 14 Kapasitas adalah kemampuan kapasitor menyimpan muatan. Definisi kapasitas: C = Q V Dimana C adalah kapasitas, Q adalah besar muatan pada masing-masing pelat, dan V adalah tegangan (beda potensial) kedua pelat. Satuan kapasitas adalah coulomb per volt = farad Nilai kapasitas bergantung pada geometri kedua pelatnya (luas, jarak antar pelat, dsb), bukan pada Q maupun V. Ini mirip dengan definisi massa jenis ρ = m V, tetapi massa jenis tidak bergantung pada m (massa) atau V (volume).

Kapasitas Kapasitor Pelat Sejajar 15 Luas = A A d 2 C = ε 0A d Q = Aσ + + + + + + + + + + + + + + + + d d V = E. d = σ d C = Q ε 0 V = σa = ε 0A σd ε 0 d E = σ ε 0

Kapasitas Kapasitor Bola 16 Q E V = a b = kq a kq b E d r = a b kq r 2 dr a +Q b C = Q V = Q kq a kq b C = 4πε 0ab b a = 4πε 0ab b a

Kapasitas Kapasitor Silinder 17 a b l a, b Q E V = a b E d r = Q 2πε 0 l ln b a a +Q C = Q V = Q Q 2πε 0 l ln b a = 2πε 0l ln b a b C = 2πε 0l ln b a

Kapasitor Pengganti Paralel 18 V b C 1 C 2 V b C p +Q 1 +Q 2 +Q p Q 1 Q 2 Q p Beberapa kapasitor yang disusun paralel memiliki tegangan yang sama. Muatan di kapasitor pengganti sama dengan jumlah muatan pada masing-masing kapasitor. Q 1 + Q 2 = Q p C 1. V b + C 2. V b = C p. V b C 1 + C 2 = C p

Kapasitor Pengganti Seri 19 C 1 C 2 +Q Q +Q Q +Q Q C s V 1 V 2 V b V b Beberapa kapasitor yang disusun seri memiliki muatan yang sama (muatan pada pelat negatif C 1 berasal dari pelat positif C 2 ). Tegangan di kapasitor pengganti sama dengan jumlah tegangan pada masing-masing kapasitor. Q V 1 + V 2 = V b C 1 + Q C 2 = Q C s 1 C 1 + 1 C 2 = 1 C s

Energi Kapasitor 20 +q C q + dq Pada suatu saat, tegangan kapasitor adalah V c < V b dan muatan kapasitor adalah ±q. Kemudian, baterai memindahkan muatan dq dari pelat negatif ke positif. Usaha baterai: V b V C dq dw = dq. V c = dq. q C Usaha total baterai (sama dengan energi potensial dalam kapasitor) untuk mengisi penuh kapasitor adalah: EP = W = 0 Q q C.dq = Q2 2C Dimana Q adalah muatan kapasitor ketika sudah terisi penuh: Q = C. V b. Jadi, energi yang tersimpan dalam kapasitor adalah: EP = Q2 2C = C V b 2 2 = Q. V b 2

Rapat Energi Medan Listrik 21 Energi yang tersimpan pada kapasitor sama dengan: EP = Q2 2C = C V b = Q V b 2 2 Untuk kapasitor pelat sejajar: kapasitasnya C = ε 0 A d, medan listrik di antara dua pelat adalah E = σ ε 0 = Q Aε 0, dan volume celah antar dua pelat adalah V = A. d, sehingga energi per satuan volume (rapat energi) adalah: u = EP V = Q2 2CAd = 2 Q2 2ε 0 A 2 = σ2 = ε 0 2ε 0 2 σ ε 0 2 = 1 2 ε 0E 2 Walaupun hasil di atas diturunkan dalam kasus kapasitor pelat sejajar, sebenarnya hasil di atas berlaku untuk semua situasi. Jadi, rapat energi yang tersimpan dalam medan listrik adalah: u = 1 2 ε 0E 2

Dielektrik 22 Pada dasarnya adalah isolator: elektron-elektronnya terkunci pada masing-masing molekul atau atom, tidak bisa bergerak bebas seperti konduktor. Dielektrik yang diletakkan dalam medan listrik luar akan terpolarisasi (memiliki momen dipol). Medan listrik tandingan yang ditimbulkan oleh polarisasi ini berlawanan dengan medan listrik luar, sehingga medan listrik di dalam dielektrik lebih lemah daripada medan listrik luar. Bandingkan dengan konduktor: konduktor yang diletakkan dalam medan listrik luar akan memiliki muatan induksi pada permukaannya. Muatan induksi tersebut menghasilkan medan listrik tandingan yang sepenuhnya meng-cancel medan listrik luar, sehingga dalam konduktor tidak ada medan listrik. Dielektrik terdiri dari dua jenis: dielektrik polar dan non-polar. Kapasitas dari suatu kapasitor bisa diperbesar dengan menyisipkan dielektrik dalam celah di antara kedua pelatnya.

Dielektrik Non-Polar 23 Dielektrik non-polar: bahan yang molekul-molekulnya tidak memiliki momen dipol permanen. Jika tidak ada medan listrik luar, molekul-molekulnya tidak memiliki momen dipol. Jika ada medan listrik luar E 0, molekul-molekulnya terpolarisasi sehingga memiliki momen dipol yang arahnya sejajar dengan medan listrik luar p. Momen-momen dipol tersebut akan menimbulkan medan listrik tandingan E yang melawan medan listrik luar. Akibatnya medan listrik resultan di dalam dielektrik E lebih lemah daripada medan listrik luar. p

Dielektrik Polar 24 Dielektrik polar: bahan yang molekul-molekulnya memiliki momen dipol permanen. Jika tidak ada medan listrik luar, arah momen-momen dipol tersebut acak. Jika ada medan listrik luar, momen-momen dipol tersebut akan berusaha menyejajarkan dirinya dengan medan listrik luar. Kemudian, momen-momen dipol tersebut akan menimbulkan medan listrik tandingan yang melawan medan listrik luar, sehingga medan listrik di dalam dielektrik lebih lemah daripada medan listrik luar.

Perbandingan Dielektrik dan Konduktor 25 + + + + + + + + + + E E 0 E = 0 + + + + + + + + + + Konduktor E = E 0 E = E + E 0 = 0 p E E 0 E Dielektrik E < E 0 E = E + E 0 < E 0 E 0 > E > 0

Contoh Dielektrik Polar: Air 26

Medan Listrik dalam Dielektrik 27 Jika sebuah bahan dielektrik mengisi penuh ruang di antara dua permukaan ekuipotensial, maka medan listrik di dalam dielektrik bisa dicari dengan mengubah semua ε 0 menjadi ε: ε = κε 0 Pada rumus di atas, ε adalah permitivitas bahan dielektrik dan κ adalah konstanta dielektrik. Nilai κ selalu lebih besar dari satu, dan menyatakan seberapa lemah medan listrik dalam dielektrik dibandingkan dengan tanpa dielektrik. Sebuah muatan titik +Q dibenamkan dalam bahan dielektrik infinite dengan konstanta dielektrik κ E = Q 4πκε 0 r 2 = Q 4πεr 2

Luas pelat = A Kapasitor dengan Dielektrik 28 Medan listrik dan tegangan di antara kedua pelat menjadi: E = σ κε 0 V = E. d = σ κε 0 d Kapasitas menjadi: C = Q V = σa = κε 0A σd κε 0 d = κc 0 Jadi, jika dielektrik mengisi penuh celah di antara dua pelat kapasitor, maka kapasitasnya menjadi: C = κc 0 dengan C 0 adalah kapasitas tanpa dielektrik. Karena κ > 1, maka kapasitas dengan dielektrik selalu lebih besar daripada tanpa dielektrik + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + d E = σ κε 0 Bahan dielektrik mengisi penuh celah di antara dua pelat kapasitor

Contoh Soal 29 1. Perhatikan gambar di samping. Tegangan baterai adalah V = 12 volt. Kapasitas masing-masing kapasitor adalah: C 1 = 60 μf, C 2 = 40 μf, C 3 = 36 μf. Tentukan muatan dan tegangan yang ada pada masing-masing kapasitor. 2. Perhatikan gambar di samping. Tegangan baterai adalah V = 10 volt. Kapasitas semua kapasitor sama, yaitu C = 6 μf. Tentukan muatan dan tegangan yang ada pada C 1 dan C 2.

Contoh Soal 30 3. Perhatikan gambar di bawah. Kapasitor C 1 = 60 μf dihubungkan dengan baterai 10 volt, kemudian dipasangkan pada rangkaian. Kapasitor C 2 = 100 μf dihubungkan dengan baterai 15 volt, kemudian dipasangkan pada rangkaian. Jika saklar S 1 dan S 2 kemudian ditutup, tentukan tegangan dan muatan akhir pada masing-masing kapasitor.

Contoh Soal 31 4. Perhatikan gambar di samping. Sebuah kapasitor pelat sejajar memiliki luas pelat A dan lebar celah d. Setengah celah bagian kiri diisi dengan bahan berkonstanta dielektrik κ 1 dan bagian kanan dengan κ 2. Tentukan kapasitas kapasitor tersebut! 5. Perhatikan gambar di samping. Sebuah kapasitor pelat sejajar memiliki luas pelat A dan lebar celah d. Setengah celah bagian bawah diisi dengan bahan berkonstanta dielektrik κ 1 dan bagian atas dengan κ 2. Tentukan kapasitas kapasitor tersebut!

Luas pelat = A Contoh Soal 32 d 6. Perhatikan gambar di kanan. Sebuah kapasitor pelat sejajar memiliki luas pelat A dan lebar celah d. Setengah celah bagian kiri diisi dengan bahan berkonstanta dielektrik κ dan bagian kanan dibiarkan tetap kosong. Tentukan kapasitas kapasitor tersebut! + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + κ d 2

Besi Luas pelat = A Contoh Soal d 33 7. Perhatikan gambar di samping. Sebuah kapasitor pelat sejajar memiliki luas pelat A dan lebar celah d. Sepotong besi selebar l kemudian disisipkan dalam celah. Berapa kapasitas kapasitor tersebut? + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + l

Contoh Soal 34 8. Perhatikan gambar di samping. Sebuah kapasitor bola memiliki jari-jari pelat dalam a dan jari-jari pelat luar c. Daerah a < r < b, diisi dengan bahan dielektrik dengan konstanta κ. Tentukan kapasitas kapasitor tersebut! Q a +Q b c

Contoh Soal 35 9. Sebuah kapasitor pelat sejajar berkapasitas C dihubungkan dengan baterai bertegangan V b. Berapa muatan yang ada pada kapasitor ketika sudah penuh? Kemudian, bahan dielektrik dengan konstanta κ disisipkan pada celah di antara kedua pelat tanpa melepas baterai. Tentukan tegangan, muatan, dan kapasitas akhir pada kapasitor. 10. Sebuah kapasitor pelat sejajar berkapasitas C dihubungkan dengan baterai bertegangan V b. Berapa muatan yang ada pada kapasitor ketika sudah penuh? Kemudian, baterai dilepas, dan bahan dielektrik dengan konstanta κ disisipkan pada celah di antara kedua pelat. Tentukan tegangan, muatan, dan kapasitas akhir pada kapasitor.