Kapasitansi
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cd/Capacitor_schematic_with_dielectric.svg/170px-Capacitor_schematic_with_dielectric.svg.png)
Simbol umum | C |
---|---|
Satuan SI | farad |
Satuan lainnya | μF, nF, pF |
Dalamsatuan pokok SI | F = A2s4kg−1m−2 |
Dimensi SI | M−1L−2T4I2 |
Turunan dari besaran lainnya | C=muatan/tegangan |
Artikel ini merupakan bagain dari seri |
ListrikdanMagnet |
---|
![]() |
Kapasitansiatau kapasitans adalah ukuran jumlahmuatan listrikyang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuahpotensial listrikyang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari peranti penyimpanan muatan adalah sebuahkapasitordua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalahdan,danadalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:
dengan
- adalah kapasitansi yang diukur dalam Farad
- adalah muatan yang diukur dalam coulomb
- adalah voltase yang diukur dalam volt
UnitSIdari kapasitansi adalahfarad;1 farad = 1coulombpervolt.
Energi
[sunting|sunting sumber]Energi(diukur dalam satuanjoule) yang disimpan dalam sebuah kapasitor sama dengankerjayang telah dilakukan untuk mengisinya dengan muatan listrik. Anggap sebuah kapasitans sebagai,yang menyimpan muatandi sebuah lempeng dandi lempeng yang lain. Memindahkan sebuah elemen muatan yang kecildari satu lempeng ke lempeng yang lain bertentangan dengan beda potensialmemerlukan kerja:
dengan
- adalah kerja yang diukur dalam joule
- adalah muatan yang diukur dalam coulomb
- adalah kapasitans yang diukur dalam farad
Energi yang tersimpan dalam sebuah kapasitas dapat diketahui denganmengintegralkanpersamaan ini. Dimulai dengan sebuah kapasitans tak bermuatan () dan memindahkan muatan dari satu lempeng ke lempen yang lain sampai lempeng bermuatandanmembutuhkan kerja:
Dengan mengombinasikan persamaan di atas untuk kapasitansnya sebuah kapasitor pelat rata, kita mendapatkan:
- .
dengan
- adalah energi yang diukur dalam joule
- adalah kapasitans, diukur dalam farad
- adalah voltase yang diukur dalam volt
Kapasitans dan Arus Pergeseran
[sunting|sunting sumber]Fisikawan bernamaJames Clerk Maxwellmenemukan konseparus pergeseran,,untuk membuathukum Amperekonsisten dengan kekekalan muatan dalam kasus di mana muatan terakumulasi, contohnya di dalam sebuah kapasitor. Ia menginterpretasikan hal ini sebagai sebagai gerakan nyatanya muatan, bahkan dalam vakum, di mana Maxwell menduga bahwa gerakan nyatanya muatan berhubungan dengan gerakannya muatandipoldi dalam eter. Meski interpretasi ini telah ditinggalkan, koreksi dari Maxwell terhadap hukum Ampere tetap valid (medan listrikyang berubah menghasilkan medan magnet).
Persamaan Maxwellmenggabungkan hukum Ampere dengan konsep arus pergeseran dirumuskan sebagai.Dengan mengintegralkan kedua sisi, integral daridapat diganti dengan integral daridi sekeliling sebuah kontur tertutup, persamaan ini dapat mendemonstrasikan interkoneksi dengan formula Ampere.
Koefisien potensial
[sunting|sunting sumber]Diskusi di atas hanya berlaku dalam kasus dua lempeng konduksi. Definisimasih berlaku bila hanya satu lempeng yang diberikan muatan listrik, dengan ketentuan bahwa garis-garis medan yang dihasilkan oleh muatan itu berakhir seakan-akan lempeng tadinya berada di pusat ruang lingkup bermuatan sebaliknya pada ketakterhinggaan.
Persamaantidak berlaku saat jumlah lempeng yang bermuatan lebih dari dua, atau ketika muatan netto di dua lempeng adalah bukan-nol. Untuk menangani kasus ini, Maxwell memperkenalkan konsep "koefisien potensial". Jika tiga lempeng diberikan muatan,maka voltasenya lempeng 1 adalah
- ,
dan rumus yang sama juga berlaku bagi voltase lainnya. Maxwell memperlihatkan bahwa koefisien potensial adalah simetris, sehingga,dll.
Dualitas kapasitansi/induktansi
[sunting|sunting sumber]Dalam istilah matematika, kapasitas yang ideal bisa dianggap sebagai kebalikan dariinduktansiyang ideal, karena persamaan voltase-arusnya dua fenomena bisa dialihragamkan ke satu sama lain dengan menukarkan istilah voltase dan arus.
Kapasitansi sendiri
[sunting|sunting sumber]Dalamsirkuit listrikatau untai elektris atau rangkaian listrik, istilahkapasitansibiasanya adalah singkatan dari kapasitansi saling (Bahasa Inggris:mutual capacitance) antar dua konduktor yang bersebelahan, seperti dua lempengnya sebuah kapasitor. Terdapat pula istilah kapasitansi-sendiri (Bahasa Inggris:self-capacitance), yang merupakan jumlah muatan listrik yang harus ditambahkan ke sebuah konduktor terisolasi untuk menaikkanpotensial listriknyasebanyak 1 volt. Titik rujukan untuk potensial ini adalah sebuah ruang lingkup/kawasan konduksi berongga teoretis, dari radius yang tak terhingga, yang berpusat pada konduktor. Dengan mempergunakan metode ini, kapasitansi-sendiri dari sebuah kawasan konduksinya radiusadalah:[1]
Nilai tipikalnya kapasitansi-sendiri adalah:
- untuk "lempeng" puncaknya generator van de Graaf, biasanya sebuah bola 20 cm dalam radius: 20 pF
- planetBumi:sekitar 710 µF
Elastansi
[sunting|sunting sumber]Kebalikan dari kapasitansi disebutelastansi,dan satuannya adalah reciprocal farad.
Kondensator
[sunting|sunting sumber]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/Capacitors_electrolytic.jpg/220px-Capacitors_electrolytic.jpg)
Kapasitansi mayoritaskondensatoratau kapasitor yang digunakan dalamrangkaian elektronikadalah sejumlah tingkat besaran yang lebih kecil daripada farad. Beberapa sub satuannya kapasitansi yang paling umum digunakan saat ini adalah milifarad (mF), mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF).
Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan mengetahui geometri konduktor dan sifat dielektriknya penyekat di antara konduktor. Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluasyang dipisahkan oleh jarakadalah sebagai berikut:
- (dalam unit SI)
dengan
- adalah kapasitansi dalamfarad,F
- adalah luas setiap lempeng, diukur dalammeter persegi
- adalahkonstanta dielektrik(yang juga disebut permitivitas listrik relatif) dari bahan di antara lempeng, (vakum = 1)
- adalahpermitivitas vakumatau konstanta listrik di mana
- adalah jarak antar lempeng, diukur dalammeter
Persamaan di atas sangat baik digunakan jikabesarnya kecil bila dibandingkan dengan dimensi lainnya lempeng. Dalam satuanCGS,persamaannya berbentuk:
dengandalam kasus ini memiliki satuan panjang.
Tetapan dielektrik bagi sejumlah perubahan dielektrik yang sangat berguna sebagai sebuah fungsi medan listrik terapan, misalnya bahan-bahanferoelektrisitas,sehingga kapasitansi untuk berbagai peranti ini tak lagi sekadar memiliki fungsi alat geometri. Kapasitor yang menyimpan tegangan sinusoidal, tetapan dielektrik, merupakan sebuah fungsi frekuensi. Tetapan dielektrik ubahan berfrekuensi disebut sebagaitebaran dielektrik,dan diatur oleh berbagai prosesrelaksasi dielektrik,seperti kapasitansirelaksasi Debye.
Lihat pula
[sunting|sunting sumber]Referensi
[sunting|sunting sumber]Catatan kaki
[sunting|sunting sumber]- ^"3.4 Capacitance - introduction"(PDF).Diarsipkan dariversi asli(PDF)tanggal 2009-02-26.
Referensi umum
[sunting|sunting sumber]- Tipler, Paul (1998).Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Electricity and Magnetism, Light(4th ed.). W. H. Freeman.ISBN 1-57259-492-6
- Serway, Raymond; Jewett, John (2003).Physics for Scientists and Engineers(6 ed.). Brooks Cole.ISBN 0-534-40842-7
- Saslow, Wayne M.(2002).Electricity, Magnetism, and Light.Thomson Learning.ISBN 0-12-619455-6.See Chapter 8, and especially pp. 255–259 for coefficients of potential.